浮法玻璃熔窑节能措施的应用.doc

浮法玻璃熔窑节能措施的应用广州南玻玻璃有限公司陈志强 * *摘要：本文通过介绍熔窑再保温、雾化空气预热、富氧空气助燃、卡脖水包加深、熔化工艺优化等几项措施在浮法玻璃熔窑上的实际应用，探讨如何降低浮法玻璃熔窑能耗和有害气体排放。关键词：浮法玻璃熔窑 节能 保温 富氧 热效率我国飞速发展的玻璃工业，虽取得了可喜的成就，但与国外的先进技术相比仍有很大的差别，主要表现在窑炉的热效率低、有害气体排放浓度大、玻璃熔化质量差、熔窑寿命短等几个方面。我国的能耗明显高于世界先进水平，国外窑炉的热效率为40%50%，我国大中型玻璃厂熔窑的平均热效率只有20%30%，热效率低就会导致能耗高。因此熔窑的高能耗、短寿命、低成品率是制约我国玻璃工业发展的瓶颈，各种各样节能技术的应用必将促进我国玻璃工业的发展。特别是近年来玻璃原材料和燃料的价格不断攀升使玻璃企业成本大大增加，节能降耗成为玻璃行业的重大课题。玻璃熔窑作为玻璃行业的主要耗能热工设备，其能耗占到玻璃行业总能耗的90%左右，因此，降低玻璃熔窑能耗是玻璃行业节能的主攻方向。玻璃熔窑节能是一项系统工程，工艺、控制和管理等各方面相互关联，相辅相成，需要进行综合考虑。本文仅就我公司玻璃熔窑工艺方面的一些节能试验和措施和玻璃业内人士进行探讨。1 熔窑实行全保温熔窑实行全保温，可以增加熔窑内火焰空间传递给玻璃料液的热量，提高熔窑的热效率。同时可减少玻璃熔窑窑体对外的散热损失，降低能耗，是玻璃熔窑节能最有效的方法。一般熔窑在施工建设和投产前都进行了耐火材料的保温，但我公司在此基础上又进行了新型节能材料的再保温，也就是在蓄热室、大碹、 胸墙等部位添加125140mm厚的保温层，进一步减少玻璃熔窑窑体对外的散热损失，其节能效果非常理想，可达2%以上。表1. 广州南玻熔窑保温面积 (单位:平方米)项 目500吨/天 线700吨/天 线小计熔化部碹顶404543947蓄热室碹顶156.8186.2343熔化部胸墙6170131熔化部后山墙293665蓄热室目标墙、侧墙304355659蓄热室前墙7186.4157.4合计1025.81276.62302.4 表2. 700吨/天 熔窑二次保温前后碹顶温度测量值（温度单位： ） 测量位置测量时间第1节第2节第3节第4节第5节第6节均值备注大碹碹顶保温前173.7191.8193.3169.5168.2160.72007.12.20环温25保温后114.7127.7127110.5105.299.22008.1.29环温12对比差值5964.166.3596361.562.2小炉位置1#2#3#4#5#6#7#蓄热室碹顶南侧保温前161154.7155.3148.3146.31401342007.12.20环温25保温后9794.3102.3102.7104.39688.72008.1.29环温12对比差值6460.45345.6424445.350.6蓄热室碹顶北侧保温前161.7157.3154.7159149141.31412007.12.20环温25保温后98.3100102107107.79689.72008.1.29环温12对比差值63.457.352.75241.345.351.351.9从表2中可以看出：700吨/天 熔窑二次保温后，经测量碹顶温度低出4060，说明熔窑散热大大减少，也就相对提高了熔窑的热效率。【保温节油效果（以700t/d生产线为例）】：日期日用油（kg)重油热值(car/g)拉引量(T/D)油耗(kg/Tglass)施工前数据12月7日1046489981720145.34145.3412月8日1048659981720145.64145.6412月9日1047849981720145.53145.5312月10日1045339981720145.18145.1812月11日1035979981720143.88143.8812月12日1033039981720143.47143.4712月13日1040519981720144.51144.5112