1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 畢 業(yè) 論 文日產(chǎn)700噸平板玻璃的電助熔窯爐的設(shè)計(jì)Design of Electric Boosting for Daily Output 700 Tons of Flat Glass學(xué)院名稱： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 2015年6月日產(chǎn)700噸平板玻璃的電助熔窯爐的設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師： 職稱：摘要：在我國(guó)，平板玻璃已被國(guó)務(wù)院列為六大產(chǎn)能過剩行業(yè)之一，成為淘汰落后產(chǎn)能的重點(diǎn)目標(biāo)。因此，如何低污染、低排放地生產(chǎn)出能與歐美家國(guó)相媲美的玻璃成為行業(yè)研究的重點(diǎn)。本文根據(jù)近幾年的

2、研究成果，介紹了一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保同時(shí)又能提高玻璃質(zhì)量和產(chǎn)量的技術(shù)玻璃電助熔技術(shù)，并嘗試應(yīng)用在南方玻璃廠橫火池窯上，使其在原有基礎(chǔ)上增產(chǎn)達(dá)到日產(chǎn)700噸優(yōu)質(zhì)平板玻璃。本文介紹了玻璃電助熔窯爐的發(fā)展?fàn)顩r，并且根據(jù)原始資料以及查閱的相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行熱工計(jì)算、電工參數(shù)計(jì)算確定了電極的選用和布置，并應(yīng)用AUTO CAD作出了電極布置圖。針對(duì)玻璃窯爐的高能耗問題，本文進(jìn)行用能分析，提供節(jié)能途徑進(jìn)行改善。關(guān)鍵詞：平板玻璃 橫火池 電助熔 電極 耗能 節(jié)能Design of Electric Boosting for Daily Output 700 Tons of Flat GlassAbstract In Ch

3、ina, the flat glass has been listed as one of the six major industries of the State Council, has become the focus of the elimination of backward production targets.Therefore, how to low pollution, low emission production can be comparable with the European and American domestic glass become the focu

4、s of industry research.The according to the research results in recent years, introduces the economic environmental protection and can improve the technique of glass quality and yield of glass electric melting technology, and try to application in the Southern Glass Factory cross fire pool kiln, mak

5、ing it in the original basis yield reached Nissan 700 tons of high quality flat glass.The development of glass electric melting furnace is introduced in this paper, and according to the original data and access to relevant literature, thermal calculation, electrical parameter calculation to determin

6、e the selection and arrangement of the electrode, and the application of Auto CAD made electrode layout.In view of the energy consumption of glass furnace, this paper can analyze and provide energy saving way to improve.Keywords: Flat glass Cross-fired Electric-Boosting Electrode Energy-guzzling Ene

7、rgy-saving 目錄第一章 緒論11.1引言11.2玻璃電熔的原理11.3玻璃熔窯的分類31.4玻璃電熔的分類31.4.1全電熔窯爐41.4.2電氣混合窯爐41.4.3電助熔窯爐4第二章 火焰池窯的電助熔的意義52.1池窯電助熔的優(yōu)缺點(diǎn)52.1.1大幅度提高熔化率52.1.2 提高玻璃的熔化質(zhì)量52.1.3減弱上部火焰空間的燃燒強(qiáng)度、延長(zhǎng)爐齡52.1.4靈活調(diào)節(jié)出料量52.1.5穩(wěn)定點(diǎn)和加強(qiáng)有效對(duì)流62.1.6節(jié)能環(huán)保62.1.7缺點(diǎn)62.2電助熔技術(shù)的經(jīng)濟(jì)分析6第三章 電助熔池窯的設(shè)計(jì)73.1 設(shè)計(jì)依據(jù)73.2熱工計(jì)算83.3電助熔加熱功率的計(jì)算93.4電極103.4.1電極選用103

8、.4.2電極布置113.4.3電工參數(shù)計(jì)算123.4.4電極水套133.5電助熔池窯耐火材料的選擇14第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果15第五章 節(jié)能分析與改進(jìn)措施165.1節(jié)能分析165.1.1能耗分析165.1.2節(jié)能途徑175.2改進(jìn)措施17總結(jié)18致謝19參考文獻(xiàn)20第1章 緒論1.1引言 平板玻璃也稱白片玻璃或凈片玻璃，大部分屬于鈉鈣硅酸鹽玻璃。它具有透光、透明、保溫、隔聲，耐磨、耐氣候變化等性能。它是市場(chǎng)上最常見的建筑玻璃。據(jù)中國(guó)建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2012年底，全國(guó)共有浮法玻璃生產(chǎn)線274條，其中在產(chǎn)213條，在產(chǎn)生產(chǎn)線的產(chǎn)能為8.8億重量箱，包括浮法、壓延、平拉等平板玻璃總

9、產(chǎn)能12億重量箱。2012年，全年平板玻璃產(chǎn)量7.6億重量箱，銷量7.22億重量箱，產(chǎn)銷量連續(xù)20多年穩(wěn)居世界第一。 但是，國(guó)內(nèi)玻璃行業(yè)存在著嚴(yán)重的重復(fù)建設(shè)和產(chǎn)能過剩問題。在2009年，平板玻璃已被國(guó)務(wù)院列為六大產(chǎn)能過剩行業(yè)之一，成為淘汰落后產(chǎn)能的重點(diǎn)目標(biāo)。同時(shí)，傳統(tǒng)的平板玻璃存在由于高耗能、高污染的特點(diǎn)。據(jù)行業(yè)內(nèi)人士介紹，目前我國(guó)玻璃企業(yè)所用的燃料主要有4種，分別為天然氣、重油、煤制氣和石油焦。而國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)使用的是煤制氣和石油焦，廢氣排放量觸目驚心。環(huán)保已成玻璃行業(yè)必然趨勢(shì)，規(guī)模小、質(zhì)量差、改造成本高、能耗和環(huán)保不達(dá)標(biāo)的平板玻璃企業(yè)勢(shì)必會(huì)被淘汰出局。 玻璃在高溫狀態(tài)下是電導(dǎo)體。因此，人們

