馮正君 齊建黨

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及電子通訊的進(jìn)步，對(duì)玻璃的需求量不斷增加，促進(jìn)了玻璃工業(yè)的發(fā)展。但是，玻璃生產(chǎn)的能耗問題是影響玻璃行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵問題，如何有效解決該問題實(shí)現(xiàn)玻璃的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的最大化成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)。本文對(duì)玻璃生產(chǎn)中各種低能耗高效率的熔化技術(shù)進(jìn)行分析和研究，以期為我國玻璃工業(yè)的節(jié)能降耗提供新的參考。

【關(guān)鍵詞】玻璃；低能耗；熔化技術(shù)

引言

能源問題和生態(tài)環(huán)境問題成為當(dāng)前人類面臨的兩個(gè)重大問題。兩個(gè)問題是相互影響、相互作用的，這就要求人們?cè)谏a(chǎn)中不僅要考慮能源資源的開發(fā)和利用情況，還應(yīng)該重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。玻璃工業(yè)具有高能耗的特點(diǎn)，其能源成本占生產(chǎn)成本的50%以上，是能耗較高的一個(gè)行業(yè)[1]。如何切實(shí)有效的降低能耗，解決環(huán)境污染問題成為玻璃行業(yè)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展中需要迫切解決的問題。

一、全氧燃燒技術(shù)

全氧燃燒，也稱為純氧燃燒，就是在然燃燒燃料中，充分利用O2替代空氣來阻燃的方式，在該技術(shù)下空氣中不存在N2，因此在玻璃生產(chǎn)中燃燒后產(chǎn)生的氮氧化合物廢氣大幅減少，可起到保護(hù)大氣環(huán)境的效用。近幾年來，該技術(shù)在玻璃生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)具有較大的發(fā)展。全氧燃燒的窖爐和傳統(tǒng)模式相比，使用大型蓄熱室的次數(shù)較少，在一定程度上節(jié)約了窯爐的投入[2]。該技術(shù)具有燃料使用率高、氮氧化合物排放量較低、火焰溫度穩(wěn)定、簡化廢氣處理裝置、提高熔化率及玻璃質(zhì)量等優(yōu)勢。但是，該技術(shù)也存在一定的不足，就是純氧的生產(chǎn)成本極高，使用時(shí)間不長，存在操作上的風(fēng)險(xiǎn)等。研究表明，應(yīng)用20L重油/h的燃燒條件下，空氣助燃的火焰溫度在1200℃左右，火焰高度在140mm左右；而全氧燃燒的火焰溫度達(dá)到1400℃以上，高度達(dá)到200mm以上，可以看出全氧的燃燒效率、能源利用率和熔化度要優(yōu)于空氣助燃。

二、分段式熔化技術(shù)

分段式熔化技術(shù)是一種新型的低能耗高效熔化技術(shù)，有效解決了當(dāng)前連續(xù)窯爐中玻璃液回流引起的玻璃液在窯內(nèi)的停留時(shí)間長的問題。也就是根據(jù)玻璃液的各個(gè)熔化反應(yīng)實(shí)際情況，進(jìn)行特定分段，按照分段來供應(yīng)熔化所需要的能量。在實(shí)施該技術(shù)中，配合料的預(yù)熱、熔化、均化等環(huán)節(jié)均為單獨(dú)操作，互不影響，各個(gè)環(huán)節(jié)具有相應(yīng)的溫度、壓力，可有效實(shí)現(xiàn)速熔、配合料窯外預(yù)熱等功能，達(dá)到在保證玻璃質(zhì)量甚至更優(yōu)的基礎(chǔ)上，大幅減少玻璃液滯留、澄清的時(shí)間，促進(jìn)生產(chǎn)質(zhì)量和效率的提升。該技術(shù)最早是由美國PPG公司和荷蘭TNO公司共同研發(fā)出來的。TNO公司認(rèn)為，分段式熔化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)難題就是對(duì)室溫達(dá)到熔化溫度的速率的控制和調(diào)節(jié)。所以，該公司通過應(yīng)用CFD流體力學(xué)模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)解決此問題的關(guān)鍵是配合料預(yù)熱的問題的妥善處理。該技術(shù)在節(jié)能降耗方面具有良好的效用。近年來，我國對(duì)該技術(shù)也有大量研究，也取得了較大成就，發(fā)現(xiàn)要提高該技術(shù)的效能，實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能減排，需要對(duì)分段式系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)能量的平衡。

三、浸沒燃燒熔化技術(shù)

