窯爐節能技術應用與探討

扈永剛（山東省藥用玻璃股份有限公司，山東 淄博 256100）

1 引言

窯爐是玻璃生產的心臟，也是主要耗能設施，因此如何實現窯爐的能耗降低，減少因能耗高造成的制造成本，對一個企業的可持續發展顯得尤為重要。本文介紹我公司在窯爐節能方面采取的舉措，以便于更好地相互借鑒，最終實現節能的目的。

我公司是一家生產藥用玻璃的大型企業，原有生產車間的部分窯爐設備自投入運行以來，由于耐火材料選用不合理、窯爐設計、節能管理等原因，導致能耗指標逐年上升，而且維修、維護費大大增加，降低了窯爐運行的安全性、經濟性。近年來公司在節能減排方面投入了大量的人力、物力，不斷總結國內、外先進的窯爐節能新技術進行消化吸收，并成功的應用到現有窯爐上，取得了良好的經濟效益和社會效益。

2 研究與探討

2.1 理論分析

為了深入做好窯爐節能控制，首先從理論上進行了節能分析。我們知道，窯爐的熱效率為玻璃形成過程中的理論耗熱量與燃料所提供的總熱量比值。玻璃液理論耗熱量是指玻璃配合料在熔化、形成玻璃的過程中，在理論上所需要消耗的最低熱量。主要需以下五方面熱量：

1）硅酸鹽生成熱。硅酸鹽生成熱是指原料中各種氧化物與二氧化硅生成硅酸鹽所需要的熱量，一般在300-350kj/kg玻璃液，占玻璃形成過程耗熱的10%左右。

2）玻璃形成熱。玻璃形成熱是指固態硅酸鹽熔融成玻璃液的耗熱量，一般在250-300kj/kg，占玻璃形成過程耗熱的9%左右。

3）玻璃液加熱到熔化溫度時耗熱。從玻璃液的形成到玻璃液被加熱熔化溫度這是一個物理加熱過程，一般在1880-2000kj/kg玻璃液，占玻璃形成過程耗熱的60%以上。

4）逸出氣體加熱到玻璃熔化溫度耗熱。濕粉料在玻璃熔化過程中會分解、揮發和蒸發出少量的氣體，這部分氣體同樣被加熱到熔化溫度，一般在390-410kj/kg玻璃液，此部分耗熱約占玻璃形成過程耗熱的15%左右。

5）蒸發水分耗熱。濕粉料中的水分在玻璃熔化過程中要蒸發帶走熱量，一般在100-120kj/kg玻璃液，此部分耗熱約占玻璃形成過程耗熱的5%。

通過以上玻璃形成耗熱分析可知，玻璃液加熱到熔化溫度時的耗熱最大，約占60%以上，是進一步節能技術研究的重點。而把玻璃加熱到熔化溫度的目的是使玻璃液得到進一步澄清、均化，為下一步的加工（成制品）提供良好的玻璃液，因此，快速、有效的使玻璃液澄清、均化是減少該部分熱量的關鍵。目前快速、有效的澄清、均化技術主要有以下方面：增設窯坎、鼓泡、深澄清、提高火燃溫度、高保溫等技術。特別是采用深澄清技術，加大玻璃液的澄清深度，加大出料量的方式有利于玻璃液的均化，提高玻璃液質量，已經實踐證實有效可行。

其次，從燃料提供的熱量消耗現狀方面分析。燃料所提供的熱量主要消耗在以下方面：燃料本身的不完全燃燒造成的熱量損失、玻璃形成過程耗熱、煙氣帶走熱量和窯體的散熱。

解決燃料不完全的主要途徑是采用富氧或全氧燃燒技術，此技術通過減少助燃空氣量達到減小煙氣的生成量的目的，從而減少煙氣帶走的熱量，以降低能耗。減少煙氣帶走的熱量的主要途徑是煙氣余熱的的回收利用：一是增加余熱鍋爐，可使煙氣回收利用，降低能耗；二是提高蓄熔比，增加窯爐煙氣與蓄熱室格子磚的接觸面積，有利于對煙氣余熱的回收利用，減少煙氣帶走熱量，達到降低能耗的目的；減少窯體散熱的途徑主要選用優質的保溫材料、加厚保溫層、密閉加料方式和熔化部與冷卻部的完全分隔，這樣提高了窯內溫度，增加了玻璃的產量，降低了能耗。

2.2 實際運行診斷檢查

綜合以上玻璃耗熱、燃料提供熱量消耗理論分析，公司組織技術人員對現有窯爐實際運行狀況進行了診斷檢查：窯爐原先為燃煤氣馬蹄焰窯爐，熔化面積一般為30-38m2，平均熔化率在1.1t/m2.d左右，能耗較高，診斷原因有以下幾方面：

