日产700吨平板玻璃电助熔窑炉设计

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 毕 业 论 文日产700吨平板玻璃的电助熔窑炉的设计Design of Electric Boosting for Daily Output 700 Tons of Flat Glass学院名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2015年6月日产700吨平板玻璃的电助熔窑炉的设计专业班级： 学生姓名：指导老师： 职称：摘要：在我国，平板玻璃已被国务院列为六大产能过剩行业之一，成为淘汰落后产能的重点目标。因此，如何低污染、低排放地生产出能与欧美家国相媲美的玻璃成为行业研究的重点。本文根据近几年的

2、研究成果，介绍了一种经济环保同时又能提高玻璃质量和产量的技术玻璃电助熔技术，并尝试应用在南方玻璃厂横火池窑上，使其在原有基础上增产达到日产700吨优质平板玻璃。本文介绍了玻璃电助熔窑炉的发展状况，并且根据原始资料以及查阅的相关文献，进行热工计算、电工参数计算确定了电极的选用和布置，并应用AUTO CAD作出了电极布置图。针对玻璃窑炉的高能耗问题，本文进行用能分析，提供节能途径进行改善。关键词：平板玻璃 横火池 电助熔 电极 耗能 节能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 目录第一章 绪论11.1引言11.2玻璃电熔的原理11.3玻璃熔窑的分类31.4玻璃电熔的分类31.4.1全电熔窑炉41.4.2电气混合窑炉41.4.3电助熔窑炉4第二章 火焰池窑的电助熔的意义52.1池窑电助熔的优缺点52.1.1大幅度提高熔化率52.1.2 提高玻璃的熔化质量52.1.3减弱上部火焰空间的燃烧强度、延长炉龄52.1.4灵活调节出料量52.1.5稳定点和加强有效对流62.1.6节能环保62.1.7缺点62.2电助熔技术的经济分析6第三章 电助熔池窑的设计73.1 设计依据73.2热工计算83.3电助熔加热功率的计算93.4电极103.4.1电极选用103

8、.4.2电极布置113.4.3电工参数计算123.4.4电极水套133.5电助熔池窑耐火材料的选择14第四章 设计结果15第五章 节能分析与改进措施165.1节能分析165.1.1能耗分析165.1.2节能途径175.2改进措施17总结18致谢19参考文献20第1章 绪论1.1引言 平板玻璃也称白片玻璃或净片玻璃，大部分属于钠钙硅酸盐玻璃。它具有透光、透明、保温、隔声，耐磨、耐气候变化等性能。它是市场上最常见的建筑玻璃。据中国建筑玻璃与工业玻璃协会统计数据显示，截至2012年底，全国共有浮法玻璃生产线274条，其中在产213条，在产生产线的产能为8.8亿重量箱，包括浮法、压延、平拉等平板玻璃总

9、产能12亿重量箱。2012年，全年平板玻璃产量7.6亿重量箱，销量7.22亿重量箱，产销量连续20多年稳居世界第一。 但是，国内玻璃行业存在着严重的重复建设和产能过剩问题。在2009年，平板玻璃已被国务院列为六大产能过剩行业之一，成为淘汰落后产能的重点目标。同时，传统的平板玻璃存在由于高耗能、高污染的特点。据行业内人士介绍，目前我国玻璃企业所用的燃料主要有4种，分别为天然气、重油、煤制气和石油焦。而国内大部分企业使用的是煤制气和石油焦，废气排放量触目惊心。环保已成玻璃行业必然趋势，规模小、质量差、改造成本高、能耗和环保不达标的平板玻璃企业势必会被淘汰出局。 玻璃在高温状态下是电导体。因此，人们

10、希望通过电来代替燃料熔化玻璃，尽可能减少污染和排放。经过半个多实际的研究和实践，人们发现使用电熔技术不仅能减少生产的污染，还能大幅提高玻璃的产量和质量。这使得玻璃电熔迅速地发展了起来。目前，世界上半数以上的玻璃窑炉采用了电熔，尤其在发达国家。 我国有着丰富的水电资源，再加上国家正在大力发展核电，使得我们能够拥有大量廉价的电能，为玻璃电熔提供了坚实的后盾。随着环保要求的提高和产能严重过剩的问题，火焰窑炉已经不能适应，电窑炉在这方面具有相当广阔的前景。 事实上，近三十年，玻璃窑炉在我国发展地相当迅速。目前我国至少有500座全电熔窑，规模从0.3120 t/d。特别是最近年，每年都要增加近百座电熔窑

