浮法玻璃熔窑节能_燃烧技术及保窑

付　　沛

(中国耀华国投浮法玻璃有限责任公司　秦皇岛市　066000)

摘　要　阐述了玻璃生产节能燃烧技术的应用方法,指出在实际生产中如何操作以及操作中燃烧控制对熔化、窑炉寿命的影响。关键词　窑炉　火焰　热传递　　从目前我国各玻璃厂生产情况看,原料质量不稳定是影响玻璃质量及能耗的一大关

键因素,不可避免地造成了强制高温熔化,玻璃质量稳定性差;另一方面玻璃熔化受到各方面的影响,如传统不合理的熔化方式,不合理的窑炉结构,管理上的短期效益行为等因素,造成生产恶性循环,窑炉寿命短,能耗高,产品质量差,企业长期效益低的不良状况。

对于窑炉结构,国外先进玻璃企业的窑炉已成系列化,窑炉结构基本相同。窑炉结构方面的改进,都是通过多年的生产实践,理论计算而得出来的,并且在改进窑炉结构的同时作好熔化制度的相应改进,使玻璃生产质量逐步提高,能耗逐步下降的良性循环。国内

的玻璃厂窑炉设计一个厂一个样,熔化制度差别很大。窑炉间可比性差,相应地造成了熔

化技术、熔化经验的通用性差,使熔化技术的掌握和提高更加困难。只有具备较高的理论素质和操作技术水平,才能真正达到优质、低耗、长窑炉寿命的目的。熔化的关键在于火焰的控制,即火焰的热能分配。

玻璃熔窑内的传热过程是一个较为复杂的过程,最大可能地增加配合料及玻璃液的热吸收,减少窑体受热和废气带走的热量是我们提高熔化技术的关键。

玻璃液接受窑炉热传递过程分析如图1。

图1

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　　玻璃液接受的总热量为:

Qm=ΕgmCo[(

Tg100

)4-

Tm100

)4]Fm+ΕwmCo

[(

Tw100

)4-

Tm比,一方面增加了稳定性,另一方面也增加了

碹体高度。增加大碹距火焰的总体高度,在火焰气流的带动下,可以在火焰的上部空间形成一个循环气流保护层,火焰的辐射热可被此循环气流吸收,从而减少了大碹的热负荷,降低了大碹的温度(如图1)。此循环气体由助燃空气及部分废气组成,在生产操作中,风油配比是进行比例控制的,循环气流是由火焰的高速运行带动其上部的气体形成的循环,循环气流在吸收了火焰的辐射热后,又参与燃烧,使火焰温度得到进一步提高,增加火焰对玻璃液及物料的辐射热。同时又有一部分冷的助燃空气补充到循环流中,降低循环温度,形成助燃风→进入循环流→气体加热→燃烧的良性循环。注意一点的是,此循环气流不能到达大碹碹脚部位,否则提高火焰温度可能会提高大碹碹脚处的温度,从而加剧此处的侵蚀,这就需要我们对火焰的纵向温度严格控制。

112　对火焰的要求

(1)火焰应具有较高的喷出速度和刚性,不得软、飘,以增加火焰对玻璃的传热效率,减少火焰与物料间滞留气体层的厚度。

(2)火焰纵向温度尽可能均匀,最高温度点应在火焰的中部。目前所使用的喷枪,大部分火根温度偏高,火根部位又无循环气流的保护,会严重烧损碹脚。这就要求在喷枪选型及操作中,尽可能避免火根、火稍温度过高。

(3)火焰长度对于400t󰃗d以上玻璃熔窑,应使可见火焰长度距胸墙215～310m左右。因可见火焰后还有一段强红外线热辐热区,如火焰过长,微打胸墙,就会烧损蓄热室。并且火稍火焰会倒回转进入回流循环,烧损碹脚,既不利于节能,还影响窑炉的使用寿命。

(4)火焰不得有脉动现象。火焰脉动是燃烧不稳定的表现,说明此油枪雾化不稳定,时好时坏,雾化油滴颗粒不均,致使火焰长度无法掌握,操作困难,窑体横向温差大,料堆、泡界线稳定性差,还易烧损蓄热室和碹脚。

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100

k

)4]Fm+Αgm(tg-tm)Fm

(kcal󰃗h)

式中:Qm——玻璃液吸收总热量;

