窑炉纯氧顶烧技术 增效减排创效益

 

 

王新强 刘 琦

内容摘要：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。

关键名词：增效、减排、窑炉、纯氧、电助熔

持续降本、增效、减排以提高产品质量是日用玻璃行业竞争力的有效手段。窑炉纯氧顶部燃烧与电助熔技术的引入应用，是推进日用玻璃行业结构调整和产业升级，加强节能减排和资源综合利用的重要举措。近几年来，随着窑炉向大型化、绿色环保、节能、高质高效方向发展，窑炉纯氧燃烧技术在日用玻璃行业应用越来越多，2022年下半年与2023年上半年我们对行业内部分应用纯氧燃烧技术企业的使用情况进行了调研，从前期运行实际状况来看，主要集中存在着以下几点问题：

一、天然气纯氧燃烧技术给企业带来的困惑

1、个别窑炉运行一年左右出现胸墙因烧蚀造成倒塌问题进行热修。

2、碹顶因火焰上扬造成变形，局部出现高温与碱蒸汽共同作用侵蚀形成的孔洞，需要进行热修处理，严重时停窑冷修。

3、窑炉挂钩砖及池壁三相界面结合处侵蚀严重，剥落的耐火材料影响玻璃液质量，造成产品出现结石、条纹、气泡等问题。

4、天然气纯氧燃烧窑炉没有达到预期的节能效果，甚至有些与空气助燃的窑炉吨玻璃消耗燃料相同。

5、采用天然气纯氧燃烧后窑炉工艺制度及配方没有作相应调整，窑炉内玻璃液表面泡沫层出现大的变化，达不到真正节能降耗、降低原料成本的目的。

6、很多企业窑炉应用了天然气纯氧燃烧，但供料道没有采用纯氧燃烧，还是采用空气助燃或硅碳棒加热保温，其实在供料道采用纯氧燃烧的节能效果远大于熔化部，并且温度控制更精准。

二、窑炉天然气纯氧平行燃烧与窑炉顶烧技术的差异化分析

    窑炉天然气纯氧顶烧技术+辅助电助熔技术，是单元池窑无蓄热式结构，窑炉纯氧顶烧技术基于垂直、定向直接加热，可以解决企业运行当中问题点的困惑，现分析阐述如下：

1、窑炉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，而窑炉纯氧顶烧技术基于垂直、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、窑炉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，让火焰高温段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、辅助电助熔技术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及玻璃质量。

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，增加玻璃液在熔化池滞留时间。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。

三、辅助电助熔技术在日用玻璃生产中的应用

辅助电助熔技术是指借助于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。主要作用可分为以下几点：

1、它可以作为增加池窑出料量的一种经济方法，广泛应用于大型池窑。根据玻璃品种的不同，熔化率由初期的1.8T/㎡.d增加至3.2T/㎡.d，熔化面积不变，熔化率增加60%以上。

2、由于多排多支电助熔的引入，加强了玻璃液的流动使玻璃均匀性提高。增加了玻璃液在炉内的回流，延长了玻璃液在炉内的滞留时间，相对于鼓泡带来的滞留时间增加30%，提高了玻璃质量，将结石、条纹、气泡等基本消除，成品率更上一个台阶。

3、灵活调节出料量，能根据市场需求迅速调节池窑产能，适合需要变换出料量的窑炉。

4、更适用于颜色玻璃或难熔玻璃。

四、窑炉天然气纯氧顶烧+电助熔窑炉的投资分析

包含了氧站及燃烧系统、电助熔的投资，采用纯氧燃烧+电助熔方式的窑炉，对于日产100—150吨玻璃的窑炉，一次性投资会比蓄热式方式高20%左右，高于150吨产能的窑炉投资基本不会增加，纯氧燃烧与蓄热室式的的窑炉耐火材料选择没有很大的变化，纯氧燃烧的窑炉耐材投资是节省的，只是为了提高窑炉寿命，选用了更好更高质量的耐材，导致采购价格上升，同时窑炉的使用寿命会更长（7年以上）。

五、如何评估窑炉纯氧燃烧技术

所有窑炉都可以采用纯氧燃烧的方式熔解玻璃。在天然气价格高的区域经济性会更好。纯氧顶烧+电助熔的窑炉在设计前期会充分考虑当地天然气与电的价格问题。是采用电熔为主，纯氧做辅助；还是采用纯氧为主，电助熔为辅，这是前期必须要进行决策的，因为决定了窑炉设计方向。我们与大型瓶罐玻璃厂家共同测算出来的一个结果，采用纯氧顶烧+电助熔方式每吨产品可以节省人民币30—40元。采用純氧燃烧不是单纯的追求降低熔化成本，在低价位燃料地区就不可能实现降低制造成本，但可以减排（约降低当前行业水平60—80%的排放量）。

随着窑炉向大型化、绿色环保、节能、高质高效方向发展，窑炉天然气顶部纯氧燃烧加辅助电加热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跨界引入，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。 泰安恒成愿为中国日用玻璃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有力的技术支撑与服务。

 

2024年1月2日