• 窯爐純氧頂部燃燒與電助熔技術在日用玻璃企業應用的推廣

     

    王新強  劉  琦

       純氧燃燒是指用工業氧氣代替空氣來燃燒燃料,可以使燃料燃燒更加完全。

    純氧燃燒技術的方式為具有93%~99.6%濃度的氧氣與燃料在燃燒器出口混合燃燒來加熱熔解玻璃,純氧燃燒技術在玻璃熔窯中成為取代空氣燃燒方式的最好的選擇,這是因為純氧燃燒在環保、節能、質量、產能擴充等方面有非常好的表現,并帶來了巨大的經濟效益。窯爐頂部純氧燃燒電助熔技術的應運而生,是當今最有效的玻璃熔化的加熱方法,已經成為玻璃窯爐目前最先進的燃燒技術。

       純氧燃燒分為兩種形式:一種是現在國內公司采用的胸墻純氧平燒。其方式為若干對燃燒器沿窯爐的縱向在胸墻上等距離分布,分別調節燃燒器的燃氣用量,就能實現熔窯的縱向溫度分布,滿足玻璃熔化工藝的要求,有效地控制玻璃液在池窯內的熔化對流和澄清。平燒方案又細分為兩種,扁平火焰燃燒器與圓形火焰燃燒器,總結我們項目設計及使用情況,建議設計或改造時要根據窯爐寬度及胸墻高度,根據燃燒器的特點有針對性的選擇燃燒器,或者兩者進行結合,區分部位選用不同燃燒器。 另一種則是窯爐頂部純氧燃燒與電助熔技術的應用。

     

    圖1  胸墻側燒扁平火焰

    圖2  碹頂安裝純氧頂燒燃燒器

     

       下面重點介紹圖2純氧頂部燃燒與電助熔技術

       一、純氧頂部燃燒+電助熔方式介紹

       美國公司于2000年成功利用了碹頂純氧燃燒技術投入生產,節能效果非常優異,比現有的純氧平燒燃燒方式還要節能8%~15%,熱能利用率可達到50%以上。隨著純氧頂部燃燒技術在玻璃纖維窯爐上應用的普及,我們作為將碹頂純氧燃燒技術引入中國的開創者,正逐步將此項技術推廣至所有玻璃生產窯爐,涉及玻璃纖維之外的浮法玻璃、日用玻璃、特種玻璃生產線等。全氧頂部燃燒與電助熔技術特點主要體現在以下幾個方面:

       1、純氧頂燒不同于傳統的胸墻純氧平燒,差別是平燒依賴于熱輻射為主的能量交換,而純氧頂燒基于垂直、定向直接加熱原理,有效降低原料的揮發量,同時提高了配合料的傳熱率,從而提高了熔融速率。采用胸墻平燒方案如果火焰長度、剛度控制不好,火焰會發飄上揚,不穩定,嚴重時會將碹頂燒損,影響窯爐使用壽命,這是非常嚴重的問題。另一種情況如果燃燒器選型或在兩側胸墻上的排布不合理,會導致工藝溫度制度不容易調整,有時還會將對面胸墻燒蝕。

       2、頂燒的燃燒器位于碹頂,可以克服空間限制,滿足熔化部燃燒器數量要求。在頂部垂直向下燃燒,免于了傳統平燒火焰對于碹頂的侵蝕,同時降低了碹頂溫度,窯爐壽命得以延長。提高熱傳遞效率,能使熱量到達平燒燃燒器無法觸及的窯爐區域,讓熱量到達未熔融的配合料,通過改變傳熱方式提高玻璃質量、流量。

       3、電助熔是電極把電能直接送入用燃料加熱的玻璃窯爐中,直接通電補充熔化所需的一部分熱量,通入的電能以95%以上的效率作用于熔化。

       4、玻璃窯爐在沒有大功率電助熔的應用時,能夠改變玻璃質量及節能的方式有兩種途徑,一種是采用鼓泡,一種是設置窯坎結構。事實證明這兩種方式在一定的階段都起到了很大作用。

       5、通過我們的數學模擬得出:與鼓泡相比電極產生的垂直方向液流的流速低,對池底耐火材料侵蝕小,玻璃沒有氣泡存在。

       6、多排電極產生向投料口方向的回流有助于增強配合料的熔化,增加玻璃液在熔解池滯留時間。通過調整每排電極的功率分布,可以得到合適的流液洞出口溫度。

     

    圖3  碹頂安裝的純氧燃燒器

     