10、希望通過電來(lái)代替燃料熔化玻璃，盡可能減少污染和排放。經(jīng)過半個(gè)多實(shí)際的研究和實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)使用電熔技術(shù)不僅能減少生產(chǎn)的污染，還能大幅提高玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量。這使得玻璃電熔迅速地發(fā)展了起來(lái)。目前，世界上半數(shù)以上的玻璃窯爐采用了電熔，尤其在發(fā)達(dá)國(guó)家。 我國(guó)有著豐富的水電資源，再加上國(guó)家正在大力發(fā)展核電，使得我們能夠擁有大量廉價(jià)的電能，為玻璃電熔提供了堅(jiān)實(shí)的后盾。隨著環(huán)保要求的提高和產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的問題，火焰窯爐已經(jīng)不能適應(yīng)，電窯爐在這方面具有相當(dāng)廣闊的前景。 事實(shí)上，近三十年，玻璃窯爐在我國(guó)發(fā)展地相當(dāng)迅速。目前我國(guó)至少有500座全電熔窯，規(guī)模從0.3120 t/d。特別是最近年，每年都要增加近百座電熔窯

11、。11.2玻璃電熔的原理玻璃電熔是將電流通過電極引入玻璃液中，通電后兩電極間的玻璃液在交流電的作用下產(chǎn)生焦耳熱，從而達(dá)到熔化和調(diào)溫的目的。玻璃液之所以具有導(dǎo)電性，主要是因?yàn)殡姾赏ㄟ^離子發(fā)生遷移。硅酸鹽玻璃具有一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除了共價(jià)鍵結(jié)合的硅和氧原子外，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還包含玻璃改良劑離子，它們是相對(duì)自由的，特別是堿金屬離子。在玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中結(jié)合能力最弱的也是堿金屬離子，它們是電流的載體。在石英玻璃和硼硅酸鹽玻璃中，只含有少量的堿金屬離子，則導(dǎo)電性較差。在鈉鈣玻璃中除了離子數(shù)量外，離子的強(qiáng)度和離子的半徑也影響玻璃液的導(dǎo)電性。與Na+離子相比，K+離子半徑較大，遷移受到的阻力也較大。相反，Li+

12、離子半徑比Na+離子半徑小，但由于Li+離子結(jié)合能力強(qiáng)，因此，Li+離子遷移比Na+離子困難。所以，Na+離子最有利于增加玻璃液的導(dǎo)電性。圖1各種玻璃的電導(dǎo)率1Pyrex玻璃； 2中性玻璃3鉛玻璃； 4含15%Na2O的玻璃5鉀硅酸鹽玻璃；6鈉硅酸鹽玻璃圖1-1 各種玻璃的電導(dǎo)率1Pyrex玻璃； 2中性玻璃；3鉛玻璃； 4含15%Na2O的玻璃5鉀硅酸鹽玻璃；6鈉硅酸鹽玻璃導(dǎo)電性難易是以其電阻率（cm） 或其倒數(shù)電導(dǎo)率(cm)1)來(lái)表示. 值越小,則導(dǎo)電本領(lǐng)越強(qiáng).玻璃在室溫下為電的絕緣體, 電導(dǎo)率約為 10-110-15-1cm-1，介電強(qiáng)度約在31031105V之間。當(dāng)玻璃被加熱時(shí)，其導(dǎo)電

13、性能隨溫度升高而明顯增強(qiáng)。熔融狀態(tài) 下的玻璃電導(dǎo)率約在0.11.0-1cm-1，完全變成了導(dǎo)電體，用作焦耳效應(yīng)的發(fā)熱體是足夠的。電熔化能用來(lái)熔化幾乎所有的品種的玻璃以及某些呈現(xiàn)高阻值的硅酸鹽材料。各種玻璃的電導(dǎo)率隨其成份不同可有很大差別，對(duì)同一種玻璃，電導(dǎo)率則是溫度的函數(shù)。不同玻璃的電阻率，見圖1，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，含有其它改良劑離子時(shí)，能降低Na+ 離子的遷移和玻璃的電導(dǎo)率。例如，Ca2+，Ba2+，Pb2+離子會(huì)大大增加玻璃的電導(dǎo)率。 迄今為止，還未能令人滿意地根據(jù)玻璃的化學(xué)成分求得電阻率或電導(dǎo)率，對(duì)于下列成分得硅酸鹽（質(zhì)量%）；NaO:12-20,CaO:0-11,MgO:0-6,Al2O3

14、:0-11,溫度在1100-1450時(shí)，電導(dǎo)率可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 lg=1.508-0.0204C- 式中:C堿金屬氧化物的含量，(Na2O+K2O/2) T玻璃液的平均溫度，.21.3玻璃熔窯的分類玻璃熔制過程是在玻璃池窯內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。a、按熔制玻璃所用容器的構(gòu)造分：（1）池窯 配合料在這種窯的槽形池內(nèi)熔化成玻璃液，故稱池窯；（2）坩堝窯 玻璃液是在坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化的，故名坩堝窯。b、 按使用能源分：（1）火焰窯 以燃燒燃料為熱能來(lái)源。燃料可以是煤氣、天然氣、重油和煤；（2）電熔窯 以電能作為熱能來(lái)源。（3）火焰電熱窯 以燃料為主要熱源，電能為輔助熱源。c、按煙氣余熱回收設(shè)備分：（1）蓄熱式窯

