玻璃窑炉发展趋势及需要重视的问题

陈兴孝

前言

我国玻璃窑炉经过近几十年的快速发展（国外上百年的快速发展），经过玻璃工业行业及专业窑炉公司工程技术人员反复实践，特别是玻璃窑炉仿真技术的应用，玻璃窑炉的基本结构已经确定下来。窑炉的改进也只是局部小的调整及改善。随着国内产业化的调整，集约化趋势越来越高，新型耐火材料的出现及应用，能源结构的变化及新的燃烧系统、新的附属设备出现及改进，以及我们在为各企业服务的过程中，所遇到的一些问题，就国内玻璃窑炉发展趋势及需要注意的一些问题，向各位领导及同仁作一个简单的汇报；由于本人站的高度不高以及知识面的局限性，所述不一定正确，这里只起一个抛砖引玉的作用。

一、玻璃窑炉的大型化

对于产品颜色比较单一的玻璃（不经常换颜色），窑炉大型化有许多好处：

1、窑炉投资省：大窑炉投资与小窑炉投资不是按线性比例增加。比如：熔化面积㎡窑炉代替两个60㎡窑炉，仅熔化池就少两壁池墙，少两个小炉及蓄热室；熔化面积㎡窑炉与㎡窑炉甚至㎡窑炉蓄热室不会有太大的差别;包括加料设备、燃烧控制系统，窑炉操作工人（司炉工、仅此一项年节省人工费20万元以上）、维护管理人员。

2、窑炉占地面积少;

3、能耗低：大窑炉炉体表面积及表面散热不呈线性比例增加；孔口溢流损失相差不大；烟气排放带走的热量也不随熔化面积增加呈线性比例增加；据国外数据资料统计，熔化面积扩大1.8倍，出料量扩大2.2倍，生产成本减少11%；

4、能更好的配备更先进的成型设备，比如12组双滴料行列机、12组3滴料行列机等等。

玻璃窑炉大型化仍需注意以下问题:

1)窑炉的大型化，不是简单的把窑炉面积做大，而是在做大的基础上同时做好窑炉日常运行过程中的精细化管理。目前，国内很多厂家在前端料道、成型方面都做得很不错，例如料道九点测温、小口压吹工艺的掌握。但一些日用玻璃生产厂家对窑炉的后端重视还不够，特别是在原材料的管理上。浮法玻璃生产厂家在原材料的管理上就比较精细，值得我们学习、借鉴。现在很多玻璃厂也专门建起了配料房，然而不是仅仅修建一座配料房，上一套配料系统就实现了精细化管理。我们还需做好原材料的稳定性管理，例如原材料的颗粒度及颗粒级配管理、化学成份的稳定性管理、配合料含水率的管理。

2）窑炉大型化之后，想要发挥更好的效益，就要做好玻璃窑炉日常运行过程中的“四稳”即温度稳定、出料量稳定、窑压稳定、气氛稳定。一些厂因为订单增多，就大幅提高窑炉温度，以此来增加出料量，这对窑炉的寿命有极大的影响，违背了精细化管理的理念。有的厂窑炉内的压力波动较大，这对窑炉的损伤比较大。玻璃窑炉各个点气氛的稳定对产品的品质有着很积极的作用。

3）关于玻璃窑炉气氛稳定性的控制，不仅仅是控制窑炉燃烧气氛的氧化还原性，还要控制加入窑炉中配合料的氧化还原势（REDOX）,后者往往起到更重要的作用；玻璃配合料的氧化还原势（REDOX）主要是由加入氧化剂和还原剂构成，另外还要考虑这些原料中常含有一些有机物或碳物质（原料的COD值）。玻璃窑炉REDOX数的精准控制，在生产中有如下好处：

①通过控制配合料的氧化还原势（REDOX）对玻璃着色的色差、透过率影响较大，通过计算配合料的氧化还原数，调整有关原料的氧化还原程度可以使玻璃熔体具有满足形成所需色泽的条件，达到控制玻璃瓶色泽的目的。