月14日1046939981720145.4145.412月15日1041869981720144.7144.712月16日10372010146720144.05144.0512月17日10253710146720142.41142.4112月18日10284810146720142.84142.8412月19日10348310146720143.72143.7212月20日10228010146720142.05142.0512月21日10213610146720141.85141.8512月22日10171710146720141.27141.2712月23日10266810146720142.59142.5912月24日10371910146720144.05144.0512月25日10363710146720143.94143.9412月26日10358410076720143.87合计2732.4212-271-23保温施工中施工后数据1月24日1023239926720142.11142.111月25日1027769926720142.74142.741月26日1022679926720142.02142.021月27日1035849926720145.48145.481月28日1039939936722144.03144.031月29日1036099936728141.93141.931月30日1040549936730142.54142.541月31日1042139936730142.75142.752月1日1042389936730142.7142.72月2日1040649936730142.5142.52月3日10375799367301421422月4日1030059936730141.1141.12月5日1026699936730140.6140.62月6日1034499936730141.7141.72月7日1036119936730141.65141.652月8日1031199936730141.26141.262月9日1040069936730142.47142.472月10日1033129928730141.5141.52月11日1037259928730142.08142.082月12日10529699287301441442月13日1041599928730144.6合计2705.05 节能效果=2732.42/19*(9981*9+10146*10)/19- 2705.05/19*(9926*3+9936*13+9928*3)/19/2732.42/19*(9981*9+10146*10)/19*100% =1447850.3-1414183.6/1447850.3*100% =2.32%注：1、重油的热值依次为：9981、10146、9926、9936、9928。2、原始数据来源于生产日报表和油品化验单。五、综合效益：广州南玻公司两条生产线每日使用重油190吨/天，按节油效果2.32%计算窑体保温后每年可节约重油190*2.32%*365=1609吨。从保温前后的用油量比较后，节约燃油约2.3%。足见熔窑保温的巨大作用2 雾化介质预热我公司浮法玻璃熔窑采用重油进行雾化，雾化介质（压缩空气）用于对喷出油枪进入熔窑燃烧的重油进行雾化，以形成较小的油滴，增大重油的表面积提高重油的燃烧效率。因此，雾化介质的质量直接关系到重油的雾化效果，关系到火焰质量、熔化状况以及耗油量等工艺技术指标。我公司于08年6月进行雾化介质预热实验，雾化气加热管安装部位是在熔窑蓄热室顶部第一层保温砖之上(温度900950)，材料选用高温不锈钢无缝钢管。雾化气加热管使用前后工艺状况对比：21入窑雾化气温度对比表3. 1#-7#炉加热前后雾化气温度（单位：）1#炉2#炉3#炉4#炉5#炉6#炉7#炉未加热前78786576787372加热使用时155144142142145142140从表3可以看出，加热后的雾化气温度提高了70左右。22节油状况对比表4. 