浮法玻璃电助熔生产技术

马玉聪

(中国耀华玻璃集团有限公司，秦皇岛 066000)

浮法玻璃生产应用电助熔系统可以获得一个或几个如下的优点：增加熔窑的产量；减少氮氧化物、二氧化硫和二氧化碳等废气排放；有助于着色玻璃的熔化；减少燃料的使用，降低熔窑烧损，延长窑炉使用寿命等。在实际生产运行过程中，电助熔的应用选择还会考虑其它因素，包括：工程投资收益、电价成本与燃料成本差异、电力负荷、窑炉结构及耐火材料匹配、供水保障能力、电气漏电防护措施等。

浮法玻璃熔窑主要使用的电助熔系统，可以分为投料口电助熔、毯料区电助熔和热点区电助熔，三种方式基本上使用相同的硬件,其不同之处在于电极的位置、大小数量及控制方式。

虽然电助熔系统已在浮法玻璃企业成熟应用了三十多年，但是根据不同的经济技术和环保需要，各生产线应用方案大多是不同的。以国外某浮法玻璃集团为例(1988年-2000年)，其6条生产线只在投料口安装400～750 kW电助熔系统，5条生产线只在毯料区安装1 500～6 750 kW电助熔系统，3条生产线在投料口、毯料区安装电助熔系统2 000～3 000 kW。该文对不同的电助熔应用生产技术予以具体分析和探讨。

1 投料口电助熔应用

投料口电助熔的应用对生产颜色玻璃特别有利(特别那些含铁成分较高的)，体现在提高1#小炉及前区熔化部底部温度有助于配合料的熔化；允许降低熔化部前端空间温度，减少着色剂挥发提高着色元素保存能力[1]。虽然投料口电助熔主要用于颜色玻璃生产[2]，但有些企业生产透明玻璃时也使用。其主要目的是减少燃料的使用量以达到当地严格的环保标准，或是提高熔窑负载(特别是窑炉使用后期)。

投料口电助熔系统加热电极设置，以前通常采用单排4个或6个51 mm直径电极棒，现在多采用双排8支电极棒，提供功率达1 000 kW。英国430 t/d浮法玻璃生产线在生产茶色玻璃时,安装投料口电助熔系统400 kW,工艺参数如表1所示。

表1 工艺参数表

由表1可知，投料口电助熔对熔化部前端玻璃液底部温度提升明显，但熔窑燃料分布调整变化不大，投料口玻璃液温度增加60 ℃,但是熔化部前端空间温度下降了50 ℃，因此着色剂硒的保存量提高30%。电助熔使用390千瓦功率，天然气使用量每小时减少80 m3。玻璃缺陷密度降低，玻璃质量明显提高。

2 毯料区电助熔应用

毯料区电助熔系统与投料口电助熔系统的硬件、操作方式基本相同，主要不同点是电极棒的数量、直径、接线方式和电压等级设置等。毯料区电助熔系统一般由2～3排6个76 mm直径电极棒组成，每排6个电极棒约2 250 kW。也可以采用51 mm直径电极棒，电助熔功率就会低一些。

多排电极棒位于玻璃配合料下面，产生的主要热量被传递到上游熔化区域，有助于熔化；部分热量被传送到熔化下游区域，可以改进玻璃液的澄清，但是这使玻璃成型流的温度升高，可以通过增加熔窑卡脖冷却水管深度和加大冷却部稀释风量等措施来解决。

电助熔替代燃料后导致熔窑空间温度降低，特别是在配合料区域，造成玻璃中含SO2量增加，因此可能要对配合料成份进行调整，即降低芒硝含率或提高碳粉比例。

瑞典700 t/d浮法玻璃生产线为满足环保要求安装电助熔系统总能力达6 750 kW,在生产运行中为减少氮氧化物和二氧化硫排放长期应用电助熔系统。熔窑卡脖冷却水管的深度从560 mm增加到790 mm，玻璃配合料中芒硝用量减少6.5%，碳粉用量略有增加。使用电助熔系统后，不仅因燃料使用量减少导致烟气量减少[3]，熔窑空间温度降低使氮氧化物浓度也下降很多，而且窑炉烧损减少使其在20世纪90年代窑炉使用寿命达到13年之久。

墨西哥900 t/d浮法玻璃生产线熔窑8对小炉配置，生产透明浮法玻璃，燃料为天然气和高硫重油。安装电助熔系统2排12根电极棒4 500千瓦功率，使用4 200千瓦功率电助熔，窑炉负载达到1 000 t/d以上，料堆长度达到6号小炉口中部，泡界线形状模糊在8号小炉中间，澄清区镜面很清楚。熔窑最大熔化能力达到1 006 t/d，日熔化率高达每平方米3.63 t。这个生产案例证明，增设熔窑电助熔系统是对负载有限的熔窑提高产量的有效方法之一。