1）窯爐熔化池長寬比不太合理。由于小爐火焰噴出長度較短，一般只有6m左右，造成火焰不能完全覆蓋玻璃配合料，受熱面積較小，澄清時間較長，不利于窯爐熔化能力的提高。

2）窯爐熔化池、澄清池較淺，只有1.2m，容積小，玻璃液熱點位置不明顯，不利于玻璃液在窯內的對流、循環，熔化能力受到限制。

3）噴火口寬度占熔化池寬度的比例較小，火焰對配合料的覆蓋面積較小。

4）蓄熱室格子體體積較小，蓄熱能力較差，不利于對煙氣熱量的回收利用。

5）流液洞設計不合理，造成電熔磚侵蝕速度較快，影響窯爐的使用壽命。

6）整個窯爐保溫層厚度較薄，保溫材料性能較差，保溫效果不理想，窯爐熱量損失較大。

7）窯爐耐火材料選用檔次低，如池墻磚只采用了普通澆注電熔磚，胸墻采用普通硅磚等造成窯爐壽命較短。

8）無余熱回收裝置。燃燒產生的廢氣，其排放溫度約400℃左右，帶走的熱量約25%-40%。

9）窯爐控制水平差，僅有換向、液面控制，溫度也僅為檢測。

2.3 降耗措施

針對以上窯爐能耗高的原因，為了提高產品質量與降低能耗，公司決定結合窯爐的大修期進行改造，主要從以下方面開展：

1）進一步優化熔化池長寬比。此改進可使整個配合料完全處于小爐噴出火焰覆蓋的范圍內，有利于配合料吸收熱量，提高熔化效率。

2）選用優質耐火材料。耐火材料的優劣直接關系到窯爐的使用壽命，并且也影響玻璃的熔化質量。本次改造后的窯爐是據不同部位的要求而選用不同耐火材料，以延長窯爐壽命。如液流洞蓋板，因與玻璃液接觸，易造成氣液相向上鉆孔侵蝕，更換為41#-AZS無縮孔電熔鋯鋼玉磚。

3）采用高保溫技術。保溫是玻璃窯爐最有效的節能措施之一，一般來講窯體散熱占燃料消耗量的7%-12%，因此選用優質的保溫材料，加厚保溫層可達到很好的節能效果。

4）熔化部分與工作部（冷卻部）實行全分隔。工作部改為分配料道結構形式，寬度變小，深度變淺，節能降耗。

5）合理設計小爐與火焰空間。小爐與火焰空間是燃料混合燃燒的部分，燃燒是否充分，火焰長度及覆蓋是否能滿足熔化要求，均與這兩部分有關。通過加大噴火口寬度占熔化池寬度的比例，使噴出的火焰完全覆蓋配合料，強制熔化，提高熔化能力；火焰空間采用大空間，這樣不僅可以保證燃料的充分燃燒，也可防止火焰沖刷大碹，提高窯爐的壽命及燃燒效率。

6）采用上傾式流液洞結構形式。該結構形式可減小玻璃液對流液洞耐火材料的侵蝕，延長窯爐壽命；同時可有效的減少玻璃液的回流，有利于澄清，提高熔化質量，并節約能耗。

7）加深熔化池、澄清池深度。熔化池玻璃液深度由原來的1.1m加深到1.8m，澄清池深度由1.2m加深到1.8m，有利于窯內玻璃液的對流循環，有利于玻璃液的澄清、均化，提高了窯爐的熔化能力，改造后玻璃液熔化率將達到1.80t/m2.d，有利于節約能耗。

8）采用三通道蓄熱室。采用三通道蓄熱室可加大格子磚的蓄熱面積，可較好的回收余熱，空氣、煤氣的預熱溫度可提高100℃左右，有利于燃燒并達到節能目的。

9）窯爐實行自動控制。窯爐實現對溫度、窯壓、液面自動控制，這樣不僅節約燃料，提高熔化率，還可有效的延長窯爐的使用壽命，并提供性能穩定的玻璃液。

10）煤氣換向系統改造。對煤氣換向系統進行改造后，在廢氣煙道上安裝引風機，將煤氣煙道與蓄熱室中滯留部分煤氣參與窯爐燃燒。通過此種換向方式不僅能實現煤氣的節約，達到節能目的，而且保證了換向過程的煙塵和SO2含量的穩定，確保煙塵和經過脫硫除塵后達到達標排放要求。

11）窯爐煙氣余熱回收。在窯爐的廢氣煙道上安裝余熱鍋爐生產蒸汽，冬季用于廠區取暖，夏季用于生產，減少了外來蒸汽的使用量，減少了成本支出。

3 結 語

通過以上窯爐節能技術的應用，實現了窯爐綜合能耗大幅下降，其中玻璃能耗由改造前的430kg標煤/噸，下降到280kg標煤/噸，降低了產品的制造成本，產品市場競爭力進一步增強，取得了良好的經濟效益，促進了企業的穩定快速發展。

[1]西北輕工業學院主編《玻璃工藝學》，中國輕工業出版社

[2]武漢工業大學，孫承緒主編《玻璃工業熱工設備》，武漢工業大學出版社