液晶玻璃窯爐節(jié)能設(shè)計開發(fā)與應(yīng)用

穆美強(qiáng) ，蘇記華 ，韓軍 ，趙玉樂 ，李青 ,2

（1.鄭州旭飛光電科技有限公司，河南 鄭州 450000；2.平板顯示玻璃技術(shù)和裝備國家工程實(shí)驗室，河北 石家莊050035）

0 引言

傳統(tǒng)窯爐采用的保溫及冷卻方法的管理形式均較為粗獷。在窯爐啟動初期，冷卻系統(tǒng)伴隨啟動，卻缺少相關(guān)的系統(tǒng)控制，窯爐設(shè)計過程中采用簡單的保溫材料，造成窯爐生產(chǎn)過程中熱散失大，能量消耗快，同時在生產(chǎn)初期冷卻風(fēng)系統(tǒng)沒有溫控系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中爐內(nèi)外溫差的變化造成窯壁磚容易出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，再加上高溫玻璃液對窯壁裂紋的侵蝕，從而嚴(yán)重影響窯爐的使用壽命，因此傳統(tǒng)的窯爐無法解決液晶玻璃在生產(chǎn)過程中溫度高、揮發(fā)量大、侵蝕快等難點(diǎn)問題。

1 液晶玻璃窯爐節(jié)能設(shè)計原理

液晶玻璃屬于高鋁無堿玻璃，熔解難度較大，使用純氧燃燒系統(tǒng)及電助熔系統(tǒng)雙重加熱，窯爐內(nèi)空間及玻璃液溫度較高，必須對窯爐本身進(jìn)行分區(qū)域冷卻，以減少窯爐耐火材料的侵蝕，延長窯爐耐火材料的使用壽命。

通過改進(jìn)窯爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計，增加窯爐溫控和壓控方案，提升冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性，再利用優(yōu)化窯爐啟動初期的冷卻和窯爐安裝期間加強(qiáng)窯爐設(shè)備相關(guān)部位保溫等方法，以減少窯爐內(nèi)能量的消耗、減少熱散失、減少窯爐本體裂紋，以達(dá)到節(jié)能降耗延長窯爐壽命的目的。

2 液晶玻璃窯爐節(jié)能設(shè)計難點(diǎn)

2.1 窯爐內(nèi)溫度高

液晶玻璃熔解難度較大，采用純氧燃燒及電助熔系統(tǒng)高效率雙重加熱，窯爐內(nèi)玻璃液溫度可達(dá)到1 600～1 650℃，長期高溫運(yùn)行會加劇窯爐耐火材料的侵蝕。

2.2 窯爐溫度控制精度高

液晶玻璃窯爐，為保證液晶玻璃熔解質(zhì)量，窯爐溫度控制精度要求±2℃，同時對窯爐內(nèi)壓力控制標(biāo)準(zhǔn)要求在±2 Pa，窯爐內(nèi)溫度及壓力的較大波動均會影響到玻璃液的熔解質(zhì)量，影響產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 環(huán)境穩(wěn)定性要求高

液晶玻璃窯爐的爐體較小，對溫度、壓力等數(shù)據(jù)控制的要求較高，對環(huán)境穩(wěn)定性要求高，環(huán)境因素的波動會直接造成窯爐溫度及壓力等重點(diǎn)控制參數(shù)失真，進(jìn)而影響產(chǎn)品品質(zhì)。

2.4 窯壁磚裂紋多

液晶玻璃窯爐內(nèi)溫度達(dá)1 550～1 600℃，玻璃液溫度達(dá)到1 600～1 650℃，窯爐長期高溫運(yùn)行，為保證運(yùn)行安全，對窯壁采用風(fēng)冷進(jìn)行保護(hù)，但窯壁內(nèi)外溫差大，窯壁裂紋易高發(fā)，玻璃液會加劇對窯壁裂紋處的侵蝕，影響窯爐使用壽命。

