在1980年以前，國(guó)內(nèi)玻璃熔窯的基本情況是：熔窯噸位小、最大噸位300t/d(九機(jī)窯)，最大熔化部池寬只有9m左右，蓄熱室格子體高度一般為5~6m;燃料以發(fā)生爐煤氣為主，單位能耗高，普遍超過(guò)2000kcal/kg玻璃(1kcal=4.1868kJ);砌筑玻璃熔窯所用的耐火材料質(zhì)量差，耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕性能都比較弱;窯齡短，一般不超過(guò)3年。隨著玻璃制品需求量的不斷增加，特別是國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)行業(yè)開始起步發(fā)展，推動(dòng)了平板玻璃工業(yè)的快速發(fā)展。設(shè)計(jì)建造大噸位、低能耗、生產(chǎn)高質(zhì)量浮法玻璃的任務(wù)迫在眉睫。
在1980年之后的10年間，國(guó)內(nèi)開始自行設(shè)計(jì)建造了洛陽(yáng)、太原、秦皇島、沈陽(yáng)四座500t/d級(jí)的浮法玻璃熔窯。熔化部池寬10m左右，蓄熱室格子體加高到8m左右，燃料開始采用重油或焦?fàn)t煤氣。這幾座熔窯的建成投產(chǎn)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)的玻璃熔窯設(shè)計(jì)水平已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有很大差距。由于當(dāng)時(shí)的條件，這四座浮法玻璃熔窯不同程度地存在一些問(wèn)題，熔化區(qū)池寬基本合適，但池長(zhǎng)有余，小爐對(duì)數(shù)過(guò)多，熔化率太低，單位能耗高，熔化能力不能達(dá)標(biāo)，玻璃質(zhì)量一般。雖然有許多不足之處，但與1980年之前相比，這10年間國(guó)內(nèi)浮法玻璃熔窯技術(shù)還是有了比較大的進(jìn)步。從窯形主體尺寸、熔化率、能耗指標(biāo)等數(shù)據(jù)的確定，投料口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，前臉L形吊墻、卡脖吊墻的應(yīng)用，到窯體各部位耐火材料的選配，都積累了比較多的經(jīng)驗(yàn)，80年代以前延續(xù)了多年的一些老傳統(tǒng)落后做法已不再延用。引進(jìn)國(guó)外浮法玻璃熔窯先進(jìn)技術(shù)
1990年，由當(dāng)時(shí)的國(guó)家建材局牽頭，秦皇島、蚌埠、杭州三個(gè)玻璃設(shè)計(jì)院參加，引進(jìn)了美國(guó)托萊多公司(TECO)浮法玻璃熔窯技術(shù)，首先應(yīng)用于內(nèi)蒙古通遼玻璃廠的浮法玻璃熔窯改造，將原250t/d小型浮法熔窯改造成了400t/d中型浮法熔窯，于1992年建成投產(chǎn)。經(jīng)考核：熔化能力、熔化率、單位能耗和玻璃質(zhì)量全部達(dá)標(biāo)。
通過(guò)這次浮法熔窯技術(shù)引進(jìn)，使國(guó)內(nèi)的玻璃熔窯設(shè)計(jì)水平上了一個(gè)較大臺(tái)階：從熔窯各部位工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)、各部位耐火材料的選配、關(guān)鍵部位窯體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造做法、窯體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、窯體不同部位磚結(jié)構(gòu)砌筑特點(diǎn)和要求、烤窯升溫曲線控制以及浮法玻璃熔窯的自動(dòng)控制系統(tǒng)等，都比較接近或達(dá)到了國(guó)外先進(jìn)水平。此次玻璃熔窯技術(shù)引進(jìn)是很成功的，基本實(shí)現(xiàn)了與國(guó)外浮法玻璃熔窯技術(shù)的接軌，為后來(lái)國(guó)內(nèi)浮法玻璃工業(yè)的迅猛發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。通遼400t/d浮法玻璃熔窯投產(chǎn)后，在玻璃市場(chǎng)行情的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)建造了一大批400~500t/d級(jí)的浮法線。以秦皇島耀華國(guó)投線500t/d浮法線為代表，當(dāng)時(shí)定名為“秦皇島耀華500t/d浮法玻璃示范線”，后來(lái)改稱為“國(guó)投線”。由當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的三大玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)院分別設(shè)計(jì)熔窯、錫槽、退火窯，秦皇島院負(fù)責(zé)熔窯設(shè)計(jì)。
