1、玻璃纤维池窑节能方法及分析玻璃纤维大多采用单元窑生产，这种窑熔化面积较小，约 50左右，一般采用金属换热器预热空气，高温烟气与玻璃液逆向流动，火焰不换向工作稳定，使用高热值燃料，多对烧嘴对称布置在熔窑两侧。这种窑型的主要优点是：熔化的玻璃液质量好，容易调节温度曲线，可以实现自动化操作，结构简单，占地少，建造快。它的主要缺点是热效率低，燃料消耗大。现在，我国已把保护环境，节能减排作为一项长期国策，并且我国的能耗指标与国外也有较大的差距。为此，各个玻纤厂采取各种方法以降低能耗，如采用纯氧燃烧、维持高的熔化率、窑体保温、电助熔技术、余热利用、稳定窑的热工制度等方法，取得了一定的成效。下面结合我公司实
2、际对玻纤池窑采用的一些节能方法进行分析，期望对节能工作有一些指导或参考意义。1 纯氧燃烧技术1.1 纯氧燃烧原理燃烧是可燃物与空气中的氧气在一定的温度下发生激烈的化学反应而放出热量，从而达到加热物料的目的。采用纯氧燃烧就是将空气中的氧气单独分离出来，所得的氧气纯度要求90%，这和空气助燃相比就大大降低了氮气（空气中氮气含量约为 79%）的含量，从而大大降低了废气的排放量，也就是大大减少了废气带走的热量。现在工业上制备氧气的方法一般有两种，一是低温冷冻制氧，就是根据构成大气的各种气体可在不同温度下液化和蒸馏的原理从空气中分离出氧气，这种方法制备的氧气为液态，使用时需气化。二是变压吸附法，这是一种
3、根据分子筛对空气的氮气与氧气选择性吸附的原理从空气中分离获得氧气的方法，生产的氧气纯度达 93%以上，我公司目前选用此法。1.2 节能原理根据以上的纯氧燃烧原理，我们认为纯氧燃烧产生节能的原因主要为两个，一是由于采用纯氧，所以燃烧后废气的量大大减少，而废气的温度变化不大，从而废气带走的热量大大下降，从而达到节能的目的；二是由于采用纯氧燃烧，燃烧速度加快，氮气含量大大降低，从而使实际火焰温度很高，根据有些资料表明最高可达 2690，而预热空气助燃的最高温度为 1800，由于火焰温度的升高，辐射给物料的有效热量增加，而玻璃池窑内的物料得到的热量的 40%左右是由火焰辐射传递的，从而降低了能耗。下面
4、为我公司一期窑炉采用纯氧燃烧技术前后的数据对比。从以上数据可以看出，使用纯氧燃烧技术后，窑炉的单位热耗下降了 38%，因为通路未使用纯氧，通路热耗变化不大，烟气量大大减少，减少了 8780Nm/h。1.3 需要注意的问题使用纯氧燃烧技术后应适当降低澄清剂（主要为芒硝）的用量。使用纯氧燃烧后，由于烟气中的水蒸气的质量分数增加，因此溶解于玻璃液的水分会大量增加，水分也起到一定的澄清作用，因此要适当降低配合料中澄清剂（主要为硫酸盐）的用量，这样既可减少 SO2 的排放，也不会降低玻璃液的质量。使用纯氧燃烧技术后应考虑废烟气的处理和利用。使用纯氧后的烟气量减少，因此余热锅炉进口烟气温度下降较多，采用余
5、热锅炉利用余热已意义不大，但根据我们的实践发现废气中烟尘和所含的挥发物含量并未大幅减少，因此要经过一定的处理才可以直接排放大气中。使用纯氧燃烧技术后更要精确地控制窑压的稳定，以避免窑内气氛和温度的紊乱。纯氧燃烧的火焰形状是可见的，它主要受燃气、氧气、喷枪安装位置和窑压的影响，一般情况下，前 3 项是稳定的，因此窑压的波动，会造成火焰形状的变化，从而使窑内的温度、气氛发生改变，使玻璃液的质量受到影响，所以应力求控制窑压的稳定。2 池窑熔化率保持玻纤池窑较高的熔化率也是节能的一个重要方法。从以上数据可以看出，窑炉和通路的热耗都随着熔化率的降低而明显地升高，尤其是在熔化率在 1000kg/md 时，
