《能源监测与评价》——建材企业的节能监测（四）

五、玻璃和玻璃纤维企业的节能监测

玻璃是一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，是冷却过程中黏度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(Na2O.CaO.6SiO2)，主要成分是二氧化硅，广泛用于建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。玻璃主要分为平板玻璃和深加工玻璃。平板玻璃主要分为三种，即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。浮法玻璃由于厚度均匀、上下表画平整平行，再加上劳动生产率高及利于管理等，正成为玻璃制造方式的主流。

(一)浮法玻璃生产工艺流程

当今世界上有三种类型的平板玻璃：平拉、浮法、压延。浮法玻璃在目前玻璃生产总类中占90%以上，是世界建筑玻璃中的基础建筑材料。浮法玻璃工艺包括五个主要步骤：配料、熔化、成形和镀膜、退火、切割和包装。

1.配料

配料是第一阶段，为熔化制备原材料。原材料包括砂、白云石、石灰石、纯碱和芒硝，储存在配料房中。料房中有料仓、料斗、传送带、溜槽、集尘器以及必要的控制系统，控制着原料的输送和配合料的混合。在配料房内部，一条长长的平传送带将原材料按次序从各种原料的料仓中一层层、连续地输送到斗式提升机中，然后再送往称量装置以检测其复合重量。回收的玻璃碎片或生产线回头料会加到这些成分中。每份配合料含有大约10%～30%的碎玻璃。干燥的材料加入混合机中搅拌成配合料，搅拌好的配合料通过传送带从配料房中送到窑头料仓储存，然后用加料机以控制的速率加入熔窑中。

2.熔化

典型的熔窑是有6个蓄热室的横火焰熔窑，每天的生产能力为500t。熔窑的主要部分是熔化池、澄清池、工作池、蓄热室和小炉，由特种耐火材料建成，外框有钢结构。配合料由加科机送到熔窑的熔化池中，熔化池靠天然气喷枪加热到1650℃。熔融的玻璃从熔化池经澄清池流到卡脖区域，搅拌均匀。然后流人工作部位，慢慢冷却降至大约1100℃，使其在到达锡槽之前达到正确的黏度。

3.成形和镀膜

将澄清好的玻璃液成形成玻璃板的过程是一个按材料的自然倾向机械操纵的过程，这种材料的自然厚度为6.88mm。玻璃液从熔窑通过流道区域涌出，由一个叫做闸板的可调节门控制其流量，闸板进入玻璃液±0.15mm左右。它浮在熔融的锡液之上，因此叫做浮法玻璃。玻璃和锡互相不起反应，而且可以分离开;它们在分子形式上相互抵制的特性使玻璃极其光滑。锡槽是一个密封在受控的氮和氢气氛的单元。生产线速度可达25m/min。锡槽载有近200t纯锡，平均温度为800℃。当玻璃在锡槽人口的末端形成一个薄层，称为玻璃板，两边各有一系列的可调拉边机进行操作。操作人员用控制程序设定退火窑和拉边机的速度。玻璃板的厚度可在0.55～25mm之间。上部分区加热原件用来控制玻璃温度。随着玻璃板连续不断地流经锡槽，玻璃板的温度会逐渐下降，使玻璃变得平坦平行。玻璃在熔融锡液上摊成薄层，与锡液保持分离，成形成板状。靠吊挂的加热元件提供热，靠拉边机的速度和角度控制玻璃的宽度和厚度。

4.退火

成形的玻璃离开锡槽时温度为600℃。如果玻璃板放在大气中冷却，玻璃表面会比玻璃内部冷却的快，这样就会造成表面严重压缩，使玻璃板产生有害的内应力，玻璃在成形前后的受热过程也是内应力形成的过程。因此通过控制热量使玻璃温度逐渐降到周围环境温度——退火，是很必要的。实际上，退火是在一个大约6m宽、120m长预先设置好温度梯度的退火窑中进行。退火窑中包括电控加热元件和风机，以保持玻璃板横向温度的分布持续稳定。退火过程的最终结果是将玻璃小心地冷却到常温而没有带来暂时应力或永久应力。

5.切割和包装

经退火窑冷却好的玻璃板通过与退火窑驱动系统相连接的辊道输送到切割区域。玻璃通过在线检测系统以排除任何缺陷，用金刚石切割轮切割，去除玻璃边缘(边料回收为碎玻璃)。然后切割成客户所需要的尺寸。玻璃表面撒上粉末介质，使玻璃板可以堆积存放而避免沾在一起或划伤。然后靠人工或自动机器将无瑕疵玻璃板分成垛进行包装，转移到仓库储存或装运给客户。

(二)浮法玻璃生产节能潜力及技术途径

平板玻璃工业使用的燃料主要有重油、天然气和煤气等。目前，我国平板玻璃行业年能源消耗量约为1000万t，每千克玻璃液平均热耗为7800kJ，比国际先进水平要高30%。

浮法玻璃生产线主要耗能设备为三大热工设备(熔窑、锡槽和退火窑)，这三大热工设备的能耗约占生产线总能耗的97%，下面介绍浮法玻璃生产线的主要节能措施。

我国玻璃工业的技术经济指标已逐年提高，但与发达国家的先进指标相比尚有较大差距。目前，我国平板玻璃单位产品能耗为17～3lkg/重量箱，而国际先进水平为16～20kg/重量箱。如果通过技术改造或者提高管理水平，玻璃单位产品能耗达到17kg/重量箱、按照2008年玻璃产量计算，年将节约197.4万t。

