馬玉聰

(中國(guó)耀華玻璃集團(tuán)有限公司，秦皇島 066000)

浮法玻璃生產(chǎn)應(yīng)用電助熔系統(tǒng)可以獲得一個(gè)或幾個(gè)如下的優(yōu)點(diǎn)：增加熔窯的產(chǎn)量；減少氮氧化物、二氧化硫和二氧化碳等廢氣排放；有助于著色玻璃的熔化；減少燃料的使用，降低熔窯燒損，延長(zhǎng)窯爐使用壽命等。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，電助熔的應(yīng)用選擇還會(huì)考慮其它因素，包括：工程投資收益、電價(jià)成本與燃料成本差異、電力負(fù)荷、窯爐結(jié)構(gòu)及耐火材料匹配、供水保障能力、電氣漏電防護(hù)措施等。

浮法玻璃熔窯主要使用的電助熔系統(tǒng)，可以分為投料口電助熔、毯料區(qū)電助熔和熱點(diǎn)區(qū)電助熔，三種方式基本上使用相同的硬件,其不同之處在于電極的位置、大小數(shù)量及控制方式。

雖然電助熔系統(tǒng)已在浮法玻璃企業(yè)成熟應(yīng)用了三十多年，但是根據(jù)不同的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和環(huán)保需要，各生產(chǎn)線應(yīng)用方案大多是不同的。以國(guó)外某浮法玻璃集團(tuán)為例(1988年-2000年)，其6條生產(chǎn)線只在投料口安裝400～750 kW電助熔系統(tǒng)，5條生產(chǎn)線只在毯料區(qū)安裝1 500～6 750 kW電助熔系統(tǒng)，3條生產(chǎn)線在投料口、毯料區(qū)安裝電助熔系統(tǒng)2 000～3 000 kW。該文對(duì)不同的電助熔應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)予以具體分析和探討。

1 投料口電助熔應(yīng)用

投料口電助熔的應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)顏色玻璃特別有利(特別那些含鐵成分較高的)，體現(xiàn)在提高1#小爐及前區(qū)熔化部底部溫度有助于配合料的熔化；允許降低熔化部前端空間溫度，減少著色劑揮發(fā)提高著色元素保存能力[1]。雖然投料口電助熔主要用于顏色玻璃生產(chǎn)[2]，但有些企業(yè)生產(chǎn)透明玻璃時(shí)也使用。其主要目的是減少燃料的使用量以達(dá)到當(dāng)?shù)貒?yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，或是提高熔窯負(fù)載(特別是窯爐使用后期)。

投料口電助熔系統(tǒng)加熱電極設(shè)置，以前通常采用單排4個(gè)或6個(gè)51 mm直徑電極棒，現(xiàn)在多采用雙排8支電極棒，提供功率達(dá)1 000 kW。英國(guó)430 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線在生產(chǎn)茶色玻璃時(shí),安裝投料口電助熔系統(tǒng)400 kW,工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)表

由表1可知，投料口電助熔對(duì)熔化部前端玻璃液底部溫度提升明顯，但熔窯燃料分布調(diào)整變化不大，投料口玻璃液溫度增加60 ℃,但是熔化部前端空間溫度下降了50 ℃，因此著色劑硒的保存量提高30%。電助熔使用390千瓦功率，天然氣使用量每小時(shí)減少80 m3。玻璃缺陷密度降低，玻璃質(zhì)量明顯提高。

2 毯料區(qū)電助熔應(yīng)用

毯料區(qū)電助熔系統(tǒng)與投料口電助熔系統(tǒng)的硬件、操作方式基本相同，主要不同點(diǎn)是電極棒的數(shù)量、直徑、接線方式和電壓等級(jí)設(shè)置等。毯料區(qū)電助熔系統(tǒng)一般由2～3排6個(gè)76 mm直徑電極棒組成，每排6個(gè)電極棒約2 250 kW。也可以采用51 mm直徑電極棒，電助熔功率就會(huì)低一些。

多排電極棒位于玻璃配合料下面，產(chǎn)生的主要熱量被傳遞到上游熔化區(qū)域，有助于熔化；部分熱量被傳送到熔化下游區(qū)域，可以改進(jìn)玻璃液的澄清，但是這使玻璃成型流的溫度升高，可以通過(guò)增加熔窯卡脖冷卻水管深度和加大冷卻部稀釋風(fēng)量等措施來(lái)解決。

