Emisshield涂料在玻璃窑炉节能降耗方面的研究应用

刘宜忠

（东莞南玻太阳能玻璃有限公司 东莞 523141）

0 引言

某公司浮法线于2015年4月9日顺利点火，目前该浮法线熔窑玻璃单位热耗在行业同类浮法线中一直保持较低的水平，且产品质量优异，可用于深加工、太阳能背板等，并长期稳定供应。该司浮法线熔窑能耗水平处于行业领先地位，主要是从熔窑设计、工艺技术应用、窑体砌筑及新型保温涂料使用等各方面结合的结果。本文立足于该公司浮法生产线熔窑实际工艺配置及新型保温涂料的应用，结合生产实际和熔窑能耗控制分析其在窑炉节能降耗方面的应用。

1 Emisshield材料作用原理

1.1 Emisshield涂料

Emisshield涂料是一种人工合成的高辐射陶瓷涂料，该材料在国内目前主要用于玻纤窑和瓶罐窑。其主要成分：94%SiO2、4%B2O3、 0.7%Al2O3、0.2%CaO＋MgO，密度1.63 g/cm3，pH值9.27，喷涂料固体含量60%，涂层厚度为0.2 mm。

1.2 Emisshield涂料作用原理

浮法玻璃生产窑炉中燃料燃烧产生的热量有将近30%是以散热的形式损失掉。Emisshield 涂料喷涂于熔窑熔化部及澄清部的耐火材料内表面，喷涂后所形成的表层的发射率可以达到0.9，而未经过喷涂的玻璃窑炉的耐火材料的发射率仅为0.4～0.6，通过提高窑炉耐火材料的发射系数，吸收窑内对流热量，再发射到低温物料上，减少了透过窑炉耐火材料损失的热量和烟气带走的热量，达到了提高热效率，减少燃料消耗的目的。该产品在1650 ℃ 高温下依然可以持续有效，因而适用于玻璃窑炉。Emisshield 涂料与砖体的黏结力高于涂层间的黏结力，当耐火材料与涂料受到热震冲击时，涂层内纳米材料分子随着喷涂基体的膨胀而延展，以抵消热震产生的剥离力；此外，Emisshield 涂料使用的硅酸盐质无机黏合剂，具有耐酸碱侵蚀性，同时该材料喷涂后可完全遮盖基体表面，所以适合应用到窑炉受侵蚀较严重的部位。新型保温涂料的应用在降低熔窑温度的同时也明显降低了熔窑耐材作业温度，从而减少侵蚀，延长窑龄，对熔窑结构安全有正面作用。

为使Emisshield材料保持高的效率，涂层表面的温度必须高于物料的温度，窑内玻璃液和物料的温度都较火焰空间温度低，符合这个要求。由斯特藩-玻尔兹曼定律可以用以下公式来表示：

式中：s——斯特藩-玻耳兹曼常数，s＝5.67×10-8W/（m2· K4）；

e——表面辐射系数，其值在0和1之间，由物体表面性质决定；

Tc——内壁涂层的温度，K；

Tl——玻璃液的温度，K。

从式（1）可以看出，Emisshield吸收和再辐射的热量在涂层表面和窑内物料温差达到最大时最多。因此，在炉壁冷面做好保温和物料在即将被熔化的位置节省能量是最大的。在玻璃液面以上应用Emisshield材料以后，涂层从烟气中吸收更多的对流热量并将其再辐射到玻璃液上面，结果便是烟气带走的热量减少而更多的热量被用于加热玻璃液。因为过度加热会改变玻璃液的黏度、流动性等工作性能，影响后续工艺，生产者往往不愿意此类情况发生，因此公式中必须有其他的因子调整以使公式重新回到原先的平衡状态。这个因子只可能是降低涂层表面温度和窑内烟气温度，即通过减少能源的输入达到相关要求，同时还达到了节能的效果。

2 Emisshield材料在玻璃窑炉的实际应用

2.1 该生产线熔化工艺技术配置

（1）该浮法玻璃生产线熔化能力700 t/d，窑宽采用13.3 m大跨度窑池。池底设置台阶，按照当时最新700 t/d熔窑结构设计。卡脖入口前8.6 m

池底升高100 mm；前4.0 m升高100 mm。减少从澄清部回流到熔化带的重复加热的玻璃液量。熔化部池深1260 mm。

（2）池底设置鼓泡，使用国产无水冷型干式鼓泡器。24只鼓泡器位于4号炉中心线后1050 mm。通过鼓泡可以提高窑内玻璃液流速，加快熔化速度，提高澄清质量。

（3）采用进口麦克森（MAXON）全氧0#氧枪。位于1#小炉前方胸墙两侧不间断燃烧。

（4）熔窑设计6对小炉，其中2#、 3#、 5#小炉使用4支喷枪，1#、 4#小 炉使用3支喷枪，6#小炉使用2支喷枪（实际安装1支）。借鉴捷克GS公司天然气喷枪燃烧经验，达到燃烧效率最大化。

