Emisshield涂料在玻璃窯爐節(jié)能降耗方面的研究應(yīng)用

劉宜忠

（東莞南玻太陽能玻璃有限公司 東莞 523141）

0 引言

某公司浮法線于2015年4月9日順利點(diǎn)火，目前該浮法線熔窯玻璃單位熱耗在行業(yè)同類浮法線中一直保持較低的水平，且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，可用于深加工、太陽能背板等，并長期穩(wěn)定供應(yīng)。該司浮法線熔窯能耗水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位，主要是從熔窯設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)應(yīng)用、窯體砌筑及新型保溫涂料使用等各方面結(jié)合的結(jié)果。本文立足于該公司浮法生產(chǎn)線熔窯實(shí)際工藝配置及新型保溫涂料的應(yīng)用，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和熔窯能耗控制分析其在窯爐節(jié)能降耗方面的應(yīng)用。

1 Emisshield材料作用原理

1.1 Emisshield涂料

Emisshield涂料是一種人工合成的高輻射陶瓷涂料，該材料在國內(nèi)目前主要用于玻纖窯和瓶罐窯。其主要成分：94%SiO2、4%B2O3、 0.7%Al2O3、0.2%CaO＋MgO，密度1.63 g/cm3，pH值9.27，噴涂料固體含量60%，涂層厚度為0.2 mm。

1.2 Emisshield涂料作用原理

浮法玻璃生產(chǎn)窯爐中燃料燃燒產(chǎn)生的熱量有將近30%是以散熱的形式損失掉。Emisshield 涂料噴涂于熔窯熔化部及澄清部的耐火材料內(nèi)表面，噴涂后所形成的表層的發(fā)射率可以達(dá)到0.9，而未經(jīng)過噴涂的玻璃窯爐的耐火材料的發(fā)射率僅為0.4～0.6，通過提高窯爐耐火材料的發(fā)射系數(shù)，吸收窯內(nèi)對流熱量，再發(fā)射到低溫物料上，減少了透過窯爐耐火材料損失的熱量和煙氣帶走的熱量，達(dá)到了提高熱效率，減少燃料消耗的目的。該產(chǎn)品在1650 ℃ 高溫下依然可以持續(xù)有效，因而適用于玻璃窯爐。Emisshield 涂料與磚體的黏結(jié)力高于涂層間的黏結(jié)力，當(dāng)耐火材料與涂料受到熱震沖擊時(shí)，涂層內(nèi)納米材料分子隨著噴涂基體的膨脹而延展，以抵消熱震產(chǎn)生的剝離力；此外，Emisshield 涂料使用的硅酸鹽質(zhì)無機(jī)黏合劑，具有耐酸堿侵蝕性，同時(shí)該材料噴涂后可完全遮蓋基體表面，所以適合應(yīng)用到窯爐受侵蝕較嚴(yán)重的部位。新型保溫涂料的應(yīng)用在降低熔窯溫度的同時(shí)也明顯降低了熔窯耐材作業(yè)溫度，從而減少侵蝕，延長窯齡，對熔窯結(jié)構(gòu)安全有正面作用。

為使Emisshield材料保持高的效率，涂層表面的溫度必須高于物料的溫度，窯內(nèi)玻璃液和物料的溫度都較火焰空間溫度低，符合這個(gè)要求。由斯特藩-玻爾茲曼定律可以用以下公式來表示：

