沈潔

（中國洛陽浮法玻璃集團(tuán)有限責(zé)任公司 浮法玻璃新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 洛陽 471000）

0 引言

在玻璃生產(chǎn)中，由于沒有池壁外表面的溫度、池壁冷卻風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)溫以及熔窯池壁散熱量等數(shù)據(jù)作為依據(jù)，所以在池壁冷卻風(fēng)的控制方面，操作人員大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)風(fēng)量，在窯爐運(yùn)行的不同階段，往往是把冷卻風(fēng)量調(diào)到經(jīng)驗(yàn)允許的最大開度，在生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下不再對冷卻風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)或者只進(jìn)行微調(diào)。［1］這樣雖然能減緩池壁的侵蝕，但過多的冷卻風(fēng)導(dǎo)致其他季節(jié)（尤其是冬季）冷卻強(qiáng)度高于夏季，增加了池壁的散熱量，從而增加了天然氣燃料的消耗以及電量的消耗，以至于不能達(dá)到節(jié)能的最佳效果。

針對以上情況，本文提出了一套池壁風(fēng)機(jī)智能控制技術(shù)體系，基于紅外測溫技術(shù)及熱流密度檢測技術(shù)，使池壁冷卻風(fēng)機(jī)真正實(shí)現(xiàn)變頻控制。通過監(jiān)控玻璃熔窯池壁溫度來合理地調(diào)節(jié)池壁風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，在保證池壁冷卻風(fēng)量滿足池壁耐材安全使用的狀況下，有效控制冷卻風(fēng)帶走的熱損失，控制窯內(nèi)的熱平衡，維持熔窯工藝穩(wěn)定、熱工穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約用電和降低燃料消耗的目的。目前玻璃行業(yè)嚴(yán)格能效約束管理，從各個環(huán)節(jié)深入挖潛顯得尤為重要。

1 技術(shù)原理

以環(huán)境溫度較高（夏季）時的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，此時的吹風(fēng)量作為池壁磚的最大吹風(fēng)量。環(huán)境溫度升高時將引起外壁溫度升高，由于熔化工藝要求熔化溫度（內(nèi)壁溫度）的穩(wěn)定，所以使內(nèi)外壁的溫差變小，通過池壁散失的熱流量降低，熔窯內(nèi)部熱量增多，這時就可以減少窯爐燃料的供給量，使熔窯內(nèi)部的熱量穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到降低窯爐能耗的目的。隨著季節(jié)的變化，當(dāng)環(huán)境溫度降低時，外壁溫度降低，內(nèi)外壁溫差變大，通過池壁散失的熱量較其它季節(jié)（尤其是夏季）增加，燃料消耗趨于增大的趨勢。此時，在保證池壁磚理想的侵蝕速度下，考慮降低池壁冷卻風(fēng)機(jī)變頻器的頻率，減少池壁冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的。技術(shù)原理見圖1。

圖1 技術(shù)原理

2 建立池壁風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)體系

池壁風(fēng)機(jī)變頻控制技術(shù)體系是以熔窯池壁（外池壁）為研究對象，根據(jù)熔窯池壁傳導(dǎo)熱和散熱的能量平衡原理，通過大量熱工計算和數(shù)據(jù)檢測，建立涵蓋了池壁內(nèi)外側(cè)溫度、冷卻風(fēng)量、熱流密度等參數(shù)的池壁風(fēng)機(jī)變頻耦合理論控制模型。具體實(shí)施過程中，需要通過紅外測溫技術(shù)采集熔窯池壁內(nèi)外壁液面線處溫度、風(fēng)速儀和冷卻風(fēng)機(jī)變頻器檢測和控制池壁冷卻風(fēng)量、K型熱電偶測量環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)溫、檢測池壁磚的熱流密度，最終把各個數(shù)據(jù)匯總記錄建立數(shù)據(jù)庫。通過對環(huán)境溫度、池壁外溫度、池壁熱流密度等數(shù)據(jù)的跟蹤檢測，觀察各參數(shù)變化趨勢，及時調(diào)控池壁冷卻風(fēng)機(jī)的頻率和支風(fēng)管風(fēng)閥開度，減緩池壁侵蝕的同時，有效控制池壁的散熱量，減少熱損失，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

