窯爐節(jié)能措施的實施及應用

龔鋒杰 梁其尤

（清遠南玻節(jié)能新材料有限公司 清遠 511650）

0 引言

在國家“雙碳”目標的要求下，各行各業(yè)都在朝著節(jié)能減排各個細節(jié)深挖潛力。窯爐是建材、輕工及冶金等行業(yè)的熱工設備，其通常是用耐材及鋼構組合砌筑而成，結合實際需要，能夠建造不同類型不同規(guī)模的窯爐，借助電、油、燃氣等達到高溫運行目的。依照不同品種，窯爐可劃分成搪瓷窯、玻璃窯、水泥窯、陶瓷窯爐等［1］。大型窯爐所用燃料，以天然氣居多，其次是輕柴油、煤氣、重油等，電窯一般規(guī)模較小，通常是以鉬棒、硅碳棒、電爐絲等為主要的發(fā)熱元件，總體結構相對簡潔，實操極具便捷性。窯爐總體結構設計、燃料及其燃燒方式、耐火材料選定等，均關系著其能否實現(xiàn)節(jié)能運行。為確保能夠達到這一目標，對窯爐各項節(jié)能措施有效實施與其應用開展綜合分析較為必要。

1 窯爐節(jié)能改造及優(yōu)化措施

1.1 窯爐結構

窯爐各項節(jié)能措施當中，加強對窯爐總體結構的優(yōu)化改造屬于重要措施，不僅可確保窯爐總體運行效率及質(zhì)量得到提升，且可達到良好的節(jié)能減排成效。

熔窯規(guī)模對能耗有重大影響，根據(jù)不同的模擬及實踐發(fā)現(xiàn)，隨著熔窯規(guī)模增大，其單位能耗大致呈線性下降，1200 t/d熔窯的熱耗只有600 t/d熔窯的80%左右［2］。

流液洞結構具有明顯的節(jié)能效果，根據(jù)某座電子玻璃熔窯數(shù)值模擬顯示，在其它條件不變情況下，使用流液洞結構比卡脖結構可節(jié)能約20%，而玻璃質(zhì)量無明顯差異。

中小型玻璃窯爐通常以深澄清池、單面加料、火焰空間完全分隔、分配料道等為主要的結構形式。流液洞前面，應設窯坎，窯坎前方的玻璃液的深度相對較淺，且溫度逐漸升高，促使玻璃液加速澄清［3］。窯坎后側池深應適當增加，對消除氣泡十分有利，確保澄清良好，且較大密度玻璃液均可實現(xiàn)快速下沉，確保其順利流入到成形部位，對玻璃液質(zhì)量可起到提升作用；針對小爐口總體結構，適當增加寬度，可促使天然氣實現(xiàn)充分燃燒，有效降低煙氣總體含氧量。

1.2 材料選用

為更好地實現(xiàn)窯爐節(jié)能，應注重選用優(yōu)質(zhì)耐火材料。針對玻璃液接觸部位的耐火材料，選用電熔鋯剛玉、電熔剛玉材料。對于窯坎、加料口、流液洞、卡脖拐角磚、熱點處池壁、鼓泡及電極磚等關鍵部位，選用41#電熔鋯剛玉、高鋯磚或鉻磚等來砌筑。優(yōu)質(zhì)耐火材料的合理選用，可有效減少結石、氣泡及條紋缺陷發(fā)生率，玻璃熔制質(zhì)量提升，有效提高運作效率，延長窯齡，直接或間接達到有效節(jié)能的目的。

近年來，在窯爐內(nèi)部噴涂一種紅外輻射節(jié)能材料也是一種有效的節(jié)能方式，這種材料能夠改善熱交換、提高爐內(nèi)溫度場強及均勻性，增加熱效率，從而減少能耗、節(jié)約能源和延長窯爐使用年限。