6、窑炉和通路热耗有了明显的增加。下面分析一下窑炉及通路热耗与熔化率的关系。窑炉内燃料燃烧所放出的热量主要用于 3 个方面的支出：(1)将配合料熔化为玻璃液所吸收的热量。(2)燃烧后废气所带走的热量。(3)窑体向外的散热。一般来说，在配合料配方和窑炉热工制度稳定的情况下，窑炉的前两项热量支出随着熔化率变大而变大，而第 3 项的热量支出和熔化率的关系不大，基本上是相对稳定的。因此说，随着熔化率的增加，也就是单位时间内熔化的玻璃液量增加，那么窑体向外的散热分配到单位玻璃液的热耗反而较降低，我们认为这就是随着窑炉熔化率的升高，玻璃液单位热耗反而降低的原因。池窑通路的燃气燃烧放出的热量主要用于 3 个方面
7、的支出：(1)维持一定的空间温度，使玻璃液平稳降低到拉丝作业温度的热量支出。(2)通路向外的散热。(3)燃烧后废气带走的热量。其中后两项为主要支出的热量。随着池窑熔化率的增加，流向通路的玻璃液量会增加，因为这时玻璃液的温度较高，那么玻璃液本身带过来的热量也增加，根据热平衡的观点，燃气燃烧提供的热量相应地减少，反之亦然。因此说，通路玻璃液的单位热耗也随着熔化率的降低而升高。上面的数据也充分证明了这个道理。3 易熔玻璃配方采用易熔的玻璃配方也是降低玻纤池窑能耗的重要手段。不同的玻璃配方所需的熔化温度是不同的，玻璃的形成热是不同的，并且有些配方之间还相差很大，尤其是无氟配方和有氟配方之间的能耗相差很
8、大，因为玻璃配方中引入一定量的含氟化合物（一般主要为萤石）能加速玻璃的形成，降低熔化温度，降低玻璃液的黏度和表面张力，促进玻璃液的澄清和均化，也降低了拉丝作业温度，降低了玻璃液的单位热耗。下面是我公司在二期窑炉试验有氟和无氟配方的相关数据对比。从以上数据可以看出，除去产量对热耗的影响，无氟配方的熔化温度和单位热耗都较高，适合拉丝作业的玻璃液温度也相应的提高，这也说明了不同配方对玻璃热耗的影响。因此说，我们在满足质量条件和环保条件的情况下，应尽可能选择低能耗的玻璃配方。4 电助熔技术电助熔技术也是降低能耗和提高玻璃液质量的有效方法。4.1 电助熔原理火焰熔化玻璃液时，燃料燃烧所放出的热量只有一小
9、部分用于玻璃的熔制，大部分的热量主要从窑墙散失或由烟气带走，因此窑炉的热效率较低，对于玻纤池窑这种单元窑型，有数据表明它的热效率仅为 10%左右。E 玻璃液中含有碱金属离子，它们是相对自由的，在电压存在的情况下，会发生离子迁移，产生电流，这就是 E 玻璃导电的原因。而采用电助熔技术后，由于电极是插在玻璃液里，通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用下会产生电流焦耳热，从而达到熔化和调温的目的。由于电极被玻璃液所覆盖，电能转变为热能后，向周围介质散失的热量可以降低到最低限度，而且也没有废气带出的热损失，故热效率大大提高，有实验表明电助熔的热效率在 60%78%之间，是火焰辐射的 68 倍，从而达到节
10、能的目的。4.2 需要注意的问题4.2.1 电极材料的选择电助熔对电极材料的要求较高，要求能承受 1700的高温，要有足够的机械强度，在800时不会被空气氧化，具有与金属相当的电导率，耐急冷急热性好，不污染玻璃液，价格适中。完全满足上述条件的电极材料很不容易找到，因此说要根据现场技术情况和经济条件，选择不同的电极材料。目前常用的电极材料主要为石墨、金属钼、二氧化锡等。而现在熔制玻璃纤维所用的电极材料主要为钼电极，因为钼的熔点高，导电性好，热膨胀系数低，加工容易，不污染玻璃液，是比较理想的电极材料。但钼电极在高温空气中易氧化，在玻璃液中的钼电极被玻璃液所覆盖，不宜被空气氧化，而在空气中暴露的电极