式中：s——斯特藩-玻耳茲曼常數(shù)，s＝5.67×10-8W/（m2· K4）；

e——表面輻射系數(shù)，其值在0和1之間，由物體表面性質(zhì)決定；

Tc——內(nèi)壁涂層的溫度，K；

Tl——玻璃液的溫度，K。

從式（1）可以看出，Emisshield吸收和再輻射的熱量在涂層表面和窯內(nèi)物料溫差達(dá)到最大時(shí)最多。因此，在爐壁冷面做好保溫和物料在即將被熔化的位置節(jié)省能量是最大的。在玻璃液面以上應(yīng)用Emisshield材料以后，涂層從煙氣中吸收更多的對流熱量并將其再輻射到玻璃液上面，結(jié)果便是煙氣帶走的熱量減少而更多的熱量被用于加熱玻璃液。因?yàn)檫^度加熱會(huì)改變玻璃液的黏度、流動(dòng)性等工作性能，影響后續(xù)工藝，生產(chǎn)者往往不愿意此類情況發(fā)生，因此公式中必須有其他的因子調(diào)整以使公式重新回到原先的平衡狀態(tài)。這個(gè)因子只可能是降低涂層表面溫度和窯內(nèi)煙氣溫度，即通過減少能源的輸入達(dá)到相關(guān)要求，同時(shí)還達(dá)到了節(jié)能的效果。

2 Emisshield材料在玻璃窯爐的實(shí)際應(yīng)用

2.1 該生產(chǎn)線熔化工藝技術(shù)配置

（1）該浮法玻璃生產(chǎn)線熔化能力700 t/d，窯寬采用13.3 m大跨度窯池。池底設(shè)置臺階，按照當(dāng)時(shí)最新700 t/d熔窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？ú比肟谇?.6 m

池底升高100 mm；前4.0 m升高100 mm。減少從澄清部回流到熔化帶的重復(fù)加熱的玻璃液量。熔化部池深1260 mm。

（2）池底設(shè)置鼓泡，使用國產(chǎn)無水冷型干式鼓泡器。24只鼓泡器位于4號爐中心線后1050 mm。通過鼓泡可以提高窯內(nèi)玻璃液流速，加快熔化速度，提高澄清質(zhì)量。

（3）采用進(jìn)口麥克森（MAXON）全氧0#氧槍。位于1#小爐前方胸墻兩側(cè)不間斷燃燒。

（4）熔窯設(shè)計(jì)6對小爐，其中2#、 3#、 5#小爐使用4支噴槍，1#、 4#小 爐使用3支噴槍，6#小爐使用2支噴槍（實(shí)際安裝1支）。借鑒捷克GS公司天然氣噴槍燃燒經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到燃燒效率最大化。

（5）使用一定程度的富氧助燃技術(shù)。將氣站生產(chǎn)氮?dú)舛a(chǎn)生的約2150 m3/h的富氧引入到蓄熱室助燃約2150 m3/h（從蓄熱室底部通入1#～ 3#爐）。

（6）首次使用新型進(jìn)口高發(fā)射率Emisshield涂料（天津新世紀(jì)代理）在大碹和胸墻硅磚內(nèi)表面冷態(tài)噴涂形成約0.2 mm的涂層，在烤窯過程中和硅磚燒結(jié)融為一體。通過提高窯爐發(fā)射系數(shù)，吸收窯內(nèi)對流熱量，再發(fā)射到低溫物料上，減少了透過窯爐耐火材料損失的熱量和煙氣帶走的熱量，達(dá)到了提高熱效率，減少燃料消耗的目的。

2.2 Emisshield涂料的實(shí)際應(yīng)用

該浮法線首次使用新型進(jìn)口Emisshield涂料，噴涂面積約為743 m2。在使用的一年多時(shí)間內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)該噴涂對烤窯硅磚膨脹及后續(xù)生產(chǎn)的玻璃質(zhì)量有任何影響。目前該浮法熔窯結(jié)構(gòu)完好，熔窯能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，可證明該材料對其生產(chǎn)無任何負(fù)面影響。

2.3 Emisshield涂料應(yīng)用效果

自該浮法線使用此涂料后，技術(shù)人員密切跟蹤熔窯大碹使用情況，第6年和第8年窯爐內(nèi)窺檢查圖片見圖1、圖2?？梢钥吹酱箜蹆?nèi)表面完好，未出現(xiàn)鼠洞等異常，進(jìn)一步說明此涂料對大碹的保護(hù)和輻射熱量反射的作用。