11、。11.2玻璃电熔的原理玻璃电熔是将电流通过电极引入玻璃液中，通电后两电极间的玻璃液在交流电的作用下产生焦耳热，从而达到熔化和调温的目的。玻璃液之所以具有导电性，主要是因为电荷通过离子发生迁移。硅酸盐玻璃具有一个远程无序的网络结构，除了共价键结合的硅和氧原子外，网络结构还包含玻璃改良剂离子，它们是相对自由的，特别是碱金属离子。在玻璃网状结构中结合能力最弱的也是碱金属离子，它们是电流的载体。在石英玻璃和硼硅酸盐玻璃中，只含有少量的碱金属离子，则导电性较差。在钠钙玻璃中除了离子数量外，离子的强度和离子的半径也影响玻璃液的导电性。与Na+离子相比，K+离子半径较大，迁移受到的阻力也较大。相反，Li+

12、离子半径比Na+离子半径小，但由于Li+离子结合能力强，因此，Li+离子迁移比Na+离子困难。所以，Na+离子最有利于增加玻璃液的导电性。图1各种玻璃的电导率1Pyrex玻璃； 2中性玻璃3铅玻璃； 4含15%Na2O的玻璃5钾硅酸盐玻璃；6钠硅酸盐玻璃图1-1 各种玻璃的电导率1Pyrex玻璃； 2中性玻璃；3铅玻璃； 4含15%Na2O的玻璃5钾硅酸盐玻璃；6钠硅酸盐玻璃导电性难易是以其电阻率（·cm） 或其倒数电导率(·cm)1)来表示. 值越小,则导电本领越强.玻璃在室温下为电的绝缘体, 电导率约为 10-110-15-1cm-1，介电强度约在3×1031

13、×105V之间。当玻璃被加热时，其导电性能随温度升高而明显增强。熔融状态 下的玻璃电导率约在0.11.0-1cm-1，完全变成了导电体，用作焦耳效应的发热体是足够的。电熔化能用来熔化几乎所有的品种的玻璃以及某些呈现高阻值的硅酸盐材料。各种玻璃的电导率随其成份不同可有很大差别，对同一种玻璃，电导率则是温度的函数。不同玻璃的电阻率，见图1，在网状结构中，含有其它改良剂离子时，能降低Na+ 离子的迁移和玻璃的电导率。例如，Ca2+，Ba2+，Pb2+离子会大大增加玻璃的电导率。 迄今为止，还未能令人满意地根据玻璃的化学成分求得电阻率或电导率，对于下列成分得硅酸盐（质量%）；NaO:12-2

14、0,CaO:0-11,MgO:0-6,Al2O3:0-11,温度在1100-1450时，电导率可按下列经验公式计算 lg=1.508-0.0204C- 式中:C碱金属氧化物的含量，(Na2O+K2O/2) T玻璃液的平均温度，.21.3玻璃熔窑的分类玻璃熔制过程是在玻璃池窑内实现的。a、按熔制玻璃所用容器的构造分：（1）池窑 配合料在这种窑的槽形池内熔化成玻璃液，故称池窑；（2）坩埚窑 玻璃液是在坩埚内进行熔化的，故名坩埚窑。b、 按使用能源分：（1）火焰窑 以燃烧燃料为热能来源。燃料可以是煤气、天然气、重油和煤；（2）电熔窑 以电能作为热能来源。（3）火焰电热窑 以燃料为主要热源，电能为辅助

15、热源。c、按烟气余热回收设备分：（1）蓄热式窑 以蓄热方式回收烟气余热；（2）换热式窑 以换热方式回收烟气余热。d、 按窑内火焰流动方向分：（1）横焰池窑 窑内火焰作横向（相对于窑纵轴而言）流动，与玻璃液流动方向相垂直；（2）马蹄焰池窑 窑内火焰呈马蹄形流动。有平行马蹄形、垂直马蹄形和双马蹄形三种；（3）纵焰池窑 窑内火作纵向流动，与玻璃液流动方向一致；（4）倒焰窑 火焰从窑底喷入，从窑底周边排出；（5）平焰窑 火焰从坩埚上面喷入，从窑底排出。前三种窑型均为池窑，后两种窑型均为坩埚窑。31.4玻璃电熔的分类 玻璃电熔窑炉又称为玻璃电熔炉或玻璃电熔窑，主要分为三大类：全电熔窑炉、电气混合窑炉、电

