蓄热式马蹄焰玻璃窑炉节能新措施

作为高耗能行业，玻璃窑炉的节能一直是行业内重要研究的课题，对玻璃窑炉节能途径的研究更是涉及多个领域。玻璃工业生产几十年来，国内外技术人员在节能方面作了大量的工作，开发出了许多窑炉节能的新工艺、新技术、新材料，收到明显的节能效果，作者根据多年经验，结合国内外近年的研究和应用实践，围绕蓄热式马蹄焰玻璃窑炉的节能，总结了以下几个方面的节能新措施。

一、配合料制作

各种玻璃原料熔制成质量符合生产要求的玻璃液，一般都要经历两个均质化的过程，一是玻璃的各种粉状原料在制备配合料的过程中，通过混合机进行均匀混合，二是将制备好的玻璃配合料投入池炉的熔化池，在很高的温度下进行一系列物理、化学、和物理化学的反应，最后熔制成熔化良好、组成稳定、质地均匀，符合生产成型要求的玻璃液，前一个玻璃配合料的均匀混合，是为后一个把配合料熔制成均质的玻璃液创造了有利条件，许多企业在控制原料粒度、水分以及配合料粒化等措施实现窑炉节能方面作了大量的工作。

二、玻璃熔制工艺的改进和优化

1、开发节能型玻璃配方，制定合理的玻璃配方，采用低温易熔玻璃成份和添加有效助熔成份，不仅可以减少玻璃的化学反应热和形成热，还可以降低熔化温度，减少窑炉的热消耗。

2、玻璃COD值的控制和最佳澄清工艺

玻璃的澄清过程是玻璃熔化过程中非常重要的一环，也是节能和生产优质玻璃的关键环节。玻璃的澄清过程是一个复杂的物理化学过程，澄清过程完善与否和配合料的组成、熔制工艺制度、窑内气氛的组成与窑压、气泡中气体的性质及使用的澄清剂等因素有关，其中硫酸盐、硝酸盐等是最常用的化学澄清剂，确定包括化学澄清剂在内的配合料的氧化还原数和各种玻璃产品中Fe2+/Fe3+比值的行业规范和标准，以指导该项技术在玻璃行业中的推广应用，从而达到稳定生产优质玻璃之目的。

三、窑炉设计结构

随着计算机技术的飞速发展，通过数字和物理仿真，模仿玻璃窑炉实际工作状态，通过分析窑炉结构对工作状态的影响，设计出更加合理的窑炉结构，从而实现节能。在结构上可以考虑以下几个方面：

1．增大蓄熔比，一般超过50/1，具体做法一是加高蓄热室或采用三通道双回程蓄热室；二是采用高蓄热室效率的八角筒型砖或十字型格子砖，以增加有效蓄热面积，尽量提高空气预热温度至1300℃以上，这样可以提高燃料的燃烧速度，节约燃料以达到节能效果，提高蓄熔比要注意蓄热室的构筑系数，高度方向与长度方向和尺寸比例要合理，优良的蓄热室结构，提高了蓄热效果，减少了散热量，可以充分回收和利用热能，可大大提高窑炉的热效率。

2．燃烧器在窑炉前端横向排列，小炉设计合理，喷火口采用扁平式，燃烧完全，火焰覆盖面积大。

3．加料口采用预熔池结构，加强预熔效果，同时采用密封式投料技术。

4．采用深澄清池倾斜流液洞结构和小工作部机构，减少玻璃液回流和工作部散热。

5．窑炉进行全保温：蓄热室墙、碹、小炉、大碹、池壁、池底、胸墙采用全保温，蓄热室墙、小炉、胸墙、大碹应增加保温涂料，以减少窑体散热。

6．在熔化部池底设置窑坎，通过窑坎稳定窑池中投料回流和成型回流，避免因熔化温度的波动而造成玻璃液的质量不均，同时提高了玻璃的澄清效果和均化质量，减少了熔化池底层往回流动的玻璃液量，降低能耗。

7．在窑炉热点部位设置鼓泡装置，加速玻璃液的澄清和均化。

8．流液洞与分隔墙将窑炉分隔成熔化池与工作池两部分，这种形式允许在工作池用一定的加热方式单独调节温度，稳定玻璃液的成型温度，同时，也避免了熔化池上部空间的热气流及燃烧换向对工作温度与窑压的干扰。

四、提高窑炉材料质量，延长窑炉使用寿命

选用优质、匹配良好的窑炉各部位耐火材料，是窑炉节能工作的基础和保证。

1．空气蓄热室上部格子砖采用电熔再结合镁砖较适应，小炉、胸墙、大碹须用96-A优质硅砖，大碹硅火泥要选择得当，应具有一定的粘结性和抗火焰侵蚀能力，窑炉放大火后的膨胀应选优质硅质热补料。

