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浅谈投料技术
详细说明:
 
赵克明
(沈阳星光浮法玻璃有限公司)
 
摘    本文分析了温度对料堆的作用,论述了等宽同步投料技术对提高熔化率、降低能源消耗的重要作用
关键词  等宽投料口  同步投料  节能
 
  投料技术随着玻璃制造技术的提高而提高,从垂直引上的小斜毯式投料机发展到现在的圆弧(大斜毯)式投料机;投料口由普通碹发展到L吊墙, 两位式液面控制发展到连续同步投料。每一次的技术进步都把熔化率、能源消耗提高到一个前所未有的水平( 熔化率由1.4t/m²d,提高到2.0t/m²d以上,能源由8778KJ/kg(2100kcd/kg)下降到6897KJ/Kg(1650kcl/kg)以下。这些进步为玻璃厂创造出巨大的经济效益。但是随着原燃材料价格的上涨,玻璃价格的下降,工厂正承受着前所未有的巨大压力,几乎不约而同地把降低成本做为工厂提高竞争力的共同追求。本人认为提高竞争力的方法在于技术创新,所以愿意从投料技术角度来谈熔窑熔化率的提高和降低能耗对成本的贡献。
  人们普遍认为调合料的制备、燃烧、控制系统的提高、窑炉技术的提高对提高熔化率,降低能耗有重要的作用,投料技术往往容易被人们所忽略,而它却是在日常生产中时时存在的,并随时发生变化的。大家不防回忆一下,为调整某一侧泡界线不齐而增加油流量的情况在实际生产中是时有发生的,这就增加了燃料的无效消耗。 本文从熔化技术的一个侧面来谈对生产的贡献,愿能起到抛砖引玉的作用。

  一、玻璃液流

  窑池内的玻璃液进行着复杂的运动,它对生产产生着巨大的影响。窑内的玻璃液流可分为成型流和热对流,热对流的推动力是密度差而引起的静压差,而静压差的大小首先决定于温度分布。另一方面,影响玻璃液流动的因素还有玻璃液的粘度,而粘度也是于温度密切相关的。所以温度是影响玻璃液流的主要矛盾。玻璃液流在窑池内不仅传递了热量,同时也促进了玻璃液的化学均匀性和热均匀性,由热点处玻璃液表面层向投料口的流动,阻止了未熔粉料的前进,使粉料停留在熔化带继续熔化。未熔粉料比重较轻,浮在表面,它受到两方面力的作用,一是投料机的推力使粉料以一定速度向前移动。另一个是玻璃液的对流使粉料以一定速度向反方向移动,当两个速度相等时,粉料堆就固定在某一位置继续熔化,这样就形成了泡介线,根据泡介线的位置、形状、清晰度就能判断出熔化质量的好坏。影响泡介线(熔化质量)的因素很多,如投料、成型、燃料(烧)、原料、窑炉等。
  窑炉是盛装玻璃液的容器,它的边界条件对温度、玻璃液流同样产生影响。靠近池壁的玻璃液受到池壁散热的影响,此处的玻璃液温度都低于中间,这就造成了玻璃液(料堆)由中心向两侧的横向流动,此时中间处料堆不能匀布就会造成分料。

  二、窑炉结构

  投料口的宽度决定了能否充分利用火焰的覆盖面积,目前我国设计的熔窑出于对安全性的考虑,一般都采用两台投料机投料,投料口宽度约占熔化池宽度的80%—85%,个别窑采用准宽投料口,能达到90%,投料方式如图1所示。 设计时考虑到分料问题,在两台投料机间留有300mm左右的空间,以便插吸料水包。这种设计本身就带来了分料的危害。这部分裸露的玻璃液由于吸热较少,造成局部温度偏高, 这就造成玻璃液(料堆)的侧向流动力,从而使分料加剧。一但分料发生以后,采取推料、调整料层厚度等方法很难根本解决。分料、偏料纯碎是由于热力学原因所造成,国内一般采用两种方式解决(或减少它的影响),一是基于热力学原理,中间插吸料水管,产生玻璃液(料堆)由两侧向中间的流动力,使料堆不贴近池壁。它带来的问题是:1、没有充分利用火焰的覆盖面积;2、冷却水要带走热量,浪费能源;3、对玻璃液流产生影响。 二是池壁两侧插水管,有点类似于锡槽成型的档坝技术,可以使料堆不贴近池壁,它同样浪费能源,当料堆薄时不能解决分料问题。两种方式国内都有使用,但使用的效果不尽相同,一个共同点是要增加一定的燃油耗量。冷却水带走的热量并不等于燃料消耗,还有一个热量的利用率问题。
  采用等宽投料技术是充分利用燃料热量和提高熔化率的最有效办法,参见图2。但一个必要的前提是耐火材料的质量要足够好,池壁侵蚀对玻璃质量的影响可以忽略不计。等宽投料使火焰覆盖面积的利用率达到了百分之百。
                                   
