日用玻璃窯爐節(jié)能進(jìn)展日用玻璃器皿課件

日用玻璃窯爐節(jié)能與減排山東輕工業(yè)學(xué)院胡昌盛教授日用玻璃窯爐節(jié)能與減排山東輕工業(yè)學(xué)院11.引言

節(jié)能的意義不但傳統(tǒng)意義上的節(jié)能，降低生產(chǎn)成本，而且具有節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的作用。因此，發(fā)展節(jié)能玻璃窯爐是勢(shì)在必行的責(zé)任。1.引言節(jié)能的意義22.玻璃工廠能耗分析電7%熔化75%鍋爐3%印刷4%退火4%料道7%2.玻璃工廠能耗分析電7%熔化75%鍋爐3%印刷4%退火3

4

53.窯爐節(jié)能的途徑1）燃燒控制(combustioncontrol)設(shè)計(jì)2）保溫(furnacewallinsulation)設(shè)計(jì)3)廢熱回收（exhaustheatrecovery）設(shè)計(jì)4)熱平衡（heatbalancing）設(shè)計(jì)5)電助熔（electricbooster）設(shè)計(jì)鼓泡（bubbling）設(shè)計(jì)富氧燃燒技術(shù)(richoxygencombustion）設(shè)計(jì)8)料道加熱（electricheatingofforehearth）設(shè)計(jì)9)碎玻璃（usingagreatnumberofcullet）工藝10)易熔玻璃配方（lowmeltingtemperaturebatchtechnique）工藝3.窯爐節(jié)能的途徑1）燃燒控制(combustioncon63.1控制合理的空氣過(guò)剩系數(shù)冷空氣降低1%，節(jié)能0.5%燃料節(jié)約%預(yù)熱空氣/總的空氣量3.1控制合理的空氣過(guò)剩系數(shù)冷空氣降低1%，節(jié)能0.5%燃料73.2高保溫技術(shù)a)池底保溫由89年的114度降到40度，主要是深澄清技術(shù)的采用，加大了池底保溫。但在澄清區(qū)，溫度也小于100度3.2高保溫技術(shù)a)池底保溫8

b)大碹保溫

現(xiàn)在的大碹保溫多采用350硅磚，20mm的輕質(zhì)密封料，114mm的輕質(zhì)硅磚。65mm的耐火保溫磚，50mm的輕質(zhì)保溫磚，再涂以白泡石。大碹的溫度在50度。實(shí)際上，窯體散熱包含了對(duì)流輻射換熱和氣體逸出熱量，氣體的逸出熱不但產(chǎn)生熱損失，而且對(duì)窯爐的使用壽命也是有害的。所以現(xiàn)代窯體設(shè)計(jì)不但強(qiáng)調(diào)保溫，更注意密封。b)大碹保溫9c)池壁設(shè)計(jì)現(xiàn)代池壁設(shè)計(jì)傾向采用全保溫技術(shù)一般采用250mm的AZS,230mm粘土耐火磚,50mm的陶瓷纖維。池壁溫度一般在40-50度。c)池壁設(shè)計(jì)現(xiàn)代池壁設(shè)計(jì)傾向采用全保溫技術(shù)一般采用2510d)胸墻的保溫d)胸墻的保溫國(guó)內(nèi)與國(guó)外有很大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)一般采用硅磚，使用期限一般在4-6年。國(guó)外強(qiáng)調(diào)使用兩個(gè)窯期，采用AZS.現(xiàn)代保溫一般在60度。d)胸墻的保溫d)胸墻的保溫國(guó)內(nèi)與國(guó)外有很大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)一般113.3廢熱回收A）重油回收廢熱不但只看蓄熔比，重要的指標(biāo)是看構(gòu)筑系數(shù)。即蓄熱室的高度與蓄熱室的截面積的比值。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)踐可知，蓄熱室的有效高度達(dá)到10米，再增加高度，預(yù)熱溫度不再增加。目前空氣預(yù)熱溫度為1320℃，煤氣為1280℃。排出氣體的溫度3.3廢熱回收A）重油排出氣體的溫度12