15、以蓄熱方式回收煙氣余熱；（2）換熱式窯 以換熱方式回收煙氣余熱。d、 按窯內(nèi)火焰流動(dòng)方向分：（1）橫焰池窯 窯內(nèi)火焰作橫向（相對(duì)于窯縱軸而言）流動(dòng)，與玻璃液流動(dòng)方向相垂直；（2）馬蹄焰池窯 窯內(nèi)火焰呈馬蹄形流動(dòng)。有平行馬蹄形、垂直馬蹄形和雙馬蹄形三種；（3）縱焰池窯 窯內(nèi)火作縱向流動(dòng)，與玻璃液流動(dòng)方向一致；（4）倒焰窯 火焰從窯底噴入，從窯底周邊排出；（5）平焰窯 火焰從坩堝上面噴入，從窯底排出。前三種窯型均為池窯，后兩種窯型均為坩堝窯。31.4玻璃電熔的分類 玻璃電熔窯爐又稱為玻璃電熔爐或玻璃電熔窯，主要分為三大類：全電熔窯爐、電氣混合窯爐、電助熔窯爐。1.4.1全電熔窯爐 全電熔技術(shù)的生產(chǎn)

16、原理與傳統(tǒng)的利用燃燒火焰進(jìn)行表面輻射和對(duì)流傳熱的生產(chǎn)原理是完全不同的 ,它是由插入熔融態(tài)玻璃內(nèi)部的傳導(dǎo)電極在高溫下通電 , 利用電流的焦耳熱效應(yīng),在玻璃內(nèi)部進(jìn)行加熱的一種生產(chǎn)技術(shù)。 縱觀國(guó)內(nèi)外電熔技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀,其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:4 (1)成為解決特殊玻璃(如、電熔彩色平板玻璃、輕工日用顏色玻璃、電子封接玻璃、各類光學(xué)玻璃)、難熔玻璃(硬質(zhì)玻璃、微晶玻璃、無(wú)堿玻璃)、配合料易揮發(fā)、易污染的玻璃(鉛玻璃、乳白玻璃、硫化鋅玻璃)以及高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品的重要熔化手段。 (2)取代傳統(tǒng)的火焰熔制方式,既能保持增塌爐小品種、多批量、套配色、多工位等特色，同時(shí)又具有池爐諸多優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)或間隙

17、操作，人工成型或機(jī)器生產(chǎn)并行不悖，合格率、得料率高,作業(yè)條件好。運(yùn)行管理、設(shè)備維修、投資等費(fèi)用少。 (3)玻璃熔化是以焦耳熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，屬于直接加熱或“內(nèi)加熱”形式。并且大都采用“冷頂”工藝。因此，節(jié)能降耗、防止環(huán)境污染，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率效果明顯。 (4)適合目前國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整及國(guó)內(nèi)外能源的不斷變動(dòng),在激烈的產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 全電熔爐有“冷頂”和“熱頂”二種形式,前者居絕大多數(shù),在垂直熔的垂直段完成,氣泡和氣體的能量大部分被配合料吸收,電能通過電極的合理配置,饋入到玻璃液中,強(qiáng)化了熔制效果。1.4.2電氣混合窯爐 有些玻璃的電阻太大，全部用電加熱則電壓很高，操作不安全。近年來(lái)，一種新型的“混合

18、熔化”已日益受到重視。即在熔融的玻璃液內(nèi)部通電加熱，同時(shí)在配合料上方用燃料加熱。既可降低每噸玻璃液所需熱量的總成本，也可保持全電熔窯的玻璃液質(zhì)量。1.4.3電助熔窯爐 所謂玻璃熔窯電助熔,是指通過電極把電能直接輸送到火焰加熱的熔窯內(nèi),加強(qiáng)熔化。電助熔幾乎適用于所有窯型,如瓶罐玻璃熔窯、器皿玻璃熔窯、平板玻璃熔窯、顯像管玻璃熔窯和球窯等,而且是提高玻璃質(zhì)量、產(chǎn)量、延長(zhǎng)爐齡行之有效的簡(jiǎn)便方法。4 采用燃料加熱價(jià)格低廉，所以在大型池窯上難以采用全電熔。在制造平板玻璃的火焰池窯中采用電助熔，耗電量不多，但對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，改善勞動(dòng)條件等方面都有良好的效果，發(fā)展前途廣闊。在近幾年我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)

19、整的大環(huán)境下，整個(gè)玻璃行業(yè)對(duì)電助熔產(chǎn)生了濃厚的興趣。第2章 火焰池窯的電助熔的意義2.1池窯電助熔的優(yōu)缺點(diǎn)2.1.1大幅度提高熔化率 我國(guó)大型燃油平板玻璃池窯熔化率為1.6t/m2d左右，國(guó)外一般為2t/m2d。采用電助熔技術(shù)后，可將熔化率提高到3.2t/m2d4.2t/m2d。熔化率提高60甚至可達(dá)100。 電能在玻璃液中的傳遞速度比以熱能輻射和對(duì)流傳熱約大5倍。另外，由于在窯爐適當(dāng)位置電助熔設(shè)備，形成了有益液流，熱點(diǎn)附近溫度較高的玻璃液向加料端流動(dòng)，提高了配合料接觸玻璃液的溫度。實(shí)驗(yàn)表明，玻璃液溫度每提高50，玻璃的熔化時(shí)間可縮短一半。規(guī)模較大的池窯，在15001550溫度范圍內(nèi)，溫度每提

