高發(fā)射性節(jié)能涂料在浮法玻璃熔窯的應(yīng)用分析

楊國偉 黃才富

0 引言

燃料成本占玻璃生產(chǎn)成本的近40%，因此，降低燃料用量，既可降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益；又可減少廢氣排放量，改善環(huán)境，更具社會效益。隨著傳統(tǒng)玻璃行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，各種節(jié)能新思路、新技術(shù)得到較為普遍的應(yīng)用。但主要措施集中于減少窯爐散熱損失和提高窯爐高效熱利用率兩大方面。國外通過軟件模擬窯內(nèi)燃燒狀況，設(shè)計優(yōu)化窯爐和燃料噴槍結(jié)構(gòu)，力求將窯爐高效熱利用發(fā)揮到極致，而減少窯爐散熱措施則主要為加強(qiáng)窯體外表保溫，以減少熱量損失。近些年出現(xiàn)一種窯爐內(nèi)表高發(fā)射性節(jié)能涂料，通過加強(qiáng)窯體內(nèi)表磚材表面吸收熱量并高發(fā)射，以阻隔熱量外散，達(dá)到窯體內(nèi)外雙向阻止散熱的效果。本文從高發(fā)射性節(jié)能涂料的特性出發(fā)，結(jié)合在某企業(yè)浮法玻璃熔窯上的應(yīng)用實踐，對比分析其節(jié)能效果，以供業(yè)內(nèi)應(yīng)用參考。

1 高發(fā)射性節(jié)能涂料

Emisshield 高發(fā)射性節(jié)能涂料源自美國航空航天局技術(shù)，用于航天器表面降溫，后轉(zhuǎn)為民用。該高發(fā)射性涂料是基于人工合成的材料，不是絕熱或反射體，而是吸收熱量并發(fā)射，其發(fā)射系數(shù)在1650 ℃時，仍能保持在0.85～0.92，特別適合于高溫環(huán)境，如玻璃熔窯。使用時涂層厚度為0.2 mm。

高發(fā)射性節(jié)能涂料可噴涂在硅質(zhì)、莫來石質(zhì)、高鋁質(zhì)、鋯英石質(zhì)、鉻鋁質(zhì)、燒結(jié)鋯剛玉磚上，電熔鋯剛玉磚上目前不能使用。可應(yīng)用于空氣窯和全氧窯。

2 高發(fā)射性節(jié)能涂料在玻璃熔窯的應(yīng)用

某公司一條700 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線首次使用Emisshield高發(fā)射性節(jié)能涂料，于2015年4月9日點(diǎn)火。該涂料是在大碹和胸墻硅磚內(nèi)表面冷態(tài)下噴涂形成約0.2 mm的涂層，烤窯過程中涂料經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)和硅磚融為一體。投產(chǎn)一年后，該浮法線熔窯單位熱耗在公司同噸位浮法線中保持最低的水平，未發(fā)現(xiàn)該噴涂對烤窯硅磚膨脹及后續(xù)生產(chǎn)玻璃質(zhì)量有任何影響。目前浮法熔窯結(jié)構(gòu)完好，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異。證明該材料對玻璃生產(chǎn)無任何負(fù)面影響。生產(chǎn)普白玻璃2～8 mm規(guī)格，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，能應(yīng)用于AG玻璃、高端制鏡、電子玻璃、太陽能背板等領(lǐng)域，并長期穩(wěn)定供應(yīng)。

3 節(jié)能效果分析

在實際生產(chǎn)中，窯爐結(jié)構(gòu)、拉引量、碎玻璃比例、0#氧槍、產(chǎn)品種類、工藝操作等因素均會影響熔窯的能耗，準(zhǔn)確測算單一因素對能耗的影響數(shù)值還存在一定的困難。為了能更科學(xué)地判斷該涂料的使用效果，選取某公司正在運(yùn)行，熔窯結(jié)構(gòu)相同的兩條700 t/d普白浮法生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)工藝及能耗狀況的橫向比較，統(tǒng)一拉引量、碎玻璃比例等主要工藝條件進(jìn)行熱工計算及折算，把各生產(chǎn)線的單位能耗折算到一個相同標(biāo)準(zhǔn)工藝條件下，比較使用高發(fā)射性噴涂料和未使用該涂料的生產(chǎn)線能耗之間的差別，從而判斷高發(fā)射性節(jié)能涂料的節(jié)能效果。

采用Emisshield高發(fā)射性節(jié)能涂料后，熔化部所形成的表層的發(fā)射率可以達(dá)到0.9，而未經(jīng)過噴涂的玻璃窯爐的耐火材料的發(fā)射率僅為0.4～0.6。通過提高窯爐發(fā)射系數(shù)，吸收窯內(nèi)輻射熱量，再發(fā)射到低溫物料上，減少了透過窯爐耐火材料損失的熱量和煙氣帶走的熱量，達(dá)到了提高熱效率，減少燃料消耗的目的。使用高發(fā)射性節(jié)能涂料，除減少熔窯散熱，其發(fā)射作用使熔窯熱點(diǎn)溫度降低10～20 ℃，大幅度降低了燃料供給。