Qgm——火焰以辐射方式传给的热量;Qgm——火焰以对流方式传给的热量;Qwm——窑壁以辐射方式传给的热量;

k

—火焰对玻璃液的相对黑度;Εgm—

—窑壁对玻璃液的相对黑度;Εwm—

Fm——火焰下玻璃液的受热面积;Tg——火焰温度;Tm——玻璃液温度;Tw——窑壁温度;

k

—气体对玻璃液的对流给热系数;gm—Α

Co——火焰辐射系数。

下面就根据玻璃液受热公式针对各个相关参数进行分析,研究相关参数变化对熔化、能耗及窑炉的影响。1　火焰温度

在相同的条件下,用油量与火焰温度是成正比关系的,即Tg=KL油,而玻璃液受热

量与火焰温度Tg成4次方关系,(Qgm=K(Tg󰃗100)4),可见玻璃液的吸热量与火焰温度成4次方增加关系,提高火焰温度可达到节能目的。

火焰温度的提高,也会增加大碹、墙壁的温度,从而增加窑体的侵蚀速度。这就需要在窑炉设计及操作上做到合理的设计和合理的控制。

111　火焰温度提高后窑体的防护

在窑炉设计中胸墙砖采用了电熔刚玉砖,一般情况下胸墙可以使用10年以上;前脸采用L型吊墙结构,并且普遍增加了1#小炉至前脸墙的距离,现在前脸墙已不是影响窑炉寿命的主要问题。大碹的保护是延长窑炉寿命的关键。大碹与小炉一般采用插入式结构,增加胸墙高度,适当增大大碹的股跨20

(5)火焰的覆盖面积越大越好,有利于节CO2含量。因H2O和CO2与火焰辐射线波长

能和熔化。

(6)喷枪角度应在正常生产中保持稳定,以3～5°为宜。角度大,会造成火焰上部空间的气体循环消失,不利于窑体保护,同时会增加火焰与玻璃液间滞流气体层的厚度,不利于传热;过低会冲击料堆,加大料粉飞扬,污染玻璃液,堵塞蓄热室。2　物料(玻璃液)温度Tm

配合料入窑的温度在工艺条件确定以后,Tm是不可改变的,但在窑炉结构上前脸墙普遍采用了L型吊墙结构后,增加1#小炉至前脸墙的距离,1#、2#小炉火焰温度可大大地提高,胸墙温度由原来的1400℃左右提高到1530℃左右,增加了配合料的高温熔化时间,使配合料在进窑后就接受高温熔化,相应增加了Tg与Tm的平均温差,有利于提高熔化速度、熔化质量及节能。

另一方面,可适当增加原料中的低温挥发物,增加其对混合料的翻腾作用,使未熔化的低温物料翻到表面,有利于热吸收,加速熔化。

3　火焰对玻璃液的相对黑度Εgm

火焰的纵向温度和黑度在纵向分布是不均匀的(它取决于喷枪的雾化性能及火焰控制的操作方法),黑度越大,火焰的辐射强度就越大,火焰的辐射强度最高区应在中部,而不希望在火根或火稍过强。这取决于油滴裂解后,火焰纵向各部位的碳黑微粒燃烧数量。油雾化颗粒过细,油滴裂解速度快,火根温度高,火根化料快;油雾化颗粒粗,油滴需较大时间裂解,火焰最高温度区向火稍方向移动,太粗会造成火焰脉动,火焰长,烧损蓄热室。这就要求在选择喷枪及操作中,特别注意火焰纵向的黑度分布,尽可能均匀,使窑内化料速度一致,局部化料速度快是达不到节能和提高熔化质量的。

混合料黑度在混合料成分确定后,其值是一定的,但可适当提高混合料中的H2O和

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相同,形成共振,以H2O和CO2作为传热媒介,可增加混合料的吸热量。但H2O量过多会增加H2O的蒸发热并以废气形式带走热量增加热耗。

相对黑度Εgm变化不大,但需特别注意火焰纵向的黑度分布,黑度分布会大大地影响熔化及节能。4　火焰覆盖面积Fm

在熔化过程中,火焰覆盖面积越大越好,在同样油耗的情况下,火焰覆盖面积大,有利于物料和玻璃液的吸热和熔化。

火焰燃烧(重油)分为发光火焰燃烧区和不发光火焰燃烧区。过去习惯于将火焰长度控制成微打胸墙,以增加火焰的覆盖面积,从而把火稍的无焰燃烧区后移,造成小炉、蓄热室和碹脚严重烧损,浪费能源。