電助熔替代燃料后導(dǎo)致熔窯空間溫度降低，特別是在配合料區(qū)域，造成玻璃中含SO2量增加，因此可能要對(duì)配合料成份進(jìn)行調(diào)整，即降低芒硝含率或提高碳粉比例。

瑞典700 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線為滿足環(huán)保要求安裝電助熔系統(tǒng)總能力達(dá)6 750 kW,在生產(chǎn)運(yùn)行中為減少氮氧化物和二氧化硫排放長(zhǎng)期應(yīng)用電助熔系統(tǒng)。熔窯卡脖冷卻水管的深度從560 mm增加到790 mm，玻璃配合料中芒硝用量減少6.5%，碳粉用量略有增加。使用電助熔系統(tǒng)后，不僅因燃料使用量減少導(dǎo)致煙氣量減少[3]，熔窯空間溫度降低使氮氧化物濃度也下降很多，而且窯爐燒損減少使其在20世紀(jì)90年代窯爐使用壽命達(dá)到13年之久。

墨西哥900 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯8對(duì)小爐配置，生產(chǎn)透明浮法玻璃，燃料為天然氣和高硫重油。安裝電助熔系統(tǒng)2排12根電極棒4 500千瓦功率，使用4 200千瓦功率電助熔，窯爐負(fù)載達(dá)到1 000 t/d以上，料堆長(zhǎng)度達(dá)到6號(hào)小爐口中部，泡界線形狀模糊在8號(hào)小爐中間，澄清區(qū)鏡面很清楚。熔窯最大熔化能力達(dá)到1 006 t/d，日熔化率高達(dá)每平方米3.63 t。這個(gè)生產(chǎn)案例證明，增設(shè)熔窯電助熔系統(tǒng)是對(duì)負(fù)載有限的熔窯提高產(chǎn)量的有效方法之一。

3 毯料區(qū)和熱點(diǎn)區(qū)電助熔應(yīng)用

國(guó)內(nèi)某600 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線，為生產(chǎn)高含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比2.0%以上)汽車玻璃要求，安裝電助熔系統(tǒng)總功率達(dá)2 800 kW。1號(hào)小爐中心前設(shè)置兩排共8支電極棒，電功率達(dá)到1 000 kW；3號(hào)小爐和4號(hào)小爐區(qū)域設(shè)置12支電極棒，兩排布置電功率1 800 kW。安裝電助熔系統(tǒng)主要解決高含量鐵浮法玻璃熔化困難問題，因?yàn)楦吆胯F浮法玻璃透熱性差導(dǎo)致窯爐池底玻璃溫度低。生產(chǎn)透明浮法玻璃時(shí)，電助熔系統(tǒng)停止使用；生產(chǎn)較低含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比0.6%左右)時(shí)，僅開啟前區(qū)電助熔系統(tǒng)；生產(chǎn)高含鐵量玻璃(三氧化二鐵總質(zhì)量比2.0%以上)時(shí)，電助熔1區(qū)開啟600 kW、電助熔2區(qū)開啟1 100 kW，總使用功率達(dá)到1 700 kW。

另一國(guó)內(nèi)600 t/d浮法玻璃生產(chǎn)線安裝總功率2 400 kW電助熔系統(tǒng)，熔窯6對(duì)小爐配置，1號(hào)小爐至投料口安裝兩排共8只電極棒(直徑50 mm)，電功率800 kW；3號(hào)小爐安裝兩排共12只電極棒(直徑50 mm)，電功率1 600 kW。電助熔系統(tǒng)可保證有效輸入1 900 kW時(shí)，生產(chǎn)透明浮法玻璃熔化能力可以達(dá)到660 t/d。在日熔化量600 t時(shí)，曾在電助熔1區(qū)開啟95 kW、電助熔2區(qū)開啟630 kW，共計(jì)725 kW;以后調(diào)整為電助熔1區(qū)開啟190 kW、電助熔2區(qū)開啟245 kW，共計(jì)435 kW。在使用電助熔期間，燃料消耗和玻璃質(zhì)量無(wú)明顯變化。開啟電助熔后，當(dāng)試圖降低毯料區(qū)燃料量時(shí)發(fā)現(xiàn)料堆有偏遠(yuǎn)趨勢(shì)，因擔(dān)心玻璃質(zhì)量波動(dòng)燃料沒有減少。電助熔功率調(diào)整過(guò)程中，熔化區(qū)前端池底玻璃上升15度，3號(hào)小爐池底溫度略有下降。由于當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求嚴(yán)格控制玻璃生產(chǎn)線的熔化噸位上限，加之為適應(yīng)市場(chǎng)需求經(jīng)常生產(chǎn)2 mm及以下薄玻璃而降低拉引量，因此該生產(chǎn)線在正常熔化量范圍內(nèi)時(shí)，電助熔系統(tǒng)不再啟動(dòng)。

