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玻璃熔制效率的关键及熔窑大幅节能的方向


全 国性 建 材 科 技 期 刊 —— 《 璃 》 2 0 年 玻 07

第 1 期  总 第 1 0 9 期 

玻 璃 熔 制效 率 的关 键 及 熔 窑大 幅节 能 的 方 向 
杨 志 强  杨  宏  吴 亚 丽  茅力 佐 
( .同济大 学材 料科 学与 工程 学 院  2 1 .江 苏华 尔润 集 团有

限公 司)  
摘 要 从 熔 制 玻 璃 的工 艺 和熔 窑运 行 的 基 本 原 理 出发 ,研 究 玻 璃 熔 制 过 程 对 能 量 的需 求 和 熔 窑 结 构 对 散 热 能  玻璃熔制 能耗 效率 节 能 
文 章 编 号 :1 0 — 1 8   2 0 )0 —0 1 —0   0 3 97 I0 7 1 0 4 7

耗 的 工 艺 需 求 ,探 讨 影 响玻 璃 熔 制效 率 的 关 键 因 素 ,阐 述 了 大 幅 节 能 降 耗 工 艺 变 革 方 向 的依 据 。   关键词
中 圈 分类 号 :T 7   文 献 标 识 码 :A Q1 1

1 前  

言 

节 限制 了节 能效 率 ?  
本 文认 为 ,熔 窑 的节 能 问题 必须 从玻 璃 熔 制工 

玻璃制 造行 业是 典 型耗能 大 户 ,玻 璃企 业是 影  响各 省市地 方 GD P单 位 能耗 指 标 的热 点 部 门 。在  国 民经济 贯 彻 可 持 续 发 展 、建 立 和谐 社 会 的 前 提  下 ,在 国际能 源价 格持 续上 涨 的压力 下 ,玻璃 企业 

艺 人手 ,理解 从配 合 料到合 格 玻璃 液 的 各个 工 艺 阶  段 对能量 的需求 指标 。为 匹配 这 些能 量 需求 指标 的  熔 窑结构形 式 和工 艺制 度安 排 ,是进 一 步节 能 的 突  破 口。即 :是否保 证玻 璃 液制 备 工艺 过 程 在分 布 上  能够 充分 达 到各 个 制 备 阶段 理 想 的能 量 需 求 指 标 ,   如温度 和停 留时 间 ,做 到既 不 欠缺 又 不冗 余 。如 果 

面 临 的经 济环 境将 日益 苛刻 ,降 低能 耗 的工艺 革新 
将成 为企 业生 死存 亡 的关键 所在 。  

玻璃 熔 窑节能 问题 由来 已久 ,国 内外 玻璃 行业  专 家 和工程师 们 为玻 璃 熔 窑 节 能 工 艺进 行 了 2 O多 
年 的探 索 ,积 累了丰 富 的经验 。已经产 生 明显节能  效 果 的工艺革 新有 如熔 窑 的保温 工 艺 ,高级 耐火材 

欠缺 ,则影 响质量 ,如果冗余 ,则增加能 耗和成本 。  
在讨 论节 能措 施之 前 ,应该 充 分理解 玻 璃液 制  备 中必须 的能 耗 ,例如 :  
① 玻璃 液 的理论 能耗 是 必须 的 ;  

料 的选 用  烟 气余 热 的 回收 利 用 ,全 氧 燃 烧 等等 。  
尽 管玻 璃熔 制节 能工 艺取 得 了很 好 进展 ,玻 璃企业  的能耗 依然 居高 不下 ;玻 璃制造 的能耗 指标 依然 引  人 注 目;能 源价格 的持续 上涨 时刻 触动 着玻 璃企业 
经 营者 的 紧张神 经 。   ( )当前玻 璃熔 窑 的能耗 指标  1 玻璃液 的理论能耗 : .  / g=O 7k ? / g   5MJ k . W h k  

② 排 出烟气 无 法 回收 的能量 是必 须 的 ;   ③ 维持耐火材料结 构强度 的表面散热是必须的 。   提 供这 些必 须能 耗指 标 的数据 可 以从 全窑热 工  标 定 的工作 中得 到 。  
2 熔 窑 能 耗 指 标 全 窑 热 工 实 测 数 据 

为了制订玻璃熔窑节能策 略 ,必须对浮法玻璃熔  窑进行全窑热工 测定 和热平衡 计算 。对 于每个熔窑进  行实际热工测定成本很 高 ,要耗 费大量 时间和人力 物  力 。本文提供一个典 型 的 60td浮法玻 璃熔 窑热工  0  / 标定数据 ,帮助体会当前玻璃熔窑的能耗分布 。   在 热平衡 计算 中 ,进 出熔 窑体 系 的空气 与烟 气  以烟 道 为界 ,进 出熔 窑体 系 的玻 璃 以投 料机 处 和投  料 口处 和 出料 口为界 ,其 它 以进 出窑体 为界 。  