2．池壁采用33#无缩孔或倾斜浇铸AZS电熔砖，投料口拐角、流液洞、电极砖等关键部位采用41#无缩孔AZS电熔砖。熔化部、工作部均须用电熔砖铺底。

3．硅砖和电熔砖之间要有烧结锆刚玉砖过渡，以避免发生接触反应，另外粘土火泥和硅质火泥绝对不能混用。

总之，我国耐火材料行业近年已取得了长足进展，设计使用合理，采用国产耐火材料完全可以达到五年以上的窑炉使用寿命。

五、窑炉余热利用

在玻璃窑炉的各项热损失中，蓄热室排出烟气的余热量占很大比例，如何提高窑炉排烟余热的回收利用，一直是国内外热门的研究课题。现阶段，人们对排烟回收的途径主要有余热发电、余热制冷、余热锅炉和余热玻璃配合料等几种途径。

六、采用电辅助加热技术

采用电辅助加热技术可以解决颜色料或部分难熔料的熔化问题，并同时达到提高玻璃质量和产量的目的，而且可以延长窑炉使用寿命，节约能源。

不同品种、不同类型的玻璃窑炉，电极插入和排布方式、位置有较大差别，水平插入方式和垂直插入方式都有。原则是，能用水平插入方式（适宜于中小型窑炉），尽量用水平插入方式，对于大型玻璃窑炉，一股采用底插方式。

七、窑炉采用DCS计算机控制系统

窑炉计算机控制系统是专用的窑炉控制软件，它可以实现对窑炉热工参数的采集以及重要工艺参数的控制，从而达到优化生产、节能降耗的目的。在不断优化窑炉结构的同时，使用窑炉操作控制手段从经验走向科学，现已开发了许多窑炉操作控制软件，优化了窑炉工作状态。

1．热工参数数据采集

玻璃窑炉热工参数通过带上位监控系统可编程序控制器（PLC），经数据处理后存入实时数据库和历史数据库，供监控、显示和报表打印。主要热工参数包括：1)窑温：窑碹顶、蓄热室上下部、池底、烟道温度；2)窑压：熔化部压力、工作部压力；3)玻璃液面；4)烟道抽力；5)燃烧系统参数：燃料流量、压力、助燃风流量、助燃风压力与温度等。

2．换向控制系统

换向系统式窑炉运行的一个重要方式，对窑炉热工制度有很大干扰。火焰换向可按时间、温度或复合指令控制，以提高蓄热室的热效率和使用寿命。

3．控制

根据窑压控制的特点，采用复合调节手段，可以实现窑压的优化控制，提高产品质量。

4．玻璃液面控制

通过自动控制投料机投料速度来控制玻璃液面，其波动范围控制应该在±0.5mm以内。一般常用激光、探针和气动隔膜三种。

5．燃料流量控制

根据烟气成份测量结果，对燃料流量进行生产监控，可以比例调节，控制燃料总流量，从而调节窑炉燃烧气氛和熔制工艺制度。

6．助燃风流量系统

流量测量具有温度与压力补偿修正措施，控制手段采用助燃风流量与燃料流量比例调节器。

7．报警系统

包括热工参数的上下限级偏差报警，换向系统的故障报警，辅助设备的运行故障报警等。

8．电视窑炉实时监控系统

分隔墙设两台工业电视，检测窑内运行状况。

八、采用富氧燃烧或纯氧助燃节能技术

在助燃空气中含有20.95％的氧气，其余79.05％的氮气及其他不参加燃烧反应的惰性气体使燃烧废气量增加，废气带走了大量的热量，增加了燃料消耗。

富氧燃烧的基本原理中：在燃烧时将助燃空气中含氧量增加，一般在23％～32％的氧气浓度下进行燃烧，这样可以使燃烧速度加快和燃烧完全。富氧燃烧减少了氮气及其他不参加燃烧反应的气体比例，减少了由废气带走的热量。同时，由于助燃气体中氮气含量降低，水蒸气和二氧化碳的含量和分压增大，火焰黑度增加，富氧燃烧使燃料在火焰区域的燃烧完全度提高，火焰温度提高，增加了火焰向配合料或玻璃液的传热能力，而靠近大碹火焰上部非富氧区温度降低，大碹向外散失热量减少，在减少热损失的同时提高了窑炉熔化率，从而实现富氧燃烧窑炉的节能。另外，燃烧产物中的NOx含量降低，减少了废气污染，改善了环境。玻璃窑炉采用局部增氧-梯度燃烧、富氧燃烧节能专利技术，预计可以取得节能6％以上的效果。

在玻璃窑炉运行过程的后期，如果企业希望提高产量并且满足产品质量的指标要求，那么玻璃窑炉纯氧助燃技术就是一个经济的、可靠的、而且容易实施的方法，可以使出料量增加10％～20％，使热点温度降低，可以减少配合料的飞扬，降低单位燃料消耗量，减少气泡数，纯氧助燃技术有着广泛的市场前景。九、结束语

我国玻璃工业产能已高居世界首位。目前，工业发达国家玻璃窑炉的热效率一般在30％～40％，我国玻璃窑炉的热效率只有25％～35％，燃料在玻璃制造成本中，已超过1/3的比重，随着能源价格的不断攀升，严重影响着行业的经济效益，玻璃行业对节能技术的需求非常迫切。

我国玻璃工业还不是很先进，玻璃窑炉节能潜力很大，大力提倡玻璃窑炉节能，是我们玻璃窑炉科学工作者和企业的共同责任，玻璃窑炉节能新技术的开发和推广，将引领玻璃工业完成“工业企业普遍节能20％的战略目标，具有良好的经济效益和社会效益。