       
图1 传统的投料口及投料机布置图
 
       图2 等宽投料口及同步投料机布置图
 

  三、投料机布置

  理想的料堆分布是两侧料堆靠近但不粘池壁,中间不分料,前端平直或略有圆弧。传统的投料技术使这种料堆分布在实际的生产中很难做到,一般都会有偏料或分料的情况发生,前几期杂志已有论述。一台投料机中间肯定不会分料,这一点我想大家都会认同,那么我们就应该在生产中模仿一台投料机的条件,使两台投料机产生一台投料机的效果。我厂2001年冷修后采用等宽同步投料技术,两台圆弧式投料机紧密布置,投料机中间不留空隙,宏观上实现薄层投料,微观上料层薄厚有别,中间不裸露玻璃液,使投料池均匀冷顶布料。这样投料以后,中间即不分料,又充分利用了火焰覆盖面积。
  要使料堆中间不分料的一个必要的前题是同步投料。非同步投料会导致料堆的相互运动,破坏了窑内玻璃水整体的流动性,纵向回流由一体变成两个,这就切断了两侧液流的相互制约,容易造成分料。我厂采用同步投料技术前后有鲜明的对比。同步投料技术有两种可供选择:一是物理性硬连接;二是采用软件技术。相对前者,采用软件技术更加灵活,安装、调整更方便。
  等宽投料后大家可能更关心池壁的侵蚀问题,主要是:1、是否对玻璃质量有影响;2、是否影响窑炉寿命。随着耐火材料质量的提高和现代熔化技术的改进,池壁侵蚀影响玻璃质量的缺陷可以忽略不计。对于窑炉寿命我们有很多方法解决池壁侵蚀问题,如:加强冷却、帮砖、贴水包等。 料堆对池壁的侵蚀已不是一件可怕的事了,带来的好处却是充分利用了火焰覆盖面积,节约了能源,提高了熔化率。

  四、我厂窑炉的一些基本情况

    由于我厂建厂比较早,基础设施条件较差,随经多次技术改造,但仍有很多方面不够理想,从表1中可以看出,格子体高度、池深、蓄热室面积等技术指标,于现代设计的窑炉来讲仍具有一定的差距,基本情况如下:
 
  改造前后的一些技术指标
                             改造前    改造后
格子体高度               m        5,708         5,708
格子体蓄热面积             m²          3363.42       4457.6
单位熔化面积占蓄热面积    m²/ m²         16.82         22.4
池深                        m         1.5           1.5
池宽                    m         9.754     9.754
投料口宽            m           7.8           9.754
投料口长            m        1.7           1.7
每吨玻璃液占有冷却面积率               0.276         0.276

    五、效果与体会

    表1、表2是改造前后的对比情况,从表中可以看出,改造前后的效果是显著的,能取得这样的效果,主要得益于等宽同步投料技术。改造后拉引量提高了6%,油耗降低了17%,年创造价值千万元以上,对降低成本的贡献是巨大的。
 
表2改造前后的对比   
              年     96      97      98      99    2000  2001(1-4)  2001(7-12)  2002
平均熔化量    吨    357     367     370     366    367    369      385      390
重箱耗油      Kg   12.08    12.12   13.33    13.67   13.84   13.89   10.80    10.27
吨玻璃液耗油  Kg   210.35   210.00  219.07  228.18   235.08  241.40   170.75   175.10
吨玻璃液耗热  Kcal  2019.4   2016.0  2102.4  2198.2   2256.8  2317.4    1639.2   1681.0
 
表3改造后的逐月情况
            月   7     8     9     10     11     12      1     2      3     4    5
平均熔化量      383   382   382    382   392    388    392    387    390   393  388
重箱耗油       10.90  10.47  11.92  10.38  10.64   10.48  10.49  9.93   10.49  10.60  9.83
吨玻璃液耗油   171.0  167.4  164.7  168.1  176.5   176.8  182.6  175.5  179.8  171.1  166.5
吨玻璃液耗热   1642   1607  1582   1613  1695   1697   1750   1685   1726  1642  1599
镜、车级率
 
   在窑炉先天不足的条件下能取得这样的效果,体现出技术创新的重要作用。本文从一个细节来讨论投料与节能的关系,能源消耗与多种因素有关,单此一项措施是不可能取得文中所统计出的结果的,但等宽同步投料技术是一项重要的措施。对于其它节能措施将另文叙述。(2004年3月)
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