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        玻璃熔制技術新動向
        時間:2018/07/19 點擊量:

          摘要:綜述了玻璃生產中在提高玻璃熔制質量的同時所采取的節能降耗新技術一全氧燃燒和減壓澄清。該技術不僅能節省大量能量,而且還使燃料燃燒產生的氮氧化物得到根除,對環境保護也起到積極的作用。關鍵詞:全氧燃燒;減壓澄清;節能;氮氧化物。
          玻璃生產中需要消耗大量的燃料,熔制玻璃的窯爐還需要使用大量耐侵蝕、耐高溫的耐火材料。而燃料燃燒過程中產生的大量CO2及NOX也造成了環境的污染,為此有人提出了與環境保護相適應的玻璃工業化生產思路。目前各國學者研究的全氧燃燒[1]及減壓澄清[5]新技術在應用中取得了較好的效果。
        1  全氧燃燒  
          全氧燃燒窯爐與傳統助燃空氣火焰窯爐相比不需要高大的蓄熱室裝置,因此窯爐投資費用大大降低。最早采用全氧燃燒技術的是美國康寧公司,在一座日產30t普通玻璃的小型試驗爐中使用。全氧燃燒窯爐由于具有優良的環保效應,因此逐漸擴展到熔制能耗高且產量較大的硼硅酸鹽玻璃或無堿玻璃生產中,加熱噴嘴由2~4個增加到12~14個。日、美等國為了普及全氧燃燒技術還開發出了提純氧氣的沸石氮氣吸附劑,并形成所謂PSA(Pressure swing adsorption)氧氣制備技術,其設備可靠性高,幾乎不發生故障。
          重油燃燒用空氣助燃時,理論空氣需要量為10m3/L重油,但空氣中約含80%的氮氣,大量的氮氣會影響霧化好的重油與氧氣均勻混合,從而造成重油的不完全燃燒。霧化重油需l~2m3空氣,實際消耗的空氣約為11~12m3。采用全氧燃燒時,重油約需2m3/L的氧氣,此時僅需提高重油壓力至l~2.5MPa使之霧化,而不需提高氧氣的壓力,而由計算機控制理論助燃氧氣用量即可。
          用空氣助燃時有80%的氮氣成為廢氣排出窯外,帶走了大量的熱量,而用氧氣助燃則無此現象,而且不會產生NOX,從而使熱效率大大提高。通過計算上述兩種助燃方法所產生的理論煙氣量,可知全氧助燃由于排出煙氣中不含N2,濕煙氣量比空氣助燃時減少了約四分之一,干煙氣量減少了七分之一,這樣排煙的蓄熱室及煙囪等均可小型化或除去,窯爐設備投資、維護費用等大大減少,使成本降低[2]。此外蓄熱式熔窯由于每隔15~20min需進行換向操作,往往會產生重油噴嘴內積炭而堵塞,因此需要維修時間和費用,而全氧燃燒則不會出現這種問題。
          從兩種噴嘴的火焰溫度比較可知,火焰高度100mm、長度900mm處,空氣助燃時的溫度為1300℃,而全氧燃燒時的溫度達1800℃,同時全氧燃燒由于不含N2,僅為CO2及H2O形成紅外區輻射,加之廢氣量減少,因而使其熱效率大大提高。
          在日本利用PSA法制備氧氣時所消耗的電費為10日元/kWh,而在美國約為其一半。該法的優點是:(1)無NOX或減少一半以上NOX的排放,從而減少污染;(2)節能并且減少約一半CO2的排放;(3)其它廢棄物減少(如廢耐火材料);(4)節省操作場地(去除龐大的蓄熱室),改善操作環境。因而采用全氧燃燒技術社會效益十分顯著,成本也有所降低。試驗表明在小型池爐采用全氧燃燒可節能30%,而在大型浮法窯上采用全氧燃燒技術則可節能15%左右。
        2減壓澄清技術
          初期的試驗爐為2~6t/d及20t/d規模的小型窯爐。試驗最初的目的是為了減少玻璃澄清后殘存的氣泡,得到熔制質量更好的玻璃。連續試驗結果表明,在減壓澄清之前玻璃中直徑0.05~0.5mm的氣泡為500~5000個/kg,而經過減壓澄清區后氣泡數減少到0.2個/kg,而且在減壓情況下的澄清溫度比常壓下澄清降低了250~300℃,對應上述4種玻璃其減壓澄清區的溫度及壓力如表3所示。減壓區的耐火材料并未完全采用鉑,而是采用產生氣泡少的耐火材料與部分鉑組合而成,從而避免了高溫下鉑機械強度降低的問題。
          由于減壓澄清使澄清溫度降低,而且澄清質量大大提高,從而產生了良好的節能效益,日本旭硝子公司試驗結果證實可減少能耗30%。此外原熔化池溫度最高處達1600℃左右,采用減壓澄清使得熔化池溫度降低了l00℃,除節約大量能源外,還延長了耐火材料的使用壽命,減少了CO2、NOX的排放量。澄清區體積也變小,其大小相當于每日出料量體積的二十分之一。
        3  結束語
          全氧燃燒技術現已逐步在瓶罐玻璃與平板玻璃熔窯上推廣應用。全氧燃燒的火焰亮度高,火焰中CO2、H2O濃度較大,具有較強的熱吸收與熱輻射,比空氣助燃的熱效率高,但難以得到較長的火焰,在大型熔窯上使用時窯內溫度分布有問題,而且煙氣中揮發成分的濃度較大,熔化池上部火焰空間的耐火材料侵蝕會加劇,需要更換為電熔鑄耐火材料,因此延遲了在大型熔窯上的采用。如將全氧燃燒技術與減壓澄清技術組合使用,不僅可使熔化池的溫度降低,又可利用全氧燃燒所產生的高亮度火焰輻射。由于窯爐溫度較低且小型化,因此對窯爐耗熱及耐火材料都是有利的。
          減壓澄清技術也有可能與全氧燃燒以外的其它熔化技術組合使用,減壓澄清技術較好地解決了“除去氣泡”這一玻璃生產中問題,同時節能,提高了玻璃質量,對難熔玻璃生產是十分適用的。

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