16、助熔窑炉。1.4.1全电熔窑炉 全电熔技术的生产原理与传统的利用燃烧火焰进行表面辐射和对流传热的生产原理是完全不同的 ,它是由插入熔融态玻璃内部的传导电极在高温下通电 , 利用电流的焦耳热效应,在玻璃内部进行加热的一种生产技术。 纵观国内外电熔技术的发展与现状,其优势主要表现在以下几个方面:4 (1)成为解决特殊玻璃(如、电熔彩色平板玻璃、轻工日用颜色玻璃、电子封接玻璃、各类光学玻璃)、难熔玻璃(硬质玻璃、微晶玻璃、无碱玻璃)、配合料易挥发、易污染的玻璃(铅玻璃、乳白玻璃、硫化锌玻璃)以及高质量、高附加值产品的重要熔化手段。 (2)取代传统的火焰熔制方式,既能保持增塌炉小品种、多批量、套配色、

17、多工位等特色，同时又具有池炉诸多优点：连续或间隙操作，人工成型或机器生产并行不悖，合格率、得料率高,作业条件好。运行管理、设备维修、投资等费用少。 (3)玻璃熔化是以焦耳热能来实现的，属于直接加热或“内加热”形式。并且大都采用“冷顶”工艺。因此，节能降耗、防止环境污染，提高劳动生产率效果明显。 (4)适合目前国家的产业政策调整及国内外能源的不断变动,在激烈的产品市场竞争。 全电熔炉有“冷顶”和“热顶”二种形式,前者居绝大多数,在垂直熔的垂直段完成,气泡和气体的能量大部分被配合料吸收,电能通过电极的合理配置,馈入到玻璃液中,强化了熔制效果。1.4.2电气混合窑炉 有些玻璃的电阻太大，全部用电加热

18、则电压很高，操作不安全。近年来，一种新型的“混合熔化”已日益受到重视。即在熔融的玻璃液内部通电加热，同时在配合料上方用燃料加热。既可降低每吨玻璃液所需热量的总成本，也可保持全电熔窑的玻璃液质量。1.4.3电助熔窑炉 所谓玻璃熔窑电助熔,是指通过电极把电能直接输送到火焰加热的熔窑内,加强熔化。电助熔几乎适用于所有窑型,如瓶罐玻璃熔窑、器皿玻璃熔窑、平板玻璃熔窑、显像管玻璃熔窑和球窑等,而且是提高玻璃质量、产量、延长炉龄行之有效的简便方法。4 采用燃料加热价格低廉，所以在大型池窑上难以采用全电熔。在制造平板玻璃的火焰池窑中采用电助熔，耗电量不多，但对提高产品质量，增加产量，改善劳动条件等方面都有良

19、好的效果，发展前途广阔。在近几年我国能源结构的调整的大环境下，整个玻璃行业对电助熔产生了浓厚的兴趣。第2章 火焰池窑的电助熔的意义2.1池窑电助熔的优缺点2.1.1大幅度提高熔化率 我国大型燃油平板玻璃池窑熔化率为1.6t/m2·d左右，国外一般为2t/m2·d。采用电助熔技术后，可将熔化率提高到3.2t/m2·d4.2t/m2·d。熔化率提高60甚至可达100。 电能在玻璃液中的传递速度比以热能辐射和对流传热约大5倍。另外，由于在窑炉适当位置电助熔设备，形成了有益液流，热点附近温度较高的玻璃液向加料端流动，提高了配合料接触玻璃液的温度。实验表明，玻璃液

20、温度每提高50，玻璃的熔化时间可缩短一半。规模较大的池窑，在15001550温度范围内，温度每提升10，玻璃熔化率可提高410。 火焰窑的熔化率不会无限提高，到达某一出料时，会出现结石。在这个出料量称为池窑的极限出料量。采用电助熔后，池窑的极限出料量会有一定的提高。2.1.2 提高玻璃的熔化质量 采用电助熔能后提高玻璃的熔化质量。这是因为加强了玻璃液的流动使得玻璃液的均匀性提高了。在玻璃液中引入电能提高玻璃液的温度，从而玻璃液的黏度降低，澄清过程加快，溶解在玻璃液中的气体量显著减少，这对玻璃的成型与加工有良好的影响。2.1.3减弱上部火焰空间的燃烧强度、延长炉龄普通火焰池窑的热量全部靠上部火焰