LPG---液化石油氣LPG---液化石油氣13LNG---液化天然氣

LNG---液化天然氣143.4熱平衡3.4熱平衡15

16

從熱平衡的結(jié)果看：熱量來(lái)源主要是---燃料、廢氣回收的熱量（多通道蓄熱室）。主要支出的熱量是：熱玻璃帶出的熱量、廢氣帶出的熱量、硅酸鹽反應(yīng)熱、窯體散熱，窯頂散失的熱量比窯墻散失熱量大。由此分析：玻璃帶出的熱量是由工藝條件確定的。減少?gòu)U氣熱量的方法主要有：(1）減少?gòu)U氣量（采用富氧燃燒技術(shù)）。（2）采用碎玻璃、長(zhǎng)石、珍珠巖等硅酸鹽材料，這些材料已經(jīng)發(fā)生了硅酸鹽反應(yīng)。減少原料的二氧化碳引入量。窯體散熱：大部分由胸墻和窯頂散熱，減少散熱的辦法就是采用保溫技術(shù)和深澄清池技術(shù)。深澄清技術(shù)增加熔化率。在等產(chǎn)量的情況下，散熱面積減少。達(dá)到節(jié)能的目的。從熱平衡的結(jié)果看：173.5窯爐內(nèi)部的溫度分布（鼓泡）3.5窯爐內(nèi)部的溫度分布（鼓泡）18理想澄清熱點(diǎn)理想澄清熱點(diǎn)19實(shí)際情況實(shí)際情況20具有鼓泡和電助熔馬蹄焰窯爐具有鼓泡和電助熔馬蹄焰窯爐21基本要求鼓泡線和熱點(diǎn)線一致。引入電極的目的是增加底部向上的力。增加涌泉區(qū)的穩(wěn)定性。這是因?yàn)椋簩?duì)于馬蹄焰池窯來(lái)說(shuō)，通過(guò)控制火焰分布控制熱點(diǎn)位置是不可能的。因?yàn)榇_定熱點(diǎn)位置很難，最好用澄清區(qū)與熔化區(qū)的比值來(lái)確定窯坎和鼓泡的位置。根據(jù)國(guó)外研究，澄清區(qū)的玻璃液與熔化區(qū)的玻璃液的比值一般在14-20%。用該法能確保體積熔化率在較高的水平。確定澄清區(qū)和熔化區(qū)的比例。一般來(lái)講，短焰燃燒取大值，長(zhǎng)焰燃燒取小值。也就是說(shuō)，看產(chǎn)量的瓶頸在何處。所以，燃煤馬蹄焰窯爐的小爐設(shè)計(jì)十分重要，即可設(shè)計(jì)成短焰燃燒，也可設(shè)計(jì)成長(zhǎng)焰燃燒，體積熔化率不同?；疽蠊呐菥€和熱點(diǎn)線一致。引入電極的目的是增加底部向上的力22

鼓泡位置

鼓泡的位置不是固定不變的。與流量有關(guān)；與玻璃窯爐深淺有關(guān)；與玻璃的品種有關(guān)；鼓泡可提高13%的產(chǎn)量，但技術(shù)參數(shù)要確定好。否則氣泡難以解決，有鼓泡的還要注意澄清劑的選擇。鼓泡位置23

雖然在國(guó)際上，一些論文認(rèn)為鼓泡位置在要看前的位置為池深的1/2，但是我認(rèn)為，還要根據(jù)玻璃本身的特性相關(guān)。

t1

t2雖然在國(guó)際上，一些論文認(rèn)為鼓泡位置在要看前的位置為池深的1243.7關(guān)于長(zhǎng)寬比3.7關(guān)于長(zhǎng)寬比25