全 电熔 窑 经 济能 耗 :4 3 5 4 MJ k 一 1 2 . ~ .   / g . ~ 
1 5 k ?h k   . W /g

6 0td浮法玻 璃 窑能 耗 :6 4 .   / g= 0  / . ~7 5MJ k  
1 7 ~ 2 0   W ?h k   . 8 . 8k /g

( )进 一步 节能 的 目标  2

我 们面 临 的问题是 :进 一 步 的节能措 施 应该从 

何 入手 ?节 能 的幅度 还有 多大 ?熔 制工 艺 的那些 环 
1  4

全 国性 建 材 科 技 期 刊 —— 《 璃 》 2 0 玻 0 7年
表 1 全 窑 热 平 衡 数 据 ( 重 油 9  /   耗 8 td。产 玻 璃 6 0 t d  0  / )
输 出熔 窑体 系热 量 
项 目   /  

第 1期  总 第 10期  9

的热 工 测 定 数 据 。   2 2 熔 窑 表 面 散 热 以及 保 温 措 施   . 
表 2 熔 窑 表 面 散 热 热 工 测 试 数据 
( 重 油 9  / ,产 玻 璃 6 0 td   耗 8 td 0  / )
项目  

输 入 熔 窑 体 系 热 量 
项目   /  

烟 气 显 热 Q  表 面 散 热 Q2   玻 璃 液 带 出 显 热 Q3  

3 、 2 燃 料 燃 烧 热  15  2 . 8 燃 料显 热  2 2  1 .   助 燃 空 气 显热  92

9.8 3 5  o 5  、7 O 8  .6

/ % 

碹 表 面散 热  池 底 表 面散 热  胸 墙 、 池 壁 表  面 散 热 

3 . 5 熔 化 部 碹 :2 . 5 冷 却 部 碹 :9 1   O O  O 8  .9 1 . O 熔 化 部 底 :8 2   2 3  .4 熔化部胸池 :  
1 .1 3  

玻 璃 液 带 出潜 热 Q  孔 口逸 流气 体 显 热 Q5  
孔 口辐 射散 热 Q6  

8 8  配 合 料 显 热  .7 4 7  雾 化 蒸 汽 潜 热  .1
O 6  .4

O 7  .1 3 7  .6

冷 却 部 底 :4 O   .5 冷却部胸池 :   2 2  .4

1. 6 0 8 

小 炉 表 面 散 热  蓄 热 室 烟 道 表  面 散 热 

2.  57
1. 4 3 0  

冷 却 水 带 出热 Q 
冷却风带出热 Q  s

2 8  .1
2 2  .8

雾 化 蒸 汽 潜 热 Q9   其 它  合 计 

29 .  4 9  .8 1O 合 计  O  1O O 

其 它 表 面 散 热 

58  .1

山 墙 ,投 料 池 ,耳 池 , 流道 

在 表 面散 热 的 分 布 中 ,碹 顶 散 热 占 3  ,小  0 炉 和蓄 热室 占 3  ,胸墙 池 壁 池 底 占 3   。如 果  0 0 不 考虑 小炉 和 蓄热 室部分 ,在窑体 散 热 中 ,冷却 部  的散热 接 近熔化 部 的一半 。   如 果 在 小 炉 散 热 上 做 文 章 , 比 如 降 低 散 热  3   ,则节 能 幅度也 为 总能 耗 的 1 7 。 0 .   
3 玻 璃 液 制 备 工 艺 各 阶 段 对 温 度 和 停 留 时 间 的 基 
本 需 求 

2 1 玻 璃 熔 窑 全 窑 热 损 失 分 析  .

从 表 1热平 衡数 据 中可 以看 出大约 1 3为烟 气  / 带走 热量 ,大 约 1 3为玻 璃 液 带走 热 量 ,大 约 1 3 / /  为其 它散 热损失 。   ( )玻璃 液带 走热 量  1 这是 熔制工 艺最 低 的要求 ,是 无法 节约 的。   ( )烟气 带走 的热 量  2 烟气带走 的热 量是 一 个很 大 的课 题 。到 目前 为  止 ,已经提 出了不少 回收烟气热量 的技术方 案 :如余 

玻 璃 熔 窑 的 性 能 优 劣 通 过 玻 璃 液 的 质 量 、产  量 、能耗 、窑 期 、造价 等参 数来 体 现 。而影 响玻璃  熔窑 能耗 水平 的本 质是 熔 窑 内玻 璃 的熔制 过 程经历  了何 种 物理化 学 过程 。为 了控制 这个 物理 化 学过程 

热锅炉 ,余 热发 电、全氧燃烧 降低 烟气量 、加强 蓄热  室换热效率进而降低废气温度等 等 。但 各个余 热 回收  措施又产生了新 的问题 :如余热锅 炉的热水无法 充分  利用热效率仍然较低 、余热发 电的投资太大且 没有需  具备规模效应来降低运行综合 成本 、全氧燃烧设 备投 
资和运行成本很高等 ( 唯一 的优势是环保)  。 ( )表面散 热及 其 它  3