21、供给，热传递效率低，且上部空间加热强度大，窑顶腐蚀严重。电助熔窑池可以减少上部空间加热强度，延长窑炉寿命；减轻火焰窑的热负荷，弥补因燃料波动引起的熔化质量的下降；弥补和克服熔窑结构上和工艺上的缺陷，改善和稳定熔化制度；弥补燃料系统的恶化。随熔窑运行时间增长，特别是以混合发生炉煤气为燃料的熔窑在中后期时，蓄热室的格子体被部分堵塞或完全堵塞而失去热交换能力，以致燃烧条件不能满足正常燃料量的燃烧要求，采用电助熔能够根据需要进行热量补偿。2.1.4灵活调节出料量采用电助熔能够根据市场的变化和需求迅速灵活地改变出料量。在不增加池窑尺寸的情况下，池窑的熔化能力能增加30到50。电助熔特别适合用于经常需要改

22、变出料量，在使用期间熔制玻璃所用的燃料不变，而电助熔能最大限度地提升窑的熔化能力。电助熔也特别适用于同一窑期的不同时间，生产不同规格或者不同品种产品的窑炉。只要通过适当调整输入电量就能轻松解决。电助熔运转起来相当稳定，当不需要电助熔时可以停止，而且停用时维护成本很低，不需要特别地照料。2.1.5稳定点和加强有效对流在热点的电助熔，产生有益对流，能稳定窑炉操作、阻止不理想的对流和有助于配合料的分布。由于电助熔加热的能力稳定了玻璃液的对流，忽略燃烧过程中一些小波动，池窑操作更加稳定，整个熔化过程加速，窑池熔化率提高，使玻璃液更稳定均匀地成型。同时，电助熔在池窑纵向放向进行，易于澄清，从而根本上排除

23、了玻璃条纹和气泡。2.1.6节能环保电助熔的单耗接近于理论耗热，热效率达90，引入电能几乎能全部转化为热能。对于普通火焰窑来说，废气量随着生产能力的增加而增加，一般来说，每天增加1t玻璃液，大约就要多生产10000m³的废气。废气无法回收利用，只能通过烟囱排放到大气中，这对环境造成很大影响。采用电助熔能在提高产量的同时减少废气排放，减少污染。2.1.7缺点电与化石燃料比较成本相对比较高。因此，电助熔在运行过程中会提高一部分的运行成本，这就要求我们对电助熔需要做经济分析。52.2电助熔技术的经济分析若是通过扩大窑炉尺寸的方法提高池窑的设计生产能力的情况下，每天提高1t的产量，投资大约6

24、万元；不改变窑炉尺寸而采用电助熔技术，每天提高1t产量，投资约为2万元。同时，除了电消耗以外，其他设备如调压器、控制系统和外接电缆等都是固定资产，可以长期使用。通过电助熔池窑的熔化率可以达到3t3.5t/m2·d，大功率电助熔池窑更高，可达到4.4t/m2·d，出料可以比火焰窑提高30%100%，其技术经济指标与火焰窑的原始工艺参数、玻璃成分、电助熔功率等有关。6另外，在环境保护的压力下，尾气的收集与处理也是一笔不容小觑的投入。使用电助熔减少尾气排放，无形中节约了许多成本。第3章 电助熔池窑的设计3.1 设计依据 该玻璃厂原日产量为630t/d，现因生产因素要求，需要加电助

25、熔技术，使日产量提升为700t/d。 主要的技术指标：l 窑炉类型：蓄热室横火焰池窑l 池窑熔化部尺寸： 长 31400 mm 宽 10800 mml 能源类型：发生炉煤气l 生产品种：钠钙硅平板玻璃l 成型方式：浮法横剖面结构如图2所示：7图2 7对小炉燃发生煤气蓄热室横火焰平板玻璃熔窑横剖面结构图1-池壁 2-池底 3-大碹 4-喷火口 5-小炉 6-小炉舌碹 7-空气蓄热室 8-空气蓄热室 9-空气蓄热室炉条 10-煤气蓄热室 11-煤气蓄热室格子体 12-煤气蓄热室炉条 13-空气蓄热室分支烟道14空气蓄热室支烟道 15-煤气蓄热室分支烟道16-煤气蓄热室支烟道 17-窑底立柱 18-

