浮法玻璃電助熔生產(chǎn)技術(shù)

馬玉聰

(中國耀華玻璃集團有限公司，秦皇島 066000)

浮法玻璃生產(chǎn)應用電助熔系統(tǒng)可以獲得一個或幾個如下的優(yōu)點：增加熔窯的產(chǎn)量；減少氮氧化物、二氧化硫和二氧化碳等廢氣排放；有助于著色玻璃的熔化；減少燃料的使用，降低熔窯燒損，延長窯爐使用壽命等。在實際生產(chǎn)運行過程中，電助熔的應用選擇還會考慮其它因素，包括：工程投資收益、電價成本與燃料成本差異、電力負荷、窯爐結(jié)構(gòu)及耐火材料匹配、供水保障能力、電氣漏電防護措施等。

浮法玻璃熔窯主要使用的電助熔系統(tǒng)，可以分為投料口電助熔、毯料區(qū)電助熔和熱點區(qū)電助熔，三種方式基本上使用相同的硬件,其不同之處在于電極的位置、大小數(shù)量及控制方式。

雖然電助熔系統(tǒng)已在浮法玻璃企業(yè)成熟應用了三十多年，但是根據(jù)不同的經(jīng)濟技術(shù)和環(huán)保需要，各生產(chǎn)線應用方案大多是不同的。以國外某浮法玻璃集團為例(1988年-2000年)，其6條生產(chǎn)線只在投料口安裝400～750 kW電助熔系統(tǒng)，5條生產(chǎn)線只在毯料區(qū)安裝1 500～6 750 kW電助熔系統(tǒng)，3條生產(chǎn)線在投料口、毯料區(qū)安裝電助熔系統(tǒng)2 000～3 000 kW。該文對不同的電助熔應用生產(chǎn)技術(shù)予以具體分析和探討。

1 投料口電助熔應用

投料口電助熔的應用對生產(chǎn)顏色玻璃特別有利(特別那些含鐵成分較高的)，體現(xiàn)在提高1#小爐及前區(qū)熔化部底部溫度有助于配合料的熔化；允許降低熔化部前端空間溫度，減少著色劑揮發(fā)提高著色元素保存能力[1]。雖然投料口電助熔主要用于顏色玻璃生產(chǎn)[2]，但有些企業(yè)生產(chǎn)透明玻璃時也使用。其主要目的是減少燃料的使用量以達到當?shù)貒栏竦沫h(huán)保標準，或是提高熔窯負載(特別是窯爐使用后期)。

投料口電助熔系統(tǒng)加熱電極設置，以前通常采用單排4個或6個51 mm直徑電極棒，現(xiàn)在多采用雙排8支電極棒，提供功率達1 000 kW。英國430 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線在生產(chǎn)茶色玻璃時,安裝投料口電助熔系統(tǒng)400 kW,工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)表

由表1可知，投料口電助熔對熔化部前端玻璃液底部溫度提升明顯，但熔窯燃料分布調(diào)整變化不大，投料口玻璃液溫度增加60 ℃,但是熔化部前端空間溫度下降了50 ℃，因此著色劑硒的保存量提高30%。電助熔使用390千瓦功率，天然氣使用量每小時減少80 m3。玻璃缺陷密度降低，玻璃質(zhì)量明顯提高。

2 毯料區(qū)電助熔應用

毯料區(qū)電助熔系統(tǒng)與投料口電助熔系統(tǒng)的硬件、操作方式基本相同，主要不同點是電極棒的數(shù)量、直徑、接線方式和電壓等級設置等。毯料區(qū)電助熔系統(tǒng)一般由2～3排6個76 mm直徑電極棒組成，每排6個電極棒約2 250 kW。也可以采用51 mm直徑電極棒，電助熔功率就會低一些。

多排電極棒位于玻璃配合料下面，產(chǎn)生的主要熱量被傳遞到上游熔化區(qū)域，有助于熔化；部分熱量被傳送到熔化下游區(qū)域，可以改進玻璃液的澄清，但是這使玻璃成型流的溫度升高，可以通過增加熔窯卡脖冷卻水管深度和加大冷卻部稀釋風量等措施來解決。

電助熔替代燃料后導致熔窯空間溫度降低，特別是在配合料區(qū)域，造成玻璃中含SO2量增加，因此可能要對配合料成份進行調(diào)整，即降低芒硝含率或提高碳粉比例。

瑞典700 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線為滿足環(huán)保要求安裝電助熔系統(tǒng)總能力達6 750 kW,在生產(chǎn)運行中為減少氮氧化物和二氧化硫排放長期應用電助熔系統(tǒng)。熔窯卡脖冷卻水管的深度從560 mm增加到790 mm，玻璃配合料中芒硝用量減少6.5%，碳粉用量略有增加。使用電助熔系統(tǒng)后，不僅因燃料使用量減少導致煙氣量減少[3]，熔窯空間溫度降低使氮氧化物濃度也下降很多，而且窯爐燒損減少使其在20世紀90年代窯爐使用壽命達到13年之久。

墨西哥900 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯8對小爐配置，生產(chǎn)透明浮法玻璃，燃料為天然氣和高硫重油。安裝電助熔系統(tǒng)2排12根電極棒4 500千瓦功率，使用4 200千瓦功率電助熔，窯爐負載達到1 000 t/d以上，料堆長度達到6號小爐口中部，泡界線形狀模糊在8號小爐中間，澄清區(qū)鏡面很清楚。熔窯最大熔化能力達到1 006 t/d，日熔化率高達每平方米3.63 t。這個生產(chǎn)案例證明，增設熔窯電助熔系統(tǒng)是對負載有限的熔窯提高產(chǎn)量的有效方法之一。