20、升10，玻璃熔化率可提高410。 火焰窯的熔化率不會(huì)無(wú)限提高，到達(dá)某一出料時(shí)，會(huì)出現(xiàn)結(jié)石。在這個(gè)出料量稱為池窯的極限出料量。采用電助熔后，池窯的極限出料量會(huì)有一定的提高。2.1.2 提高玻璃的熔化質(zhì)量 采用電助熔能后提高玻璃的熔化質(zhì)量。這是因?yàn)榧訌?qiáng)了玻璃液的流動(dòng)使得玻璃液的均勻性提高了。在玻璃液中引入電能提高玻璃液的溫度，從而玻璃液的黏度降低，澄清過程加快，溶解在玻璃液中的氣體量顯著減少，這對(duì)玻璃的成型與加工有良好的影響。2.1.3減弱上部火焰空間的燃燒強(qiáng)度、延長(zhǎng)爐齡普通火焰池窯的熱量全部靠上部火焰供給，熱傳遞效率低，且上部空間加熱強(qiáng)度大，窯頂腐蝕嚴(yán)重。電助熔窯池可以減少上部空間加熱強(qiáng)度，延長(zhǎng)

21、窯爐壽命；減輕火焰窯的熱負(fù)荷，彌補(bǔ)因燃料波動(dòng)引起的熔化質(zhì)量的下降；彌補(bǔ)和克服熔窯結(jié)構(gòu)上和工藝上的缺陷，改善和穩(wěn)定熔化制度；彌補(bǔ)燃料系統(tǒng)的惡化。隨熔窯運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，特別是以混合發(fā)生爐煤氣為燃料的熔窯在中后期時(shí)，蓄熱室的格子體被部分堵塞或完全堵塞而失去熱交換能力，以致燃燒條件不能滿足正常燃料量的燃燒要求，采用電助熔能夠根據(jù)需要進(jìn)行熱量補(bǔ)償。2.1.4靈活調(diào)節(jié)出料量采用電助熔能夠根據(jù)市場(chǎng)的變化和需求迅速靈活地改變出料量。在不增加池窯尺寸的情況下，池窯的熔化能力能增加30到50。電助熔特別適合用于經(jīng)常需要改變出料量，在使用期間熔制玻璃所用的燃料不變，而電助熔能最大限度地提升窯的熔化能力。電助熔也特別適

22、用于同一窯期的不同時(shí)間，生產(chǎn)不同規(guī)格或者不同品種產(chǎn)品的窯爐。只要通過適當(dāng)調(diào)整輸入電量就能輕松解決。電助熔運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)相當(dāng)穩(wěn)定，當(dāng)不需要電助熔時(shí)可以停止，而且停用時(shí)維護(hù)成本很低，不需要特別地照料。2.1.5穩(wěn)定點(diǎn)和加強(qiáng)有效對(duì)流在熱點(diǎn)的電助熔，產(chǎn)生有益對(duì)流，能穩(wěn)定窯爐操作、阻止不理想的對(duì)流和有助于配合料的分布。由于電助熔加熱的能力穩(wěn)定了玻璃液的對(duì)流，忽略燃燒過程中一些小波動(dòng)，池窯操作更加穩(wěn)定，整個(gè)熔化過程加速，窯池熔化率提高，使玻璃液更穩(wěn)定均勻地成型。同時(shí)，電助熔在池窯縱向放向進(jìn)行，易于澄清，從而根本上排除了玻璃條紋和氣泡。2.1.6節(jié)能環(huán)保電助熔的單耗接近于理論耗熱，熱效率達(dá)90，引入電能幾乎能全部

23、轉(zhuǎn)化為熱能。對(duì)于普通火焰窯來(lái)說(shuō)，廢氣量隨著生產(chǎn)能力的增加而增加，一般來(lái)說(shuō)，每天增加1t玻璃液，大約就要多生產(chǎn)10000m的廢氣。廢氣無(wú)法回收利用，只能通過煙囪排放到大氣中，這對(duì)環(huán)境造成很大影響。采用電助熔能在提高產(chǎn)量的同時(shí)減少?gòu)U氣排放，減少污染。2.1.7缺點(diǎn)電與化石燃料比較成本相對(duì)比較高。因此，電助熔在運(yùn)行過程中會(huì)提高一部分的運(yùn)行成本，這就要求我們對(duì)電助熔需要做經(jīng)濟(jì)分析。52.2電助熔技術(shù)的經(jīng)濟(jì)分析若是通過擴(kuò)大窯爐尺寸的方法提高池窯的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的情況下，每天提高1t的產(chǎn)量，投資大約6萬(wàn)元；不改變窯爐尺寸而采用電助熔技術(shù)，每天提高1t產(chǎn)量，投資約為2萬(wàn)元。同時(shí)，除了電消耗以外，其他設(shè)備如調(diào)壓

24、器、控制系統(tǒng)和外接電纜等都是固定資產(chǎn)，可以長(zhǎng)期使用。通過電助熔池窯的熔化率可以達(dá)到3t3.5t/m2d，大功率電助熔池窯更高，可達(dá)到4.4t/m2d，出料可以比火焰窯提高30%100%，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與火焰窯的原始工藝參數(shù)、玻璃成分、電助熔功率等有關(guān)。6另外，在環(huán)境保護(hù)的壓力下，尾氣的收集與處理也是一筆不容小覷的投入。使用電助熔減少尾氣排放，無(wú)形中節(jié)約了許多成本。第3章 電助熔池窯的設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 該玻璃廠原日產(chǎn)量為630t/d，現(xiàn)因生產(chǎn)因素要求，需要加電助熔技術(shù)，使日產(chǎn)量提升為700t/d。 主要的技術(shù)指標(biāo)：l 窯爐類型：蓄熱室橫火焰池窯l 池窯熔化部尺寸： 長(zhǎng) 31400 mm 寬