26、钢立柱 19-拉条 熔化部俯视结构如图3：图3 7对小炉燃发生煤气蓄热室横火焰平板玻璃熔窑熔化部俯视图3.2热工计算l 设计依据1、玻璃品种 钠钙硅平板玻璃2、 玻璃成分（质量分数） 平板玻璃化学成分 单位玻璃SiO2Na2OCaOMgOAl2O3SO32- Cl- F-平板玻璃71.9814.317.484.350.930.623、 燃料 发生炉煤气，QDW=51880Kj/m3=12400Kcal/m3。成分（体积分数）：H2 1.9%；CH4 70.1%；C2H6 9.2%；C3H8 5.8%；C4H10 13%。l 玻璃熔化温度T熔计算按陈长荫公式：8T熔=1240+40K （3-1）

27、 式中K为玻璃熔融系数。 K=( SiO2+Al2O3 ) /(F-+Na2O+0.5B2O3+0.25PbO+0.2BaO) =（71.98+0.93）/(0.62+14.31)=4.88 (3-2） T熔=1240+40*4.88=14350C (3-3) l 玻璃熔制过程耗热量计算（生料熔化耗热量g计算）熔化硅酸盐玻璃耗热Gi·Hi以形成100Kg玻璃液计算CaOCaO·SiO2 7.48×1456.408=10893.9KcalAl2O3Al2O3·SiO2 0.93×724.58=673.85KcalNa2ONa2O·3 S

28、iO2 14.31×2662.0976=37269.36KcalGi·Hi=10893.9+673.85+37236.36=48837.11Kcal加热剩余SiO2 耗热（Gs·Hs）（以形成100Kg玻璃液计算）引入SiO2数71.98/60=1.20kmol分子生成硅酸盐用去SiO2数：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数：1.20-0.14-0.23-0.009=0.821kmol分子Gs·Hs= 0.821&

29、#215;60×507.068=26103.87Kcal生成1Kg的玻璃液时生料熔化热量q1q1=G（Gi·Hi+Gs·Hs）/100=1.0*（48837.11+26103.87）/100=750.43Kcal/Kg玻璃液熔制1玻璃液耗热量： q玻=750.43Kcal/kg 3.3电助熔加热功率的计算 电助熔的用电量根据下列几点决定： （1）满足生产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论热量；（3） 利用电助熔增加的池窑出料量占整个池窑出料量的百分比。 综合考虑上诉因素，并结合生产实际情况，定出所需的电助熔用电量后，就可以确定变压器的功

30、率。电极的参数和尺寸应根据池窑的结构来确定。根据鲍莱尔计算公式，熔化1kg含15%Na2O的平板玻璃所需要的能量：形成硅酸盐反应耗热约175kcal，从原料中气体挥发热约65kcal，出料温度为1050时带走热量约320kcal，原料中水分的蒸发热耗30kcal，总计590kcal，转换电量约0.686kWh。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。熔化粉料需要电能0.7×0.686=0.4802kWh，加热0.3kg熟料到1050需要0.3×0.372=0.1116kWh的电。熔化1kg玻璃的耗电量为0.4802+0.1116=0.59

31、18kWh，近似0.6kWh（不包括窑炉散热损失）。通常，电能向玻璃液中的传导效率取90%，所以，熔化1t玻璃所需要配置的功率为：0.6×1000/（0.9×24）=28kW当我们熔化高均匀的玻璃（如平板玻璃）时，所需要输入的功率将提升到35kW。对于其熔化温度较高的难熔玻璃，输入功率也要增加到35kW，或更多一些。电助熔加热装置，其池窑熔化量的增加一般来说可以大于理论上所能增加的数值。电助熔的单耗随电助熔功率增加而有所降低。用电助熔熔化的单耗有极大的差别，视电极的配置和负载而定，而且主要取决于池窑中的流动状态。9 由3.1可知，工艺要求电助熔每日熔化70t玻璃，则总功率：

32、35×70=2450kw 功率因素取0.9，则装机容量为：2450÷0.9=2700kVA3.4电极3.4.1电极选用电熔窑的发展与电极材料的开发与发展息息相关。电极材料要满足：在不考虑氧气分压的电流负载的情况下，能承受的温度为1700。至少在800时不会被空气氧化。具有与金属相当的电导率。在1700以下具有足够的机械强度。具有足够的耐急冷急热性。与玻璃液润湿性能好。不污染玻璃，在各种介质中结构稳定。耐玻璃液的冲刷、侵蚀作用强。本身含杂质少，不与耐火材料起作用，使用寿命长。膨胀系数低。与玻璃接触电阻率低。价格便宜。目前还没能发现满足上述所有条件的电极材料，因而不得不根据现场