    圖4 熔化部池底安裝的多排電極

     

    二、純氧頂燒與電助熔結合熔化舉例

    序號

    名 稱

    年產6萬噸

    1

    熔窯形式

    單元窯+“H”型通路

    2

    玻璃出料量(t/d)

    195

    3

    熔化面積(㎡)

    81㎡

    4

    熔化率(t/㎡?d)

    ≥2.4

    5

    產品品種(或玻璃料類型)

    無硼無氟玻纖玻璃

    6

    熔化部能耗

    <980Kcal /kg玻璃液

    7

    熔化部天然氣耗量

    760Nm³/h

    8

    電助熔用量

    1850千瓦(20%比例)

    1、純氧平燒+電助熔,國內現在六萬噸窯爐能耗1150Kcal/Kg玻璃。

    2、頂燒方式+電助熔,采用恒成公司設計的窯爐降低至980Kcal/Kg玻璃以下(無硼無氟玻璃配方,無碎玻璃加入,不增加產能)。

    3、使用頂燒方案,玻璃工廠每小時節省166m³天然氣,氧氣340m³。

    4、胸墻純氧平燒改造為純氧頂燒實際案例

    國內某玻纖大型公司,2010年投產生產線,熔化面積127㎡,采用胸墻天然氣純氧平燒加電助熔加熱方式窯爐運行,2016年由我們進行產能擴充升級改造,改造前每天的玻璃出料量最大270噸,通過頂燒改造及電助熔調整,出料量增加至316噸/天。

    生產運行參數

    生產線

    平燒狀態 

    熱態更改為頂燒狀態 

    熔化率(t/㎡?d)

    2.12

    2.48

    成品收得率

    97%

    97%

    玻璃流量(t/d)

    270

    316

    電助熔(kW/h)

    2878

    3850

    天然氣用(m3/h)

    1165

    1190

    氧氣用量(m3/h)

    2329

    2380

    天然氣熱值(Kcal)/m3 

    8500

    8500

    單位能耗(Kcal/Kg)

    1100

    1020

    電占比 

    20%

    25%

    已經運行時間

    10.5年

    三、設計

    1、設計窯爐為單元窯形式,具有較大的長寬比,使玻璃在爐內的流動距離更加的長,使用純氧頂燒及高功率電助熔,窯爐融化率能夠達到2.43.2 t/㎡.d以上。復合冷卻下潛式流液洞、水冷可更換式鼓泡、密封投料、爐內監視系統、窯壓及玻璃液位自動控制系統、殘氧在線監測等多項技術措施為客戶做出規范、標準化的工程。

    2、設計會將窯爐燃燒產生的1350℃—1410℃高溫廢氣通過金屬換熱器進行再利用,將潔凈符合要求的熱空氣送至退火爐,減少天然氣或電力的需求。熱風溫度波動保持±2℃之內。換熱后的潔凈熱空氣溫度可達650℃并長期運行,根據玻璃品種的不同,可通過風機風量的變化對熱風溫度進行調節,調節范圍300℃—650℃。推出新的電助熔控制方式IGBT控制系統,完全不同于現在的SCR控制,結合新型的水冷變壓器使用,功率因數達到98%,為客戶節省更多的運行費用。

    3、根據玻璃性質選擇合適的耐火材料,保證窯爐的運行壽命。在窯爐安裝、烤窯、投料過程全程進行監督、指導。生產過程中對于原料配方、熔制工藝進行指導。出具符合窯爐運行的作業指導書、窯爐維護手冊。

    4、設計范圍涵蓋原料配料均化系統,窯爐耐火材料及鋼結構設計,純氧燃燒系統設計制造,電助熔系統設計制造,電氣自控、自動化物流系統等。同時可根據客戶需求進行項目總包,交鑰匙工程。

    近年來,隨著窯爐向大型化、綠色環保、節能、高質高效方向發展,窯爐頂部純氧燃燒技術在玻纖行業應用成熟且廣泛。日用玻璃行業還處在初級應用探討階段,持續降低生產成本、提高玻璃液質量是日用玻璃行業提高競爭力的有效手段,純氧燃燒與電助熔技術的引入,是日用玻璃企業生產高質量品質產品的技術保障的一種應用創新。愿為中國日用玻璃行業企業提供設計與服務,為行業從業人員在窯爐頂部純氧燃燒技術改造和使用方面提供有力的技術支撐與服務。

     

    王新強13761830788)

    2021年3月8

     

    2021年3月9日
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