我国玻璃工业节能潜力分析

我国玻璃工业节能潜力分析

1配合料的选择与预处理玻璃是一种能耗高的产品，其生产和开发受到能耗的限制。玻璃工业能源消耗主要是窑炉耗能,浮法工艺的玻璃熔窑的能源消耗占全部能源消耗的80%,而平拉工艺的玻璃则有95%的能源消耗在熔窑上。国内平板玻璃熔窑能耗比国外发达国家高,节能潜力很大。虽然配合料的选择和制备能源消耗较小,但是合理选择配合料并对其进行预处理,可以进一步提高熔窑熔化率,减少能源消耗。同国外相比,我国浮法玻璃熔窑的能耗为6900～8372kJ/kg玻璃液,国外先进水平为6488～6910kJ/kg玻璃液,单位产品能耗高。另外,国内玻璃企业之间也不平衡,一般能耗水平与先进水平之间的差距亦在20～50%之间,因此玻璃熔窑改造,是缓解我国能源供应紧张情况的有效途径,也是玻璃工业摆脱能源困扰的契机,可以加快我国平板玻璃工业的发展步伐。2工业中的节能技术2.1玻璃密封材料2.1.1扬尘污染物组分众所周知,在制备粉料的各个工艺环节中常产生大量粉尘,配合料在流放、运输过程中将发生分料,配料时显著提高物料消耗。将这种配合料投入到窑中,会失去许多扬尘的组分期限,堵塞蓄热室和换热器,缩短窑炉的使用期限,还排入到大气中许多有害成分。对粒化配合料的研究表明,除有克服分层、飞料的优点外,还有如下优点:颗粒间的接触面增加,有利于固相反应,增加导热率[粉料的导热率为0.235kcal/(h·m·℃),粒化料为0.37kcal/(h·m·℃)],能使玻璃熔化时间缩短30～40%,熔窑熔化能力提高20～60%,燃料消耗可以减少15～25%。2.1.2合成玻璃和天然碱在玻璃配合料生产中,纯碱生产所需能耗大约占全部原料能耗的71.5%,生产1t纯碱所需能量实际上比熔化1t玻璃所需的能量还要多。生产每吨合成碱需要大约396kg标准煤,而制取每吨天然碱只需要252kg标准煤,也就是说,生产天然碱的能耗比生产合成碱低36.4%,如果玻璃工业由使用合成碱改为使用天然碱,可使熔化玻璃所需能耗减少10%以上。此外,天然碱的价格比合成碱低的多,因而对降低玻璃产品成本也是有利的。2.1.3碎玻璃回收利用的效益碎玻璃作为可持续利用的再生资源,其大量流失不仅浪费了非常有限的能源、原料,还对土壤、地下水等造成了新的危害,我国每年仅日用玻璃的破损就在200万吨左右,其回收利用率仅为10%左右。而国外发达国家十分重视碎玻璃的回收利用,如德国的利用率为54%、意大利的为44%,荷兰的高达66%。碎玻璃的再利用对节约资源、保护环境有很大的作用,在经济上也有很大的效益。其作用具体表现在:(1)每吨碎玻璃大约相当于250kg煅烧纯碱,从而可降低纯碱用量,节约成本,增加产量;(2)增加碎玻璃的掺入量可使玻璃熔制时消耗的热量减少,资料显示碎玻璃每增加10%,则熔制耗热可节省约2%。从而可节省能源、延长窑炉的使用寿命;(3)提高熔化率、有助于澄清和均化。2.1.4助熔剂和炉渣通过调整玻璃组成,玻璃能在较低温度下熔化和成形,日本的试验得出玻璃熔化温度降低10℃、20℃、30℃,燃料用量对应降低1%、2.5%、4%,熔化温度降低还可减少原料挥发和对耐火材料的侵蚀,可在不增加设备和投资的情况下延长窑炉使用期限。因此在符合要求的性能指标情况下,设计低熔玻璃成分是十分必要的。如往玻璃中引入含锂矿物可以节约燃料和减少环境污染。氧化锂在玻璃中是一种助熔剂,可代替一部分萤石,降低成本并减少环境污染;氧化锂的加入可在不提高温度的情况下增加产量;同时氧化锂的加入能降低玻璃熔制温度,缩短玻璃熔化和澄清所需时间;另外,使用含锂矿物还能改进窑炉砌体的工作条件,减少固体微粒、NO、飞料排放物和模用润滑油耗量,提高玻璃的化学稳定性和亮度。水淬高炉炉渣也是一种有效的助溶剂和澄清剂。矿渣能降低玻璃配合料的反应温度,同时可增加窑炉产量,从而节约燃料。2.2玻璃炉的节能措施2.2.1焦炉燃天然气低热值燃料加热在现代物质和技术条件下,可供玻璃工业使用的能源,有煤、油、气及其转换形式——电能。在煤、油、气这三种能源中,煤是固体,运输不便,且含有硫、氮等杂质,燃烧时放出的有害废气多,造成污染,同时分子结构复杂,反应速度慢,能量利用率低。油的主要成分是碳氢化合物,如与助燃空气充分混合,燃烧时火焰亮度大,辐射强度大,且热效率高。但自2000年以来,由于石油涨价,国内重油价格也随之上涨,致使燃油玻璃窑炉的玻璃成本增加,玻璃行业拟改造现有玻璃窑炉燃油为天然气。