33、应用的具体情况，选择最合适的电极。目前可供选择的电极材料有石墨、铂、氧化锡、钼和纯铁。钼电极适用范围广，而且基本满足上述要求。除了铅玻璃以外，能熔化大多数玻璃。钼对其他玻璃组分都是稳定的，在玻璃熔化过程中钼电极发挥着巨大的作用，广泛地用来改进窑炉设计和改善玻璃质量。钼电极最突出的优点是：1、能被玻璃液浸润，所以接触电阻小，电极表面可以承受较高的电流密度，为13A/cm2；2、电极的热损失低；3、不易使玻璃着色。但钼电极在空气中受热时容易氧化，600时生成MoO3，该氧化物对钼电极毫无保护作用。钼电极通常制成棒状电极。常用的棒状电极直径在30100mm之间，长度一般在10002000mm。提供的

34、电极可带有平端连接螺纹，可以很方便地固定和推入。3.4.2电极布置 电助熔池窑的电极布置是一个很关键的问题，直接影响电助熔设备的运转效率。由于窑型结构、玻璃颜色和组成、操作、控制不同，必须经过模拟实验才能确定电极的布置。 （1）电极安装在热点附近 根据安装电助熔的目的，电极布置很不一样。一般安装在整个熔化部2/3长度处（即池窑的热点处）。在配置电助熔的电极时，首先要考虑到玻璃液在窑池中中的流动特点。例如欲提高池窑的熔化能力，需要强化成形流动降低对流时，会对泡界线有不良的影响，采用电助熔正是减少这种不良影响的有效手段。 （2）电极安装在澄清部 一般来说，如果电助熔时低水平运行（净增产量不超过10

35、%）时，电能集中使用在窑炉的一部分，比分散在整炉为好，通常集中使用在澄清部比较有利。 （3）电极安装在配合料堆下 在横火池窑里，如果料堆松散地分布在熔化池区，而澄清部有一个清亮的表面，则在配合堆下引入电能效果较好。电极安装在靠近加料口一侧，应尽量避免在窑炉首端使用电助熔。 （4）电极分散安装在熔化部 当电助熔是高水平运行时，把热量分散在熔化部更有效些。 （5）电极布置和连接方式是多种多样的 可分为澄清部的电助熔、熔化部的电助熔和两者的结合。电极连接方式应尽可能具有可变性，以便能适应不同的工作条件。 （6）多重考虑 必须将电助熔系统的设计和窑炉的操作一起考虑，才能提供最佳的效益。除非最大份额的功

36、率直接置于热点处，否则输入的功率可能会降低窑炉所产生的有益对流。使用恰当，电助熔带来的效益会大于电能消耗的费用。 （7）钼电极运行中的安全性 由于钼电极在高温下易被氧化，插入深度上既要考虑到能量的有效利用，又要考虑钼电极不被氧化。若将池窑中玻璃液在深度上分为上、中、下三层，前者则要求将电极插入1/3层中，这样便可提高上层玻璃液的温度，促进上层粉料的熔融，加快硅酸盐的形成。但在上层区域中玻璃液充满着大量的氧化性气体，危害钼电极安全运行，因此要求钼电极插入中、下层玻璃液中。但插入下层又会提高窑底的温度，增加窑底的热损失，并使上、下层温度梯度减小，对流减弱，上层玻璃液升高的直接效果差。因此将电极插入

37、玻璃液中层最佳。然而，还应考虑对应部位玻璃液性能与制定的温度制度，即在投料池部位由于气泡浸没较深，故应插入下层1/3部位；热点玻璃液气泡较浅，应插入上层1/3部位。这便在设计中形成能量输入曲线同制定温度曲线同轨迹。也就是说，若在这些对应点输入等能量，在玻璃液中形成的温度场与需要得到的温度制度相近。 （8）变压器的基础电耗 因玻璃池窑是一个有很高热能的热载体，当电助熔输入某一能量值时，所占全窑的能量比例很小，放热对温度场改变能力很小。但高于这一基础值时，便可以获得极大的效益，这一基础值即为变压器的基础功率，它与熔窑的大小、形状、结构、接地情况等因素有关。 （9）变压器的供电和电极布置 供电系统是