圖1 2021年8月10日該熔窯使用第6年內(nèi)窺檢查圖片

圖2 2023年2月23日該熔窯使用第8年內(nèi)窺檢查圖片

3 Emisshield材料對窯爐能耗的影響

3.1 理論能耗測算

根據(jù)熔窯熱點(diǎn)溫度變化，經(jīng)過理論計(jì)算得到使用高發(fā)射性噴涂料節(jié)能后的理論節(jié)能效果。通過排除其他設(shè)計(jì)對工藝影響來進(jìn)行對比，采用Emisshield高發(fā)射率保溫涂料后除減少熔窯散熱，其發(fā)射作用使熔制溫度降低10 ℃以上，大幅度降低了燃料供給。該浮法線拉引量為700 t/d時(shí)熱點(diǎn)溫度手測1540 ℃，相比其他浮法線拉引量為700 t/d時(shí)熱點(diǎn)溫度降低10～20 ℃，計(jì)算節(jié)能效率按降低熱點(diǎn)溫度10 ℃計(jì)算，由e·s·，推 算 節(jié) 能 效 率DE?＝（E1－E2）/℃）計(jì)算結(jié)果為2.2%。理論計(jì)算新型保溫節(jié)能涂料的節(jié)能效率最大可達(dá)2.2%。

3.2 實(shí)際能耗測算

通過比較兩條700 t/d普白浮法生產(chǎn)線總的能耗差異，折算到統(tǒng)一工況下的能耗，剔除其它因素的影響，得到使用高發(fā)射性噴涂料的實(shí)際節(jié)能效果。

1#浮法線為使用高發(fā)射率涂料的生產(chǎn)線，2#～ 3#浮法線選取該公司同噸位浮法線進(jìn)行對比，投產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定后的能耗曲線見圖3，各項(xiàng)指標(biāo)對比分析，見表1。

圖3 投產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定后能耗曲線

對比1#浮法線和3#浮法線，能耗差異影響主要在于大碹噴涂和0#氧槍，相比較3#浮法線，1#節(jié)能效率約4.11%。

對比1#浮法線和2#浮法線，能耗差異影響主要在于大碹噴涂和碎玻璃比例，相比較2#浮法線，1#節(jié)能效率約3.72%。

2015年11月，對該浮法線驗(yàn)收時(shí)，測算的0#氧槍和其他設(shè)計(jì)的節(jié)能效率約3%，這樣可估算新型保溫涂料的節(jié)能效率約2%。

3.3 Emisshield涂料抗衰減性能測試

該700 t/d浮法線根據(jù)設(shè)計(jì)院及其研發(fā)中心測算，第一年綜合能耗指標(biāo)定為5233 kJ/kg。隨著窯爐連續(xù)性使用和性能衰減，每年綜合能耗根據(jù)同行業(yè)分析調(diào)研及客觀規(guī)律，按每年增加1.2%計(jì)算該年能耗指標(biāo)，具體如表2所示。

表2 該700 t/d浮法線綜合能耗指標(biāo) kJ/kg

在實(shí)際運(yùn)行過程中，技術(shù)人員對其窯爐大碹涂料抗衰減性能進(jìn)行深入分析和對比。取2022年（即該浮法窯爐運(yùn)行的第7年）全年平均綜合能耗為5446 kJ/kg（表3）。比預(yù)期指標(biāo)5622 kJ/ kg，有明顯降低，相較于指標(biāo)節(jié)能3.1%。但因其窯爐運(yùn)行過程，影響能耗因素較為復(fù)雜，只能判斷Emisshield涂料在運(yùn)行第7年仍然具有一定的節(jié)能效果。

表3 2022年浮法線實(shí)際綜合能耗 kJ/kg

4 結(jié)語

新型進(jìn)口Emisshield保溫涂料在浮法熔窯中的應(yīng)用是可行的，其節(jié)能效果明顯，值得在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用推廣。通過測算，其實(shí)際運(yùn)行節(jié)能效果約2%（理論測算節(jié)能效果2.2%），對窯爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益具有重大的助益，且在運(yùn)行7年后仍有一定的效果，說明其抗衰減性能也較為突出。此涂料對大碹耐材的保護(hù)效果也比較突出，運(yùn)行8年其熔窯大碹仍完好未發(fā)現(xiàn)鼠洞，對延長窯爐壽命具有積極的作用。