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電熔玻璃窯爐節能技術優化及應用

發布時間:2020-01-09 10:52 文章來自:http://www.woigbj.buzz/ 作者:天陽耐火材料/耐火

    燃油、燃氣火焰爐主要以天然氣、煤氣、石油、化石等稀缺的不可再生能源為燃料,由于我國近年來稀缺資源供需矛盾日益突出,同時受國際價格波動的影響,企業生產成本不斷上漲,傳統火焰爐一次性投入較高,產品生產過程中僅能源耗用成本就高達總成本的40%以上,而且火焰爐結構特殊,對產品質量存在一定的影響和制約。而電熔窯爐以電力為主要能源,價格穩定,成本可控,在用電低谷時使用還能有效節約成本,便于加強企業管理和核算,電熔窯爐因其一次性投資少、運行成本低廉、操作簡便、污染小等優勢,在當前資源緊張的情況下應用越來越廣泛。

    1、電熔窯爐節能原理

    電熔窯爐以電能為唯一能源,其在高溫下將玻璃熔化成玻璃液體并直接作為焦耳熱效應的電導體,隨后憑借玻璃液自身的導電性繼續熔化。此時再向窯爐電極通電,玻璃液體便自動發揮導體作用借助自身熱量實現窯爐加熱。玻璃液面覆蓋著一層生料,其以上空間內溫度為80~150℃,所以玻璃液體導電過程中所生成的熱量能被100%吸收,僅加熱過程中由熱氣帶走少量的熱能,故而熱效率和熔化率都十分高。據統計,電熔窯爐在生產中僅有20%左右的熱量無謂散失,比燃油、燃氣火焰爐節能率能提高至少25%。

    電熔窯爐的推廣使用符合國家環保產業政策及能源利用政策,燃油、燃氣火焰爐在燃燒過程中必將排放大量的CO?、SO?和氨氮化合物等有害氣體,污染環境,同時還會消耗大量的水,最終成為廢水,如果不加處理直接排放,還將造成環境的再度污染。但電熔窯爐由于全過程只是用電能而基本不產生有害氣體,每天所耗用的水量也在10t以內。

    2、電熔窯爐節能技術優化及應用要點

    2.1 熔化池設計及耐火材料的選用

    電熔窯爐在熔制過程中,玻璃自上而下垂直分布,最頂層由配合料覆蓋所形成的冷爐頂主要通過玻璃液中加熱電極,各層溫度梯度變化,而且能進行分層控制,所以要求電熔窯爐熔化池深度必須達標,高硼硅玻璃生產窯爐熔化池深度必須>2m。熔化池由上部的熔化部和下部的澄清部構成,熔化部主要有配合料覆蓋層、硅酸鹽層、玻璃層等,澄清部主要是均化區、冷卻區和澄清區。電熔窯爐的生產過程是一系列快速、短時而激烈的物化反應過程,所以熔化部所需空間較小,而玻璃釋放出氣泡后必須經過生料層才能溢出,這需要時間和空間,所以澄清部區間相對較大。

    與燃油、燃氣火焰爐不同的是,電熔窯爐對耐火材料的選用更加注重材料的耐高溫、耐侵蝕及導電性能。導電率越高的耐火材料由于運行中可能發生打火、熔融和漏料而安全隱患較大,所以耐火材料的選用也是電熔窯爐節能技術優化的重要課題之一。

    2.2 流液洞設計

    流液洞是澄清結束玻璃液冷卻后上升的必然通道,也是電熔窯爐中的薄弱環節,很容易受到侵蝕,所以在電熔窯爐設計中必須引起重視,重點關注玻璃液回流及流液洞蓋板磚侵蝕等問題。

    玻璃液從熔化池流出,經過流液洞后到達上升通道,如果其流出量超出出料量,則富余的部分將反向流回熔化池,隨后的二次加熱必將增加窯爐能耗,但是這一過程又能對回流玻璃液進行二次均化,避免質量缺陷,所以在實踐中必須尋求能耗與玻璃液質量之間的均衡。具體而言,在設計過程中應保證流液洞截面大小的合理性,對于出料量30t的電熔窯爐,截面應保持在900cm2;控制流液洞高度,為降低蓋板磚的侵蝕,流液洞高度應控制在20~30cm;加大流液洞長度,當前電熔窯爐流液洞長度應保持在2~3m。

    為控制和減輕流液洞蓋板磚的侵蝕,實踐中可以考慮采用AZS41型電熔鋯剛玉磚,并配合以沉降式流液洞設計,在確保流液洞位置遠低于池底的情況下,溫度有所降低的玻璃液對蓋板磚的侵蝕也會降低。為保證蓋板磚性能并延長其使用壽命,在電熔窯爐使用的中后期應當采取有效措施進行蓋板磚的冷卻。

    2.3 電極和功率分布

    當前電熔窯爐普遍使用鉬電極,存在底插、橫插和頂插三種電極插入方式,生產企業普遍改進了底插方式并采用側插的做法,這種技術能有效保證電場分布及玻璃液的均勻性,雖然要在池底開孔,但是只要電流密度選擇恰當,并在電極磨損時及時頂進,這種側插方式發生漏料的可能性很小,同時由于池底存在高粘度保護層,能有效保護池底材料和電極孔免于侵蝕,安全性還是有所保障的。

    電極與功率則應均勻分布,并實行多對電極和多臺變壓器均勻布置,電極直徑和單臺變壓器容量都不應過大,電極均勻分布才能杜絕偏電流現象的發生,確保電力線和熱能的均勻分布以及熔融工藝的穩定。

    此外,在電熔窯爐運行之初經常會遇到電壓低、電流過大但功率反而不高的現象,為了增大功率首先應提高電流,但是要注意電流過高可能擊穿熔融電極磚并燒毀電控機械設備,進而影響材料熔化質量。為防止上述現象的發生,必須保持玻璃爐內玻璃溶液熔化均勻、不同點電阻相等,尤其是電阻小的區域發生偏流的可能性更大,偏流必將引起偏相,從而導致整個電熔窯爐電功率失衡,熔融不均。

    3、結論

    冷頂式電熔窯爐徹底改變了傳統的火焰加熱窯爐能耗模式,能有效彌補傳統窯爐技術工藝方面的不足,當前,我國電熔窯爐技術有了很大進展,電熔窯爐配套性耐火材料和電極材料紛紛已達設計要求,全電熔窯爐設計日趨成熟。通過對電熔窯爐項目投運后的生產過程進行跟蹤調查發現,電熔窯爐不僅能提升企業產品品質,降低生產經營成本,帶來良好的經濟效益,還能落實和響應國家的產業政策,體現社會經濟發展對節能環保的要求,社會效益和生態環境效益顯著。
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