38、电助熔加热的基础。电极布置和功率配置对于电能转化为热能、温度分布、玻璃液的流动都有很大的关系。 根据上述，设计电极布置如图4 。 图4 火焰池窑的电助熔的电极布置图 电极由池底垂直插入。其电极直径为80mm，长度为1500mm。共分为3个模块，每个模块分为两组，每组由2对电极交叉组成。第一模块功率为500kVA，电极插入深度为500mm；第二模块功率为900kVA，电极插入深度为600mm；第三模块功率为1300kVA，电极插入深度为700mm。3.4.3电工参数计算垂直电极间玻璃液电阻：式中 R电极间电阻，； 电阻率，·cm； L电极间距，cm； H电极深度，cm； k修正系数 B

39、经验常数。查表10得，在1430的温度下，平板玻璃的电阻率=6.5·cm；k=0.7，B=150。第一模块电极间的距离L1取330cm，则计算得R1=0.2。 第一模块每对电极之间的功率N=125kVA，由 计算得电极两端电压V1=160v。则电流为： I1=125000/(160·1.732）=451A，工艺条件可以满足。同理：取第二模块电极间的距离L2= 400cm，计算得：R2= 0.2，V2= 212v，I2= 613A取第三模块电极间距离L3= 550cm，计算得：R3= 0.24，V3= 278v，I3= 674A电极布置图见附录1。这样的电极布置有利于上升玻璃

40、液流的行成，使玻璃液下层的热量能顺利地传至上层，使热对流加快，行成“热屏障”，以阻止未熔制好的玻璃液进入工作池。池底垂直安装的电极由1个三相变压器供电，电压可进行有级调节。高压绕线组为三角形连接，电压为380V，低压绕线组工作电压值为抽成若干挡位。考虑到电流很大，因此采用厚10.0mm、宽100mm的铜排连接低压绕线组输出端与电极。 变压器选用斯科特变压器，其工作原理如图5 。图5 斯科特变压器示意图3.4.4电极水套由于金属钼耐热性能特别好，可经受2600的温度，属于难熔金属。但它的氧化性能在温度600以上明显加剧，因此，为了保护钼电极，使其不会很快被氧化，必须采用电极水冷却套装置，否则会影

41、响整个熔炉的正常运转，严重时将迫使电熔窑停产。电极水冷套的主要作用是：把电极安全可靠地安装在窑炉的耐火材料上；要把暴露在空气中的那部分电极冷却到400以下；防止在电极插入部位的耐火材料温度过高造成耐火材料局部损坏。 电极水套分为直接直接冷却水套和间接冷却水套。 图6是典型的直接冷却水套。电极和护套配合，堵头焊在套管端部，电极安装在炉壁上预先留下的倾斜孔内。冷却水直接冷却三相界面和热影响区，护套中充满半凝状态的玻璃保护了三相界面。整个电极在低温下工作，可以防止钼电极氧化。消耗式的电极采用这种结构时很方便的。电极消耗到需要向里推进时，短时间停止冷却水，适当提高电极温度，待三相界面处半凝固态玻璃液化

42、以后，即可把电极向里推进到正常的工作长度，随即送冷却水，使电极仍保持低温工作状态。 图7是间接冷却水套，电极的水冷却系统是密封的，冷却水不直接与钼电极接触，但在使用中要注意利用水套端部的玻璃进行密封，当冷却水关闭后，熔融的玻璃液渗透进水套端部的各个空隙中，这些玻璃可以阻止钼电极在其可渡区被氧化。数分钟后，冷却水打开，这些玻璃即被冻结，从而使钼电极处于安全状态。但要注意，若密封玻璃不能填满空隙，还是可能造成钼电极的氧化。图6 直接冷却水套的结构 图7 间接冷水套的结构 本次设计采用间接冷水套系统。冷却水硬度不大于2mg/L，压力不低于0.196MPa，电导率为5×10-8-1·

43、;cm-1。进口水温为2830，出口水温为3638，每支电极冷却水耗量为8L/min。冷却水供水自动控制，由水套进口处的水温、压力及出口处的水温决定，通过调节水量来控制水温。每个水套排水管道安装一个电流继电器，用来控制系统的水压。操作人员能随时观察到供水系统发生的故障。压力传感器和温度传感器输出端连接报警信号回路，用指示灯自动报警。113.5电助熔池窑耐火材料的选择由于对流加剧，底层玻璃液温度较高，所以装有电助熔的玻璃池窑熔化池的耐火材料侵损较快，因此一般采用AZS33-41的电熔锆刚玉材料砌筑熔化池。电极砖和玻璃液对流作用强烈的部位必须使用无缩孔的AZS41砖或熔融石英砖。在选择电极砖的材料

