玻璃生產(chǎn)線熔窯控制方案?

郭 瑋，陳祖建

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，山西 太谷 030801；2.倫茨 （上海）傳動系統(tǒng)有限公司，上海 200000）

1 玻璃生產(chǎn)線簡介

玻璃生產(chǎn)一般由配料、熔制、成型、退火等工序組成。玻璃的主要原料有石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等，將原料配備好之后在混料機(jī)中混勻，然后通過投料機(jī)送入熔窯內(nèi)，在1 300℃～1 600℃的高溫下在熔窯內(nèi)進(jìn)行加熱熔制。使用模具，通過壓延法、澆鑄法、離心澆鑄法、燒結(jié)法等將玻璃液制造成各種需要形狀的器具。

玻璃的熔制在熔窯內(nèi)進(jìn)行。熔窯主要有兩種類型：一種是坩堝窯，玻璃料盛在坩堝內(nèi)，在坩堝外面加熱，這種方法目前使用較少；另一種是池窯，玻璃料在窯池內(nèi)熔制，明火在玻璃液面上部加熱。熔窯通常由熔化部、小爐、蓄熱室、卡脖、冷卻部、煙道、煙囪及窯體鋼架結(jié)構(gòu)等部分組成，為了保證窯爐正常運(yùn)行，還在熔窯周圍配置了各種風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、煙道閘板、電器及電控設(shè)備。

燃料和助燃空氣從一側(cè)蓄熱室經(jīng)格子體加熱后噴入窯內(nèi)燃燒，加熱熔池中的原料，廢氣從另一側(cè)蓄熱室排出到煙道，并同時(shí)加熱蓄熱室的格子磚，每隔一定時(shí)間，左右進(jìn)行換向。混合料在窯頭經(jīng)加料機(jī)送入熔池，經(jīng)火焰加熱、原料熔化、澄清、均化、冷卻后進(jìn)入成型工序。不同的窯爐使用不同的燃料，其換火程序也不同，有的使用煤氣做燃料，有的使用煤油做燃料，也有使用燃?xì)夂腿加突旌先剂稀４送鈸Q火程序也與熔窯結(jié)構(gòu)、燃料、窯爐規(guī)模、助燃風(fēng)供給方式等諸多因素有關(guān)。

2 換向程序工藝要求

蓄熱室的熱效率與諸多因素有關(guān)，包括蓄熱室結(jié)構(gòu)、格子體體積、換火周期等。一個(gè)窯爐投產(chǎn)后，蓄熱室的熱容量已基本確定。

換火時(shí)考慮的就是選擇最佳的換火時(shí)間，達(dá)到最高的熱交換率。若換火時(shí)間過長會帶來以下問題：①上部格子體耐火材料所承受的溫度可能損壞格子體；②格子體吸熱溫度接近廢氣溫度或放熱接近助燃風(fēng)溫度時(shí)，熱效率下降；③格子體冷熱溫度變化大，對格子體耐急冷急熱的能力提出更高的要求。而換火時(shí)間短也會帶來以下問題：①換火頻率增多引起熔化溫度的波動；②加劇設(shè)備的磨損。換火過程要充分考慮以上因素，換火時(shí)間一般確定為20min，40min為一個(gè)周期。

3 控制方案

換火控制方案是一個(gè)循環(huán)的控制過程，現(xiàn)以燃油燃?xì)饣旌先剂蠣t窯的控制方案為例進(jìn)行說明，換火流程如圖1所示。具體的換火步驟如下：

（1）關(guān)東油：預(yù)警響鈴，通知操作人員準(zhǔn)備換火，5s后關(guān)閉東油同時(shí)打開東吹掃，吹掃時(shí)間一般為10s左右。

（2）關(guān)東煤氣：東油關(guān)閉后2s關(guān)閉東煤氣，等待吹掃完成。

（3）關(guān)東開西霧化器：關(guān)閉東吹掃，隨之東吹掃結(jié)束；同時(shí)關(guān)閉東霧化氣開西霧化氣，并設(shè)定切換時(shí)間，一般為30s左右。

（4）開西油：切換時(shí)間到后開西油。

（5）開西煤氣：開西油2s之后開西煤氣，然后進(jìn)入燃燒過程，設(shè)定燃燒時(shí)間，燃燒過程一般持續(xù)20min。

（6）關(guān)西油：燃燒結(jié)束前5s預(yù)警響鈴，通知操作人員準(zhǔn)備換火，燃燒結(jié)束之后關(guān)西油，同時(shí)打開西吹掃。

