玻璃熔爐的加熱形式探究

嚴永海

（東旭集團有限公司 河北石家莊市 050000）

玻璃熔爐的加熱形式探究

嚴永海

（東旭集團有限公司 河北石家莊市 050000）

介紹玻璃熔爐的加熱技術的發展，并分析了各種加熱形式的發展歷程及其優劣。基于運行成本、環保、玻璃配方、更高的熔化率和更好的玻璃質量等諸多要求，我們需要選擇合適的玻璃熔爐加熱形式。

玻璃熔爐；加熱技術；富氧燃燒；純氧燃燒；電助熔

1 傳統的空氣+燃氣燃燒加熱形式

有史以來，玻璃熔窯一直都是以空氣作為助燃介質。科技工作者經過對現有加熱形式的分析研究，認為采用空氣助燃是導致高能耗、高污染、溫室效應高的因素。因為空氣中只有21%的氧氣參與助燃，78%的氮氣不僅不參與燃燒，還攜帶大量的熱量排入大氣。以空氣助燃的燃燒中所產生的廢氣含有大量的NOx，它造成光化學大氣污染、溫室效應，影響全球人類生存環境。亟待人們進行解決。

2 富氧+燃氣燃燒加熱形式

為了使玻璃熔爐的燃料充分燃燒，大幅提高熱效率，減少了固體不完全燃燒的排放，減少氮和其他惰性氣體隨煙氣帶走的熱能。富氧助燃技術應運而生，這項技術可以使燃燒強度提高、燃燒速度加快，從而獲得較好的熱傳導，使燃料燃燒的更完全，更充分。

一般空氣中氧的含量為20.93%、氮為78.1%及少量惰性氣體等。人們把含氧量大于20.93%的空氣叫做富氧空氣。富氧空氣參與燃燒給燃燒提供了足夠的氧氣。富氧燃燒技術的優勢還體現在：

（1）據測試氧含量增加4～5%，火焰溫度可升高200～300℃。火焰溫度的升高，促進整個窯爐溫度的上升，爐堂受熱物質更容易獲得熱量。

（2）燃料在空氣中燃燒與在純氧中的燃燒速度相差甚大，據測試，氫氣在空氣中的燃燒速度最大為280cm/s，在純氧中為1175cm/s，是在空氣中的4.2倍，天然氣則高達10.7倍。富氧助燃，可以使燃燒強度提高、燃燒速度加快，從而獲得較好的熱傳導，使燃料燃燒的更完全，更充分。

3 純氧+燃氣燃燒加熱形式

科技工作者通過長期反復地試驗研究結果表明；采用純度≥85%的氧氣作為助燃介質，對于節約能源，改善環境效果十分顯著：能耗可降低12.5～22%，更有甚者達30%以上，廢氣排放量減少60%以上，廢氣中“NOx”下降了80～90%、煙塵也降低50%以上。

這種采用純度≥85%的氧氣參與燃燒加熱的系統，我們稱之為全氧燃燒。在玻璃熔爐中，部分設置全氧燃燒系統（浮法玻璃熔窯俗稱的“0”號小爐助熔）稱之謂全氧助燃加熱。玻璃熔爐全氧燃燒加熱，引起了玻璃窯爐加熱形式的重大改變，引起玻璃熔窯結構的變革，甚至是玻璃工業生產的重大變革。

主要表現在：

（1）燃燒效率高，一般的空氣燃燒效率在40%以下甚至更低，純氧燃燒的效率可達60～70%左右，能耗可降低12.5～22%，更有甚者達30%以上。

（2）污染減排顯著，NOx排放量降低80%以上，粉塵排放量減少70～80%。

（3）使用純氧燃燒加熱的玻璃熔爐，取消了小爐、蓄熱室，換火系統，大大降低了投資成本，簡短窯爐的結構，縮短了熔爐的砌筑時間。熔化部的生產廠房跨度可縮小2/5，主生產線投資減少30%左右。同時也減少了維修費用。