44、时，必须考虑材料的电性能、电极的配置、玻璃液的导电性，通常使用全致密的AZS41砖或者熔融石英砖。而熔融石英砖的电阻比锆刚玉耐火材料高。一般在窑炉使用较短时间后，电极砖便开始损坏，这与电极下方电极孔部位出现裂纹和裂缝有关。其原因在于电极水套的冷却而引起较高的温度差，对热稳定性不好的锆刚玉耐火材料产生的作用。可以采用纤维隔热材料对电极水套进行保温处理来减少上诉损坏。电助熔池窑所用耐火材料基本上和火焰池窑相同。所不同的是这种电助熔加热装置的窑玻璃液对流较严重，尤其是在靠近池底的耐火材料侵蚀较厉害，因此再某些部分（如池底）要铺砌品级较高的材料。电极均置于高品级的耐火砖中，防止受侵蚀。11 因此，本次

45、设计采用的池底结构为：上层为厚150mm的AZS33铺面砖，铺面砖下面为20mm的捣打料层，再下面为230mm厚的高岭土大砖，再下层为350mm的粘土大砖保温层。这种结构整体性强，防渗透、防侵蚀性能好，施工简便快速。图见附录2.第4章 设计结果 日产700吨浮法玻璃的横火窑池窑的电助熔l 窑炉类型：蓄热室横火焰池窑l 池窑熔化部尺寸： 长 31400 mm宽 10800 mm面积 339.12l 能源类型：发生炉煤气、动力电l 生产品种：钠钙硅平板玻璃l 加电助熔后的熔化率：2.06t/m2·dl 成型方式：浮法l 原池窑日出料量：630tl 加电助熔后的日增加出料量：70tl 装机

46、容量：2700kVAl 电极：80mm×1500mm钼电极、间接水冷套系统l 耐火材料：刚玉AZS33铺面砖l 电极布置见附1 。26第5章 节能分析与改进措施5.1节能分析5.1.1能耗分析图8 玻璃池窑热平衡图熔化玻璃的只占19%，经过窑顶、窑底、侧墙、排气口墙、蓄热室墙所损失的热1侧砖冷却风造成的损失5.4，2间歇式加料机冷却水造成的损失0.9，3侧砖熔池损失4.6，4炉底损失10.0%，5传递给玻璃19.1，6隔墙及流液洞损失2.1，7侧砖(澄清部)损失2.3，8蓄热室损失8.9，9喷火口损失7.0，10卡脖损失2.7，11硅砖城损失2.8，12窑顶损失9.8%，13排烟损失

47、18.3。；14其他损失6.1。在这个例子中，投入窑内的热量中用于加热量约占50%。因此，为了提高坡璃池窑的热效率，采用合适的隔热保温措施是必要的。5.1.2节能途径 (i)窑顶的保温在窑顶硅砖的上面用硅质隔热砖进行保温，与无隔热层时相比、用一层65mm隔热层的窑顶其散热可减少为原来的65%，再增加一层隔热层散热可减少到40%。最近采用了AZS（锆刚玉砖）系电锆砖后，采用多层隔热措施的例子有所增加。在这种情况下，与无隔热设施的硅砖窑顶比较，散失的热量可降低到10%左右。（）窑底的保温窑底的多层结构由若干层电熔砖以及隔热砖组成。与过去由200mm粘土砖和100mmAZS系电熔砖构成的窑底比较，窑表面温度由285降低到140，散热量降低到原来的25%左右。（）除上述部位外，对熔池侧墙，喷火口墙及顶，蓄热室墙及顶等结构均采用了隔热措施。特别是蓄热室的墙、从砖格子清扫孔和砖缝吸入冷空气会降低热效率，因而有的将隔热浇注料用喷涂或浇注方法做成整体墙结构。此外，窑的能力越大，负荷率越大，则热效率越高，从而显示出大规模生产的优越性。最近由了采用上述良好的隔热保温结构以及由于蓄热室的扩大和格子砖的改进、使热回收率提高。由于喷火口结构及烧嘴的改进，以及鼓泡装置及电助熔器的有效使用，使窑的总热效率增加。150250t横焰池窑的重油单位