3 毯料區(qū)和熱點區(qū)電助熔應用

國內(nèi)某600 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線，為生產(chǎn)高含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比2.0%以上)汽車玻璃要求，安裝電助熔系統(tǒng)總功率達2 800 kW。1號小爐中心前設置兩排共8支電極棒，電功率達到1 000 kW；3號小爐和4號小爐區(qū)域設置12支電極棒，兩排布置電功率1 800 kW。安裝電助熔系統(tǒng)主要解決高含量鐵浮法玻璃熔化困難問題，因為高含量鐵浮法玻璃透熱性差導致窯爐池底玻璃溫度低。生產(chǎn)透明浮法玻璃時，電助熔系統(tǒng)停止使用；生產(chǎn)較低含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比0.6%左右)時，僅開啟前區(qū)電助熔系統(tǒng)；生產(chǎn)高含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比2.0%以上)時，電助熔1區(qū)開啟600 kW、電助熔2區(qū)開啟1 100 kW，總使用功率達到1 700 kW。

另一國內(nèi)600 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線安裝總功率2 400 kW電助熔系統(tǒng)，熔窯6對小爐配置，1號小爐至投料口安裝兩排共8只電極棒(直徑50 mm)，電功率800 kW；3號小爐安裝兩排共12只電極棒(直徑50 mm)，電功率1 600 kW。電助熔系統(tǒng)可保證有效輸入1 900 kW時，生產(chǎn)透明浮法玻璃熔化能力可以達到660 t/d。在日熔化量600 t時，曾在電助熔1區(qū)開啟95 kW、電助熔2區(qū)開啟630 kW，共計725 kW;以后調(diào)整為電助熔1區(qū)開啟190 kW、電助熔2區(qū)開啟245 kW，共計435 kW。在使用電助熔期間，燃料消耗和玻璃質(zhì)量無明顯變化。開啟電助熔后，當試圖降低毯料區(qū)燃料量時發(fā)現(xiàn)料堆有偏遠趨勢，因擔心玻璃質(zhì)量波動燃料沒有減少。電助熔功率調(diào)整過程中，熔化區(qū)前端池底玻璃上升15度，3號小爐池底溫度略有下降。由于當?shù)丨h(huán)保要求嚴格控制玻璃生產(chǎn)線的熔化噸位上限，加之為適應市場需求經(jīng)常生產(chǎn)2 mm及以下薄玻璃而降低拉引量，因此該生產(chǎn)線在正常熔化量范圍內(nèi)時，電助熔系統(tǒng)不再啟動。

需要說明的是，上述兩條浮法玻璃生產(chǎn)線的熔窯都使用了水冷卻的鼓泡系統(tǒng)，鼓泡的位置在熔窯熱點前的4號小爐區(qū)域。

4 電助熔系統(tǒng)選用與安全

值得注意的是，生產(chǎn)顏色玻璃時采用水冷卻鼓泡器的做法越來越普及，鼓泡時提升了所有熔化部玻璃的窯底溫度(包括投料口池底)。投料口電加熱主要提升投料口溫度,安裝鼓泡系統(tǒng)的成本和操作費用比投料口電助熔系統(tǒng)要低，因此生產(chǎn)普通顏色玻璃安裝鼓泡器以后一般不安裝投料口電助熔系統(tǒng)，但是對于大噸位且生產(chǎn)高含鐵量顏色玻璃的熔窯使用電助熔系統(tǒng)還是很有效的。

電助熔系統(tǒng)使用了高電壓(典型的達到300 V)就會產(chǎn)生相應的安全問題,因此必需安裝安全防護裝置。投料機、冷卻水管，鼓泡器和窯低熱電偶等都應做電絕緣，并要適當接地保護，否則這些設備會因漏電造成人員傷害且使自身過早損壞。熔窯卡脖大水管和攪拌器不需防護，因為在此區(qū)域所測得的漏電電壓可以忽略不計，但是不允許在投料口使用任何導電的工具。

在生產(chǎn)過程中電助熔系統(tǒng)的安全管理工作是非常重要的。國內(nèi)某生產(chǎn)線就因為更換鼓泡器過程中未恢復電絕緣措施，導致電助熔系統(tǒng)被迫關(guān)閉，造成生產(chǎn)波動。

5 結(jié) 論

電助熔系統(tǒng)1988年在瑞典浮法玻璃生產(chǎn)線開始生產(chǎn)應用，21世紀初在國外該技術(shù)已完全成熟[4]。電助熔系統(tǒng)應用在國內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線尚未普及，僅有少數(shù)生產(chǎn)浮法顏色玻璃生產(chǎn)線使用，其工藝設計及設備系統(tǒng)源頭大多來自于英國某專業(yè)公司。

使用電助熔系統(tǒng)的一些國內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線，在電助熔操作技術(shù)上，特別是對電助熔工藝技術(shù)還未做到融會貫通，因此產(chǎn)生很多模糊認識和誤解，導致電助熔系統(tǒng)不能充分發(fā)揮應有作用甚至長期停用。當然，有的電助熔系統(tǒng)過于控制投資造價，造成實際運行中調(diào)整不靈活、工藝條件適應性差，工藝設計者與生產(chǎn)操作者脫節(jié)，這都是電助熔系統(tǒng)使用過程中存在的問題。因此，浮法玻璃行業(yè)有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應相互學習、聯(lián)合攻關(guān)，建立比較完善的浮法玻璃電助熔技術(shù)體系和管理體系，讓該技術(shù)盡快成為浮法玻璃行業(yè)節(jié)能減排的有力措施。