要付 出 怎样 的代 价 ,哪些 方 面 付 出 的代 价 还 不够 ,  
不 能保 证玻 璃液 的熔 制质 量 ;哪些 方面 付 出的代价  是 多余 的 ,增 加 了熔 窑造 价 和能耗 运行 成本 。  
根 据研究 [ ,下述 为理 想熔 制工 艺 中在各 玻璃  】 ] 液 制备 阶段 所需 要 的最低 熔制 资源 。  

大 水管 的冷 却水是 工艺 要求 ,无 法节 约 。冷却 
风也 是 工艺需 求 ,无法 节 约 。   孔 口逸 流散 热是一 个很 重要 的课 题 ,保 持微 正  压操 作 ,尽量 减少 加料 ,观火 ,油枪 ,搅 拌 ,大水  管 等等熔 窑孔 口尺寸 和数量 ,是 积少 成 多 的节能措 
施之 一 。  

( )配 合料 层 的熔化 过程  1
温度:   停 留时 间 :   能 量需 求 :   12 0 ℃  0   1  h 7  0

实 际作业 中 ,配 合料 粉料 的低 导热 系数 极大地 
阻 碍 了换热 过程 的进行 。  

在 表面散 热 的节 能策 略上 ,参 见下述 表 面散 热 

6  熔 化热 量 为配合 料层 下方 热点玻 璃 液 ; 5  
】  5

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第 1 期

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3  为上 方火 焰辐 射热 量 ; 5  

求 ,可 以用下述 图形 ( 1 图 )表示 各个 熔 制 工艺 阶  段 的熔 制 参数 特征 。  
配 合料加热  硅砂熔化  捧除气泡  再澄清 

泡沫 区妨 碍 了火焰 对玻 璃 液的传 热 过程 。  
( )石 英颗 粒 的熔解 过程  2 温度:  
时间 :  

13 0~14 0℃  5  0  
1 2h ~   

能量需 求 :  

5  

2  ̄10 "  0  ̄ 15 " 0 2 0C 3 0 3 0 C 1 5 "  50 C

1 5  ̄ I 5 ℃  50 6O

1 5 ~ 1O "  3 0 l0 C

在 13 0℃ ,石英 颗粒 的熔解 速 度 已经 可 以 接   5

熔化 
0 7   . 5h l  h

加热 
l  h

澄 清  浅池熔化 深度
2 3h ~  

澄清和  温度调 节 
2× l   h

受 。速 度梯 度增 加 一倍 ,熔 解 时 间 减 少 2  。温  0, 9 6 度 提高 2 5℃ ,熔解 时 间可 以减 少 1 。因此 ,石 英    h 颗 粒 的熔 解 过程 不是 玻璃 液制备 的主要 矛盾 。   ( )玻璃液 的去 气过 程  3
温度 :  
时间 :  

图1‘ 玻璃液制备工 艺各阶段对能量指标 的需求特征 

基 于上 述熔 制 特征 ,B ek n E 出 了如 下 两  er e s  提
种 节 能概念 窑 。  

14 0 15 0℃   0    5
2 3h ~   

( )分 离玻 璃液 制备 工艺 单元 的 节能概 念 窑  1
0   7  7  0 5 8  t0 能量要求  5 O%

能量需 求 :  

2  5

1 0 ℃  00

玻璃 液 的去气 时 间与黏 度成 正 比 ,与液 面距 离 
成 正 比。  
内  料 

温 度和 气泡液 面距 离是 去 气 的关 键 。澄清工 艺  是 玻璃 液制 备 的主要 矛盾 之一 。   ( )玻璃 液的 均化 过程  4
温度 :15 0   0     5 ~13 0℃
时 间 :1h   

图 2 根据 玻 璃液 制备 工 艺阶 段 能 量 需 求指 标 
而设 计 的 概 念 玻 璃 熔 窑 

在上 述概 念 窑 中 ,依 据玻 璃 液制备 工 艺对 能量 
资 源 的需 求 ,划 分玻 璃液 的制 备 阶段 ,为 特定 的玻 

散热 :5 ~ 1    0 玻璃 条纹 主要来 源 :  

璃 液制 备 阶段提 供足 够 的熔 制资 源 ,保证 熔制 工艺 
的需 求 。   ( )低 压 澄清 节 能概念 窑  2
8  10 能量要求  5 0%

玻 璃液与 耐火 材料 界面 反应 物 ,富含 氧化 铝 氧  化 锆 的玻 璃 相 ( 时 为 霞 石 和 斜 锫 石 玻 璃 缺 陷 )  有 , 条 纹 消除时 间与条 纹大 小 和速度 梯 度密切 相关 。  
( )玻 璃液 的收 气过 程  5 温度 :13 0 12 0    0     0 ℃
时 间 :1h   

散热 :5 %~1  0

收气 的停 留时 间 :   ① 取 决 于去气 过程 完善 程度  ② 取 决 于冷却 速率 
4 理 想节 能熔 窑的 工艺 结构 安排 

图 3 低 压澄 清 的概念 玻 璃熔 窑  为克 服玻 璃 液制备 中澄清 工艺 主矛 盾 ,在上 述  概念 窑 中设计 了低 压 澄清 结构 ,澄 清 区采用 金属 密 
闭外 壳 ,内部 采 用 电极 加 热 。  

