分析玻璃低能耗高效熔化技術

馮正君 齊建黨

【摘要】隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以及電子通訊的進步，對玻璃的需求量不斷增加，促進了玻璃工業(yè)的發(fā)展。但是，玻璃生產(chǎn)的能耗問題是影響玻璃行業(yè)進步的關鍵問題，如何有效解決該問題實現(xiàn)玻璃的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的最大化成為業(yè)內(nèi)關注的重點。本文對玻璃生產(chǎn)中各種低能耗高效率的熔化技術進行分析和研究，以期為我國玻璃工業(yè)的節(jié)能降耗提供新的參考。

【關鍵詞】玻璃；低能耗；熔化技術

引言

能源問題和生態(tài)環(huán)境問題成為當前人類面臨的兩個重大問題。兩個問題是相互影響、相互作用的，這就要求人們在生產(chǎn)中不僅要考慮能源資源的開發(fā)和利用情況，還應該重視生態(tài)環(huán)境的保護。玻璃工業(yè)具有高能耗的特點，其能源成本占生產(chǎn)成本的50%以上，是能耗較高的一個行業(yè)[1]。如何切實有效的降低能耗，解決環(huán)境污染問題成為玻璃行業(yè)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展中需要迫切解決的問題。

一、全氧燃燒技術

全氧燃燒，也稱為純氧燃燒，就是在然燃燒燃料中，充分利用O2替代空氣來阻燃的方式，在該技術下空氣中不存在N2，因此在玻璃生產(chǎn)中燃燒后產(chǎn)生的氮氧化合物廢氣大幅減少，可起到保護大氣環(huán)境的效用。近幾年來，該技術在玻璃生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)具有較大的發(fā)展。全氧燃燒的窖爐和傳統(tǒng)模式相比，使用大型蓄熱室的次數(shù)較少，在一定程度上節(jié)約了窯爐的投入[2]。該技術具有燃料使用率高、氮氧化合物排放量較低、火焰溫度穩(wěn)定、簡化廢氣處理裝置、提高熔化率及玻璃質(zhì)量等優(yōu)勢。但是，該技術也存在一定的不足，就是純氧的生產(chǎn)成本極高，使用時間不長，存在操作上的風險等。研究表明，應用20L重油/h的燃燒條件下，空氣助燃的火焰溫度在1200℃左右，火焰高度在140mm左右；而全氧燃燒的火焰溫度達到1400℃以上，高度達到200mm以上，可以看出全氧的燃燒效率、能源利用率和熔化度要優(yōu)于空氣助燃。

二、分段式熔化技術

分段式熔化技術是一種新型的低能耗高效熔化技術，有效解決了當前連續(xù)窯爐中玻璃液回流引起的玻璃液在窯內(nèi)的停留時間長的問題。也就是根據(jù)玻璃液的各個熔化反應實際情況，進行特定分段，按照分段來供應熔化所需要的能量。在實施該技術中，配合料的預熱、熔化、均化等環(huán)節(jié)均為單獨操作，互不影響，各個環(huán)節(jié)具有相應的溫度、壓力，可有效實現(xiàn)速熔、配合料窯外預熱等功能，達到在保證玻璃質(zhì)量甚至更優(yōu)的基礎上，大幅減少玻璃液滯留、澄清的時間，促進生產(chǎn)質(zhì)量和效率的提升。該技術最早是由美國PPG公司和荷蘭TNO公司共同研發(fā)出來的。TNO公司認為，分段式熔化技術發(fā)展的一個重要技術難題就是對室溫達到熔化溫度的速率的控制和調(diào)節(jié)。所以，該公司通過應用CFD流體力學模型進行研究發(fā)現(xiàn)解決此問題的關鍵是配合料預熱的問題的妥善處理。該技術在節(jié)能降耗方面具有良好的效用。近年來，我國對該技術也有大量研究，也取得了較大成就，發(fā)現(xiàn)要提高該技術的效能，實現(xiàn)更好的節(jié)能減排，需要對分段式系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，實現(xiàn)能量的平衡。