（7）關(guān)西煤氣：西油關(guān)閉后2s關(guān)閉西煤氣，等待吹掃完成。

圖1 換火流程

（8）關(guān)西開東霧化器：吹掃時(shí)間到后關(guān)閉西吹掃，同時(shí)關(guān)閉西霧化氣開東霧化氣，并設(shè)定切換時(shí)間。

（9）開東油：切換時(shí)間到后開東油。

（10）開東煤氣：東油打開2s后開東煤氣，進(jìn)入燃燒過程，燃燒結(jié)束之后進(jìn)入第一步進(jìn)行循環(huán)。

由以上可以看出，總的換火時(shí)間為切換時(shí)間加上吹掃時(shí)間的總和。窯壓通過調(diào)節(jié)閘板PID控制。

4 控制要點(diǎn)

4.1 助燃風(fēng)及給油的控制

采用超級蓄熱室，蓄熱面積大，但廢氣存量也大，當(dāng)助燃風(fēng)換向后，需要先將蓄熱室內(nèi)的含氧量低的廢氣頂出后，助燃風(fēng)才能進(jìn)入窯內(nèi)助燃，如給油過早，在含足夠氧空氣還沒進(jìn)入窯內(nèi)時(shí)，油已噴出，在氧氣不足的情況下進(jìn)行燃燒，火焰長渾，將會燒損窯爐，且浪費(fèi)能源。蓄熱室越大，需要頂出的廢氣也就越多，越需要延長給油時(shí)間，給油時(shí)間延長，換火時(shí)間也就長。

4.2 給油量的控制

給油量控制在百分之多少應(yīng)視火焰的燃燒狀態(tài)而定，給油火焰燃燒與正常燃燒狀態(tài)應(yīng)基本相同，此時(shí)的百分比流量為控制油量。此油量與油的黏度、質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)油的黏度較小，油壓恢復(fù)快時(shí)，油量控制需小一些。

4.3 吹掃控制

吹掃是在斷油后立即進(jìn)行，吹掃時(shí)間在10s左右，時(shí)間不要控制過長，造成換火時(shí)間延長。吹掃控制原則是：①采用調(diào)整吹掃壓力的方法來控制吹掃火焰長度，其長度不得超過正常火焰長度，吹掃壓力一般控制在正常油壓或稍小于正常油壓；②在油吹掃干凈后馬上停止吹掃進(jìn)入下一步程序，以便縮短換火時(shí)間。

4.4 換火溫度控制

換火過程溫度降低是正?，F(xiàn)象，減少溫度變化的方法如下：①盡可能減少窯壓變化；②換火時(shí)盡可能少用助燃風(fēng)調(diào)整窯壓；③盡可能縮短換火時(shí)間。實(shí)際上，上述3點(diǎn)的控制都與換火參數(shù)設(shè)定是否合理有關(guān)。

5 燃料配比控制注意事項(xiàng)

本系統(tǒng)有5個(gè)小爐，每個(gè)小爐都配有燃油管和燃?xì)夤?，在生產(chǎn)中既可以只使用油或氣做燃料，也可以同時(shí)使用油和氣混合做燃料。為了燃燒充分，一定量的氣或油必須按比例配備一定量的助燃風(fēng)。也即是助燃風(fēng)的量應(yīng)是燃油所需的量和燃?xì)馑璧牧康目偤?。在換火的過程中應(yīng)該鎖定這些調(diào)節(jié)閥，使閥門保持輸出不變，以免在換向時(shí)引起較大的波動。

助燃風(fēng)的需求量Zf由下式計(jì)算：

其中：Rq和Ry分別為燃?xì)夂腿加偷挠昧?；Pq和Py分別為燃?xì)夂腿加偷谋壤禂?shù)。

6 結(jié)束語

本文的控制方案是基于國產(chǎn)和利時(shí)DCS實(shí)現(xiàn)的，已經(jīng)在河南浮法玻璃生產(chǎn)線上得到應(yīng)用，達(dá)到了降低成本、提高生產(chǎn)效率、減較工人勞動強(qiáng)度的目的。

［1］陳國平.玻璃的配料與熔制［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］陳正樹.浮法玻璃［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，1997.

［3］王常力.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例［M］.第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.