②在玻璃的熔化过程中，要使熔化-澄清过程合理（特别是以芒硝作为澄清剂），就要控制REDOX数，以促进玻璃中二氧化硫逸出最多，二氧化硫含量不足会造成气泡问题，通过升高炉温排除气泡的方法，增加了窑炉的热负荷，缩短了窑炉寿命，同时也增加了玻璃生产的能耗。

综上，控制合理的氧化还原势（REDOX）,有助于提高出料量，减少玻璃液中的气泡、疵点，提高玻璃液的均匀性，同时还能节省燃料、延长窑龄，减少芒硝微粒和SOx烟气的排放量。

二、以电代气的窑炉会越来越多

由于国内大型水利设施的增加及完善，水电站、风力发电、太阳能发电等可再生能源的发电量增加，电价下降，国内部分地区己经要求以电代气，电在玻璃窑炉中的应用越来越广泛。

1、大型玻璃窑炉普遍采用电助熔

玻璃窑炉大型化受结构安全性的影响，有一定的极限性和局限性，而电极在玻璃窑炉中的布置比较方便活动，在窑炉中增加电助熔系统，提高炉内玻璃液的温度，既可以提高出料量又能改善玻璃制品的品质，还能减少烟气排放，提高整个窑炉的热效率；

2、全电熔窑炉应用越来越广泛

由于电价的影响，电熔炉现在主要用在一些特殊玻璃（如硼硅酸盐玻璃、乳浊玻璃…）及特殊地区（如机场附近限制高烟囱…），电熔炉是上部加料（冷炉顶），下部出料（垂直熔化），它不但可以减少硼、氟的挥发，还可以减少硼玻璃及乳浊玻璃的分层，提高玻璃质量。在目前环保持续高压下，若电价进一步下降，电熔炉应用会越来越广泛。

三、全氧窑炉的较大范围的应用

全氧燃烧窑炉，由于火焰温度高，对一些难熔玻璃有优势；全氧燃烧窑炉烟气排放量低、对环境影响较小；全氧燃烧窑炉炉内富含羟基（-OH）可提高玻璃白度及折射率，减少玻璃配方中氧化剂的使用量。目前影响全氧窑炉推广受阻的主要原因是运行成本太高，由于电价下降，以及氧枪结构改进，火焰长度的增加，全氧燃烧窑炉运用会越来越多。

四、传统火焰窑炉与全氧窑炉的结合

玻璃窑炉大型化受结构安全性的影响、受火焰长度的影响，窑炉的大型化有一定的局限性，若结合全氧窑的一些特性，提高玻璃液质量，还可以提高产量。发挥传统火焰窑炉与全氧窑炉各自的优势，（我们公司目前正在研发这种有机结合的新型窑炉），即可提高窑炉的产量、玻璃液的质量，还可降低环保处理的费用。

五、清洁能源的广泛应用

由于煤碳与天然气存在较大的价格差异，有许多厂还是不太愿意使用天然气。但是天然气燃烧后产生的废气比燃发生炉煤气产生的废气要少20%以上，天然气中硫含量低、几乎不含粉尘、若在源头控制氮氧化物，天然气燃烧后尾气处理的环保设备规模要比烧煤气的规模小20%以上（可以不用脱硫设备），因此环保设施投资省；由于废气中可处理的硫化物、粉尘量少，因而环保设施处置量少，所以环保设施寿命长。

同等规模的窑炉烧天然气环保处理的费用只占烧煤气的25%～35%，另外，烧天然气窑炉炉温稳定，产品质量、产品合格率都有提高，特别是高白料、精白料等高附加值产品，同样的原材料，产品白度会有较大提高。因此从综合成本来比较，烧天然气并不比烧煤的高。