2.1 紅外測溫技術(shù)

分別對某座窯爐的投料池池壁、小爐池壁和澄清部池壁進(jìn)行紅外圖像采集，圖2為小爐池壁；圖3為熔窯池壁液面線處對應(yīng)的紅外溫度圖。

圖2 小爐池壁

圖3 熔窯池壁液面線處紅外溫度圖

2.2 池壁冷卻風(fēng)檢測方法建立

池壁冷卻風(fēng)風(fēng)嘴通常距離池壁20～40 mm，該部位環(huán)境處于高溫惡劣狀態(tài)，同時，由于人所能夠站立的位置距離風(fēng)嘴口長達(dá)2 m。在這樣特殊的環(huán)境狀況下，一方面檢測人員操作極不方便，另一方面是對儀器材料耐高溫的要求較高，造成了在生產(chǎn)中工藝操作人員對冷卻風(fēng)相關(guān)數(shù)據(jù)狀態(tài)的獲取相當(dāng)困難且誤差偏大。傳統(tǒng)的方法往往是憑借經(jīng)驗(yàn)，在窯爐運(yùn)行的不同時期，把冷卻風(fēng)量直接調(diào)到經(jīng)驗(yàn)允許的最大，導(dǎo)致在某些季節(jié)（尤其是冬季），由于過多的冷卻風(fēng)增加了池壁的散熱量，從而增加了燃料的消耗以及電量的消耗。［2］本技術(shù)研究過程中，通過尋找、對比不同的檢測儀器后，對風(fēng)速風(fēng)量儀進(jìn)行相應(yīng)改造，最終實(shí)現(xiàn)了對池壁冷卻風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)速相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確檢測，建立了池壁冷卻風(fēng)相關(guān)數(shù)據(jù)常態(tài)化的檢測方法。檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 池壁冷卻風(fēng)檢測數(shù)據(jù)

該檢測方法建立后，通過定期檢測和數(shù)據(jù)對比，工藝操作人員充分了解了各支風(fēng)管冷卻風(fēng)狀態(tài)，在不同的環(huán)境溫度下，根據(jù)池壁外表面溫度的變化趨勢，及時調(diào)節(jié)池壁冷卻風(fēng)頻率和支風(fēng)閥開度，實(shí)現(xiàn)對池壁內(nèi)外壁溫度的把控，從而有效控制冷卻風(fēng)帶走的熱損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.3 窯爐池壁熱流密度檢測

熱流密度是單位面積上物體傳熱多少的物理量，凡是有溫度差的地方，就會有傳熱現(xiàn)象的存在。熱流密度是衡量設(shè)備保溫性能好壞的重要數(shù)值。

熱流量計也可稱為熱流密度計，是用于測量熱流密度最可靠的測量儀器。熱流量計的工作原理：通過熱流量計的熱流密度與熱電勢成正比例的關(guān)系，在對熱流量計系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后，便可以用溫度熱流自動測試儀來檢測熱流量計的輸出熱電勢，從而測得熱流密度值。熱流量計測量法是利用溫差和熱流之間的相對應(yīng)關(guān)系對被測對象進(jìn)行測試，用熱流量計和熱電偶檢測被測對象的熱流密度和內(nèi)、外表面溫度，然后計算出被測對象的傳熱系數(shù)。［3］詳細(xì)的熱流量計工作原理框圖見圖4。

在工業(yè)節(jié)能中，熱流量計用來測量熱工設(shè)備的表面熱流，為減少能量損失改善保溫結(jié)構(gòu)和方法提供依據(jù)。在工業(yè)窯爐安全監(jiān)控方面，可以通過熱流量計測量熱流大小來進(jìn)行示警和設(shè)備的調(diào)節(jié)。［4］

2.4 生產(chǎn)線池壁液面線區(qū)域數(shù)據(jù)庫的建立

通過對剛投產(chǎn)的某座窯爐小爐池壁區(qū)域的環(huán)境溫度、液面線處內(nèi)外壁溫度、風(fēng)量、熱流密度等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時、定點(diǎn)采集，建立數(shù)據(jù)庫（表2）。對池壁冷卻風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)閥開度調(diào)整建立檔案（表3）。