预热雾化气前后的油耗对比单耗kg/T重油热值car/g日均入窑气温使用前（6月915日）136.221002942.4使用后（6月1925日）137.291000543.9注：、单耗计算为7天的总用油量总拉引量。、日均入窑气温为电偶测量的助燃风温度的平均值。、原始数据来自电脑监测数值和化验报告。、影响单耗的工艺调整：1617日卡脖大水包上抬50mm（385335）,经计算单耗会上升1kg/T。23废气残氧对比（总油均在4110 kg/h左右）表5. 雾化气预热前后1#-7#炉残氧量对比1#炉2#炉3#炉4#炉5#炉6#炉7#炉使用前残氧南侧0.761.822.083.163.264.775.45使用后残氧南侧0.721.712.042.353.124.544.8使用前残氧北侧0.582.622.452.83.454.35.25使用后残氧北侧0.261.651.742.482.974.355.22表5说明：在同等情况下，使用加热后的雾化气会使重油雾化效果更好，燃烧更充分。2.4碹顶热偶温度最高、最低温差对比表6. 碹顶热偶温度最高、最低温差对比内容2#炉5#炉使用前温差（6月15日）8.61.8使用后温差（6月21日）6.151.5这说明：使用加热后的雾化气使窑内横向温差缩小，对改善窑内稳定性有一定作用。25使用雾化气加热结论综述：使用雾化气加热管可以提高雾化气温度50100，若温度过高，对相关管路和油枪使用寿命有一定影响。由于广州南玻蓄热室碹顶保温好、温度高，雾化气加热管只能和旁通配合使用，这就使加热效率有所降低，从目前使用情况看，节油效果不太明显。从现场火焰和实际测量分析，加热后的雾化气对改善燃烧和稳定熔化工况有一定作用。我公司本次使用雾化气加热对降低油耗作用不明显，但对今后使用有一定借鉴意义。3 深层水包的使用传统的玻璃熔窑使用的卡脖水包全是由圆钢管制作的，而且比较浅。我公司以前使用的水包也是浅水包，由直径73 mm圆钢管制成，深度为334mm，随着玻璃工艺的不断更新和能源紧张，诞生了深层卡脖水包。深层长脖水包插入玻璃液的深度比一般的长脖水包要深，用矩形无缝钢管焊接而成，横跨在长脖中心线两侧，它的主要作用是控制熔窑内玻璃液回流量，深层长脖水包直接控制卡脖玻动液的回流，使玻动液在澄清区域停留时间加长，避免了工作流的重复加热，节约了玻璃液再次被加热的热量，减少了熔化区玻璃液热量损失，达到了节能目的。对水包的具体要求是低碳钢，无缝焊接，对制作好的水包要进行三个独立试压测试，低压干空气验证实验，低压氧利昂液全体验证，2k压实验7kq3.h.。我公司在08年5月份试用了深层卡脖水包，由原来的334 mm增深为445 mm，使用期间节油效果明显，每天约节约1.2吨重油，如果长期使用，每年可节约成本170万元。如果使用深层卡脖水包，进入工作部的玻璃液减少，这时应注意对成型的影响，所以深层卡脖水包不是越深越好，要结合成产线的实际情况来选择合适的深度。4 富氧的应用富氧燃烧技术是以氧含量高于21%的富氧空气作为助燃气体的一种高效燃烧技术，其特点是在于不论是助然空气还是燃烧废气体积都有新减少，燃烧反应速度加快，火焰温度提高，这有效提高了熔窑的热效率，熔化率增大，玻璃液单位热耗降低。富氧燃烧节能的基本原理是，富氧燃烧降低了烟气生产量，燃烧产物中的NOx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，燃烧速度加快，火焰温度提高，提高了火焰向配合料或玻璃液的辐射传热和对流传热，结果使熔化率提高。燃料燃烧时需要氧气，通常是空气中的氧来提供，在助燃烧空气中含氧仅占21%参加燃烧，而其余79%的大部份氮气不参加燃烧，带去了大量热量，降低了燃料的有效利用率，相应增加了燃料消耗。用27%的富氧空气进行燃烧时，废气所带走热量减少约20%，相应减少了热损失。再则，富氧燃烧使重油燃烧比较完全，参与燃烧将具有明显的节能效果。炉温越高，利用富氧助燃技术的节能效果越明显，如炉温在1600时，用含氧浓度23%富氧空气助燃，可节能25%。