3.1 分析思路

首先根據(jù)熔窯熱點(diǎn)溫度變化，經(jīng)過理論計算得到使用高發(fā)射性噴涂料節(jié)能后的理論節(jié)能效果。然后通過比較兩條700 t/d普白浮法生產(chǎn)線的總的能耗差異，折算到統(tǒng)一工況下的能耗，剔除其它因素的影響，得到使用高發(fā)射性噴涂料的實際節(jié)能效果。通過理論和實際節(jié)能效果的比較，對玻璃熔窯使用高發(fā)射性噴涂料的節(jié)能效果進(jìn)行評判。

主要考慮影響熔窯能耗的以下三個主要因素：

（1）拉引量

因拉引量的變化，對單位能耗影響明顯，故選取兩條生產(chǎn)線拉引量均為700 t/d左右，較長時間穩(wěn)定生產(chǎn)的條件下的工藝及能耗數(shù)據(jù)做為分析評價的原始數(shù)據(jù)。

（2）碎玻璃比例

碎玻璃比例統(tǒng)一到15%的條件下進(jìn)行能耗對比。

（3）0#氧槍

統(tǒng)一到使用0#氧槍的工藝標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行能耗比較。

3.2 分析過程

3.2.1 產(chǎn)線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1#線700 t/d熔窯，使用高發(fā)射性節(jié)能涂料，0#氧槍，普白浮法玻璃生產(chǎn)線。2#線700 t/d熔窯，未使用高發(fā)射性節(jié)能涂料，普白浮法玻璃生產(chǎn)線。產(chǎn)線1#線、2#線的原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 產(chǎn)線1 #線、2 #線的原始數(shù)據(jù)

3.2.2 理論計算

根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，一個黑體表面單位面積在單位時間內(nèi)輻射出的總能量（稱為物體的輻射度或能量通量密度）與黑體本身的熱力學(xué)溫度T（又稱絕對溫度）的四次方成正比。物體溫度越高，發(fā)射的紅外輻射能越多，在單位時間內(nèi)其單位面積輻射的輻射能量。

式中：E——單位面積輻射能量；

s——斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，s＝5.67×10-8W/（m2· K4）；

e——表面輻射系數(shù)，其值在0和1之間，由物體表面性質(zhì)決定；

T——物體的絕對溫度，K。

不考慮其它工藝條件的影響和對比，采用Emisshield高發(fā)射率保溫涂料后除減少熔窯散熱，其發(fā)射作用使熔窯熱點(diǎn)溫度降低10 ℃以上，大幅度降低了燃料供給。1#浮法線熱點(diǎn)溫度手測1540 ℃，相比2#浮法線熱點(diǎn)溫度手測1550～1560℃，熱點(diǎn)溫度降低10～20 ℃，計算節(jié)能效率按降低熱點(diǎn)溫度10 ℃計算。

計算結(jié)果：DEh＝2.2%。理論計算高發(fā)射性噴涂料的節(jié)能效率最大可達(dá)2.2%。

3.2.3 折算標(biāo)準(zhǔn)

折算標(biāo)準(zhǔn)是某公司通過收集多條生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算出的折算數(shù)據(jù)。

（1）拉引量的影響

拉引量折算標(biāo)準(zhǔn)為：拉引量每升高10 t/d，則氣耗降低0.5 m3/t 玻璃。

（2）碎玻璃比例的影響

碎玻璃比例折算標(biāo)準(zhǔn)為：碎玻璃比例每升高1%，則氣耗降低1 m3/t 玻璃。

（3）0#氧槍的影響

使用0#氧槍折算標(biāo)準(zhǔn)為：使用0#氧槍節(jié)能1.0～1.5%，取1.5%。

3.2.4 統(tǒng)一工況下的折算實際能耗

對上述三個變量參數(shù)，對1#線、2#線的氣耗進(jìn)行統(tǒng)一折算，結(jié)果見表2。

表2 三個變量參數(shù)的統(tǒng)一折算結(jié)果

4 結(jié)論

通過使用高發(fā)射性噴涂料理論熱工計算節(jié)能效果2.2%及統(tǒng)一工況后實際折算的節(jié)能效果2.3%的比較分析，節(jié)能效果達(dá)到2.2%左右是可信的，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。而且高發(fā)射性噴涂料的使用對玻璃質(zhì)量沒有負(fù)面影響，值得在行業(yè)內(nèi)推廣。