在联合国75大会上，习主席宣布：我国力争在前实现碳中和。因此我国的天然气供应渠道会更加多样化，天然气供应量会更加稳定。最近日本东芝等企业宣布，不再接烧煤的发电厂设备订单。因此大规模使用清洁能源只是时间问题。

六、窑炉火焰燃烧状态的精准控制

由于老百姓对蓝天白云的渴望，国家对污染源、对工业窑炉的排放要求会越来越高。工业窑炉从源头控制氮氧化物的生成，减少氮氧化物的生成量，既可降低环保设施的投资（规模小），又可延长环保设施的寿命（处理量少），降低生产成本。要减少氮氧化物在窑炉的生成量，要对窑炉火焰的燃烧状态进行精准控制，即要防止氮氧化物大量的生成，还要防止火焰燃烧不完全，产生其他污染及能源浪费。

七、改变配合料导热性的加料设备及加料方式

目前国内绝大多数玻璃配合料是粉料及碎玻璃，它是疏松的，其导热性很差。而且加料设备只是简单的代替人工，将配合料推进炉内，绝大多数加料设备推头（推耙）的运动轨迹呈直线，即往复的直线运动。这类加料设备只是将配合料推进炉内，它没有改变配合料的导热性。国内前几年（实际在二十多年前）有类似压煤球的设备，将配合料压成块，使得配合料变得紧密，从而改变配合料的导热性，但是由于运行成本高，致使推广困难。

在二十年前我国从国外引进的窑炉配有一种裹入式加料机，加料时它把配合料往玻璃液中挤压，下面的高温玻璃液冒起来，能较好的填充配合料中的部分气孔，而且裹入式加料机推耙上抬收回时，还要带一些玻璃液起来覆盖在配合料表面，从而改变了配合料的导热性；这种加料机还能左、中、右三个方向任意调整加料次数，使配合料一小堆一小堆分布在玻璃液表面，实现了真正意义上的“薄层加料”。详见我公司开发的裹入式加料机加料效果图（图1、图2)。

图1

图2

前几年国内有企业仿造过这种加料机，由于消化吸收不够（貌似神离），它的推头运动轨迹是一个圆而不是曲线（类似椭圆），而且推耙是一个悬臂梁结构，很容易坏，影响了它的推广。我公司对裹入式加料机进行了深入研究、模拟了其加料方式及运动轨迹（详见加料机动画）。

据资料介绍：裹入式加料机可以节能5%左右、而且还可减少配合料对池壁砖的腐蚀，相信会有广泛的应用。

八、改善助燃空气系统的密封性，提高排烟温度，满足环保低温脱硝的要求

现在环保低温脱硝设备，要求烟气温度在℃～℃（现在有的低温脱硝设备，要求不低于℃），而我们单通道蓄热室，在格子体高度是11米左右，在蓄热室出口，我们检测过其温度在℃～℃，有时甚至更高（视熔化温度高低变化），三通道蓄热室三室（小空气蓄热室）顶部检测有℃～℃，有时甚至更高（视熔化温度高低变化）。有的企业进环保设备烟气温度偏低，又用燃料加热烟气，多耗用能源；这不仅增加能源消耗，而且会增加烟气量，增加排烟设备的负担。据我们了解烟气温度的急剧下降，是蓄热室出口以后设备漏气所致，助燃空气系统特别是空气交换器设计不合理，加工制作粗糙，安装不到位，以及其他结构漏气性较大，才导致进环保设施时烟气温度偏低。淘汰不合理的助燃空气系统，增加该段设备的气密性，是需要我们广大玻璃生产企业注意的问题。