所謂，浸沒燃燒熔化就是燃燒器在熔窯底部時(shí)，當(dāng)燃料和O2一同點(diǎn)燃后，火焰由下往上噴出，而配合料則從熔窯的上方注入，配合料的分解、熔化等產(chǎn)生的高溫氣泡在通過冷卻層從上排出，這樣配合料和吸收大量的熱量，高溫氣泡和低溫混合料間產(chǎn)生較為高效的熱交換，熱傳效率可達(dá)到70%以上處于1200到1500℃環(huán)境下，可有效減少熱量的流失，提升了能源的利用率。而伴隨高效熱交換的強(qiáng)化，以及高熱氣泡的上升，能有效推進(jìn)反應(yīng)物的接觸和融合，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)效率的提升，改善均勻度，同時(shí)降低了配合料的制備規(guī)格，比如：尺度、結(jié)構(gòu)、勻度等。據(jù)研究表明，和傳統(tǒng)熔窯相比，應(yīng)用該技術(shù)可縮小玻璃熔窯為傳統(tǒng)的15%左右，而熔化率則可提高到20到3t/（m2.d），可大大降低生產(chǎn)成本，降低幅度大約在80%左右。也就是說，浸沒燃燒熔化技術(shù)的應(yīng)用可降低投資，減少窯體，可節(jié)省大量耐火材料。但是，該技術(shù)應(yīng)用也帶來了一定的問題，比如：大量氣泡產(chǎn)生，特別是微液滴的產(chǎn)生，對(duì)玻璃液的澄清帶來較大影響；在熔化過程中會(huì)使玻璃液出現(xiàn)較大的流動(dòng)和沸騰等不足。

四、飛行熔化技術(shù)

該技術(shù)的核心就是以等離子體技術(shù)為基礎(chǔ)，也就是玻璃配合料通過特定的方法、手段制作成大小合理的顆粒，再通過特定的載體將這些顆粒輸送到等離子熔化器中，而顆粒配合料則在飛行過程中和高溫?zé)岬牡入x子進(jìn)行接觸，然后在極短的時(shí)間內(nèi)迅速熔化，在此過程中氣體被充分排出，減少了氣泡的產(chǎn)生，提高了玻璃的質(zhì)量。和傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，在其他條件一致的情況下，其澄清的總用時(shí)降至2到3h，節(jié)能45%左右，且能提高能源的燃燒效率，減少溫室氣體的排放。但是，研究發(fā)現(xiàn)在飛行熔化過程中，玻璃易揮發(fā)N2O，達(dá)到17%到45%，要求對(duì)配合料進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。該技術(shù)還處于研究的初級(jí)階段，其運(yùn)行原理和配合料的制備還未形成體系，影響該技術(shù)在大型玻璃熔化中的應(yīng)用。

五、減壓澄清技術(shù)

減壓澄清，也稱為負(fù)壓澄清，就是造玻璃窯爐內(nèi)的某個(gè)空間的大氣壓比外部大氣壓要低?；驹砭褪窃谶@種條件下，形成負(fù)壓狀態(tài)可使玻璃液中的小氣泡聚集形成大氣泡再從玻璃液中排出，以達(dá)到和放入澄清劑一樣的效果[3]。該技術(shù)可有效降低澄清的溫度，提高澄清的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能降耗效果。日本某公司對(duì)該技術(shù)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)表明，可降低30%左右的能耗。數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用該技術(shù)可降低熔窯內(nèi)的溫度（100℃左右），提高了耐火材料的壽命，減少了CO2、氮氧化物的排放。

六、結(jié)語

總而言之，傳統(tǒng)玻璃熔化技術(shù)耗能高，效率低，且玻璃質(zhì)量不高。新型技術(shù)可有效解決玻璃工業(yè)中能耗高和廢氣排放大的問題，但是新型技術(shù)還應(yīng)進(jìn)一步研究和探索，以完善各項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)玻璃行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]丁奇亮.玻璃低能耗高效熔化探索研究[J].武漢理工大學(xué)，2012，（6）：14-16

[2]姜宏，李長久，俞琳.玻璃熔制新技術(shù)[J].電子玻璃技術(shù)，2010，11（7）：50-55

[3]馬俊.革新的玻璃熔化技術(shù)[J].建材世界，2014，35（02）：54-57

作者簡介

馮正君（1988.6），男，漢，籍貫：山東省聊城市東阿縣姜樓鎮(zhèn)后寺村；2011年畢業(yè)于山東輕工業(yè)學(xué)院無機(jī)非金屬材料專業(yè) 供職河北視窗玻璃有限公司 槽窯部熔化工程師；研究方向：玻璃生產(chǎn)技術(shù)，郵編：065600。

齊建黨，供職河北視窗玻璃有限公司，槽窯部值班經(jīng)理，郵編：065600。