25、10800 mml 能源類型：發(fā)生爐煤氣l 生產(chǎn)品種：鈉鈣硅平板玻璃l 成型方式：浮法橫剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示：7圖2 7對(duì)小爐燃發(fā)生煤氣蓄熱室橫火焰平板玻璃熔窯橫剖面結(jié)構(gòu)圖1-池壁 2-池底 3-大碹 4-噴火口 5-小爐 6-小爐舌碹 7-空氣蓄熱室 8-空氣蓄熱室 9-空氣蓄熱室爐條 10-煤氣蓄熱室 11-煤氣蓄熱室格子體 12-煤氣蓄熱室爐條 13-空氣蓄熱室分支煙道14空氣蓄熱室支煙道 15-煤氣蓄熱室分支煙道16-煤氣蓄熱室支煙道 17-窯底立柱 18-鋼立柱 19-拉條 熔化部俯視結(jié)構(gòu)如圖3：圖3 7對(duì)小爐燃發(fā)生煤氣蓄熱室橫火焰平板玻璃熔窯熔化部俯視圖3.2熱工計(jì)算l 設(shè)計(jì)依據(jù)1、

26、玻璃品種 鈉鈣硅平板玻璃2、 玻璃成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 平板玻璃化學(xué)成分 單位玻璃SiO2Na2OCaOMgOAl2O3SO32- Cl- F-平板玻璃71.9814.317.484.350.930.623、 燃料 發(fā)生爐煤氣，QDW=51880Kj/m3=12400Kcal/m3。成分（體積分?jǐn)?shù)）：H2 1.9%；CH4 70.1%；C2H6 9.2%；C3H8 5.8%；C4H10 13%。l 玻璃熔化溫度T熔計(jì)算按陳長(zhǎng)蔭公式：8T熔=1240+40K （3-1） 式中K為玻璃熔融系數(shù)。 K=( SiO2+Al2O3 ) /(F-+Na2O+0.5B2O3+0.25PbO+0.2BaO) =（

27、71.98+0.93）/(0.62+14.31)=4.88 (3-2） T熔=1240+40*4.88=14350C (3-3) l 玻璃熔制過程耗熱量計(jì)算（生料熔化耗熱量g計(jì)算）熔化硅酸鹽玻璃耗熱GiHi以形成100Kg玻璃液計(jì)算CaOCaOSiO2 7.481456.408=10893.9KcalAl2O3Al2O3SiO2 0.93724.58=673.85KcalNa2ONa2O3 SiO2 14.312662.0976=37269.36KcalGiHi=10893.9+673.85+37236.36=48837.11Kcal加熱剩余SiO2 耗熱（GsHs）（以形成100Kg玻璃液計(jì)

28、算）引入SiO2數(shù)71.98/60=1.20kmol分子生成硅酸鹽用去SiO2數(shù)：引入CaO： 7.48/56=0.14kmol分子引入Na2O： 14.31/62=0.23kmol分子引入Al2O3： 0.93/102=0.009kmol分子剩余SiO2數(shù)：1.20-0.14-0.23-0.009=0.821kmol分子GsHs= 0.82160507.068=26103.87Kcal生成1Kg的玻璃液時(shí)生料熔化熱量q1q1=G（GiHi+GsHs）/100=1.0*（48837.11+26103.87）/100=750.43Kcal/Kg玻璃液熔制1玻璃液耗熱量： q玻=750.43Kca

29、l/kg 3.3電助熔加熱功率的計(jì)算 電助熔的用電量根據(jù)下列幾點(diǎn)決定： （1）滿足生產(chǎn)需要所需增加的玻璃量；（2） 把配合料熔制成熔融玻璃所需的理論熱量；（3） 利用電助熔增加的池窯出料量占整個(gè)池窯出料量的百分比。 綜合考慮上訴因素，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，定出所需的電助熔用電量后，就可以確定變壓器的功率。電極的參數(shù)和尺寸應(yīng)根據(jù)池窯的結(jié)構(gòu)來(lái)確定。根據(jù)鮑萊爾計(jì)算公式，熔化1kg含15%Na2O的平板玻璃所需要的能量：形成硅酸鹽反應(yīng)耗熱約175kcal，從原料中氣體揮發(fā)熱約65kcal，出料溫度為1050時(shí)帶走熱量約320kcal，原料中水分的蒸發(fā)熱耗30kcal，總計(jì)590kcal，轉(zhuǎn)換電量約0.6

30、86kWh。如果每天熔化1kg玻璃按0.7kg玻璃由粉料化成，0.3kg玻璃由熟料化成。熔化粉料需要電能0.70.686=0.4802kWh，加熱0.3kg熟料到1050需要0.30.372=0.1116kWh的電。熔化1kg玻璃的耗電量為0.4802+0.1116=0.5918kWh，近似0.6kWh（不包括窯爐散熱損失）。通常，電能向玻璃液中的傳導(dǎo)效率取90%，所以，熔化1t玻璃所需要配置的功率為：0.61000/（0.924）=28kW當(dāng)我們?nèi)刍呔鶆虻牟ＡВㄈ缙桨宀ＡВr(shí)，所需要輸入的功率將提升到35kW。對(duì)于其熔化溫度較高的難熔玻璃，輸入功率也要增加到35kW，或更多一些。電助熔加熱

31、裝置，其池窯熔化量的增加一般來(lái)說(shuō)可以大于理論上所能增加的數(shù)值。電助熔的單耗隨電助熔功率增加而有所降低。用電助熔熔化的單耗有極大的差別，視電極的配置和負(fù)載而定，而且主要取決于池窯中的流動(dòng)狀態(tài)。9 由3.1可知，工藝要求電助熔每日熔化70t玻璃，則總功率：3570=2450kw 功率因素取0.9，則裝機(jī)容量為：24500.9=2700kVA3.4電極3.4.1電極選用電熔窯的發(fā)展與電極材料的開發(fā)與發(fā)展息息相關(guān)。電極材料要滿足：在不考慮氧氣分壓的電流負(fù)載的情況下，能承受的溫度為1700。至少在800時(shí)不會(huì)被空氣氧化。具有與金屬相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率。在1700以下具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。具有足夠的耐急冷急熱性。與