需要說(shuō)明的是，上述兩條浮法玻璃生產(chǎn)線的熔窯都使用了水冷卻的鼓泡系統(tǒng)，鼓泡的位置在熔窯熱點(diǎn)前的4號(hào)小爐區(qū)域。

4 電助熔系統(tǒng)選用與安全

值得注意的是，生產(chǎn)顏色玻璃時(shí)采用水冷卻鼓泡器的做法越來(lái)越普及，鼓泡時(shí)提升了所有熔化部玻璃的窯底溫度(包括投料口池底)。投料口電加熱主要提升投料口溫度,安裝鼓泡系統(tǒng)的成本和操作費(fèi)用比投料口電助熔系統(tǒng)要低，因此生產(chǎn)普通顏色玻璃安裝鼓泡器以后一般不安裝投料口電助熔系統(tǒng)，但是對(duì)于大噸位且生產(chǎn)高含鐵量顏色玻璃的熔窯使用電助熔系統(tǒng)還是很有效的。

電助熔系統(tǒng)使用了高電壓(典型的達(dá)到300 V)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的安全問題,因此必需安裝安全防護(hù)裝置。投料機(jī)、冷卻水管，鼓泡器和窯低熱電偶等都應(yīng)做電絕緣，并要適當(dāng)接地保護(hù)，否則這些設(shè)備會(huì)因漏電造成人員傷害且使自身過(guò)早損壞。熔窯卡脖大水管和攪拌器不需防護(hù)，因?yàn)樵诖藚^(qū)域所測(cè)得的漏電電壓可以忽略不計(jì)，但是不允許在投料口使用任何導(dǎo)電的工具。

在生產(chǎn)過(guò)程中電助熔系統(tǒng)的安全管理工作是非常重要的。國(guó)內(nèi)某生產(chǎn)線就因?yàn)楦鼡Q鼓泡器過(guò)程中未恢復(fù)電絕緣措施，導(dǎo)致電助熔系統(tǒng)被迫關(guān)閉，造成生產(chǎn)波動(dòng)。

5 結(jié) 論

電助熔系統(tǒng)1988年在瑞典浮法玻璃生產(chǎn)線開始生產(chǎn)應(yīng)用，21世紀(jì)初在國(guó)外該技術(shù)已完全成熟[4]。電助熔系統(tǒng)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線尚未普及，僅有少數(shù)生產(chǎn)浮法顏色玻璃生產(chǎn)線使用，其工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備系統(tǒng)源頭大多來(lái)自于英國(guó)某專業(yè)公司。

使用電助熔系統(tǒng)的一些國(guó)內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線，在電助熔操作技術(shù)上，特別是對(duì)電助熔工藝技術(shù)還未做到融會(huì)貫通，因此產(chǎn)生很多模糊認(rèn)識(shí)和誤解，導(dǎo)致電助熔系統(tǒng)不能充分發(fā)揮應(yīng)有作用甚至長(zhǎng)期停用。當(dāng)然，有的電助熔系統(tǒng)過(guò)于控制投資造價(jià)，造成實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整不靈活、工藝條件適應(yīng)性差，工藝設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)操作者脫節(jié)，這都是電助熔系統(tǒng)使用過(guò)程中存在的問題。因此，浮法玻璃行業(yè)有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)相互學(xué)習(xí)、聯(lián)合攻關(guān)，建立比較完善的浮法玻璃電助熔技術(shù)體系和管理體系，讓該技術(shù)盡快成為浮法玻璃行業(yè)節(jié)能減排的有力措施。