新型熔窑地坑结构应用改进

朱勤 武林雨 袁伟 黄才富 罗建军 曹联会

（广西南玻新能源材料科技有限公司 北海 536100）

0 引言

玻璃行业是国家发展过程中必不可少的基础制造业之一，但同时也是一个高耗能、高排放的行业。玻璃是非晶无机非金属材料，广泛应用于建筑物、设备新材料、科技等领域。近年来，受中国巨大的消费增长潜力、丰富的原材料、低廉的劳动力以及光伏能源政策契机等影响，许多国内外知名厂商纷纷投资新的生产基地，带动了行业的技术进步和规模扩张。

玻璃窑炉窑型众多，随着科学技术的不断进步，近年玻璃窑炉在建设实践中进步的标志是：高效、低耗、长炉龄和大型化。尤其在光伏玻璃行业，窑炉趋向大型化发展，如1000 t/d以上一窑五线、六线、八线等玻璃窑炉的建设拔地而起。这种超大型窑炉占地面积大、厂房跨距大，因窑炉燃烧方式（空气换向助燃模式）特点，需砌筑蓄热室实现热量储存及传导传热，利用高温废气加热助燃空气，提高火焰燃烧温度，保证熔窑处于持续稳定高温状态。而蓄热室占地空间较大，通常为提高蓄热能力而采用加高格子体的方式，这必然会增加蓄热室的高度，最高可达15 m以上，传统做法：一是向下挖地坑，将蓄热室及配套烟道系统布置于-10～-12 m地坑内；二是向下挖少量地坑，将蓄热室及配套烟道系统布置于-3～-5 m地坑内，上部采用二层结构形式。两种传统做法，在行业内实际应用中均较为成熟。本文引用新型无地坑熔窑基础结构，规避地坑结构的劣势，与传统地坑结构形式相比，具有投资省、基建工程量小、建设周期短、节约土地等一系列优点。

1 建造工序对比

1.1 传统熔窑地坑建造工序

传统熔窑地坑建造方式采用向下挖地坑方式，如图1所示。

图1 窑炉地坑部位

向下挖地坑方式主要工序：

①地勘监测，确定地质情况；

②采用大型设备向下挖地坑，至-10～-15 m（或-3～-5 m）；

③打桩基，预防沉降问题；

④底部铺设筏板，预防地下水问题；

⑤地坑四周做水泥剪力墙，外侧做防水处理，防止雨水淹没；

⑥土方回填；

⑦底部做窑炉水泥支撑柱，两侧建造厂房。

1.2 新型无地坑熔窑建造工序

无地坑熔窑基础标高如图2所示，其主要建造工序有3道：①地勘监测，确定地质情况；②地面打桩基，无需考虑地下水问题，因此不用做筏板；③底部做水泥承台、支撑柱，两侧建造厂房。

图2 无地坑熔窑基础标高示意

2 对比分析

2.1 带地坑熔窑结构

传统带地坑熔窑（图3）采用向下挖掘的方 式，熔窑建造期间，窑底设备及材料运输、安装非常不便。熔窑运行期间，设备及熔窑的维护也会增加难度。由于其窑底处于地平面以下，会有地下水渗透的问题，在大雨台风天气，还会有窑底大量灌水的风险。由于其蓄热室、烟道与风机同处于一个地坑，蓄热室烟道溢出的热量会影响风机的散热效率，加大了能源的损耗。

图3 带地坑熔窑结构

2.2 无地坑熔窑结构

无地坑熔窑在结构（图4）上改进了传统挖地坑方式的缺点，将熔窑底部设为0平面，直接在地面打桩、做承台。这种结构在设备、材料运输，防水，能耗上都具备一定的优势。

图4 无地坑熔窑结构

2.3 窑底设备材料运输

传统带地坑熔窑，其大部分风机（L吊墙风机、池壁风机、助燃风机）和部分工艺管道都安装在地坑底部，还有建造烟道、蓄热室用的耐火材料，也需要运输至地坑处。在熔窑建设阶段，需要吊装设备将熔窑设备、材料转移至窑底，拖慢熔窑建造进度。而无地坑熔窑结构上，其底部与地面齐平，可直接使用工程车将设备（风机、闸板）及建造材料（工艺管道、耐火材料）运输至窑底，提高了熔窑的建设效率。在熔窑运行期间，也便于设备及熔窑的维护。

2.4 地坑灌水问题

传统带地坑的熔窑，由于地坑位于地平面以下，会有地下水渗透的问题，传统解决方式是在窑底建造防水沟渠，定期抽水。在雨水、台风天气，更有窑底大量灌水的风险。无地坑结构，窑底与地平面平齐，从而彻底规避了渗水、灌水等问题，提高了熔窑运行的稳定性。

2.5 地坑建造周期

新型无地坑结构基础在建造工序上进行了大量缩减，其中最大优化是省去了繁琐的土方工程，使得建造效率提升了约1倍，虽然在地平面以上二层结构建造中支撑柱等有所加高，但均符合建筑规范相关要求，且在现有施工技术条件下，基本未受影响。

2.6 能耗

2.6.1 冷却设备能耗计算

熔窑无地坑结构使得窑底具备良好的通风效果，通风系统冷却设备运行效率增大，设备运行能耗降低明显，如表1所示。

表1 通风系统冷却设备节电效益

由表1计算得出：窑底环境温度降低的同时，冷却设备运行效率提高，成本明显降低。

2.6.2 助燃设备能耗计算

窑底环境温度改善后，设备运行整体效果良好，其中助燃风机引风口按照设计布置于窑底分割空间内，空气温度较传统地坑模式温度预估升高10 ℃，热空气进入窑内参与燃烧，进一步提高了热效率。根据热量守恒定律，物质吸收与放出热量守恒。以1200 t/d熔窑空气助燃为例，当助燃空气热量增加时，与天然气在窑内混合燃烧，总热量增加，若玻璃熔化需求热量不变，则可减少天然气需求量：

式中：Q——热量，kJ/h；

c——比热容，kJ/（m3·℃）；

m——助燃风量，Nm3/h，以1200 t/d熔窑空气助燃所需量为例；

Dt——温度变化量，℃。

空气比热容理论设定1.2975 kJ/（m3·℃），助燃风量以1200 t/d熔窑空气助燃方式为例，需83000 Nm3/h，由公式可得，助燃风热量增加量Q为1076925 kJ/h，取天然气热值34325 kJ/h，则可节省燃料量31.4 Nm3/h。

因此，实施新型地坑模式，将冷热空间隔离后，不仅减少了窑炉热能散失量，同时将热能重复回收利用，一定程度上节约了燃料用量，实现了较为可观的经济效益。

3 结语

我国玻璃熔窑近50年的发展中，从最开始的300吨九机窑到如今的千吨级特大型玻璃熔窑，建造工艺愈发成熟。为熔窑稳定运行和节能增效，无地坑结构的玻璃熔窑通过直接在地面打桩，减少了挖坑步骤和土建工程量，规避了传统地坑带来的渗水隐患，提高了建造效率，增强了风机的冷却效率，达到了提高建造效率和节约成本的目的，也增强了熔窑的维护效率和运行稳定。