從圖上可以看出，中等平方的窯爐最寬。從設(shè)計(jì)角度來(lái)講，在等周長(zhǎng)（圍成熔化池AZS）的情況下，以正方形的面積最大，也就是說(shuō)，在化同樣多錢(qián)的情況下，正方形的產(chǎn)量最大。但是這不是窯爐設(shè)計(jì)者刻意追求的。在滿足一定條件下可以追求。要考慮火焰長(zhǎng)度，小爐的結(jié)構(gòu)等。長(zhǎng)寬的比值，不能從教科書(shū)上得道規(guī)則。對(duì)于燃煤馬蹄焰，重要的是考慮火焰的長(zhǎng)度，通常情況下，火焰的有效長(zhǎng)度（指大于1400度）小于11米。因?yàn)殁c鈣玻璃的熔化溫度大于1400度。保證火焰向玻璃液傳熱，而不是玻璃液向廢氣傳熱，這樣才能設(shè)計(jì)有大熔化率的窯爐。從圖上可以看出，中等平方的窯爐最寬。26影響長(zhǎng)寬比的因素1、窯爐的熔化面積2、小爐的設(shè)計(jì)。小爐的下傾角、小爐的長(zhǎng)度（預(yù)燃室的長(zhǎng)度）、舌碹的結(jié)構(gòu)、底板磚的結(jié)構(gòu)、空氣/煤氣速度的比值等都影響小爐的與婚、預(yù)燃效果。預(yù)燃和預(yù)混較好，燃燒火焰的剛性好，火焰短，熔化率可提高5-10%，長(zhǎng)寬比可小，否則，火焰長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比大。3、火焰的方向不是平行四邊形法則確定?？諝狻⒚簹飧饔凶约旱念A(yù)熱溫度，對(duì)于參考密度來(lái)講（環(huán)境溫度），發(fā)生射流彎曲現(xiàn)象。它的方向應(yīng)是射流校正后的方向。4、空氣的速度大于煤氣的速度還是小于煤氣的速度，也影響的長(zhǎng)寬比。影響長(zhǎng)寬比的因素1、窯爐的熔化面積27一個(gè)窯爐小爐煤氣速度大于空氣速度2米一個(gè)窯爐小爐煤氣速度大于空氣速度2米28

計(jì)算區(qū)域?yàn)橐婚L(zhǎng)方形區(qū)域，該區(qū)域的上方為一弧面的碹頂。該窯爐模型，火焰空間的長(zhǎng)為10.5m，寬為9.9m，長(zhǎng)寬比為1.1，高為1.35m，碹升高為1/10，中間隔墻的寬度為1.6m，噴火口底端距玻璃液面的高度為0.2m，預(yù)燃室長(zhǎng)度為2.2m。由于加料口有各種封閉方法，這里設(shè)定加料口是封閉的，A為進(jìn)火口，B為出火口。計(jì)算區(qū)域?yàn)橐婚L(zhǎng)方形區(qū)域，該區(qū)域的上方為一弧面29

進(jìn)口中心面速度矢量圖進(jìn)口中心面速度矢量圖30

進(jìn)口中心面溫度分布圖整個(gè)窯長(zhǎng)方向溫度都不低于1400℃，能滿足玻璃液的工藝要求。進(jìn)口中心面溫度分布圖整個(gè)窯長(zhǎng)方向溫度都不低于1400℃，31

32距玻璃液面0.01m剖面溫度圖

距玻璃液面0.01m剖面溫度圖33距玻璃液面0.01m剖面平均混合分?jǐn)?shù)變化率圖距玻璃液面0.01m剖面平均混合分?jǐn)?shù)變化率圖34距玻璃液面0.6m剖面平均混合分?jǐn)?shù)變化率圖距玻璃液面0.6m剖面平均混合分?jǐn)?shù)變化率圖35

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，可以看出，當(dāng)煤氣速度大于空氣速度時(shí)，小爐預(yù)燃室雖然長(zhǎng)達(dá)2005mm,但是由于煤氣和空氣速度都較大，空氣、煤氣在小爐內(nèi)預(yù)混較差，當(dāng)屬于長(zhǎng)焰燃燒。由此，造成火焰長(zhǎng)，且在流液洞處，火焰仍沒(méi)完全混合?；鹧婵臻g發(fā)混濁。這與實(shí)際情況相符。所以說(shuō)，長(zhǎng)寬比不是固定值，它與窯爐面積、小爐設(shè)計(jì)密切相關(guān)。還與玻璃成分、顏色相關(guān)。同樣的窯爐，啤酒瓶的火焰短，白料火焰長(zhǎng)，所以設(shè)計(jì)窯爐長(zhǎng)寬比的選擇要綜合考慮，不要過(guò)于依靠教科書(shū)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，可以看出，當(dāng)煤氣速度大于空氣速度時(shí)，小爐預(yù)36火焰在高度上的分布火焰在高度上的分布373.7氣泡排出3.7氣泡排出383.7熔化過(guò)程中的物理化學(xué)變化3.7熔化過(guò)程中的物理化學(xué)變化39各種物理化學(xué)變化熱力學(xué)各種物理化學(xué)變化熱力學(xué)40熔化區(qū)各部的作用熔化區(qū)各部的作用41鋪面轉(zhuǎn)和鼓泡關(guān)系鋪面轉(zhuǎn)和鼓泡關(guān)系423.8易熔玻璃3.8易熔玻璃433.9碎玻璃引入和預(yù)熱配合料3.9碎玻璃引入和預(yù)熱配合料44