11、要采取一些保护措施以防止氧化。4.2.2 电极的安装位置及控制方式电极的安装位置取决于窑炉的尺寸、电助熔所提供的能量分布、耐火材料质量与安装维修条件，电极的尺寸主要取决于电极所提供的功率大小。目前在玻纤池窑比较常用的电极布置方式为：在熔化区布置 3 排左右的电极，在热点区布置 12 排电极，功率分布一般为相等或热点区高一些。电极的控制方式有两种，恒功率控制和恒电流控制，熔化 E 玻璃一般都采用前者。由于电助熔的热效率较高，因此现在新上的 E 玻纤池窑有由“电助熔”向“电主熔”的发展趋势。5 热工制度稳定的窑炉热工制度也是窑炉节能的重要因素。一般来说，窑炉的热工制度取决于窑型及结构和熔化率，还有
12、玻璃配方及相应的熔制温度和成形温度、窑炉所属设备及其控制水平等。在这些条件都已定型的情况下，窑炉的热工制度也基本定了。窑炉的热工制度稳定主要是要控制以下几方面的稳定：(1)窑炉内温度制度的稳定，温度制度也是影响玻璃熔制质量的主要因素，一般用温度曲线来表示，沿窑炉的纵向，依据熔制要求建立稳定的温度制度，以有利于熔化操作，生产出优质的玻璃液。(2)窑压和玻璃液位稳定，窑压应以微正压控制，这样就能保证燃烧空间热气流分布均匀，又不至于冒火和吸入冷空气。控制玻璃液位波动一定要小，它的波动会造成温度波动，成形不稳。投料量和窑压的波动都会造成液位的波动。(3)窑炉气氛的稳定，要依据熔制玻璃的要求，控制合适的
13、气氛，以保证玻璃液得到良好的均化与澄清。(4)泡界线（或料线）稳定，当炉内温度制度、成形作业和投料情况等有变化时，都会在泡界线（或料线）上有所反映，这样就便于我们及时发现问题并加以解决。总而言之，在窑炉的实际运行中就是如何通过各种手段与措施来保证其稳定，从而最大限度的提高热能的利用率。6 窑体保温窑体保温是减少窑炉无效热量散失提高窑炉热效的有效办法。由于玻纤池窑采用了大量的电熔耐火材料，如电熔莫来石砖、电熔锆刚玉砖等。这类材料的导热率高，窑体的散热损失高，所以采用窑体保温很有必要。窑体保温可以大大减少窑体向外界的散热，改善操作人员的工作环境，增大窑体的热容量，更好地保持窑内温度制度的稳定，也有
14、利于提高玻璃液本身的温度，使窑内玻璃液温度分布和流动更加合理，会显著降低窑炉热耗，有实验表明窑体保温可节约燃料 15%左右。虽然窑体保温有诸多优点，但对窑体保温不可盲目进行，因为它和窑炉结构和耐火材料的质量密切相关，并且窑炉的不同部位要采用不同的保温步骤及方法，同时还要有相应的工艺制度和管理制度，切不可以牺牲窑炉寿命为代价。因此采用窑体保温要慎重、合理、有序的进行，以最终达到稳定生产、延长窑炉寿命、节能降耗的目的。7 余热利用玻纤池窑的余热主要指的是废烟气所带走的热量，对于空气助燃的窑炉来说，一般是利用金属换热器和余热锅炉进行两级换热以充分利用余热。而对于纯氧燃烧的窑炉来说，由于废气量大大减少，因此采用将原助燃风和废气管道合并进余热锅炉的方法进行换热以提高热能的利用率。8 结束语综上所述，玻纤池窑节能的意义重大，方法也不少，但玻纤池窑的节能是一项系统工程，涉及了许多方面，如燃烧技术及设备，耐火材料的发展，高温换热技术、玻璃新配方的发展，窑炉的工艺制度及管理等，并且每个池窑的工作情况也不同，因此搞好玻纤池窑的节能工作很不容易，需要多方努力与密切配合，方可见效。现在新建的玻纤池窑利用扩大熔化面积，全部（窑炉和通路）采用纯氧燃烧，采用大功率电助熔等一系列的方法和措施来达到节能降耗、提高效益的目的。