依据上 述玻 璃液 各个 制备 阶 段对 能量 指标 的需 
16   

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5 提 高 熔 制 效 率 的 关 键 因 素 及 节 能 的 突 破 方 向 

目前 还没 有 建造 出理想 的高 效节 能概 念窑 。在 

目前通 行 的各种 玻璃熔 窑 中 ,无 法 明确 区分各 玻璃 
环流 I  

液制备 工艺 阶段 ,也 不能 根据熔 制 工艺各 阶段 需求 

图 4 浮 法 玻 璃 熔 窑 熔 制 工 艺 的 区域 划 分 

来配 置熔 制资 源 。因此 ,在能 源分 配上 造成 部分 区 
域配 置过 度 ,部 分 区域配 置不 足 。配置 过度 造成能  源 浪费 ,配置 不足通 过延 长 时间完 成工 艺要 求 ,同  样 造成 能源浪 费 。  
5 1 实 际 浮 法 熔 窑 各 个 熔 制 工 艺阶 段 的 区域 分 布  . 

耐火 材料 构造 和实 际运 行 的限制 ,很 难建 造 出概念 

窑 的结构 。在 玻璃 液流 动 的各 区域 中 ,不 能像 理想 
概念 窑那 样 明确 区分各 个熔 制 阶段 ,各个 熔 制工 艺  阶段 在 空间上 是 相互交 织在 一起 的 ;通过 与 理想 概  念 窑对 比,可 以帮助 理解 实 际熔窑 中哪些 区域熔 制  资源配 置欠 缺 ,那些 区域 配置 过度 。  
52 理 想概念 窑 与 实 际浮 法 玻 璃 熔 窑 熔 制 资 源 的 .  
分 布 蚺 

浮法玻 璃熔 窑熔 制工 艺 的区域划 分见 图 4  。 图 4是 根据 玻璃 液的 流动形 态分 布[ 划 分 的浮  4 ]

法玻 璃熔 窑玻璃 液 的各个 区域 。由于实 际熔 窑受到 

表 3 理 想 概 念 窑 与 实 际 浮 法 玻 璃 熔 窑 熔 制 资 源 的分 布 对 比 
理 想 概 念 窑 的 熔 制单 元  配 合 料 层 预 热 
2 0~ 1 2 0℃   0

石 英 颗粒 熔 化 
1 30 ~ 1 3 O   o   5 ℃ 

加 热 到 热 点 
1 3 O 1 5 0℃   5~  0

去 气 过 程 
1 5 O℃   5

收气 过 程 
15 O 13 O   5 ~   5 ℃ 

冷 却 和调 理 
1 3 O 1 1 0℃   5~  O

理 想 概 念 窑 的 阶 段 熔 制  0 特 性  7h柱 塞 流   


1h 拌    搅 环流 I  
1 3 O 1 3 0℃    O ~   5

1h搅 拌    环 流 热 点 
1 3 O~ 1 5 0   5   0 ℃ 

2 3h柱 塞 流  ~  

1h搅 拌   

1h搅 拌    环流 Ⅱ   卡 脖 后 
1 5  3 O~ 1 O  1 0℃ 

实 际 浮 法 熔 窑 的 熔 制  配 合料 层  区域  2 O


I 头 部  环 流 Ⅱ 头 部 热  环 流 Ⅱ   点 ,展 薄 区 
1 5 O℃    5

1 2 0℃    0

卡 脖 前 
1 5 O 1 3 O℃    5 ~   5

实际 浮 法 熔 窑 的 熔 制 区  > 2h   

4 8h ~   

0 5 1h 。 ~   

0 5h 。   

2 7   ~ 2h

3 7   ~ 2h

域停 留 时 间和 流动 特 征 

自然 混 流 

自然 混 流 

自然 混 流 

自然混 流 

自然 混 流 

自然 混 流 

5 3 配合 料层 升 温速 率 慢是 影 响 熔制 效 率 的 第 一  . 
关 键 因素 

时间 的 5 %) O ,配合料 层 内部 温度 仍 处 于 2 0℃左  0 右 。把配 合料层 内核温 度升 到 6 0℃以上 ,需 要 的  0 时 间是配 合料层 全 部熔 化时 间 的 6   。 O  
10   50