（5）使用一定程度的富氧助燃技术。将气站生产氮气而产生的约2150 m3/h的富氧引入到蓄热室助燃约2150 m3/h（从蓄热室底部通入1#～ 3#炉）。

（6）首次使用新型进口高发射率Emisshield涂料（天津新世纪代理）在大碹和胸墙硅砖内表面冷态喷涂形成约0.2 mm的涂层，在烤窑过程中和硅砖烧结融为一体。通过提高窑炉发射系数，吸收窑内对流热量，再发射到低温物料上，减少了透过窑炉耐火材料损失的热量和烟气带走的热量，达到了提高热效率，减少燃料消耗的目的。

2.2 Emisshield涂料的实际应用

该浮法线首次使用新型进口Emisshield涂料，喷涂面积约为743 m2。在使用的一年多时间内，未发现该喷涂对烤窑硅砖膨胀及后续生产的玻璃质量有任何影响。目前该浮法熔窑结构完好，熔窑能耗低，产品质量优异，可证明该材料对其生产无任何负面影响。

2.3 Emisshield涂料应用效果

自该浮法线使用此涂料后，技术人员密切跟踪熔窑大碹使用情况，第6年和第8年窑炉内窥检查图片见图1、图2。可以看到大碹内表面完好，未出现鼠洞等异常，进一步说明此涂料对大碹的保护和辐射热量反射的作用。

图1 2021年8月10日该熔窑使用第6年内窥检查图片

图2 2023年2月23日该熔窑使用第8年内窥检查图片

3 Emisshield材料对窑炉能耗的影响

3.1 理论能耗测算

根据熔窑热点温度变化，经过理论计算得到使用高发射性喷涂料节能后的理论节能效果。通过排除其他设计对工艺影响来进行对比，采用Emisshield高发射率保温涂料后除减少熔窑散热，其发射作用使熔制温度降低10 ℃以上，大幅度降低了燃料供给。该浮法线拉引量为700 t/d时热点温度手测1540 ℃，相比其他浮法线拉引量为700 t/d时热点温度降低10～20 ℃，计算节能效率按降低热点温度10 ℃计算，由e·s·，推 算 节 能 效 率DEŋ＝（E1－E2）/℃）计算结果为2.2%。理论计算新型保温节能涂料的节能效率最大可达2.2%。

3.2 实际能耗测算

通过比较两条700 t/d普白浮法生产线总的能耗差异，折算到统一工况下的能耗，剔除其它因素的影响，得到使用高发射性喷涂料的实际节能效果。

1#浮法线为使用高发射率涂料的生产线，2#～ 3#浮法线选取该公司同吨位浮法线进行对比，投产运行稳定后的能耗曲线见图3，各项指标对比分析，见表1。

图3 投产运行稳定后能耗曲线

对比1#浮法线和3#浮法线，能耗差异影响主要在于大碹喷涂和0#氧枪，相比较3#浮法线，1#节能效率约4.11%。

对比1#浮法线和2#浮法线，能耗差异影响主要在于大碹喷涂和碎玻璃比例，相比较2#浮法线，1#节能效率约3.72%。

2015年11月，对该浮法线验收时，测算的0#氧枪和其他设计的节能效率约3%，这样可估算新型保温涂料的节能效率约2%。

3.3 Emisshield涂料抗衰减性能测试

该700 t/d浮法线根据设计院及其研发中心测算，第一年综合能耗指标定为5233 kJ/kg。随着窑炉连续性使用和性能衰减，每年综合能耗根据同行业分析调研及客观规律，按每年增加1.2%计算该年能耗指标，具体如表2所示。

表2 该700 t/d浮法线综合能耗指标 kJ/kg

在实际运行过程中，技术人员对其窑炉大碹涂料抗衰减性能进行深入分析和对比。取2022年（即该浮法窑炉运行的第7年）全年平均综合能耗为5446 kJ/kg（表3）。比预期指标5622 kJ/ kg，有明显降低，相较于指标节能3.1%。但因其窑炉运行过程，影响能耗因素较为复杂，只能判断Emisshield涂料在运行第7年仍然具有一定的节能效果。

表3 2022年浮法线实际综合能耗 kJ/kg

4 结语

新型进口Emisshield保温涂料在浮法熔窑中的应用是可行的，其节能效果明显，值得在行业内应用推广。通过测算，其实际运行节能效果约2%（理论测算节能效果2.2%），对窑炉运行经济效益具有重大的助益，且在运行7年后仍有一定的效果，说明其抗衰减性能也较为突出。此涂料对大碹耐材的保护效果也比较突出，运行8年其熔窑大碹仍完好未发现鼠洞，对延长窑炉寿命具有积极的作用。