平板玻璃熔窑电助熔设计与计算

0引言玻璃液在高温熔融状态下是一种电导体。电熔化已在玻璃行业广泛使用，电助熔热效率高、玻璃的热稳定性和均匀性好，具有提高玻璃质量和降低能耗等优点，有广阔的发展空间。传统大型平板玻璃熔窑电助熔负荷未超过10%，节能效果有限，实现节能减排技术性突破，增大电助熔负荷势在必行。平板玻璃熔窑稳定的玻璃液流和合理的液流位置及形态对玻璃熔窑的操作至关重要，电助熔玻璃熔窑的电功率输入及位置设计同样要以保证玻璃熔窑的配合料层、环流Ⅰ、环流Ⅱ以及生产流的稳定为前提。电助熔功率分配和分区设计及电极布置是电助熔玻璃熔窑的设计难点和设计关键，需结合火焰空间热负荷保证工艺制度和温度梯度，为保证设计合理，必要时需借助数学模拟或物理模型等辅助手段。1电助熔玻璃熔窑的设计与计算（1）电助熔加热功率及装机功率计算普通平板玻璃（12%碎玻璃）理论熔化热由以下几部分组成：①生成硅酸盐耗热：272kJ/kg玻璃液；②玻璃液加热至1400℃所需热量：1842kJ/kg玻璃液；③生成玻璃耗热：314kJ/kg玻璃液；④蒸发水分耗热：104kJ/kg玻璃液；理论熔化总热耗：2533kJ/kg玻璃液（不含玻璃液生成气加热耗热），转换为电能为0.7kWh/kg玻璃液，考虑到电极水套及变压器等能量损失，电助熔的热效率可达85%～90%，那么玻璃液所需输入功率为32～34kW/t玻璃液（不包含窑炉散热损失），装机功率按40～45kVA/t玻璃液配置。（2）电助熔分区设计投料口区域池底温度低，一般理所当然地认为电助熔大部分功率应增设在该区域，事实上国内确实有厂家这样分区布置电助熔，但效果并不理想。对此做数学模拟，方案1：前置四区均布电极，装机功率3600kVA；方案2：前区均布三排电极，装机功率1500kVA，热障区两排电极，装机功率2100kVA。图1为600t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图。图1600t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图数学模拟对比显示，方案1池底热点前移，较大地改变了玻璃窑炉纵向液流形态，不利于玻璃的熔化和澄清。（3）电极分布设计与计算通常一个电助熔玻璃熔窑电功率及分区确定之后，下一个问题就是如何确定变压器的二次侧电压参数。由电功率公式可知，电助熔玻璃熔窑电极间电阻计算的准确性直接影响到输电设备参数的准确性。

①电极的选择及插入方式平板玻璃熔窑电助熔所用电极一般采用钼电极。平板玻璃熔窑规模尺寸大，底部有足够的空间满足电极的布置需求，底插垂直电极电流分布均匀，电流密度小，一般可满足使用一个窑期的要求。钼电极适合平板玻璃电助熔，但配合料中含有PbO、As2O3、Sb2O3等氧化物时，钼电极有被氧化的风险，从而影响电极使用寿命。钼电极的侵蚀速率很大程度上与电流密度有关，当电流密度低于0.5A/cm2时，腐蚀速度极低，电极长期使用，尺寸几乎不变。当电流密度升高到1.0A/cm2以上时，腐蚀速度会突然升高，钼电极侵蚀很快。钼电极在平板玻璃电助熔中使用时建议电流密度为：0.7～1.0A/cm2。

②电极间电阻的计算电极间玻璃液电阻可使用电阻计算公式：

平板玻璃熔窑电助熔电极之间连接简单，电极间电阻一般有以下两种计算方式：两支垂直底插布置的平行棒状电极之间的电阻可简化按式（2）计算：

③二次侧电压计算玻璃液的导电行为遵从欧姆定律和焦耳定律。电助熔功率及电极间电阻确定之后便可以计算二次侧电压，为变压器选型提供设计参数。由于高温玻璃液之间的电阻很小，电极间的电流会很大，从对电极的保护角度考虑，对电极电流密度进行复核非常有必要。计算电阻比实际电阻小会导致计算电流密度比实际电流密度小，复核电流密度时将计算电阻按0.5～0.8系数进行修正。另外，电极之间的电力线不是均匀分布的，电极正面电流密度大于电极背面电流密度，计算电流密度为整个电极面的平均值，不合理的电极布置会导致电极电流密度大的部位侵蚀严重。2结论（1）合理设置电助熔有利于提高熔窑的熔化能力，玻璃熔窑的设计熔化率可提高20%～30%，减少单位玻璃液散热面积，降低能耗，如果只是简单的将电助熔部分替代生物燃料，单位玻璃液散热面积没有减少，节能预期可能不会太明显。（2）底插式电助熔电极布置，可提升池底玻璃液温度，增加池深有利于提高熔化能力，可适当减少玻璃熔窑平面尺寸，同时设计深池可提高最底层玻璃液电阻，有利于对池底的保护，特别是对大功率电助熔玻璃熔窑尤为重要。（3）电助熔功率输入分区及电极布置，应遵从工艺操作制度，与火焰空间热负荷相结合，保证玻璃窑炉纵向对流形态不发生大的变动及玻璃液温度梯度满足工艺操作要求。（4）复杂电极排布的电阻计算难度大，准确度不高，因此，电熔窑用的隔离变压器的电压和电流往往需要较大的适应范围。计算相对