C bd ] 《 璃研 究 的 百 年历 史 》一 文 中指  a l  在 玻 出 :配合 料在 反应 变得迅 速 以前 ,需 要 被加 热到 约 

6 0℃以上 ,但配 合 料 的导 热性 却 很 差 ( 图 5 。 0 见 ) 
最有 效 的快速加 热 大量配 合料 的方 法对 现代玻 璃 制  造 者来 说 是 非 常重 要 的 ,但 在 1 8 9 0年 以前 几 乎 没  有 文献涉 及这 个 问题 。   在 图 5中可 以看 出 :   ( )配合料 层 中与玻 璃液 接 触 的面 ,配 合 料 的  1 升 温速 率快 ,这是 由于玻璃 液 的浸润 作用 可 以较快  地 提高 配合 料层 的导热 系数 。配 合料 层与 空间 的辐  射换 热 面的熔 化效 率很 低 ,这是 因为 配合 料层 绝热  效果 好 ,不 能有效 吸 收辐射 热量 。   ( )在 3  n曲线 上 ( 2 0mi 占配 合 料 层 全 部 熔 化 
2o o  5o o 

p 
、 、 

毯  赠 

1o   o 0

深度 / m r   a

图 5 把 1 0mm 厚 配合料 加在 坩埚 中 1 5   5  4 0℃

玻 璃液表 面 ,测 量 不 同时刻 的 配合 料 层 
温 度 分 布 
1  7

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在 6 0td浮 法玻 璃 熔 窑 中 ,配 合料 层 长 度 占 0  /   火焰 覆 盖 区域 长 度 6  左 右 。配 合 料 层 加 料 口附  0 近厚 度 在 3 m 左右 ,漂 浮在 玻璃 液上 停 留时 间在  0c 2h以上 。 由于疏 松 配合 料 的导 热 系数 非 常 小 ,造   
成极大 的传 热 障碍 ,表现 的形 式 为 :   ① 进 入熔 窑 的初 期 配 合 料 无 法 吸 收来 自火 焰 

料 的 吸 收 热 量 能 力 ,可 以 降 低 火 焰 空 间 地 燃 烧 
强度。  

B 配合料 层 长度 可 以缩 小将 近一 半左 右 。  

C 配合 料层 下 方玻璃 液温 度可 以大幅度 提高 。  
D对 流换 热 量需求 减 弱 。   E热 点玻璃 液 高温 区温 度容 易建 立 ,为后续 澄 
清工 艺 提供便 利 条件 。  

空 间和玻 璃液 的热 量 ,致使 其处 于非 熔化 状态 ,长  期漂 浮 在玻璃 液 上 。   ② 为 了加 快 配 合 料 的 熔 制 ,部 分 厂 家 采 取 提  高 1  和 2  小 炉能量 峰 方法 ,结果 是 L型 吊墙被烧  坏 ,蓄 热室 格子砖 被烧 坏 ,仍 然不 能 明显提 高熔 化 
速率。  

F 由于熔化 区熔 制效 率 提高 ,环流 1 弱 ,相  减
应 的环 流 2区 域 也 必 须 减 弱 ,方 法 为 缩 小 熔 窑 长  度 ,减 少外 表散 热 面积 。   5 4 高 温澄 清时 间 太短 是 影 响 熔 制 效 率 的 第二 关  .  键 因素  对 比表 3中理想 概念 窑 和实 际浮 法熔窑 的 澄清 

③ 由于配 合 料 导 热 系 数 小 ,不 能 有 效 吸 收 热  量 ,火 焰空 间大 量 的燃烧 能量 不能 有效 地传 递 给配  合 料 ,只能 烧灼 大碹 ,或 作 为废气 离开 熔窑 。离 开  熔 窑 的高温 烟气 余热 因无 法利 用而 放空 。   ④ 由于配 合 料 层 漂 浮在 玻 璃 液 上 ,像 隔 热 层 


过程 ,理想 的状 况 需 要 2   ~3 h的 高 温 停 留 时 间 。   而实 际浮法 熔窑 只能 提供 0 5h热 点 高温 处 的停 留  .  时间,其余 的停 留时间是 靠热 点到 卡脖 前 的 2 2h ~7  

的大 量对 流 时 间 弥 补 的。 高 温 热 点 的 澄 清 时 间 不 
够 ,靠热 点到 卡脖 前 的降温 区域 辅助 澄清 ,极 大降 
低 了玻璃 液熔 制效 率 :  

样 阻碍 了火 焰空 间 向玻 璃液 的 直接 辐 射 热 传 递 ,  

影 响 了很 大 区域 玻璃 液 温度 的提 高 。  
⑤ 配 合 料 层 下 方 的低 温 玻 璃 液 必 须 与 热点 玻 
璃 液形成 热对 流来 获取 热量 ,维 持可 流 动 的温 度分 

① 玻璃 液 澄 清 去 气 工 艺 是 一 个 高 温 慢 过 程 。   高 温停 留时 间短 ,澄 清效果 差 。  

布 ,同时 由于对 流 降温 ,热 点前 的玻 璃液 温度 无 法  有效 率 的 提 高 ,进 而 影 响 了后 续 澄 清 阶 段 的工 艺 
效率。  

② 热 点到 卡 脖 是 一 个 降 温 区域 ,温 度 降低 后 
需 要更 多时 间弥 补澄 清停 留时 间 。   ③ 大 幅增 加 的停 留时 间 需 要更 大 的玻 璃 液 容  积来 实 现 ,增加 了散 热表 面 积和能 耗 。  