平板玻璃工业节能的重点是淘汰落后工艺、提高浮法玻璃单线规模、加强窑炉保温、烟气余热的回收利用、采用新的燃烧技术等。

1.改进工艺设备，淘汰落后工艺

目前，我国浮法玻璃产量占平板玻璃产量的比例约为83.4%，世界平均水平为90%以上。落后的生产工艺单位产品综合能耗为3lkg/重量箱，比浮法工艺高64%。现在全国落后工艺产量仍有7000余重量箱，比同产量的浮法工艺每年多耗能84万t，如果这些落后工艺都被浮法玻璃生产工艺所替代，则节能效果是非常显著的。

2.提高浮法玻璃熔窑的规模

浮法玻璃熔窑的能耗与熔窑的规模有近似线性的关系，规模越大单位玻璃液的能耗越低。2005年，我国浮法玻璃熔窑的平均热耗如下：熔窑规模为250t/d，能耗为8763kj/kg3;熔窑规模为300t/d，能耗为8537kj/kg3;熔窑规模为400t/d，能耗为8055kj/kg3;熔窑规模为500t/d，能耗为7583kj/kg3;熔窑规模为600t/d，能耗为7lllkj/kg3;熔窑规模为700t/d，能耗为6639kj/kg3;熔窑规模为800t/d，能耗为6167kj/kg3;熔窑规模为900t/d，能耗为5693kj/kg3。浮法玻璃的生产线规模的提高，提高了我国浮法玻璃生产的能源利用率。规模以上(年销售额500万以上)企业平板玻璃的综合能耗由2002年的20.3kg/重量箱，下降了16.26%。

3.熔窑参数的实时数据采集及控制技术

计算机数据采集及控制技术已经广泛用于国外浮法玻璃熔窑的生产管理中，生产中通过该技术可以更好、更快地掌控熔窑的总体状况。采用通过局部测试掌握全窑的状况，以此大大提高了熔窑热工系统的稳定性，从而达到节能目的。

采用现代自动化温度、窑压、液面等控制系统，强化窑炉监控手段，做到科学合理用能和生产，并可延长窑炉使用期，做到科学文明生产。过量空气系数是窑炉燃烧特性的一个重要指标，可采用测氧装置，严格控制过量空气系数。

4.采用高效节能熔窑设计技术

采用效率更高、更合理的结构设计，包括：

(1)加大蓄热室的换热面积，格于体采用筒形砖，提高预热温度和余热回收率。

(2)加长1号小炉中心线至前脸墙的距离，提高1号小炉的热效率。

(3)加大小炉口的宽度，扩大火焰覆盖面积，提高熔化率，降低热耗。

(4)采用与熔池全等宽熔化池结构形式，不仅可改善熔窑的熔化质量，而且可延长高温火焰在炉窑内的停留时间，提高熔窑的热效率。

(5)熔窑池底采用台阶式结构形式，既可保证提供优质玻璃液，又可限制玻璃液的回流，减少了玻璃液的重复加热，节约了燃料。

5.采用先进的熔窑工艺

改进熔窑的温度制度，采用双高峰热负荷操作工艺中大配合料区热负荷，减少泡沫区热负荷，提高热效率。通过控制助热风与燃料量的比值，同时测定废气中氧与可燃物的含量来调节风与燃料的比例。

6.加强熔窑保温

熔窑表面散热占熔窑散热的25%～30%，采用隔热性能高的耐火材料对熔窑进行全保温，热效率可提高5%～10%，每千克玻璃液热耗可降低1026～20%。同时减少废气排放量

和火焰空间的热强度，延长熔窑的使用寿命。

7.加强生产过程控制

(1)必须严格控制各种原料的粒度，尤其要控制大颗粒和超细粉的比例。实际生产中，配合料水分一般控制在3.0%～4.5%。配合料温度一般要求大于35℃，绝大乡数水分以游离形态附着在难熔的颗粒表面，可以黏附较多的纯碱加强助熔效果。因此，提高配合料温度，能起到较好的助熔作用。生产中碎玻璃的比例一般控制在14%～22%，根据经验数值能增加碎玻璃1%，燃料消耗减少0.3%左右。在条件具备的情况下，尽量多使用碎玻璃，对降低能耗有显著作用。

(2)选择合理的熔化过程控制。合理的熔化工艺不仅可以提高熔化质量，减少碎玻璃缺陷，同时达到节能降耗、提高窑龄的目的。浮法玻璃熔窑的温度曲线一般有山形、桥形和双高形三种，而双高形曲线合理的加大后混合料区和热点处的热负荷，适当降低泡沫区和调节区的热负荷，各小炉燃料量分配更加合理，因而能降低燃料消耗。

确定合理的风和燃料的比例，保持一定的过量空气系数，对节能降耗有较大作用。国外先进的玻璃熔窑的过量空气系数达到了1.01～1.02，我国先进的浮法玻璃熔窑达到了1.05～1.06。严格控制过量空气系数是节能的重要措施之一。在生产中，如果采用有效地连续监测和控制手段，可以对过量空气系数进行优化。另外，对雾化空气和助燃风进行预热，可利于燃料雾化，还可以提高熔窑燃烧效率。

(3)燃料的质量、存储、输送及燃烧工艺控制对燃料消耗都有不同程度的影响。生产中如果燃料质量得不到有效控制，不仅燃烧状况不稳定，影响玻璃质量，而且消耗也会增加较多，甚至可能酿成生产事故。

8.大力推行节能技术改造

针对浮法玻璃生产中降低能源消耗的问题，深入开展技术改造活动，适时实施纯氧或者富氧燃烧、0号小炉纯氧喷枪燃烧、余热发电、助燃风机变频改造等技术改造项目可以大幅度降低燃料和电量消耗。