九、窑炉建造的模块化，提高建炉速度及质量

现在玻璃窑炉的砖材型状、砖体大小及砌筑模式，跟几十年前没有质的差别。工作环境差、劳动强度大、效率低、质量不高是窑炉建筑行业现状。因此整个行业年青人不愿参与，专业技术工人青黄不接，整个建炉行业水平技术堪忧，甚至影响整个玻璃行业的发展（玻璃窑炉寿命短）。现在整个国际国内、各行各业机械化、自动化、智能化是社会发展的趋势，如何以机械化、自动化代替人工砌筑，减轻或减少人工繁重的体力劳动己经形成趋势，大的生产流水线层出不穷；把窑炉砌体模块化，在工厂进行砌筑，能很好发挥机械手、机器人的作用，到时将模块运至现场安装，既提高了砌筑安装速度，又能提高砌筑质量，这是社会发展的需要，也是历史的必然。

十、建立专门的配合料生产企业，集中制备配合料

我们生产的玻璃制品比如酒瓶的化学成份差不多，主要的原料也几乎是一样的，都有石英砂、纯碱、方解石（氧化铝）、长石、白云石等，只是量（也有原料品质上的差异）上有微小的差别。现在不少省、市地区，都设置了玻璃工业园区，这为我们集中搞配合料工厂创造了条件，集中搞配合料有许多好处:

1、玻璃原料集中采购费用低：由于采购的量大、原料的采购单价及集中运输成本都能达到最优化。而且节约差旅费，节约人力。国外优质石英砂，量大运到岸的价格比国内便宜；土耳其的无水硼砂在国内就很有竞争力。而且对我们国家的环境资源及青山绿水都是一种保护;

2、配料设备充分利用、降低了设备拆旧摊销费用：一般一个日产几十上百吨的企业，去建一个配合料车间很不合算，即要占用地皮，而且设备利用率也低，还要建除尘系统，固定资产拆旧摊在配合料中的成本高；在空气湿度较大的地区，配合料中吸潮比较厉害的原料，很容易附着在设备上，增加维护保养费用。

3、环保设施利用效率更高，一般小厂都不愿意再上配料系统的环保设施。集中搞环保设施比各个单位自己搞摊销到每吨配合料中成本都低，集中上环保设施也便于粉尘的处理，也符合国家集约化的生产的产业政策;

4、可集中建立玻璃理化实验室，能科学指导生产：现在许多规模不大的企业，没有自己的理化实验室，对进厂的玻璃原材料不能及时分析化验，对产品的理化性能也掌握不了，生产过程中问题的分析纯粹是凭经验，甚至有时是“瞎子摸象”，耽误了解决问题的时间;

5、可优化玻璃配方，不养闲人，不用每个生产企业配置配方管理人员。可最大程度优化玻璃配方，减少资源的浪费，降低配合料成本；还节约能源，延长窑炉寿命;

6、从现在水泥行业的经验看，从卖水泥到卖混凝土，混凝土的标号有保障，提高了混凝土的质量，还减少库房，避免施工现场粉尘及污水的污染。

随着大生产社会分工越来越细、越来越专业，建立专门的配合料生产企业，改变一些分散的、小型的、落后的生产工艺，集中提供适合各种玻璃生产的玻璃配合料是集约化生产的另外一种形式，是社会发展的必然需求。炉料问题解决了，就是解决玻璃生产企业龙头环节的技术问题，他们没有后顾之忧，这样玻璃制品生产企业就可以集中精力搞市场，生产市场上需要的好产品。

十一、窑炉标准化、规范化是一个长期的、贯穿始终的过程

由于玻璃生产企业受自身条件的限制，诸如技术力量、管理水平、现场条件、能源结构、玻璃种类、原料供应、产品结构、…等因素的影响，使玻璃窑炉标准化非常困难。但为达到窑炉优质、高效、低排放、长炉龄、低成本等目标，玻璃窑炉标准化是一个必须坚持的、那怕是长久的工作。虽然近年取得了很多可喜的进步，但是目前国内行业还是不够，需要更进一步规范化，包括设计、建炉、烤炉、耐材管控、自动化、智能化控制和窑炉日常运行、维护保养等各环节需要引起各位高度重视，共同努力！