我国玻璃窑炉的节能

我国玻璃窑炉的节能王辰亚（中国节能协会玻璃窑炉专业委员会）前言：各级领导的关心和重视，中国节能协会玻璃窑炉专业委员会的大力推动，使我国玻璃窑炉节能技术得到了广泛的推广应用，科学节能的经营管理得到了加强，全国玻璃窑炉节能已取得了实效，节能效果显著。玻璃窑炉的节能，实际是玻璃工业全方位综合性系统工程实施的问题，缺一不可。是玻璃工业节能技术中的一个大课题，本文将试探性的加以论述，以达到抛砖引玉的目的。一、我国玻璃工业窑炉能耗现况：我国大约有4000～5500座各种类型的玻璃窑炉，其中熔化面积80m2以下的中小型炉数量大约占总量的80％左右，使用燃料种类分：燃煤炉约占63％，燃油炉约占29％，天然气炉、全电熔炉等约占8％。2008年全国玻璃产量大约为2000～3000万吨。年耗用标准煤1700～2100万吨。其中平板玻璃产量为53192万重量箱，所用能耗折合标准煤1000万吨／年。平均能耗为7800干焦／公斤玻璃液，窑炉热效率20～25％，比国际先进指标30％≦低5％～10％。每年排放SO2约16万吨、烟尘1.2万吨、NOx14万吨。玻璃熔窑在玻璃工厂中是消耗燃料最多的热工设备，一般，占全厂总能耗的80～85％左右，目前我国玻璃工业所用的主要能源是：煤、油、电和天然气等燃料。由于燃料价格几年来持续上涨，企业燃料成本逐年增加，效益锐减，在此形势下，玻璃工业根据我国能源蕴藏品种结构、分布、数量和价格等不得不做使用调整。使以前规划设计推行的使用清洁、高热值能源的思路发生了一定的变化。即近几年来企业欲争取较大效益。有不少燃油炉改成燃煤炉，以此带来不小的环境保护问题。当然这几年随着我国电力工业的发展，全氧炉、电助熔、全电熔炉有了较大的发展。（Emisshield能用于哪种燃料？？）2008年日用玻璃产量1445.7万吨，如成品率平均为90％，年玻璃出料量应为1590万吨，年耗标煤557～636万吨。完成工业产值865.5亿元、出口额2.1亿美元，其单耗平均为350～400公斤标准煤／吨玻璃液，比较好的为每吨玻璃液150～250公斤标准煤(啤酒瓶、农药瓶、普通白料制品等)，较差的多达900～1000公斤标准煤，二者相差3～4倍之多。又如窑炉热有效利用率先进的为25～38％，落后的只有12～22％，之间相差3～26个百分点，国外日用玻璃包装瓶熔窑单耗为110～130kg标煤／吨玻璃液左右，劳动生产率为200～370吨／年人，熔化率2.5～3.8吨／m2·日。窑炉大都为日出料量180～250吨。热效率在48％左右。国内外差距较大。我国改革开放以前，全国玻璃工业窑炉的炉型和技术等都比较落后，能耗很高，改革开放以后引进不少国外玻璃窑炉的先进软硬件，配合派人到国外学习参观，结合国情我们的科技工作者经过30多年的引进消化吸收，采用众多新技术创新设计出我国高效、长寿命、节能新型窑炉，使我国玻璃工业窑炉节能技术有了长足的进步，但与国际最先进技术水平比，还有一定差距，以两大玻璃行业窑炉的主要技术指标进行国内外对比，见表一。表一国内外玻璃窑炉主要技术指标对比项目名称瓶罐玻璃平板玻璃国内国外国内国外熔化率（T/m2d）1.6～3.52.7～3.71.7～2.52.7～3.4炉龄（年）3～79～112.8～55～11窑炉总热效率（%）18～3540～5523～3045以上单耗（千卡/公斤玻璃液）1700～2300980～12002200～30001300～15001卡=4.1858焦耳=0.0041858千焦（KJ）1大卡=1000卡=4185.8焦耳=4.1858千焦（KJ）2008年全年平板玻璃产量为55493万重量箱，同比增长2.35％。2008年1～11月，我国平板玻璃产量为51390．32万重量箱，同比增长9.0％。12月产量为4102.09万吨同比下降7.72％。受国际金融危机的影响，平板玻璃全行业亏损，特别是下半年浮法生产线陆续放水停产，具有代表性的是11月底福耀玻璃两条浮法线、南玻三条浮法线放水停产。