⑥ 配合 料 层 下 方 玻 璃 液 辐 射 换 热 受 阻 ,导致  对 流换热 区域 大 幅扩 张 ,极 大地 扩 张 了熔 窑 的玻璃  液 体积 空 间 ,相 应 地 大 幅 度 增 加 了熔 窑 外 表 面 散 
热量。  

节能措施 :采 用热 点处底 部 台阶 薄层玻 璃液 澄 
清的熔 窑 结构 。  
效果为:  

节能措施 :利 用烟 气余 热预 热 配合料 。   如果 能 够把进 入 玻璃熔 窑 配合料 预 热到 3 0℃ 0   左 右 ,配 合料 的熔 化 时间可 以缩 小一 半左 右 。因为 
从 室温到 3 0℃是 一个很 慢 的升 温过 程 ,从 3 0℃  0 0 到 10 00℃是 一个逐 渐加 速升温 的过 程 。预 热 30℃ 0  

① 保 证玻 璃 液 澄 清 处 于 高 温 澄 清 玻 璃 液 ,并  有 足够 的停 留时 间 。  
② 得 到澄 清 保 证 的玻 璃 液 、可 以 大 量 节 约 工 

艺 上为 澄清 质量 付 出的代 价 和能耗 。  
5 5 冷 却 调 理 时 间 太 长 是 增 加 能 耗 的 第 三 重 要  .  因素 

的配 合料 具有 可 以加速 提高 导热 系数 值 ,增加 的效 
果是 :  

对 比表 3中理想 概念 窑 和实 际浮 法熔 窑的 澄清  过程 ,理 想 的状况 需要 1h的冷 却 调理 时 间 ,而实   

A 配 合料 导 热 系数 增 加 可 以大 幅 度 提 高 配 合 
1    8

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第 1期  总 第 10期  9

际熔 窑却 有 2 7  ~ 2h的停 留时 间 。宽 范 围 的停 留 时  间分 布是 由 于冷却 部 的对流 环流 所 引起 。冷却 停 留 
时 间过 长带来 的问题是 :  

结 构强度 不 能保证 ,2 5 3 5k m . ~ .  W/  的能 耗 也 是  保证 耐 火材 料结 构强 度 的基本 能耗 ,部 分关 键部 位 

则 需要 更大 的散热能 耗 ,此外 还 有工 艺需 求 的冷却 
散 热能 耗 。对 于 已经 定 型 的玻 璃熔 窑 和工 艺 ,进一  步 大 幅节能 似乎 无从 下 手 。   本 文 以浮法 玻璃 熔 窑为例 ,从 热 工测 试数 据 以 

① 冷 却 部 玻 璃 液 体 积 大 ,散 热 面 积 大 增 加 
能耗。  

② 由于散 热 大 ,需 要 补 充 热 量 来 维 持 良好 流 

动性 的温度 ,补 充热 量 的方法 是增加 了冷却 部 和熔 
化部 澄清带 之 间的热 对 流 ,同时 降低 了澄 清带 的温  度和 澄清效 率 。  

及 玻璃 液制 备 原理 人手 ,分 析 了影 响熔 制 效 率的 关 
键 因素 。预热 配合 料工 艺可 以大幅度 提 高配 合料 导 

热 系 数和 吸收 热量 的 能力 ,配合 料 升温 速率 提高 可  以大 幅提 高玻璃 液熔 制 效率 ,减 小熔 窑 体积 和散 热 
能 耗 ;预 热配合 料 还可 以利 用 烟气余 热 ,提 高能 源 

节 能措 施 :减 少 冷 却 部 回 流 ,减 少 冷 却 部 尺  寸 ,加 强 冷却 部 保 温 ,加 强 大 水 管 的 分 隔 ,池 底 
减浅。  

使用 效率 。热 点底 部 台 阶构 造 可 以加 强 澄 清 效率 ,   澄清 效率 提 高可 以缩 小熔 窑体 积 ,进而 减少 散热 能  耗 。减少 冷却 部 回流 是提 高澄 清部 澄清 效率 ,降低  冷却 部散 热能 耗 的重要 措施 。减少 散热 面积 的另 一 
个 途径 是增加 玻璃 熔 窑 的生产 规模 ,产 量越 大 ,每  公 斤玻璃 液 分担 的散 热 面积越 小 ,能耗 越低 。  

效 果为 :  

① 减 少 了冷 却 部 回 流 对 澄 清 带 的 降 温 作 用 ,   节 约 了能量 ,增加 了澄清效 率 。   ② 热 对流 降 低 后 ,熔 化 部 到 冷 却 部 输 送 的热  量 大 幅减少 ,必 须对 冷却部 保 温才能 维 持冷却 部 的 
适 宜 温度 。  

③ 还 可 以适 当减 少 冷 却 部 尺 寸 ,减 少 散 热 面  积和 散热量 ,弥 补减 少冷却 部 回流 ( 同时减少 了熔  化部 来流 ) ,解 决冷却 部 热量不 足 的 问题 。  
56 . 规 模 效 应 