耀華500t/d浮法示范線熔窯1996年4月建成投產(chǎn)，熔化能力、熔化率、單位能耗等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)很快全面達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，浮法玻璃質(zhì)量屬全國(guó)一流。2008年，因北京奧運(yùn)會(huì)要求大氣環(huán)境達(dá)標(biāo)而停止運(yùn)行了華北地區(qū)多座玻璃熔窯，秦皇島耀華國(guó)投線500t/d熔窯也在停窯之列，至此，該熔窯連續(xù)運(yùn)行了12年多，是迄今為止國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的浮法玻璃熔窯運(yùn)行壽命最長(zhǎng)的熔窯。上世紀(jì)末以前國(guó)外的浮法玻璃熔窯技術(shù)基本情況：①熔化能力為400~800t/d,②玻璃熔窯熱效率為35%~55%,③普通鈉鈣硅原料玻璃的理論熔化熱量638~748kcal/kg玻璃,④生產(chǎn)中的單位能耗為5300~8500kJ(1260-2020kcal)/kg玻璃，⑤融化鈉鈣玻璃的熔化率一般是2~3t/(m2·d),⑥小爐對(duì)數(shù)為5~6對(duì)，⑦格子體高度一般為8m左右，⑧助燃空氣預(yù)熱溫度為1100-1200℃,排出廢氣溫度為500-700℃。
從21世紀(jì)初開始，隨著國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)業(yè)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展，推動(dòng)了浮法玻璃生產(chǎn)線的規(guī)模逐步向更大發(fā)展。國(guó)內(nèi)開始設(shè)計(jì)更大噸位的浮法玻璃熔窯，先是從900t/d起步，后來(lái)逐步到1000t/d、1100t/d,現(xiàn)在最大的已經(jīng)達(dá)到1200t/d、1300t/d了。到2019年末為止，初步統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)已設(shè)計(jì)建造了大約20余座特大噸位浮法玻璃熔窯?？梢园阉鼈兘y(tǒng)稱為“千噸級(jí)特大型浮法玻璃熔窯”。浮法玻璃工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，全世界建成的不同噸位浮法玻璃熔窯有600~700座，國(guó)內(nèi)占50%左右。國(guó)外正在運(yùn)行的浮法玻璃熔窯多為500-800t/d的噸位。在多年前國(guó)外曾有907t/d浮法玻璃熔窯的記載，還有研究千噸級(jí)浮法玻璃熔窯方案的國(guó)家。近年來(lái)只有圣戈班公司建有900t/d浮法玻璃生產(chǎn)線及其熔窯，另外也有幾個(gè)國(guó)外玻璃廠家采用了中國(guó)設(shè)計(jì)的千噸級(jí)的浮法玻璃生產(chǎn)線及其熔窯。
2019年，在北京國(guó)際玻璃展覽會(huì)上，有外國(guó)專業(yè)公司介紹曾做過(guò)900t/d浮法玻璃熔窯的初步設(shè)計(jì)方案(被稱之為“模板”)，但還沒(méi)有國(guó)外玻璃廠家接手準(zhǔn)備實(shí)施。根據(jù)這些情況可以認(rèn)為：在浮法玻璃熔窯技術(shù)沒(méi)有重大突破的情況下，今后一段時(shí)期國(guó)內(nèi)、國(guó)外還都將以500~800t/d為主。統(tǒng)籌考慮：建窯投資、建設(shè)用地、大碹的安全性、生產(chǎn)中的靈活性、故障的牽連影響性、單位能耗指標(biāo)、玻璃質(zhì)量的穩(wěn)定性、大噸位浮法玻璃熔窯技術(shù)的成熟性、綜合經(jīng)濟(jì)效益等等，特大噸位浮法玻璃熔窯目前并沒(méi)有顯現(xiàn)出來(lái)有明顯優(yōu)勢(shì)。浮法玻璃熔窯合理設(shè)計(jì)的10點(diǎn)建議
①浮法玻璃熔窯熔化區(qū)池長(zhǎng)L與池寬B之比值K,應(yīng)為K=L/B≈2;
②浮法玻璃熔窯的熔化區(qū)池寬尺寸應(yīng)≤15m;池長(zhǎng)尺寸應(yīng)≤30m;③小爐中心線間距尺寸應(yīng)≤3800mm;④全窯的窯體結(jié)構(gòu)散熱量與窯體磚結(jié)構(gòu)耐火材料重量成近似正比的關(guān)系;⑤浮法玻璃熔窯的“標(biāo)定熔化率”表達(dá)式為q=2+P/1000(P為熔化能力);⑥熔化率與單位能耗之間有反向遞進(jìn)關(guān)系，熔化率越低單位能耗越高;⑦熔化區(qū)玻璃液面熱強(qiáng)度與爐膛容積熱負(fù)荷是玻璃熔窯的兩項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo);⑧浮法玻璃熔窯主體燃燒系統(tǒng)產(chǎn)熱功能足夠強(qiáng)大，要少用或不用輔助燃燒裝置;⑨有些熔窯怎么燒熔化能力也不達(dá)標(biāo)的原因，是多燒的燃料熱隨排出廢氣跑掉了;⑩蓄熱室過(guò)寬會(huì)產(chǎn)生煙氣與空氣流動(dòng)“路徑偏差”現(xiàn)象，影響格子體換熱效率。
本文摘自《浮法玻璃熔窯的合理設(shè)計(jì)》
作者：唐福恒