添加碎玻璃與得料率的關(guān)系添加碎玻璃與得料率的關(guān)系45

碎玻璃加入率與節(jié)能率的關(guān)系碎玻璃加入率與節(jié)能率的關(guān)系46

碎玻璃加入量與能耗之間的關(guān)系碎玻璃加入量與能耗之間的關(guān)系47

逸出氣體耗熱量與添加碎玻璃的關(guān)系逸出氣體耗熱量與添加碎玻璃的關(guān)系48

碎玻璃加入量與硅酸鹽反應(yīng)熱的關(guān)系碎玻璃加入量與硅酸鹽反應(yīng)熱的關(guān)系49

加入碎玻璃對(duì)節(jié)能的影響在玻璃配合料中加入碎玻璃能使玻璃的得料率大大提高；加入碎玻璃可以大大減少由于原料分解產(chǎn)生的氣體吸熱消耗的那部分能量；由于碎玻璃的加入，使得硅酸鹽反應(yīng)的減少，大大降低了硅酸鹽反應(yīng)熱。改變?cè)吓浞綄?duì)節(jié)能的影響玻璃的各主要組成成分都可以通過(guò)幾種不同的原料引入，各種原料發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)所需要消耗的能量大不相同，通過(guò)計(jì)算各種原料發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)消耗的熱量來(lái)比較使用哪種原料更有利于節(jié)能；通過(guò)計(jì)算可知，通過(guò)長(zhǎng)石引入氧化鋁、氧化鉀、氧化鈉等成分比通過(guò)氫氧化鋁、瓷土、鉀堿、氫氧化鈉、純堿等原料引入消耗的能量要少得多；通過(guò)氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽引入氧化物消耗能量的大小順序?yàn)椋簹溲趸?lt;碳酸鹽<硫酸鹽；引入氧化鎂如使用菱鎂礦要比用白云石節(jié)能。加入碎玻璃對(duì)節(jié)能的影響50

5110.澄清劑玻璃窯爐節(jié)能一個(gè)重要因素是；熔化-澄清-均化要協(xié)調(diào)。如果協(xié)調(diào)，可以大大提高體積熔化率。

澄清劑對(duì)玻璃能耗有很大影響。復(fù)合澄清劑特點(diǎn)低溫380℃形成液體，潤(rùn)濕玻璃配合料，使配合料中的空氣排出，增加了配合料的導(dǎo)熱能力，節(jié)約燃料。過(guò)多增加氟硅酸鈉等，對(duì)耐火材料的腐蝕加快。10.澄清劑玻璃窯爐節(jié)能一個(gè)重要因素是；熔化-澄清-均化要協(xié)52

表1澄清劑的放氧溫度和密度澄清劑放氧溫度/℃熔化溫度/℃密度/(g/cm3)As2O31933.738As2O5>12003154.086Sb2O36525.20Sb2O5>10503.78CeO21350～140019507.30Na2SO41400～1450884(有碳時(shí)338度）20℃時(shí)為2.6731400℃時(shí)為1.57CaSO4>1400137020℃時(shí)為2.961400℃時(shí)為2.84表1澄清劑的放氧溫度和密度放氧溫度/℃熔化溫度/℃密度5311、小爐設(shè)計(jì)