参 考文 献 

[ ] R u  e re s ftr n uti  ls  l n  o — 1 u d B ek n : uue id sr lgas me ig cn  a t
c t pr c e ng  of nt r a i l c gr s  on gl s   ep s, o e di s  i e n tona  on e s   a s,

v 1 , p 1 0— 1 2 uy2 0 , . p8 9 ,J l  0 1 

[ ] Mi al a l,A C nuyo  e e p nsi  ls- 2 c e C be   etr  fD v l me t n Gas  h   o   met gReerh J ln   sac , .Am.C rm.S c ,8 5 0 3 i ea o. 1[ ]1 8 


减少散 热 面积 的另一 个途 径是 增加 玻璃 熔窑 的  生产 规模 ,产量 越大 ,每 公斤 玻璃 液分 担 的散热 面 
积 越 小 ,能 耗 越 低 。  
6 小  结 

1 4 (1 98) 09 9  

[]I , .Hoo, 3 t T o s i M.S g n ma a dT ua u , n   .Un , O   l  o “ nMe — t
i   og e so   a  a sBa c   y rFe   n Surac  f ng Pr r s   fFl tGl s   t h La e   d o   f eo  M ole   ls — M e s e e  ofT e pe a ur   tn G a s — a ur m nt   m r t e Cha ge n   w ihi t  Ba c  La r a   bs r a i n f Is t n he th ye   nd O e v to  o   t M e tn lig 

P o rs , e.R p sh  ls  o , 2 8 — 1 6 rges ”R s e .A a i as . 4[ ]9 G C 0 

玻璃熔 窑 节能 技 术 已经 过 2 0多 年 的 发 展 ,进 


(1 4) . 95  

步 提高 节能 幅度 势必 困难重 重 。熔制 每公 斤玻 璃 

[]Z ii gYag hh oZ o .(  7 4 hqa   n ,Z ia  h u 1 9 ).B s  lw p t n 9 ai f  a— c o  
t r   nd is v ra i   n dif r n t pe     l s   a e n a   t  a iton o   fe e t y s ofg a s t nks ,   Be . Gl s   i Te hn . 7 ( 99 r a sSc. c o1 0 1 7) no   .6 P.1 5— 1   6 72

液 的 理 论 能 耗 为 2 5MJ .  ,这 是 不 能 节 约 的 基 本 能 


耗 。显 热 4 0℃烟 气带 走 的热量 ( 约熔 制每 公斤  0 大 玻璃 液烟 气 带 走 2 ~2 5MJ能 量 ) 也 非 常 难 以利  . 

K e   o G l s   e t Ef i i nc   d En r y y t   a s M l  fc e y An   e g   S v n   r c i n o   a s Fur c   a i g Di e to   f Gl s   na e

用 ,余热锅 炉 热水无 法 利用 、余热 发 电设 备成本 太 
高 、全氧燃 烧 降低 烟 气 量 但设 备 和运 行 费用 高 昂。   剩下 的是熔 窑 表面散 热 ( 约熔 制每公 斤 玻璃 液散  大 热 2 2 5MJ 量 ) ~ .  能 ,如果 过 分保 温 ,则耐 火 材料 

Y a g Zhiq a g n   — i n  , Y a   o  , ng H ng  

W u Ya l   —i  。M a   — U   o LiZ O

( . c o l f ma e i l ce c  n   n n e i g , 1 S h o    tra ssin ea d e gie r n   o
To g  Un v r iy ,S a g a  2 Ji n h   n j  i e st i h n h i  . a gs u l
H “口 r r   o p  o po ato   P — un gr u c r r i n)

l  9

全 国性 建 材 科 技 期 刊 —— 《 璃 》 2 0 玻 0 7年

第 1 期

总 第 1 0期  9

Ab tac :The e e gy e ie nt f r g a s m e t sr t   n r  r qu r me   o   l s   l  pr c s   nd t   a dispa i   e hno o i a r — o e s a   he he t s i ton t c lgc l e  q r m e   o   u n c   t u t r  we e i e tg t d uie nt f r f r a e s r c u e r   nv s i a e   on t e b s s of p i cpl    a s   h   a i    r n i e of gls  me t t c ol gy l  e hn o   a   u n c  r ni g . The nd f r a e un n  ke  f c o s fe tng y a t r  a f c i  

gl s   l  fii n y a d t  he r tc lb s so   n— a s me te fce c   n  he t o e ia  a i  fe   e gy a i g n  c ns mpton e c in die ton r  s v n  a d o u i  r du to r ci   we e as   s u s d . r   l o dic s e  

Ke   r s g a s me t,e e g   o s mp i n ,e f   y wo d : l s   l n r yc n u t o fi —
ce c ,e e gy s v n   in y n r  a ig

( 接第 1 上 3页 )  

含 量高 达 1 .  。 09  

较少 。澄清 区处受 侵蚀 相 的颗粒 呈集 合状 态 ,表 明  受 侵蚀 程度最 小 。因此 ,热 点处 受侵蚀 最严 重 ,其  次为 2  ~3  小 炉处 ,最 次为 澄清 区处 。   ( )液 面 以下 1m 左右受 侵状 况  2 c

