窑炉纯氧顶部燃烧技术是日玻企业开源节流的有效技措

王新强  

 

摘要：采用天然气纯氧顶部燃烧技术高效熔解玻璃，提高熔化质量，减少氮氧化合物的排放，是新形势下日用玻璃行业实现开源节流的有效技术举措。

关键词：纯氧；燃烧；电助熔；日玻

 

习近平总书记在党的二十大报告中强调:”必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。 科技创新没有终点，作为日玻企业更应该面向未来，更应该站在诸多技术的前沿，更需要自立自强。

近三年来，由于新冠疫情、贸易遇阻、俄乌战争等诸多原因影响，导致供应链及产业链断续、物料价格高涨、能源成本居高以及国内外经济形势不乐观，生产资料与生活资料的需求下降。再加上美西方对我们的制裁，也导致了我们一些出口业务在某些地方的萎缩，许多日玻企业都是严重亏损举步维艰，很多企业都采取限产或直接停工的应对措施。针对种种情况，如何破局！我个人观点是:在产业升级以及百年未有之大变局的框架内，优胜劣汰是必然的趋势。新的经济环境,为日玻企业的发展提出了更加严苛的要求，而为适应当前激烈的竞争形势,企业在技术结构上的革新是其发展的先决保证，在企业获得核心能力的基础上，通过引进先进技术手段及新的企业管理模式等手段，达到低排放、低能耗，更高的产品质量、更高的设备运行效率，以适应市场需求，这才是是企业追求的核心目标。 

 本文着重介绍先进的纯氧顶烧+电助熔玻璃熔制技术及案例，是适应现在及以后可预测的能源变化、低碳排放为主。先进的玻璃熔制技术就是在不断提高产品质量，并使生产过程符合各地域能源结构的的前提下，降低能源消耗成本，达到降本增效的目的。

一、熔解玻璃的方式介绍

OC公司于2000年成功利用了碹顶純氧燃烧技术投入生产，节能效果非常优异，比现有的纯氧平烧燃烧方式还要节能8%—15%，热能利用率可达到50%以上。随着纯氧顶部燃烧技术在玻璃纤维窑炉上应用的普及，泰安恒成工程技术有限公司作为将碹顶純氧燃烧技术引入中国的开创者，正逐步将此项技术推广至所有玻璃生产窑炉，涉及玻璃纤维之外的浮法玻璃、日用玻璃、特种玻璃生产线等。全氧燃烧与电助熔技术特点主要体现在以下几个方面：

1、天然气纯氧顶部燃烧技术不同于传统的胸墙纯氧平烧，差别是平烧依赖于热辐射为主的能量交换，而纯氧顶烧基于垂直、定向直接加热原理，提高了配合料的传热率，从而提高了熔融速率。采用胸墙平烧方案如果火焰长度、刚度控制不好，火焰会发飘上扬，不稳定，严重时会将碹顶烧损，影响窑炉使用寿命，这是非常严重的问题。另一种情况如果燃烧器选型或在两侧胸墙上的排布不合理，会导致工艺温度制度不容易调整，有时还会将对面胸墙烧蚀。

2、天然气纯氧顶烧的燃烧器位于碹顶，可以克服空间限制，满足熔化部燃烧器数量要求。在顶部垂直向下燃烧，免于了传统平烧火焰对于碹顶的侵蚀，同时降低了碹顶温度，窑炉寿命得以延长。提高热传递效率，能使热量到达平烧燃烧器无法触及的窑炉区域，让火焰到达未熔融的配合料，通过改变传热方式提高玻璃质量、流量以及玻璃融化率，从而降低了玻璃液的单位成本。

3、电助熔是电极把电能直接送入用燃料加热的玻璃窑炉中，直接通电补充熔化所需的一部分热量，通入的电能以95%以上的效率作用于熔化以提升玻璃热效率。 

4、玻璃窑炉在没有大功率电助熔的应用时，能够改变玻璃质量及节能的的方式有两种途径，一种是采用鼓泡，一种是设置窑坎结构。事实证明这两种方式在一定的阶段都起到了很大作用。