表2 某測點(diǎn)小爐池壁區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫

表3 池壁冷卻風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)閥開度調(diào)整數(shù)據(jù)

續(xù)表2

3 生產(chǎn)線池壁風(fēng)實(shí)際調(diào)整案例

某生產(chǎn)線在夏季某月開始引頭子并進(jìn)入試生產(chǎn)，期間調(diào)試并優(yōu)化各種工藝參數(shù)，包括池壁冷卻風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻大小以及總風(fēng)閥和分支風(fēng)閥的開度至生產(chǎn)穩(wěn)定狀態(tài)，隨后對池壁冷卻風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)閥開度進(jìn)行密切跟蹤并進(jìn)行了詳細(xì)記錄（表3）。

八個月之后，隨著天氣轉(zhuǎn)暖，環(huán)境溫度回升，為確保生產(chǎn)工況的穩(wěn)定及窯爐安全運(yùn)行，窯爐工藝人員開始逐步調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)量。調(diào)整過程各項(xiàng)參數(shù)的變化見表4。

表4 風(fēng)量調(diào)整前后的池壁外溫度

通過表4可以看到，當(dāng)環(huán)境溫度是49.1℃時，熔窯外池壁液面線處溫度（為方便描述，取各小爐的平均溫度）為213 ℃左右。此時的冷卻風(fēng)機(jī)的頻率是23 Hz，風(fēng)閥開度是3孔。

隨著時間的推移，當(dāng)環(huán)境溫度為78.5 ℃，此時的熔窯外池壁液面線處溫度升至237 ℃左右，為確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定，生產(chǎn)技術(shù)人員進(jìn)行了冷卻風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)閥開度的第一次調(diào)整，把冷卻風(fēng)機(jī)頻率調(diào)至26 Hz，風(fēng)閥開度是3孔，待工況狀態(tài)穩(wěn)定之后，隨后及時進(jìn)行跟蹤檢測，環(huán)境溫度為64.6℃，熔窯外池壁液面線處溫度為218 ℃左右。

隨著環(huán)境溫度的持續(xù)升高（環(huán)境溫度升至76℃），為確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定，生產(chǎn)技術(shù)人員再次調(diào)整冷卻風(fēng)量（風(fēng)機(jī)頻率升至28 Hz，風(fēng)閥開度為4孔）。

從春季到夏季，生產(chǎn)技術(shù)人員對池壁冷卻風(fēng)共調(diào)整四次，熔窯外池壁液面線處溫度從218 ℃下降至160 ℃左右。

通過調(diào)整，可以看到：隨著環(huán)境溫度的升高，熔窯池壁外液面線處的溫度隨之升高，這時為了保持工況的穩(wěn)定及窯爐安全運(yùn)行，減緩熔窯池壁磚的侵蝕，為穩(wěn)定池壁液面線處的溫度波動而增大了冷卻風(fēng)量。

4 實(shí)現(xiàn)節(jié)能的途徑

計算節(jié)能的原理方法見圖5。圖5中上半部分節(jié)能的原理是當(dāng)環(huán)境溫度變化后，通過計算熔窯池壁的能量平衡確定冷卻風(fēng)量的合理值，進(jìn)而調(diào)節(jié)變頻器的頻率而改變冷卻風(fēng)量，達(dá)到節(jié)能的效果。

5 結(jié)語

通過對熔窯池壁區(qū)域的環(huán)境溫度、液面線處的內(nèi)外壁溫度、冷卻風(fēng)風(fēng)量以及熱流密度的檢測，建立了熔窯池壁液面線處溫度、池壁風(fēng)機(jī)變頻頻率、熱流密度和池壁液面線位置散熱量間的關(guān)聯(lián)控制方法，初步形成了池壁風(fēng)機(jī)變頻耦合控制模型。根據(jù)保證池壁安全和工藝穩(wěn)定所確定的各種數(shù)據(jù)參數(shù)，對比不同環(huán)境溫度下池壁所需的合理冷卻強(qiáng)度，及時調(diào)控池壁冷卻風(fēng)機(jī)的頻率和支風(fēng)管風(fēng)閥開度，有效控制冷卻風(fēng)帶走的熱損失，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約用電和降低燃料消耗的目的。