32、玻璃液潤(rùn)濕性能好。不污染玻璃，在各種介質(zhì)中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。耐玻璃液的沖刷、侵蝕作用強(qiáng)。本身含雜質(zhì)少，不與耐火材料起作用，使用壽命長(zhǎng)。膨脹系數(shù)低。與玻璃接觸電阻率低。價(jià)格便宜。目前還沒能發(fā)現(xiàn)滿足上述所有條件的電極材料，因而不得不根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的具體情況，選擇最合適的電極。目前可供選擇的電極材料有石墨、鉑、氧化錫、鉬和純鐵。鉬電極適用范圍廣，而且基本滿足上述要求。除了鉛玻璃以外，能熔化大多數(shù)玻璃。鉬對(duì)其他玻璃組分都是穩(wěn)定的，在玻璃熔化過程中鉬電極發(fā)揮著巨大的作用，廣泛地用來(lái)改進(jìn)窯爐設(shè)計(jì)和改善玻璃質(zhì)量。鉬電極最突出的優(yōu)點(diǎn)是：1、能被玻璃液浸潤(rùn)，所以接觸電阻小，電極表面可以承受較高的電流密度，為13A/cm2

33、；2、電極的熱損失低；3、不易使玻璃著色。但鉬電極在空氣中受熱時(shí)容易氧化，600時(shí)生成MoO3，該氧化物對(duì)鉬電極毫無(wú)保護(hù)作用。鉬電極通常制成棒狀電極。常用的棒狀電極直徑在30100mm之間，長(zhǎng)度一般在10002000mm。提供的電極可帶有平端連接螺紋，可以很方便地固定和推入。3.4.2電極布置 電助熔池窯的電極布置是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，直接影響電助熔設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。由于窯型結(jié)構(gòu)、玻璃顏色和組成、操作、控制不同，必須經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)才能確定電極的布置。 （1）電極安裝在熱點(diǎn)附近 根據(jù)安裝電助熔的目的，電極布置很不一樣。一般安裝在整個(gè)熔化部2/3長(zhǎng)度處（即池窯的熱點(diǎn)處）。在配置電助熔的電極時(shí)，首先要考慮

34、到玻璃液在窯池中中的流動(dòng)特點(diǎn)。例如欲提高池窯的熔化能力，需要強(qiáng)化成形流動(dòng)降低對(duì)流時(shí)，會(huì)對(duì)泡界線有不良的影響，采用電助熔正是減少這種不良影響的有效手段。 （2）電極安裝在澄清部 一般來(lái)說(shuō)，如果電助熔時(shí)低水平運(yùn)行（凈增產(chǎn)量不超過10%）時(shí)，電能集中使用在窯爐的一部分，比分散在整爐為好，通常集中使用在澄清部比較有利。 （3）電極安裝在配合料堆下 在橫火池窯里，如果料堆松散地分布在熔化池區(qū)，而澄清部有一個(gè)清亮的表面，則在配合堆下引入電能效果較好。電極安裝在靠近加料口一側(cè)，應(yīng)盡量避免在窯爐首端使用電助熔。 （4）電極分散安裝在熔化部 當(dāng)電助熔是高水平運(yùn)行時(shí)，把熱量分散在熔化部更有效些。 （5）電極布置和

35、連接方式是多種多樣的 可分為澄清部的電助熔、熔化部的電助熔和兩者的結(jié)合。電極連接方式應(yīng)盡可能具有可變性，以便能適應(yīng)不同的工作條件。 （6）多重考慮 必須將電助熔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和窯爐的操作一起考慮，才能提供最佳的效益。除非最大份額的功率直接置于熱點(diǎn)處，否則輸入的功率可能會(huì)降低窯爐所產(chǎn)生的有益對(duì)流。使用恰當(dāng)，電助熔帶來(lái)的效益會(huì)大于電能消耗的費(fèi)用。 （7）鉬電極運(yùn)行中的安全性 由于鉬電極在高溫下易被氧化，插入深度上既要考慮到能量的有效利用，又要考慮鉬電極不被氧化。若將池窯中玻璃液在深度上分為上、中、下三層，前者則要求將電極插入1/3層中，這樣便可提高上層玻璃液的溫度，促進(jìn)上層粉料的熔融，加快硅酸鹽的形成

36、。但在上層區(qū)域中玻璃液充滿著大量的氧化性氣體，危害鉬電極安全運(yùn)行，因此要求鉬電極插入中、下層玻璃液中。但插入下層又會(huì)提高窯底的溫度，增加窯底的熱損失，并使上、下層溫度梯度減小，對(duì)流減弱，上層玻璃液升高的直接效果差。因此將電極插入玻璃液中層最佳。然而，還應(yīng)考慮對(duì)應(yīng)部位玻璃液性能與制定的溫度制度，即在投料池部位由于氣泡浸沒較深，故應(yīng)插入下層1/3部位；熱點(diǎn)玻璃液氣泡較淺，應(yīng)插入上層1/3部位。這便在設(shè)計(jì)中形成能量輸入曲線同制定溫度曲線同軌跡。也就是說(shuō)，若在這些對(duì)應(yīng)點(diǎn)輸入等能量，在玻璃液中形成的溫度場(chǎng)與需要得到的溫度制度相近。 （8）變壓器的基礎(chǔ)電耗 因玻璃池窯是一個(gè)有很高熱能的熱載體，當(dāng)電助熔輸入