2009年形势依然严峻，据国家统计局最新数据显示1～2月份累计生产平板玻璃853733万重量箱，比2008年同期减少654万重量箱，同比下降7.11％。从3月份开始不少大型工程上马，形势有所好转。玻璃企业的能耗主要在玻璃的熔制过程中消耗，熔制玻璃的目的，是在高温下将多种固相的配合料经熔融转变为单一的均匀玻璃液，当然在实际生产中玻璃行业抓住了窑炉的节能就是抓住了行业节能的主题。玻璃的熔制过程是一个非常复杂的过程，它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现象和反应。这些现象和反映的结果，使各种配合料经机械混合后送入炉内，炉内配合料在加热过程中经过：硅酸盐形成(约在600～900℃)→玻璃的形成(普通玻璃约为1200～1250℃)→澄清(普通玻璃约为1400～1500℃，粘度η≈10帕·秒)→均化(玻璃液长时间处于高温下，其化学组成趋向均一)→冷却，澄清均化好的玻璃液在不损坏玻璃的质量前题下，需将温度降至加工工艺要求粘度的温度区域(一般降温200～300℃)进行成型加工制造出所需产品。就目前玻璃窑炉生产技术状况下分析，平均熔化每公斤玻璃能耗约为1500～4000千卡(理论值为576～624千卡／公斤玻璃)，由于炉型的差异、采用技术手段先进程度的不同、熔化玻璃品种不同、工艺技术、日常管理等因素，熔化玻璃能耗差距较大。玻璃窑炉有热效能利用率平均只有18～38％，较低，而72～65％不能被有效利用。国内比较先进的燃油玻璃窑炉经热测试的结论：70m2窑炉热能利用率58.84％，全窑热效率38.18％。根据国内部分企业窑炉调查结果显示：1)炉型：当前我国轻工、医药、电子玻璃窑炉大都使用燃油、燃煤气蓄热室马蹄焰玻璃窑炉炉型，换热式玻璃窑炉也有一定市场。平板玻璃窑炉大都为横火焰炉，也有少量使用马蹄焰炉型的。由于改革开放后引进了不少全电熔窑和电助熔软硬件技术，目前我国全电熔和电助熔窑每年以１～２百多台的速度在增长。全氧炉也有被国人接受的趋势在逐年增加。2)燃料：我国玻璃窑炉目前所用能源一般可分为液体燃料(重油、原油、柴油等)、固体燃料(原煤等)、气体燃料(发生炉煤气、天燃气、焦炉煤气、液化石油气、纯氧气等)及电能等。3)近几年我国玻璃窑炉发展趋势：改革开放以来我国玻璃工业界引进大量的国外先进窑炉的软硬件技术和装备，消化吸收了不少新技术，在结合我国国情的基础上有了很多创新，大大提升了我国玻璃工业的技术水平。近年来随着耐火材料的研发新产品增多，成型技术、加工能力，产品档次质量提高，为窑炉深熔比池、深澄清池、长寿命设计提供了保证，为玻璃窑炉的技术进步创造了条件。玻璃窑炉的创新突飞猛进，大型高效、节能、长寿命窑炉大量涌现，节能效果显著。高热值燃料大量被使用。全方位复合全保温技术应用进一步深化。电助熔窑、全电熔窑、富氧燃烧技术被采用，全氧炉逐年增多。蓄热室马蹄焰窑向大型化发展，换热室窑炉正在被蓄热室窑炉替代。适当缩小流液洞的截面尺寸，增加流液洞的负荷，减少玻璃液的回流。玻璃窑炉设计的跨进变化：(1)近年来窑炉澄清池、熔化池池深的加深设计大量使用。(暂且不讨论其理论根据)窑炉由过去传统的设计熔化池深度900～1200mm，现熔化池加深为1600～2300mm不等，澄清池加深为1600～2600。(2)窑炉长宽比的变化传统的设计其长宽比一般为：平板大型窑为2.3～3，小型马蹄焰窑为1.4～1.6。目前长宽比有缩小的设计趋势，如马蹄焰窑炉长宽比已有设计为1～1.2的。长宽比的改变与所用燃料、马蹄焰窑炉大型化等有关。(3)蓄热室采用大蓄熔比单通道蓄热室或三通道蓄热室设计。目前还出现全分隔式蓄热室结构设计。一般超过50比1，具体一是加高蓄热室，或采用三通道蓄热室。二是采用高蓄热效率的八角筒型或十字型格子砖，增加有效蓄热面积。尽量提高空气预热温度至1300℃以上，这样可以提高燃料的燃烧速度，节约燃料以达到节能效果。(4)玻璃仪器、玻璃器皿的生产大量采用全电熔窑设计，以保证产品质量。