（4）可以提高火焰底部溫度，提高玻璃熔化量，燃燒無換向，使得玻璃熔化更加穩定，同時熔化過程飛料大幅度降低，熔爐廢氣的減少，使煙道系統規模大大縮小，NOx排量大大降低，其清除系統規模也縮小，消除了熔爐換向帶來的對爐壓及玻璃液面的不穩定，使溫度和氧氣分布更加重要穩定。有助于減少條紋和小氣泡，改善玻璃質量。

（5）節約能源，提高熱效率。空氣中含氧量約21%，而氮氣的含量為78%，氦氣、氬氣、氫氣等惰性氣體為1%。采用空氣助燃的燃燒加熱過程中，只有氧氣參加燃燒的反應，大量的氮氣吸收了大量的燃燒反應放出的熱，并從煙道排走，造成極大的浪費。采用全氧助燃后的排煙量僅是空氣助燃的1/3～1/4，排出爐外的熱量大為降低，同時火焰溫度高，輝度高，輻射傳熱強。

但是純氧燃燒技術也有亟待解決的問題：

（1）窯內氣氛：全氧燃燒窯內氣氛變化較大，在玻璃熔體表面堿（NaOH）的揮發反應，堿蒸氣（NaOH）濃度增加數倍，造成碹頂硅磚侵蝕加劇。

（2）設計全氧燃燒熔窯。由于制備氧氣的成本比空氣高，因此，在選擇應用全氧燃燒方案時應做可行性分析，選擇可靠性高的制氧機組（如真空變壓吸附法可制造濃度為90～91%以上的制氧氣設備），同時也要考慮附近是否有“液氧氣源”，作為應急備用氧氣供應基地。

4 純氧燃燒+電助熔加熱形式

這種玻璃熔爐控制平穩且易操作，并減少了原料中某些昂貴氧化物的飛散與揮發，降低噪聲和改善環境污染，穩定熔化工藝和提高產品質量等，這些都是燃料爐難以比擬的。并且電助熔，耗電量不多，但對提高產品質量，增加產量，改善勞動條件諸方面都有良好的效果。

在實際的使用階段，電助熔加熱提供的量占總加熱量的比例也有一個發展過程。電助熔加熱的比例較小，只有10%左右，從國內的玻璃生產廠家使用的效果顯示玻璃制品的產量和質量并沒有明顯提升，節能效果體現不出來，更由于電助熔加熱設備也需一定的投資并對熔爐進行特殊設計，造成設計和建設成本上升，運行成本也上升。

5 全電熔加熱形式

電熔方法有許多突出的優點，主要體現在：

(1)玻璃電熔與傳統的火焰加熱熔爐相比有著很大的優勢。由于利用玻璃液直接作為焦耳熱效應的導電體，從而達到熔化和調溫的目的。所以玻璃電熔化的熱效率遠高于火焰熔爐。熱效率可以高達80～85%，節省能源，熔制出的玻璃液成分均勻，穩定熔化工藝和提高產品質量。生產過程便于實現自動化操作。

（2）電熔窯的爐型結構簡單，占地面積小，熱量散失減少；控制平穩且易操作，并減少了原料中某些昂貴氧化物的飛散與揮發，降低噪聲和改善環境污染，改善勞動條件。

（3）在節假日停產后恢復生產的困難較少；熔爐大修較快；在整個窯期內可始終保持滿負荷的出料量；占地面積小；建設投資少。

在電力充足和電價適中的地區，用全電熔工藝來生產各類玻璃制品尤其是高質量的玻璃器皿的綜合經濟效益是很理想的；在電價較高的地區，對于彩色玻璃、乳濁玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、無鉛水晶玻璃、高揮發組分玻璃或特種玻璃生產也是合算的。

6 結論

總之，玻璃熔爐加熱方式的不斷發展，給我們提供了更多的玻璃制品生產的選擇性，至于我們選擇采用哪種方式加熱或者哪幾種，要對當地的資源進行調研。同時考慮玻璃性能、投資成本、環保要求等因素，做出具有長遠發展眼光的方案。

[1]朱慶霞，馮青，汪和平，宮小龍.富氧燃燒在陶瓷窯爐中的應用及經濟效益分析[J].中國陶瓷，2010（2）：1～5.

TQ172.6

A

1004-7344（2016）18-0322-01

2016-6-10

嚴永海（1976-），男，玻璃窯爐工程師。