天然气也是一种优质高热值燃料。与烧油相比,燃天然气的设备投资少,火焰容易调节,对耐火材料侵蚀小,不污染环境,有助于延长窑龄。除用煤、油、气熔化玻璃外,电熔技术已成为发展趋势。其突出的优点是,窑的结构简单,造价低(不需要蓄热室、格子砖、小炉、烟道、烟囱、热交换器、助燃风机、冷却风机等),热效率高,减少污染环境。但在我国,电力供应紧张和电熔窑龄短是影响其普遍推广的主要原因。但在使用热值低或热值波动大的燃料加热的窑中,可采用电辅助加热作为稳定加热的手段和增产的措施。尤其在平板玻璃窑中,通过电辅助加热,可以在一个窑龄中或窑龄后期,不增加燃料消耗,不增加废气生成量,维持和大幅度增加窑的出料量。2.2.2全氧燃烧熔窑富氧和全氧燃烧技术是一项节能新技术,以富氧装置向传统的玻璃熔窑内供入附加氧气进行助燃,使熔窑内特定区域的氧含量高于21%(一般为28～30%),它在玻璃熔窑上应具有很大前景。该项技术可以及降低玻璃生产能耗、节约资源、减少NOx排放和烟气排放量,从而达到提高玻璃的产量和质量、节约能源(比空气助燃节能达10%以上)和减少环境污染的目的。应加强富氧和全氧燃烧技术在玻璃熔窑上的应用研究和开发,包括全氧燃烧熔窑结构和燃烧设备,改进燃烧和控制技术、冷却技术。同时,应研究开发必要的配套耐火材料。2.2.3提高窑体保温以提高热性能为重要连续式玻璃窑炉采用火焰在原料表面上加热熔化玻璃,这种加热方式,只不过利用了火焰的部分辐射热量,而其余的热量,通过窑的上部结构和排放废气,大部分损失掉了。排放的废气只有一部分在蓄热室被回收预热助燃空气,至于被玻璃熔体吸收的那部分热量,通过池壁和池底也损失很多。从而使得窑炉的热效率很低,国外先进玻璃窑炉的热效率可达40～60%,我国大、中型玻璃厂窑炉的平均热效率只有25～35%。热效率低就意味着能耗高,例如同样是燃煤熔窑,每生产1t玻璃制品,国外能耗先进水平仅为0.16～0.2t标准煤,我国则高达0.4t标准煤。因此,通过窑体保温来减少窑体热损失是重要的节能措施之一。窑炉经过保温材料处理后,能大幅度地降低窑体外表面温度,降幅达到几百度,从而减少窑体外表面的散热损失,提高熔化温度20～30℃,减少15%～20%的燃料消耗,提高窑的热效率;熔化温度提高后,可加速玻璃原料的熔化、利于澄清,提高玻璃熔化产量,对稳定质量很有利;燃耗降低后,可减少废气排放量和火焰空间的热强度,能有效延长窑体上部结构和蓄热室格子砖的使用寿命,保证更好地利用余热和降低烟道的温度;此外,由于外部因素(如风向、环境温度等)对窑炉内部的影响减小,因而能比较稳定和精确地调节窑的熔化制度;同时能改善操作人员的工作条件。2.2.4对蓄热室的改造玻璃窑炉蓄热室的作用,就是要最大限度地回收废气中潜在的热能,把助燃空气温度预热到最高温度,提高窑炉内火焰温度,以提高窑炉的热效率。国外先进水平的玻璃窑炉助燃空气的预热温度均能达到1200～1250℃,个别窑炉达到1300℃,从蓄热室底部排出的烟气温度在300℃左右。我国大多数窑炉助燃空气预热温度在950～1050℃,从蓄热室底部排出的烟气温度在950～500℃。有资料介绍,在助燃空气遇热温度到1000℃的熔窑内,若将这个温度提高到1100℃时,可节省燃料8%,若提高到1200℃时,可节省燃料15%。由此可见,对我国玻璃窑炉蓄热室的改进是提高窑炉热效率的重要措施之一。为了提高蓄热室的热效率,主要可以通过改善气流在蓄热室内的分布均匀性,选择合适的格子孔孔径、格子砖厚度和格子体型式,来增大换热系数和换热面积;通过改进蓄热室和格子体结构,以及增大蓄热室和格子体体积,来进一步增加格子体的热交换面积;通过选择合理的格子砖(材质、形状),以及不同格子砖的匹配使用,来增加换热强度,并在燃烧周期内进行蓄热室的热修提高蓄热室的寿命。2.2.5玻璃锅炉余热利用技术玻璃工厂熔窑排出的废气量随熔窑的规模而异,一般3～12万m3/h(标准状态),废气温度在400～550℃不等,此部分废气如果全部通过余热锅炉,可使熔窑热效率由约20%提高到约40%。因此,最大限度地利用玻璃熔窑废气中的余热,是玻璃工厂节约能源,提高熔窑热效率的重要途径。玻璃窑炉的余热利用一般可采取以下几个措施:(1)进一步提高玻璃窑炉蓄热室热效率,提高助燃空气的预热温度;(2)设置余热锅炉回收余热,提高窑炉热效率;(3)热管换热器回收烟气余热;(4)用废气余热干燥硅砂;(5)用废气余热预热粒化或压块配合料;(6)利用余热发电等。3延长炉壁