富氧燃烧对浮法玻璃的影响与传统燃烧技术相比，玻璃熔窑采用富氧燃烧技术可给熔窑节能带来以下效果。1）富氧燃烧可以提高燃烧区的火焰温度。研究表明，火焰温度随着燃烧空气中氧气比例增加而显著提高。火焰温度同氧气浓度的关系如图1所示。由图1可知：火焰温度随富氧空气氧浓度的增加而提高；随着氧浓度的继续增加，火焰温度的提高幅度逐渐下降。例如，在绝热状态下，空气含氧量从23%增加到25%时，火焰温度提高100，但空气含氧量从25%增加到27%时，火焰温度只提高了30。为有效地利用富氧空气，氧浓度不宜选的过高，一般按空气过剩系数的11.5组织火焰时，富氧空气浓度取23%27%为宜，其中空气含氧量从21%增加到23%时，效果最明显；空气过剩系数不宜过高，否则，同样浓度的富氧空气助燃，火焰温度较低。通常在组织燃烧时，空气过剩系数控制在1.051.10，以达到既能获得较高火焰温度又能燃烧完全的效果。2）富氧燃烧改变了燃烧与助燃气体的接触方式，降低燃料的燃点温度，可明显缩短火焰根部的黑区，增大有效传热面积。尤其是玻璃熔窑燃料燃烧时,通常将燃料喷枪置于助燃空气的下方,由于不能及时混合,在火焰根部常有低温区存在,形成所谓的黑区.黑区的存在减小了火焰在熔窑内的覆盖面积,降低了传热效果。3) 富氧燃烧可以加快燃烧速度,改善了燃料的燃烧条件,使得燃烧在窑内充分完成,减少了在蓄热室内的残余燃烧,因而能充分地利用燃料。由表1可知，各种气体燃料在纯氧中的燃烧速度大大加快。4）富氧燃烧使燃烧所需空气量减少，废气带走的热量下降。排出废气的容积与燃烧空气中氧浓度关系如图2所示。通常的燃烧只有占空气总量1/5的氧气参与燃烧，其余4/5的氮气不但不帮助燃烧，反而要带走燃烧产生的大量热量，从烟气中排出。5）富氧燃烧可以增加热量利用率，实验表明，富氧助燃可提高热量的利用率。加热温度与热量利用率的关系如图3所表示。由图3可以看出，用含氧量21%的空气燃烧，加热温度为1300摄氏度时，其可利用的热量为42%，而用含氧量26%的富氧空气燃烧时，可利用的热量为56%，增加14%。而且随加热温度升高，所增加比例增大，节能效果更明显。1生产实践：我公司于06年8月使用富氧燃烧，富氧来自制氧车间的副产品，只需要投资输送管道即可使用。我们将含氧约30%的富氧直接引入助燃风机入口，靠助燃风机的抽力，将其混入助燃风（普通空气）中，流量约3000m3/h，普通空气和富氧气体混合入窑后，窑内火焰明显发亮，我们将每个小炉的助燃风量减少了2%，雾化介质降低了0.2bar, 富氧使用后，每小时节约重油30kg，以此计算每年可节约260吨重油，约一百万元左右。我公司的富氧助燃至今仍在正常使用。【使用前后油耗对比（以700t/d生产线为例）】：广州南玻700t/d生产线通富氧前数据（06年7月份）日期日用油（吨）拉引量（吨）油耗Kg/T.Glass7月1日105.66720146.8 7月2日105.28 720 146.2 7月3日104.03722 144.1 7月4日103.02705146.1 7月5日102.18708144.3 7月6日100.63691145.6 7月7日100.09692144.6 7月8日101.04692146.0 7月9日102.04692147.5 7月10日102.03695146.8 7月11日101.66700145.2 7月12日101.57695146.1 7月13日101.48 700145.0 7月14日102.84710144.8 7月15日104.49720145.1 7月16日105.37720146.3 7月17日105.24720146.2 7月18日103.84721144.0 7月19日103.9720144.3 7月20日103.33722143.1 7月21日103.29720143.5 7月22日104.83722145.2 7月23日103.16720143.3 7月24日104.39720145.0 7月25日104.82721145.4 7月26日104.68720145.4 7月27日104.63720145.3 