3 毯料区和热点区电助熔应用

国内某600 t/d浮法玻璃生产线，为生产高含铁量玻璃(三氧化二铁总质量比2.0%以上)汽车玻璃要求，安装电助熔系统总功率达2 800 kW。1号小炉中心前设置两排共8支电极棒，电功率达到1 000 kW；3号小炉和4号小炉区域设置12支电极棒，两排布置电功率1 800 kW。安装电助熔系统主要解决高含量铁浮法玻璃熔化困难问题，因为高含量铁浮法玻璃透热性差导致窑炉池底玻璃温度低。生产透明浮法玻璃时，电助熔系统停止使用；生产较低含铁量玻璃(三氧化二铁总质量比0.6%左右)时，仅开启前区电助熔系统；生产高含铁量玻璃(三氧化二铁总质量比2.0%以上)时，电助熔1区开启600 kW、电助熔2区开启1 100 kW，总使用功率达到1 700 kW。

另一国内600 t/d浮法玻璃生产线安装总功率2 400 kW电助熔系统，熔窑6对小炉配置，1号小炉至投料口安装两排共8只电极棒(直径50 mm)，电功率800 kW；3号小炉安装两排共12只电极棒(直径50 mm)，电功率1 600 kW。电助熔系统可保证有效输入1 900 kW时，生产透明浮法玻璃熔化能力可以达到660 t/d。在日熔化量600 t时，曾在电助熔1区开启95 kW、电助熔2区开启630 kW，共计725 kW;以后调整为电助熔1区开启190 kW、电助熔2区开启245 kW，共计435 kW。在使用电助熔期间，燃料消耗和玻璃质量无明显变化。开启电助熔后，当试图降低毯料区燃料量时发现料堆有偏远趋势，因担心玻璃质量波动燃料没有减少。电助熔功率调整过程中，熔化区前端池底玻璃上升15度，3号小炉池底温度略有下降。由于当地环保要求严格控制玻璃生产线的熔化吨位上限，加之为适应市场需求经常生产2 mm及以下薄玻璃而降低拉引量，因此该生产线在正常熔化量范围内时，电助熔系统不再启动。

需要说明的是，上述两条浮法玻璃生产线的熔窑都使用了水冷却的鼓泡系统，鼓泡的位置在熔窑热点前的4号小炉区域。

4 电助熔系统选用与安全

值得注意的是，生产颜色玻璃时采用水冷却鼓泡器的做法越来越普及，鼓泡时提升了所有熔化部玻璃的窑底温度(包括投料口池底)。投料口电加热主要提升投料口温度,安装鼓泡系统的成本和操作费用比投料口电助熔系统要低，因此生产普通颜色玻璃安装鼓泡器以后一般不安装投料口电助熔系统，但是对于大吨位且生产高含铁量颜色玻璃的熔窑使用电助熔系统还是很有效的。

电助熔系统使用了高电压(典型的达到300 V)就会产生相应的安全问题,因此必需安装安全防护装置。投料机、冷却水管，鼓泡器和窑低热电偶等都应做电绝缘，并要适当接地保护，否则这些设备会因漏电造成人员伤害且使自身过早损坏。熔窑卡脖大水管和搅拌器不需防护，因为在此区域所测得的漏电电压可以忽略不计，但是不允许在投料口使用任何导电的工具。

在生产过程中电助熔系统的安全管理工作是非常重要的。国内某生产线就因为更换鼓泡器过程中未恢复电绝缘措施，导致电助熔系统被迫关闭，造成生产波动。

5 结 论

电助熔系统1988年在瑞典浮法玻璃生产线开始生产应用，21世纪初在国外该技术已完全成熟[4]。电助熔系统应用在国内浮法玻璃生产线尚未普及，仅有少数生产浮法颜色玻璃生产线使用，其工艺设计及设备系统源头大多来自于英国某专业公司。

使用电助熔系统的一些国内浮法玻璃生产线，在电助熔操作技术上，特别是对电助熔工艺技术还未做到融会贯通，因此产生很多模糊认识和误解，导致电助熔系统不能充分发挥应有作用甚至长期停用。当然，有的电助熔系统过于控制投资造价，造成实际运行中调整不灵活、工艺条件适应性差，工艺设计者与生产操作者脱节，这都是电助熔系统使用过程中存在的问题。因此，浮法玻璃行业有关专业技术人员应相互学习、联合攻关，建立比较完善的浮法玻璃电助熔技术体系和管理体系，让该技术尽快成为浮法玻璃行业节能减排的有力措施。