1.3 窯爐燃燒技術

從上世紀70年代起，玻璃行業(yè)率先采用全氧燃燒技術。在某些窯爐上，考慮到超高溫化料和環(huán)境保護等因素，全氧燃燒技術已成為一種趨勢，特別在玻纖行業(yè)和一些特種玻璃行業(yè)，已經(jīng)是主流配置。全氧燃燒技術利于煙氣排放，對玻璃中氣泡改善有明顯作用。除了環(huán)保及質(zhì)量等優(yōu)點外，全氧燃燒還有玻璃液傳熱好、熔窯穩(wěn)定性好、熔化效率高、設備維護量少、減少耐火材料使用等諸多優(yōu)點。國內(nèi)某公司600 t/d 浮法熔窯采用全氧燃燒與另一條600 t/d 浮法熔窯采用空氣助燃的能耗相比，全氧燃燒的節(jié)能率達到18.4%［4］。

為了有效降低窯爐能耗，可通過窯爐數(shù)值模擬，優(yōu)化窯爐燃料分配，同時可使用專家控制系統(tǒng)，優(yōu)化窯爐溫度、液面等控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量不降低的情況下，能耗有效下降。

窯爐上還應使用新型的具有更高燃燒效率、更低NOX排放的燃燒器，選擇一款火焰形態(tài)、亮度、流量靈活可控，具有一定增碳效果的燃燒器，能夠很好地降低燃料用量。還可使用氧化鋯檢測儀、激光檢測儀等在線監(jiān)測煙氣中O2、CO等含量，使燃燒始終保持在一個良好的狀態(tài)，一般O2不超過0.5%，CO不超過500×10-6，從而提升燃燒效率，降低NOX排放。

1.4 窯壓控制

窯爐內(nèi)部壓力會對窯爐燃燒狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量和窯爐耐火材料侵蝕產(chǎn)生直接影響。故對窯爐內(nèi)部壓力及氣氛，均需實行自動控制，確保窯爐壓力、溫度、氣氛等穩(wěn)定性，有利于產(chǎn)品質(zhì)量、NOX生成、能耗控制。實際運行過程中，壓力變化需控制在±1 Pa以內(nèi)。

1.5 窯爐附屬設備

輔助電熔技術因其電極直接與玻璃液接觸，能夠大幅提升玻璃液溫度，很好提升玻璃熔化效率，尤其在生產(chǎn)一些高黏度、低導熱性玻璃品種時，效果更加突出。另外，鼓泡也是一種行之有效并獲得廣泛應用的節(jié)能技術。

退火窯可選燃氣類型退火窯。退火窯內(nèi)可設若干組天然氣噴槍，分為多個獨立區(qū)域進行溫度控制，達到精準控制退火目的，確保制品可達到較高退火質(zhì)量。

1.6 煙氣處理

煙氣處理選用先進的塵硝硫一體化處理裝置，這種一體化處理裝置采用系統(tǒng)性的設計理念，將材料技術和工藝設計充分結合，因其工藝流程簡單、除污效率高、易安裝維護等優(yōu)點，成為眾多企業(yè)的選擇。

結合生態(tài)環(huán)境部所發(fā)布的關于重污染天然氣行業(yè)的應急減排各項措施技術先行指南當中規(guī)定，A級玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)排放廢氣標準是顆粒物總 體 含量≤10 mg/m3、NO2≤100 mg/m3、SO2≤50 mg/m3。窯爐節(jié)能改造過后，通過現(xiàn)代化燃燒技術、清潔燃料、完善化廢氣處理技術工藝的合理運用，煙氣經(jīng)過除塵及脫硫脫硝各項處理，最終所排放煙氣可滿足于A級玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)行標準，玻璃制品可實現(xiàn)綠色節(jié)能化生產(chǎn)［5］。

通過余熱發(fā)電回收高溫煙氣余熱，也是一種較好的節(jié)能手段，十分有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 效果分析

對某窯爐總體開展節(jié)能改造優(yōu)化之后，窯爐總體熔化能力得到有效提升，進一步降低了能耗和污染物總體排放量，節(jié)能減排總體效果顯著。實施節(jié)能改造優(yōu)化前后各項指標對比分析見表1。

表1 實施節(jié)能改造優(yōu)化前后各項指標對比

3 結語

綜上所述，若想保證窯爐運行達到節(jié)能減排需求，應從窯爐結構、材料選用、燃燒技術、窯壓自控系統(tǒng)、窯爐設備、煙氣處理層面著手，積極落實總體節(jié)能改造工作，在滿足產(chǎn)品實際生產(chǎn)需求及品質(zhì)要求的同時，確保窯爐運行符合節(jié)能減排各項要求，達到節(jié)能改造的目的。