小爐的設(shè)計(jì)很重要：

理想的是預(yù)混好，出口火焰溫度高，目的是提高熔化率。但是小爐舌碹材質(zhì)要注意。在使用AZS材質(zhì)時(shí)，在1173度時(shí)有一個(gè)晶型轉(zhuǎn)化，易于開(kāi)裂和剝落。所以現(xiàn)在一般采用鋼玉莫來(lái)石材質(zhì)。一般每預(yù)熱溫度低于1200度，而廢氣溫度高于1400度）。在反復(fù)換向時(shí)就發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化。11、小爐設(shè)計(jì)小爐的設(shè)計(jì)很重要：5412、噴火口設(shè)計(jì)寬度（小爐與后臉墻的比值）速度下傾角（火焰落點(diǎn)）噴火口底板距液面的距離。12、噴火口設(shè)計(jì)寬度（小爐與后臉墻的比值）5513、預(yù)熔池（加料口）

預(yù)熔池設(shè)計(jì)直接與噴火口設(shè)計(jì)相關(guān)，大家知道，在蓄熱室，上部一般采用鎂磚，如果預(yù)熔池和噴火口設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)，會(huì)產(chǎn)生石英細(xì)沙飛起，而石英和鎂磚產(chǎn)生低共熔點(diǎn)，在鐵存在的情況下，低共熔溫度為1280度，會(huì)使鎂磚熔化。舌碹不要用鎂磚。特別是窯墻加料的更不能采用。因?yàn)楦G墻加料細(xì)砂易于被噴火口吹起。13、預(yù)熔池（加料口）預(yù)熔池設(shè)計(jì)直接與噴火口5614、深熔化玻璃液是透熱體，根據(jù)比爾定律有

玻璃液越深，玻璃液吸收的熱量越多。到達(dá)池底的熱量也越小。能耗也越小。H-玻璃液深度Al–吸熱度；Kl-吸收系數(shù)14、深熔化玻璃液是透熱體，根據(jù)比爾定律有H-玻璃液深度A57

I0ItIrIa透光度（transmittance)T=It/I0吸光度(absorbance)A=-lgT朗伯-比爾定律I0ItIrIa透光度吸光度朗伯-比爾定律5815、蓄熱室細(xì)長(zhǎng)比：多通道蓄熱室十子墻560mm邊墻345mm邊墻460mm15、蓄熱室細(xì)長(zhǎng)比：多通道蓄熱室十子墻560mm邊墻345m59

60

蓄熱室格子磚的選擇按每米溫降80-100℃選擇即可。在蓄熱室大于10米的情況下，建議不采用鎂磚，鎂磚易于與硅磚起反應(yīng)。

蓄熱室的硅磚在有螢石作為助熔劑的情況下，蓄熱室貴磚表面首先礦化，會(huì)使鐵離子發(fā)生像內(nèi)部遷移，在硅磚的切面上會(huì)發(fā)現(xiàn)，表面非常白，內(nèi)部發(fā)綠，再往外發(fā)紅。說(shuō)明鐵發(fā)生了遷移。蓄熱室格子磚的選擇6116、局部全氧燃燒1垂直吹氧2、側(cè)吹3、底板底下16、局部全氧燃燒1垂直吹氧62垂直

垂直63

64側(cè)吹從窯爐胸墻兩側(cè)開(kāi)孔，通入氧氣。兩側(cè)的氧氣隨小爐的換向而換向。優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)熱點(diǎn)溫度，強(qiáng)化涌泉的作用，利于節(jié)能。側(cè)吹從窯爐胸墻兩側(cè)開(kāi)孔，通入氧氣。兩側(cè)的氧氣65底板底板下或底板上加入氧氣

特點(diǎn)：提高小爐的出口溫度；提高熔化率；在通常情況下，煤氣與空氣交界處溫度最高，溫度最高處離玻璃液面的距離較大，輻射傳熱效果較差，而通入氧氣，最高混合燃燒溫度下移，離玻璃液面近，傳熱效果好。同時(shí)碹頂溫度下降。底板底板下或底板上加入氧氣6617、流液洞流液洞的高低大小對(duì)于控制玻璃液的回流是重要的。對(duì)于產(chǎn)量較小的窯爐采用單流液洞，對(duì)于較大的窯爐則采用雙流液洞。康寧公司近20年一直采用這個(gè)