三、浸沒燃燒熔化技術

所謂，浸沒燃燒熔化就是燃燒器在熔窯底部時，當燃料和O2一同點燃后，火焰由下往上噴出，而配合料則從熔窯的上方注入，配合料的分解、熔化等產(chǎn)生的高溫氣泡在通過冷卻層從上排出，這樣配合料和吸收大量的熱量，高溫氣泡和低溫混合料間產(chǎn)生較為高效的熱交換，熱傳效率可達到70%以上處于1200到1500℃環(huán)境下，可有效減少熱量的流失，提升了能源的利用率。而伴隨高效熱交換的強化，以及高熱氣泡的上升，能有效推進反應物的接觸和融合，促進化學反應效率的提升，改善均勻度，同時降低了配合料的制備規(guī)格，比如：尺度、結構、勻度等。據(jù)研究表明，和傳統(tǒng)熔窯相比，應用該技術可縮小玻璃熔窯為傳統(tǒng)的15%左右，而熔化率則可提高到20到3t/（m2.d），可大大降低生產(chǎn)成本，降低幅度大約在80%左右。也就是說，浸沒燃燒熔化技術的應用可降低投資，減少窯體，可節(jié)省大量耐火材料。但是，該技術應用也帶來了一定的問題，比如：大量氣泡產(chǎn)生，特別是微液滴的產(chǎn)生，對玻璃液的澄清帶來較大影響；在熔化過程中會使玻璃液出現(xiàn)較大的流動和沸騰等不足。

四、飛行熔化技術

該技術的核心就是以等離子體技術為基礎，也就是玻璃配合料通過特定的方法、手段制作成大小合理的顆粒，再通過特定的載體將這些顆粒輸送到等離子熔化器中，而顆粒配合料則在飛行過程中和高溫熱的等離子進行接觸，然后在極短的時間內(nèi)迅速熔化，在此過程中氣體被充分排出，減少了氣泡的產(chǎn)生，提高了玻璃的質(zhì)量。和傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，在其他條件一致的情況下，其澄清的總用時降至2到3h，節(jié)能45%左右，且能提高能源的燃燒效率，減少溫室氣體的排放。但是，研究發(fā)現(xiàn)在飛行熔化過程中，玻璃易揮發(fā)N2O，達到17%到45%，要求對配合料進行優(yōu)化和調(diào)整。該技術還處于研究的初級階段，其運行原理和配合料的制備還未形成體系，影響該技術在大型玻璃熔化中的應用。

五、減壓澄清技術

減壓澄清，也稱為負壓澄清，就是造玻璃窯爐內(nèi)的某個空間的大氣壓比外部大氣壓要低。基本原理就是在這種條件下，形成負壓狀態(tài)可使玻璃液中的小氣泡聚集形成大氣泡再從玻璃液中排出，以達到和放入澄清劑一樣的效果[3]。該技術可有效降低澄清的溫度，提高澄清的質(zhì)量，實現(xiàn)良好的節(jié)能降耗效果。日本某公司對該技術進行大量實驗表明，可降低30%左右的能耗。數(shù)據(jù)顯示，應用該技術可降低熔窯內(nèi)的溫度（100℃左右），提高了耐火材料的壽命，減少了CO2、氮氧化物的排放。

六、結語

總而言之，傳統(tǒng)玻璃熔化技術耗能高，效率低，且玻璃質(zhì)量不高。新型技術可有效解決玻璃工業(yè)中能耗高和廢氣排放大的問題，但是新型技術還應進一步研究和探索，以完善各項技術，實現(xiàn)玻璃行業(yè)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的最大化。

參考文獻

[1]丁奇亮.玻璃低能耗高效熔化探索研究[J].武漢理工大學，2012，（6）：14-16

[2]姜宏，李長久，俞琳.玻璃熔制新技術[J].電子玻璃技術，2010，11（7）：50-55

[3]馬俊.革新的玻璃熔化技術[J].建材世界，2014，35（02）：54-57

作者簡介

馮正君（1988.6），男，漢，籍貫：山東省聊城市東阿縣姜樓鎮(zhèn)后寺村；2011年畢業(yè)于山東輕工業(yè)學院無機非金屬材料專業(yè) 供職河北視窗玻璃有限公司 槽窯部熔化工程師；研究方向：玻璃生產(chǎn)技術，郵編：065600。

齊建黨，供職河北視窗玻璃有限公司，槽窯部值班經(jīng)理，郵編：065600。