5、通过我们的数学模拟和实际应用得出：与鼓泡相比电极产生的垂直方向液流的流速低，对池底耐火材料侵蚀小，玻璃没有气泡存在。

6、多排电极产生向投料口方向的回流有助于增强配合料的熔化，增加玻璃液在溶解池滞留时间。通过调整每排电极的功率分布，可以得到合适的流液洞出口温度。

二、日用玻璃日产100吨项目设计指标及主要设备投资

设计指标

 

序号	明细	純氧燃烧方式
1	熔窑型式	单元窑
2	熔化方式	純氧顶烧+电助熔
3	出料量	100t/d
4	熔化面积	约33㎡
5	玻璃深度	1.2 米
6	熔化率	3.3t/d. ㎡
7	窑炉设计寿命	≥6 年
8	均化澄清方式	多排电助熔助熔、均化
9	天然气热值	8500kcal/m³
11	氧气纯度	93%
12	熔化部综合能耗	≤900 kcal/kg 玻液
13	吨玻璃天然气用量	≈90Nm³/h
14	吨玻璃电助熔用量	650KW/h≈155KW
15	电能占比	功率大小可调节，按15%计算
16	吨玻璃氧气用量	≈207Nm³
17	窑炉废气量	1700Nm³
18	玻璃液温度控制精度	±2℃

主要设备投资

 

序号	项目名称	总价(万元)
1	VPSA 制氧系统	700
2	耐火材料	800
3	螺旋投料机	16
4	金属换热器	120
5	純氧燃烧系统	253
6	DCS 控制系统	20
7	工业电视	6
8	液位控制	8
9	钢结构	50
10	电助熔系统	370
11	在线残氧检测	20

 

三、恒成设计及服务

1、设计窑炉为单元窑形式，具有较大的长宽比，使玻璃在炉内的流动距离更加的长，使用純氧顶烧及高功率电助熔，窑炉融化率能够达到2.4—3.3T/㎡.d以上。复合冷却下潜式流液洞、水冷可更换式鼓泡、密封投料、炉内监视系统、窑压及玻璃液位自动控制系统、残氧在线监测等多项技术措施为客户做出规范、标准化的工程。

2、燃烧产生的废气通过换热进行再利用，将洁净符合要求的热空气送至退火炉，减少天然气或电力的需求。热风温度波动保持±2℃之内。

恒成公司推出新的电助熔控制方式IGBT控制系统，完全不同于现在的SCR控制，结合新型的水冷变压器使用，功率因数达到98%，为客户节省更多的运行费用。

3、根据玻璃性质选择合适的耐火材料，保证窑炉的运行寿命。在窑炉安装、烤窑、投料过程全程进行监督、指导。生产过程中对于原料配方、熔制工艺进行指导。出具符合窑炉运行的作业指导书、窑炉维护手册。

4、天然气纯氧顶烧的燃烧器位于碹顶，可以克服空间限制，满足熔化部燃烧器数量要求，燃烧器在使用过程中无需维护更换，其使用寿命与窑炉同期。

5、纯氧顶部燃烧技术采用热交换系统，全部取消蓄热室结构，无需换向操作，窑压长期稳定且玻璃热透过率高（更适合大出料量及有色料熔制工艺）。

6、泰安恒成工程技术公司设计范围涵盖原料配料均化系统，窑炉耐火材料及钢结构设计，純氧燃烧系统设计制造，电助熔系统设计制造，电气自控、自动化物流系统等。同时可根据客户需求进行项目总包，交钥匙工程。 

随着窑炉向大型化、绿色环保、节能、高质高效方向发展，窑炉顶部纯氧燃烧技术在玻纤行业应用成熟且广泛。持续降低生产成本、提高玻璃液质量是日用玻璃行业提高竞争力的有效手段，纯氧顶部燃烧技术与辅助电助熔技术的引入，是日用玻璃企业生产低成本高效率高品质产品的技术保障。

泰安恒成复合材料工程技术有限公司全方位的为中国日用玻璃行业企业提供设计与服务，为行业从业人员在窑炉顶部纯氧燃烧技术改造和使用方面提供强有力的技术支撑与全方位的售后服务。

 

 

2022年12月2日