因无焰燃烧区的红外辐射强度相当高,化料能力较强,此区应作为火焰覆盖区。5　对流传热量Qgmk

窑内传热是以辐射为主,但对流传给玻璃液的热量也不可忽视。如何增加其传热量,这就需要考虑火焰气流与玻璃液间的滞留气体层厚度。此滞留层厚度阻碍了对流传热,相当于在火焰气流与混合料、玻璃液间加了一保温层,此层的厚度与火焰流动速度及喷枪角度有关。为增加传热量,应选择流速高、雾化细一些的喷枪,喷枪角度可适当低一些,减小滞留层厚度,加快滞留层气体更换,有利于传热。

6　窑体以辐射方式传给玻璃液的热量Qwm

增加火焰温度可以增加火焰对混合料和玻璃液的传热量,但也增加了火焰对大碹的传热,对大碹热量应尽可能的减少,以降低大碹温度,减少大碹烧损。目前的解决方法是从窑炉和操作上解决,使火焰上部空间形成热气流循环保护,减少火焰对大碹的辐射热。

(下转11页)

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目前,该类基片已广泛应用于场致发光器液晶置换器、太阳能电池及光掩膜技术等。

凝态玻璃为池壁内衬,免除了耐火材料与玻

璃液的直接接触,解决了高温状态下耐火材料的侵蚀及玻璃液的污染问题。波歇炉采用电极加热,炉内形成电阻型发热区,玻璃液从中心高温区向外侧回流,中央温度可达2000℃,完全满足难熔玻璃对熔制温度的要求。目前,国外许多厂家已采用该种熔窑熔制无碱铝硅酸盐玻璃。

除需解决熔制手段外,要形成规模生产还需加强对该类玻璃工艺性能的研究,在成分中不引入碱金属氧化物的情况下,通过碱土金属和稀土金属氧化物降低玻璃的熔化温度,调整玻璃的料性,以此降低玻璃熔制和成形时,对熔窑、耐火材料和成形工艺的技术要求,从而为提高规模生产的玻璃质量创造条件。

参考文献

[1]祖成奎等,《中国建材科技》,6[6],43～45,1996[2]周孟佩等,《中国建材科技》,1[3],24～27,1994[3“]无碱玻璃基片的研制”,牛钟嵘《研制报告》,1993

5　存在问题及发展趋势

由于成分中不含助熔的碱金属氧化物,

并且Al2O3和SiO2含量较高,无碱铝硅酸盐玻璃的熔制十分困难,玻璃中的气泡和条纹不易排除。目前国内该种玻璃的熔化均采用铂坩埚进行连熔或单埚生产。这种生产方式大大增加了无碱铝硅酸盐玻璃的成本,并给异形(管材、薄片等)产品的成形带来了较大困难,致使无碱铝硅酸盐玻璃的应用受到了较大限制。

为了解决上述问题,满足国民经济发展对无碱铝硅酸盐玻璃品种和产量的需求,建立规模经济——提高产量,降低成本,成为该种玻璃应用开发的发展趋势。

要形成规模经济,首先应解决规模生产的熔窑问题。波歇炉是八十年代法国Bussy发明的一种可连续、也可间歇生产的新型高温电熔窑。该熔窑为一金属罐体结构,用未完全熔化的配合料保持较低的炉顶温度,以冷(上接21页)

同时大碹的反射热也被此循环流吸收,所以在考虑节能降耗时,不重点考虑此热辐射对熔化的影响而重点考虑如何降低大碹温度,为窑体碹保温创造条件。7　废气带走的热量Qf

的状态,即达到最佳的燃烧状态及最低的废气带走热量。结　论

在玻璃熔窑实际生产操作中,对熔化、节能、窑炉寿命要进行综合考虑,特别是节能工作,它不仅影响着玻璃熔化质量及窑炉寿命,而且影响着企业的长期效益。如提高火焰温度可提高熔化率,降低能耗,但火焰温度的提高会烧损大碹及格子体,大碹就不能长期运行;蓄热室堵塞,风火配比达不到生产要求,会使后期能耗大幅度提高,熔化质量下降。所以说在生产中要综合考虑熔化、节能和窑炉寿命,使企业效益逐步提高,达到降低成本的目的。

废气带走的热量与风火配比、喷枪性能、燃烧状态有关。火焰过长、脉动等都会造成能耗增加,影响窑炉寿命。在实际生产中,应在火稍喷枪眼抽取燃烧废气,测量其含氧量、可燃气体量及温度,使之接近理论值。废气温度在助燃风量及油量不变的情况下,调节喷枪的雾化性能及角度使之在火焰废气温度较高时,逐渐调节雾化性能,降低废气温度,当达到温度不变时,停止调整,选择变与不变之间

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