(5)玻璃窑炉设计同时增加节能减排措施项目并考虑。(6)玻璃窑炉所用电熔锆刚玉耐火材料一律要求精加工，并在生产厂要求组装验收方能进入现场。二、近几年玻璃窑炉采用行之有效的几项节能新技术：(1)玻璃窑炉的节能根据以上的数据和分析，我国玻璃工业的节能潜力巨大，玻璃窑炉的热能用在熔化玻璃上只是少量的，大部分未能被利用。资料显示：输入玻璃窑炉的热能利用和散失，大致可分成三份，即：三分之一热量用于熔化玻璃、三分之一热量由炉体散失、三分之一热量随着烟气被排入大气中。显然第一个三分之一为必不可少的，后两个三分之一是我们节能主攻方向。当然第一个三分之一也要做些文章。今后要结合国情除消化吸收国外的软硬件，侧重于先进的节能经验和行之有效的节能先进技术，更主要的是要依靠国内的广大科技工作者和经营管理者，根据自己的实际情况和需求进行研发和创新，以科学的严谨态度，以不断创新的方式和成果使窑炉全方位达到运行最佳化，以追求窑炉最大的节能效果和经济效益。节能要在保证玻璃质量的前提下，将以现代国内外玻璃窑炉节能先进成熟的技术和节能措施，从窑炉的软硬件入手全方位进行技术创新。做主要提示：窑炉的最新设计理念，设计者要采用当代最新设计成果和节能技术。采用当代最节能的配方，设计选用最先进配料系统。设计最新而先进的燃烧系统和设备。设计和选用最先进的自动化设施和自控系统。选用相匹配的优质耐火材料。余热回收和利用。窑炉配套系统的节能等。1）玻璃窑炉的设计改革和创新达到节能：玻璃窑炉的设计是一项十分重要的技术性极高的工作，它涉及到热力学、燃烧学、流体力学、玻璃工艺学、材料学、耐火材料学等多种学科。按设计程序进行，设计前任务书、调查了解国内外相似炉型的先进资料等收集相关资料并在调查研究的基础上选定炉型、根据技术指标和使用方的要求，经计算、实验绘制图纸完成设计，初步设计：所用燃料类别确定单耗、确定熔化率和出料量、确定熔制工艺制度、确定熔窑的主要尺寸（熔化池尺寸、工作池尺寸、燃料的燃烧计算和耗热量的计算、火焰空间尺寸、设计小炉尺寸、蓄热室设计、烟道尺寸、烟囱设计等）、耐火材料的选择、土建、燃料及动力的配套工程供应等必须做。窑炉设计和采用先进结构效益。此外筑炉和烤炉及日常使用也必须注意。一座窑炉设计的成功与否关系到炉投入使用能否按设计指标节能、高效、长寿命运行，关系到企业今后的经济效益。由于对窑炉技术经济指标的高要求，窑炉设计工作者必需采用最新的众多新节能技术方能满足要求，故近年来创建了一大批高效、节能、长寿命窑炉，能耗比常规炉降低20～50％，效益可观。关于企业窑炉选择设计部门问题：据我们掌握情况：目前国内设计窑炉比较混乱，大致是1．具有国家资质的正规大型设计院，技术实力雄厚，收费高，对工程有保证。2．具有地方工商部门注册的有一定设计能力和水平的股份公司和私人公司，有一定的技术实力，对工程有一定保证，费用较正规设汁院低。3．有地方工商部门注册的无技术实力的个人(2～3人不等)公司，只管建炉不负责工程无后期服务收费低。4．游击队公司或个人(包括一些筑炉队)，只为赚钱，对后事不负责任，无技术可言，出事率特高，出事后根本找不到人负责，企业损失大。为此中国节能协会玻璃窑炉专业委员会在此建议各单位要特别慎重此事，以免上当造成重大损失。选定炉型：当前国内外比较成熟通用的有：火焰炉或全氧燃烧炉、全电熔炉或电气混合炉等。火焰炉是主用炉型，其中马蹄焰炉和横火焰炉是用的最普遍的炉型。换热式也有不少企业在使用，纵观我国玻璃窑炉使用情况：建材大都使用大型横火焰炉、其它行业马蹄焰炉型用的多。此种炉型已经比较成熟，节能效果较好。换热式炉也有他的优点和长处，但热利用率较低，能耗较高，建议如条件许可，可改用马蹄焰炉以达到节能的目的。◎双碹顶换热室池窑是一种老式池窑，能耗比马蹄焰蓄热室池窑高许多，内碹容易损坏和坍塌，池炉寿命较短，国外已不用。在电光源行业的玻璃工厂中，大约还有30台仍在运转，熔化面积在12～30m2左右，以20m2左右居多。在日用玻璃行业中，也有些双碹顶换热室池窑存在，大的在40m