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电熔玻璃窑炉节能技术优化及应用

发布时间:2020-01-09 10:52 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:天阳耐火材料/耐火

    燃油、燃气火焰炉主要以天然气、煤气、石油、化石等稀缺的不可再生能源为燃料,由于我国近年来稀缺资源供需矛盾日益突出,同时受国际价格波动的影响,企业生产成本不断上涨,传统火焰炉一次性投入较高,产品生产过程中仅能源耗用成本就高达总成本的40%以上,而且火焰炉结构特殊,对产品质量存在一定的影响和制约。而电熔窑炉以电力为主要能源,价格稳定,成本可控,在用电低谷时使用还能有效节约成本,便于加强企业管理和核算,电熔窑炉因其一次性投资少、运行成本低廉、操作简便、污染小等优势,在当前资源紧张的情况下应用越来越广泛。

    1、电熔窑炉节能原理

    电熔窑炉以电能为唯一能源,其在高温下将玻璃熔化成玻璃液体并直接作为焦耳热效应的电导体,随后凭借玻璃液自身的导电性继续熔化。此时再向窑炉电极通电,玻璃液体便自动发挥导体作用借助自身热量实现窑炉加热。玻璃液面覆盖着一层生料,其以上空间内温度为80~150℃,所以玻璃液体导电过程中所生成的热量能被100%吸收,仅加热过程中由热气带走少量的热能,故而热效率和熔化率都十分高。据统计,电熔窑炉在生产中仅有20%左右的热量无谓散失,比燃油、燃气火焰炉节能率能提高至少25%。

    电熔窑炉的推广使用符合国家环保产业政策及能源利用政策,燃油、燃气火焰炉在燃烧过程中必将排放大量的CO₂、SO₂和氨氮化合物等有害气体,污染环境,同时还会消耗大量的水,最终成为废水,如果不加处理直接排放,还将造成环境的再度污染。但电熔窑炉由于全过程只是用电能而基本不产生有害气体,每天所耗用的水量也在10t以内。

    2、电熔窑炉节能技术优化及应用要点

    2.1 熔化池设计及耐火材料的选用

    电熔窑炉在熔制过程中,玻璃自上而下垂直分布,最顶层由配合料覆盖所形成的冷炉顶主要通过玻璃液中加热电极,各层温度梯度变化,而且能进行分层控制,所以要求电熔窑炉熔化池深度必须达标,高硼硅玻璃生产窑炉熔化池深度必须>2m。熔化池由上部的熔化部和下部的澄清部构成,熔化部主要有配合料覆盖层、硅酸盐层、玻璃层等,澄清部主要是均化区、冷却区和澄清区。电熔窑炉的生产过程是一系列快速、短时而激烈的物化反应过程,所以熔化部所需空间较小,而玻璃释放出气泡后必须经过生料层才能溢出,这需要时间和空间,所以澄清部区间相对较大。

    与燃油、燃气火焰炉不同的是,电熔窑炉对耐火材料的选用更加注重材料的耐高温、耐侵蚀及导电性能。导电率越高的耐火材料由于运行中可能发生打火、熔融和漏料而安全隐患较大,所以耐火材料的选用也是电熔窑炉节能技术优化的重要课题之一。

    2.2 流液洞设计

    流液洞是澄清结束玻璃液冷却后上升的必然通道,也是电熔窑炉中的薄弱环节,很容易受到侵蚀,所以在电熔窑炉设计中必须引起重视,重点关注玻璃液回流及流液洞盖板砖侵蚀等问题。

    玻璃液从熔化池流出,经过流液洞后到达上升通道,如果其流出量超出出料量,则富余的部分将反向流回熔化池,随后的二次加热必将增加窑炉能耗,但是这一过程又能对回流玻璃液进行二次均化,避免质量缺陷,所以在实践中必须寻求能耗与玻璃液质量之间的均衡。具体而言,在设计过程中应保证流液洞截面大小的合理性,对于出料量30t的电熔窑炉,截面应保持在900cm2;控制流液洞高度,为降低盖板砖的侵蚀,流液洞高度应控制在20~30cm;加大流液洞长度,当前电熔窑炉流液洞长度应保持在2~3m。

    为控制和减轻流液洞盖板砖的侵蚀,实践中可以考虑采用AZS41型电熔锆刚玉砖,并配合以沉降式流液洞设计,在确保流液洞位置远低于池底的情况下,温度有所降低的玻璃液对盖板砖的侵蚀也会降低。为保证盖板砖性能并延长其使用寿命,在电熔窑炉使用的中后期应当采取有效措施进行盖板砖的冷却。

    2.3 电极和功率分布

    当前电熔窑炉普遍使用钼电极,存在底插、横插和顶插三种电极插入方式,生产企业普遍改进了底插方式并采用侧插的做法,这种技术能有效保证电场分布及玻璃液的均匀性,虽然要在池底开孔,但是只要电流密度选择恰当,并在电极磨损时及时顶进,这种侧插方式发生漏料的可能性很小,同时由于池底存在高粘度保护层,能有效保护池底材料和电极孔免于侵蚀,安全性还是有所保障的。

    电极与功率则应均匀分布,并实行多对电极和多台变压器均匀布置,电极直径和单台变压器容量都不应过大,电极均匀分布才能杜绝偏电流现象的发生,确保电力线和热能的均匀分布以及熔融工艺的稳定。

    此外,在电熔窑炉运行之初经常会遇到电压低、电流过大但功率反而不高的现象,为了增大功率首先应提高电流,但是要注意电流过高可能击穿熔融电极砖并烧毁电控机械设备,进而影响材料熔化质量。为防止上述现象的发生,必须保持玻璃炉内玻璃溶液熔化均匀、不同点电阻相等,尤其是电阻小的区域发生偏流的可能性更大,偏流必将引起偏相,从而导致整个电熔窑炉电功率失衡,熔融不均。

    3、结论

    冷顶式电熔窑炉彻底改变了传统的火焰加热窑炉能耗模式,能有效弥补传统窑炉技术工艺方面的不足,当前,我国电熔窑炉技术有了很大进展,电熔窑炉配套性耐火材料和电极材料纷纷已达设计要求,全电熔窑炉设计日趋成熟。通过对电熔窑炉项目投运后的生产过程进行跟踪调查发现,电熔窑炉不仅能提升企业产品品质,降低生产经营成本,带来良好的经济效益,还能落实和响应国家的产业政策,体现社会经济发展对节能环保的要求,社会效益和生态环境效益显著。
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