37、某一能量值時(shí)，所占全窯的能量比例很小，放熱對(duì)溫度場(chǎng)改變能力很小。但高于這一基礎(chǔ)值時(shí)，便可以獲得極大的效益，這一基礎(chǔ)值即為變壓器的基礎(chǔ)功率，它與熔窯的大小、形狀、結(jié)構(gòu)、接地情況等因素有關(guān)。 （9）變壓器的供電和電極布置 供電系統(tǒng)是電助熔加熱的基礎(chǔ)。電極布置和功率配置對(duì)于電能轉(zhuǎn)化為熱能、溫度分布、玻璃液的流動(dòng)都有很大的關(guān)系。 根據(jù)上述，設(shè)計(jì)電極布置如圖4 。 圖4 火焰池窯的電助熔的電極布置圖 電極由池底垂直插入。其電極直徑為80mm，長(zhǎng)度為1500mm。共分為3個(gè)模塊，每個(gè)模塊分為兩組，每組由2對(duì)電極交叉組成。第一模塊功率為500kVA，電極插入深度為500mm；第二模塊功率為900kVA，電極

38、插入深度為600mm；第三模塊功率為1300kVA，電極插入深度為700mm。3.4.3電工參數(shù)計(jì)算垂直電極間玻璃液電阻：式中 R電極間電阻，； 電阻率，cm； L電極間距，cm； H電極深度，cm； k修正系數(shù) B經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。查表10得，在1430的溫度下，平板玻璃的電阻率=6.5cm；k=0.7，B=150。第一模塊電極間的距離L1取330cm，則計(jì)算得R1=0.2。 第一模塊每對(duì)電極之間的功率N=125kVA，由 計(jì)算得電極兩端電壓V1=160v。則電流為： I1=125000/(1601.732）=451A，工藝條件可以滿足。同理：取第二模塊電極間的距離L2= 400cm，計(jì)算得：R2=

39、 0.2，V2= 212v，I2= 613A取第三模塊電極間距離L3= 550cm，計(jì)算得：R3= 0.24，V3= 278v，I3= 674A電極布置圖見附錄1。這樣的電極布置有利于上升玻璃液流的行成，使玻璃液下層的熱量能順利地傳至上層，使熱對(duì)流加快，行成“熱屏障”，以阻止未熔制好的玻璃液進(jìn)入工作池。池底垂直安裝的電極由1個(gè)三相變壓器供電，電壓可進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)。高壓繞線組為三角形連接，電壓為380V，低壓繞線組工作電壓值為抽成若干擋位?？紤]到電流很大，因此采用厚10.0mm、寬100mm的銅排連接低壓繞線組輸出端與電極。 變壓器選用斯科特變壓器，其工作原理如圖5 。圖5 斯科特變壓器示意圖3.

40、4.4電極水套由于金屬鉬耐熱性能特別好，可經(jīng)受2600的溫度，屬于難熔金屬。但它的氧化性能在溫度600以上明顯加劇，因此，為了保護(hù)鉬電極，使其不會(huì)很快被氧化，必須采用電極水冷卻套裝置，否則會(huì)影響整個(gè)熔爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)將迫使電熔窯停產(chǎn)。電極水冷套的主要作用是：把電極安全可靠地安裝在窯爐的耐火材料上；要把暴露在空氣中的那部分電極冷卻到400以下；防止在電極插入部位的耐火材料溫度過高造成耐火材料局部損壞。 電極水套分為直接直接冷卻水套和間接冷卻水套。 圖6是典型的直接冷卻水套。電極和護(hù)套配合，堵頭焊在套管端部，電極安裝在爐壁上預(yù)先留下的傾斜孔內(nèi)。冷卻水直接冷卻三相界面和熱影響區(qū)，護(hù)套中充滿半凝狀

41、態(tài)的玻璃保護(hù)了三相界面。整個(gè)電極在低溫下工作，可以防止鉬電極氧化。消耗式的電極采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)很方便的。電極消耗到需要向里推進(jìn)時(shí)，短時(shí)間停止冷卻水，適當(dāng)提高電極溫度，待三相界面處半凝固態(tài)玻璃液化以后，即可把電極向里推進(jìn)到正常的工作長(zhǎng)度，隨即送冷卻水，使電極仍保持低溫工作狀態(tài)。 圖7是間接冷卻水套，電極的水冷卻系統(tǒng)是密封的，冷卻水不直接與鉬電極接觸，但在使用中要注意利用水套端部的玻璃進(jìn)行密封，當(dāng)冷卻水關(guān)閉后，熔融的玻璃液滲透進(jìn)水套端部的各個(gè)空隙中，這些玻璃可以阻止鉬電極在其可渡區(qū)被氧化。數(shù)分鐘后，冷卻水打開，這些玻璃即被凍結(jié)，從而使鉬電極處于安全狀態(tài)。但要注意，若密封玻璃不能填滿空隙，還是可能造成

42、鉬電極的氧化。圖6 直接冷卻水套的結(jié)構(gòu) 圖7 間接冷水套的結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)采用間接冷水套系統(tǒng)。冷卻水硬度不大于2mg/L，壓力不低于0.196MPa，電導(dǎo)率為510-8-1cm-1。進(jìn)口水溫為2830，出口水溫為3638，每支電極冷卻水耗量為8L/min。冷卻水供水自動(dòng)控制，由水套進(jìn)口處的水溫、壓力及出口處的水溫決定，通過調(diào)節(jié)水量來(lái)控制水溫。每個(gè)水套排水管道安裝一個(gè)電流繼電器，用來(lái)控制系統(tǒng)的水壓。操作人員能隨時(shí)觀察到供水系統(tǒng)發(fā)生的故障。壓力傳感器和溫度傳感器輸出端連接報(bào)警信號(hào)回路，用指示燈自動(dòng)報(bào)警。113.5電助熔池窯耐火材料的選擇由于對(duì)流加劇，底層玻璃液溫度較高，所以裝有電助熔的玻璃池窯熔化池