( )玻 璃液 中微 量杂 质 的存 在加 剧 池壁 液 线 部  4 位 的腐蚀 。  
( )温度是 加 速侵蚀 化 学反 应 和溶 解 的 主要 因  5

素 。温度升 高 ,使玻 璃液 与耐 火材 料之 间 的扩散 速 
度 增加 。  

S M 照 片下 热 点 附 近受 侵 晶相 中玻 璃 相 成 分  E 增 加且 占体 积 空 间 大 ,晶 相 颗 粒 松 弛 排 列 。2  ~  3 炉处 有 玻 璃 相 生 成 但 占体 积 空 间 小 ,晶相 颗   小 粒聚 集呈集 合状 态 。澄清 区处 生成 的玻璃 相 均匀分  布 ,晶相 颗粒 比 2  ~ 3  小 炉 处 小 ,排 列 较 松 弛 ,   均匀 分 布 于玻 璃 相 中。 因此 ,热 点 处 受 侵 蚀 最 严  重 ,其 次 是 澄 清 区 处 ,最 次 为 2 ~ 3    小 炉 池 
壁处 。  

( )玻璃 液组 成 和性质 对池 壁 的 侵蚀 有 重要 的  6

影响 。玻 璃液 中半 径小 、电价低 的 阳离子 具有 较 大 
的活 性 ,因 此 玻 液 中碱 性 氧 化 物 对 池 壁 的 侵 蚀 
最大。  
参 考文 献 

[ ]玻 璃 工 艺 原 理 .高 等 学 校 试 用 教 材 .武 汉 工 业 大 学 出 1  
版社 .92 19 .  

[ 3张 明 华 . Z 2 A S材料 在玻 璃 窑 中 的 损 坏 机 理 .中 国玻 璃 .  
19 9 4年 1期 .  

3 结 论及侵 蚀机 理分 析 一] 。  

[]陈 德 奎 .碱 成 分 对 玻 璃 熔 窑 中耐 火 材 料 的侵 蚀 . 璃 . 3 玻   译 自 日本 《 业 协 会 志 》 1 8 年 1.6 3 4 . 窑 91 2 4 —6 9  
St dy o   o i eM e h nim   f u   n Er sv   c a s o   Gl s   r c   a l a s Fu na e W l  

( )AZ 1 S材料 的受 侵过 程是 碱 的扩散 作用 引起  长石族 化合 物 的形成 和刚 玉 晶相溶 解 的反应 。玻璃 
中 的 NaO分 解砖 中 的莫 来 石 ,分 解 产物 为 Al 。 。 。   O

Ca   n l o Ya - i  。Zh   i ou Na0   (  1 Luo yan Di gho g  a s tc no o g  n n gl s  e h l gy 

和无 定 型 SO 。 因 此 ,试 样 中 Al 。含 量 降 低 , i。 。 O   SO。 i 含量 增加 并且 来 自玻 璃 成分 中 。   ( )Z O 是 AZ 2 rz S砖 中耐玻 璃 侵 蚀 性 的主要 物  质 ,是 用 于高温 和腐 蚀介 质 中的难 熔 氧化 物 。AZ   S 砖 内单斜 锆石 十分稳 定 ,受侵 蚀后 形成 抗蚀 的保 护  层 ,但在 温度升 高或 玻液 流动 变得 急剧 时 ,保护层 
流失 ,侵 蚀继续 进行 。   ( )碱性 氧化 物 NaO 是 造成 池 壁 侵蚀 的主 要  3 z   成 分 ,在界 面侵 蚀相 中 NaO 的最 高浓 度 接 近平板  。

e g ne igL d.C .o   o a gg a s r u   n iern   t o fLu y n   ls G o p,  
Lu ya   e a ,47 0 9) o ng H n n 10   Ab t a t : The d fe e e o   h m ia  o sr c   if r nc   f c e c lc mpo ii n sto   o  t nk f a  wa l e r c or  a  t  c ng  of l  r f a t y nd he ha e  mi r   co s r c u e o   he r f a t r   f r   nd a t r e oso t u t r   f t   e r c o y be o e a   fe   r i n  we e a a yz d a   r   n l e   nd obs r e     r y fuo e c nc   e v d by X- a   l r s e e s e t um ( p cr XRF) a d s a i   lc r n mir c p   n   c nn ng e e t o   c os o e ( SEM ) .The e osv   c n s ofr f a t r   s   r i e me ha i m    e r c o y wa  
dic s e . su sd  

Ke   d s :SEM  ma e ,gl s   ha e ,t n   l y wor i gs a sp s a k wa l   o    2 nd 3 f No  a    po t , ho   i r t po nt , r fn   e i e i e r g on ,   AZS  a e i l,e oson m t ra r i  

玻 璃 液 的 NaO浓 度 。本 试验 中玻 璃 液 中 NaO 含  z 。
量 为 1 .  ~ 1.   ,热点 附 近受 侵 试样 中 N     30 40   aO

2  0


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