3 液晶玻璃窯爐節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體布局

圖1為液晶玻璃窯爐節(jié)能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計，窯爐冷卻風(fēng)從①處把外界環(huán)境風(fēng)引入，經(jīng)過恒溫風(fēng)控系統(tǒng)②，由熱電偶③進(jìn)行自然風(fēng)溫度反饋，根據(jù)自然風(fēng)溫度自動調(diào)整保證空氣溫度穩(wěn)定，由壓差計④反饋當(dāng)前冷卻風(fēng)壓力進(jìn)行風(fēng)壓監(jiān)控，可保證供給窯爐冷卻風(fēng)壓力穩(wěn)定。在窯爐前部分為左右側(cè)冷卻風(fēng)，匯集在兩側(cè)風(fēng)箱內(nèi)⑤，風(fēng)箱入口前設(shè)計擋板，進(jìn)行風(fēng)速風(fēng)壓控制。然后流向各冷卻風(fēng)支管⑥，各冷卻風(fēng)支管均設(shè)計檔板，便于單獨(dú)控制，通過支管向窯爐⑦窯壁各個部位提供冷卻，減少窯壁侵蝕，保障設(shè)備高溫運(yùn)行安全，提升窯爐使用壽命，在窯爐碹頂上部鋪設(shè)兩層保溫棉⑧，窯爐后墻增加25 mm保溫板⑨，窯爐胸墻⑩采用5～10 mm保溫涂料，采用多種形式的保溫方法，降低爐內(nèi)熱量散失，減少能量使用，提高窯內(nèi)實(shí)際溫度。

圖1 液晶玻璃窯爐節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2 冷卻風(fēng)壓控制系統(tǒng)設(shè)計

在冷卻風(fēng)機(jī)采用變頻控制系統(tǒng)，并采用PLC程序控制，風(fēng)壓控制系統(tǒng)根據(jù)主管道內(nèi)冷卻風(fēng)的壓力，進(jìn)行實(shí)時反饋，并通過PLC程序?qū)崟r傳輸至DCS控制終端進(jìn)行在線數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控，根據(jù)風(fēng)壓數(shù)據(jù)調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)頻率，保證冷卻風(fēng)壓的穩(wěn)定。

3.3 冷卻恒溫風(fēng)控系統(tǒng)設(shè)計

在冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口前增加加熱盤管及溫度控制系統(tǒng)，并把溫度數(shù)據(jù)傳輸至DCS控制終端，系統(tǒng)根據(jù)主管道內(nèi)自然風(fēng)溫度，加熱盤管開度大小進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，保證供給的冷卻風(fēng)溫度的穩(wěn)定。

3.4 減少窯壁裂紋設(shè)計

窯爐安裝期間，啟動窯壁冷卻系統(tǒng)，在窯爐兩側(cè)冷卻箱處設(shè)計開度檔板，設(shè)備調(diào)試期間，對各單支冷卻風(fēng)管進(jìn)行風(fēng)速測試，通過testo風(fēng)速儀標(biāo)定各風(fēng)管風(fēng)速至 （6±0.3）m/s，同時標(biāo)記對應(yīng)檔板開度。窯爐升溫啟動初期關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，根據(jù)窯爐內(nèi)玻璃液緩慢提升，按計劃方案逐步提升冷卻風(fēng)量。通過運(yùn)行證明，此方案實(shí)施可以有效減少窯壁磚裂紋的產(chǎn)生。

3.5 窯爐保溫系統(tǒng)設(shè)計

液晶玻璃窯爐，對液晶玻璃熔解溫度、質(zhì)量的要求較高。在窯爐安裝期間，窯爐胸墻除采用泡沫莫來石保溫磚外，再統(tǒng)一平涂5～10 mm厚保溫涂料，窯爐后墻根據(jù)墻體特點(diǎn)增加25 mm厚氧化鋁保溫板，窯爐碹頂頂部鋪設(shè)2層1 600℃的保護(hù)棉，加強(qiáng)窯爐本體保溫，減少熱散失，提升能量熱效率。

4 結(jié)論

通過此液晶玻璃窯爐的節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用，可以滿足窯爐溫度±2℃高精細(xì)化控制的要求，相應(yīng)能量下保證窯爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，運(yùn)行對比，每小時節(jié)約天然氣 2 Nm3，節(jié)約氧氣 5 Nm3，節(jié)約電能 3～5 kW/h。通過使用此設(shè)計方案，可有效保護(hù)窯壁磚壽命，提升窯爐使用壽命1～2年。在此設(shè)計中采用風(fēng)壓控制系統(tǒng)、冷卻恒溫風(fēng)控系統(tǒng)、減少窯壁裂紋、窯爐保溫系統(tǒng)等方法，實(shí)現(xiàn)了冷卻風(fēng)量的穩(wěn)定供給，滿足液晶玻璃對窯爐爐壓、爐溫穩(wěn)定控制的要求，減少窯壁磚裂紋產(chǎn)生。系統(tǒng)中廣泛使用自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了爐頭壓力、窯爐溫度、現(xiàn)場環(huán)境的自動控制。

參考文獻(xiàn)

[1]田英良，孫詩兵.新編玻璃工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.

[2]黃敏.熱工與流體力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：中國機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]陳金方，孫承緒.玻璃的電熔化與電加熱[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2002.