7月28日104.08720144.6 7月29日104.15721144.5 7月30日104.45 721 144.9 7月31日104.23720144.8 吨玻璃液油耗合计3206.00合计22090.00平均145.2 广州南玻700t/d生产线通富氧后数据（06年8月份）日期日用油（吨）拉引量（吨）油耗Kg/T.Glass8月1日104.28721144.6 8月2日（开始使用富氧）103.26 720 143.4 8月3日102.91720 142.9 8月4日103.23721143.2 8月5日103.37720143.6 8月6日103.67720144.0 8月7日102.59722142.1 8月8日102.21720142.0 8月9日103.04720143.1 8月10日103.76721143.9 8月11日102.41710144.2 8月12日100.86700144.1 8月13日101.22 700144.6 8月14日100.71700143.9 8月15日100.35700143.4 8月16日99.72700142.5 8月17日100.51703143.0 8月18日101.56720141.1 8月19日102.56720142.4 8月20日102.79721142.6 8月21日102.46722141.9 8月22日102.45721142.1 8月23日102.67722142.2 8月24日102.85722142.5 8月25日103.22722143.0 8月26日103.51722143.4 8月27日103.9721144.1 8月28日103.3722143.1 8月29日102.43722141.9 8月30日102.25 722 141.6 8月31日102.94722142.6 吨玻璃液油耗合计3177合计22219平均143.0 注：原始数据来源于生产线作业报表节油效果：（145.2-143）/145.2=1.5%。六、综合效益：广州南玻公司两条生产线每日使用重油190吨/天，按节油效果1.5%计算使用富氧节能工程后每年可节约重油190*1.5%*365=1040吨。5 工艺解决熔窑热效率 熔窑的节能措施除了改善窑体本身和辅助设备外，熔化本身的工艺制度正确与否也很关键。通过熔化工艺制度的改进对提高熔窑热效率也有很大的作用。5.1、 理的投料和布料是提高熔化质量、降低能耗的基础优质的配合料是提高玻璃质量、降低燃料消耗的前提条件，而合理的投料和布料是提高熔化质量、降低能耗的基础。我们公司采用薄层投料技术 ，料层一般控制在110130毫米左右，投料速率加快，同时保持边部下料层薄，中间料层厚，充分利用了窑炉中间温度高的特性，这样既保护了池壁，又充分利用了熔化区面积，提高了熔化质量，降低了能耗。5.2、 强熔化操作，实现燃油的最佳燃烧熔化操作的变化在很大程度上影响热能的利用。能否使熔窑的热效率达到最好水平与熔化操作控制有密切关系，也就是说熔化操作能否使燃料合理燃烧并产生出最多的热量。燃油的雾化质量不仅与喷枪性能和重油黏度有关，而且与雾化气流量和雾化压力有关。为此，在使用过程中必须找出合理的雾化介质参数来保证燃油的雾化质量。为了保证燃油的正常燃烧，必须向窑内提供一顶定量的助燃风。助燃风不足会造成燃油燃烧不完全，浪费燃料，助燃风过量又会削弱燃油的燃烧过程并通过烟气带走大量热量，影响熔窑热效率。这就要求我们在操作过程中必须严格控制各小炉的空气过剩系数。我公司经过一段时间的摸索，找到了油量、雾化气和助燃风量的最佳配比，既能保证充分燃烧也没有造太大的热能损耗。另外，我公司改变了传统的单单依靠用碹顶热电偶温度控制熔化温度的操作方法，而采用热点结合料堆泡界线等多方面因素综合考虑而进行控制燃油流量的方法，从而使熔化控制更科学窑内工况也更稳定。5.3、制定合理的温度制度曲线是节能降耗的关键科学合理的温度制度是提高熔化质量、降低燃料消耗的关键，过去人们普遍采用“山形”或“桥形”温度曲线，这种曲线对节能和熔窑寿命不利。随着玻璃熔化技术的