43、的耐火材料侵損較快，因此一般采用AZS33-41的電熔鋯剛玉材料砌筑熔化池。電極磚和玻璃液對(duì)流作用強(qiáng)烈的部位必須使用無(wú)縮孔的AZS41磚或熔融石英磚。在選擇電極磚的材料時(shí)，必須考慮材料的電性能、電極的配置、玻璃液的導(dǎo)電性，通常使用全致密的AZS41磚或者熔融石英磚。而熔融石英磚的電阻比鋯剛玉耐火材料高。一般在窯爐使用較短時(shí)間后，電極磚便開始損壞，這與電極下方電極孔部位出現(xiàn)裂紋和裂縫有關(guān)。其原因在于電極水套的冷卻而引起較高的溫度差，對(duì)熱穩(wěn)定性不好的鋯剛玉耐火材料產(chǎn)生的作用?？梢圆捎美w維隔熱材料對(duì)電極水套進(jìn)行保溫處理來(lái)減少上訴損壞。電助熔池窯所用耐火材料基本上和火焰池窯相同。所不同的是這種電助熔加

44、熱裝置的窯玻璃液對(duì)流較嚴(yán)重，尤其是在靠近池底的耐火材料侵蝕較厲害，因此再某些部分（如池底）要鋪砌品級(jí)較高的材料。電極均置于高品級(jí)的耐火磚中，防止受侵蝕。11 因此，本次設(shè)計(jì)采用的池底結(jié)構(gòu)為：上層為厚150mm的AZS33鋪面磚，鋪面磚下面為20mm的搗打料層，再下面為230mm厚的高嶺土大磚，再下層為350mm的粘土大磚保溫層。這種結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，防滲透、防侵蝕性能好，施工簡(jiǎn)便快速。圖見附錄2.第4章 設(shè)計(jì)結(jié)果 日產(chǎn)700噸浮法玻璃的橫火窯池窯的電助熔l 窯爐類型：蓄熱室橫火焰池窯l 池窯熔化部尺寸： 長(zhǎng) 31400 mm寬 10800 mm面積 339.12l 能源類型：發(fā)生爐煤氣、動(dòng)力電l

45、生產(chǎn)品種：鈉鈣硅平板玻璃l 加電助熔后的熔化率：2.06t/m2dl 成型方式：浮法l 原池窯日出料量：630tl 加電助熔后的日增加出料量：70tl 裝機(jī)容量：2700kVAl 電極：80mm1500mm鉬電極、間接水冷套系統(tǒng)l 耐火材料：剛玉AZS33鋪面磚l 電極布置見附1 。26第5章 節(jié)能分析與改進(jìn)措施5.1節(jié)能分析5.1.1能耗分析圖8 玻璃池窯熱平衡圖熔化玻璃的只占19%，經(jīng)過窯頂、窯底、側(cè)墻、排氣口墻、蓄熱室墻所損失的熱1側(cè)磚冷卻風(fēng)造成的損失5.4，2間歇式加料機(jī)冷卻水造成的損失0.9，3側(cè)磚熔池?fù)p失4.6，4爐底損失10.0%，5傳遞給玻璃19.1，6隔墻及流液洞損失2.1，

46、7側(cè)磚(澄清部)損失2.3，8蓄熱室損失8.9，9噴火口損失7.0，10卡脖損失2.7，11硅磚城損失2.8，12窯頂損失9.8%，13排煙損失18.3。；14其他損失6.1。在這個(gè)例子中，投入窯內(nèi)的熱量中用于加熱量約占50%。因此，為了提高坡璃池窯的熱效率，采用合適的隔熱保溫措施是必要的。5.1.2節(jié)能途徑 (i)窯頂?shù)谋卦诟G頂硅磚的上面用硅質(zhì)隔熱磚進(jìn)行保溫，與無(wú)隔熱層時(shí)相比、用一層65mm隔熱層的窯頂其散熱可減少為原來(lái)的65%，再增加一層隔熱層散熱可減少到40%。最近采用了AZS（鋯剛玉磚）系電鋯磚后，采用多層隔熱措施的例子有所增加。在這種情況下，與無(wú)隔熱設(shè)施的硅磚窯頂比較，散失的熱量可

47、降低到10%左右。（）窯底的保溫窯底的多層結(jié)構(gòu)由若干層電熔磚以及隔熱磚組成。與過去由200mm粘土磚和100mmAZS系電熔磚構(gòu)成的窯底比較，窯表面溫度由285降低到140，散熱量降低到原來(lái)的25%左右。（）除上述部位外，對(duì)熔池側(cè)墻，噴火口墻及頂，蓄熱室墻及頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)均采用了隔熱措施。特別是蓄熱室的墻、從磚格子清掃孔和磚縫吸入冷空氣會(huì)降低熱效率，因而有的將隔熱澆注料用噴涂或澆注方法做成整體墻結(jié)構(gòu)。此外，窯的能力越大，負(fù)荷率越大，則熱效率越高，從而顯示出大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)越性。最近由了采用上述良好的隔熱保溫結(jié)構(gòu)以及由于蓄熱室的擴(kuò)大和格子磚的改進(jìn)、使熱回收率提高。由于噴火口結(jié)構(gòu)及燒嘴的改進(jìn)，以及鼓泡裝置及電助熔器的有效使用，使窯的總熱效率增加。150250t橫焰池窯的重油單位耗量?jī)H為原來(lái)的35%37%10。5.2改進(jìn)措施