劉宜忠

（東莞南玻太陽能玻璃有限公司 東莞 523141）

0 引言

某公司浮法線于2015年4月9日順利點火，目前該浮法線熔窯玻璃單位熱耗在行業(yè)同類浮法線中一直保持較低的水平，且產(chǎn)品質量優(yōu)異，可用于深加工、太陽能背板等，并長期穩(wěn)定供應。該司浮法線熔窯能耗水平處于行業(yè)領先地位，主要是從熔窯設計、工藝技術應用、窯體砌筑及新型保溫涂料使用等各方面結合的結果。本文立足于該公司浮法生產(chǎn)線熔窯實際工藝配置及新型保溫涂料的應用，結合生產(chǎn)實際和熔窯能耗控制分析其在窯爐節(jié)能降耗方面的應用。

1 Emisshield材料作用原理

1.1 Emisshield涂料

Emisshield涂料是一種人工合成的高輻射陶瓷涂料，該材料在國內(nèi)目前主要用于玻纖窯和瓶罐窯。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，噴涂料固體含量60%，涂層厚度為0.2 mm。

1.2 Emisshield涂料作用原理

浮法玻璃生產(chǎn)窯爐中燃料燃燒產(chǎn)生的熱量有將近30%是以散熱的形式損失掉。Emisshield 涂料噴涂于熔窯熔化部及澄清部的耐火材料內(nèi)表面，噴涂后所形成的表層的發(fā)射率可以達到0.9，而未經(jīng)過噴涂的玻璃窯爐的耐火材料的發(fā)射率僅為0.4～0.6，通過提高窯爐耐火材料的發(fā)射系數(shù)，吸收窯內(nèi)對流熱量，再發(fā)射到低溫物料上，減少了透過窯爐耐火材料損失的熱量和煙氣帶走的熱量，達到了提高熱效率，減少燃料消耗的目的。該產(chǎn)品在1650 ℃ 高溫下依然可以持續(xù)有效，因而適用于玻璃窯爐。Emisshield 涂料與磚體的黏結力高于涂層間的黏結力，當耐火材料與涂料受到熱震沖擊時，涂層內(nèi)納米材料分子隨著噴涂基體的膨脹而延展，以抵消熱震產(chǎn)生的剝離力；此外，Emisshield 涂料使用的硅酸鹽質無機黏合劑，具有耐酸堿侵蝕性，同時該材料噴涂后可完全遮蓋基體表面，所以適合應用到窯爐受侵蝕較嚴重的部位。新型保溫涂料的應用在降低熔窯溫度的同時也明顯降低了熔窯耐材作業(yè)溫度，從而減少侵蝕，延長窯齡，對熔窯結構安全有正面作用。

為使Emisshield材料保持高的效率，涂層表面的溫度必須高于物料的溫度，窯內(nèi)玻璃液和物料的溫度都較火焰空間溫度低，符合這個要求。由斯特藩-玻爾茲曼定律可以用以下公式來表示：

式中：s——斯特藩-玻耳茲曼常數(shù)，s＝5.67×10-8W/（m2· K4）；

e——表面輻射系數(shù)，其值在0和1之間，由物體表面性質決定；

Tc——內(nèi)壁涂層的溫度，K；

Tl——玻璃液的溫度，K。

從式（1）可以看出，Emisshield吸收和再輻射的熱量在涂層表面和窯內(nèi)物料溫差達到最大時最多。因此，在爐壁冷面做好保溫和物料在即將被熔化的位置節(jié)省能量是最大的。在玻璃液面以上應用Emisshield材料以后，涂層從煙氣中吸收更多的對流熱量并將其再輻射到玻璃液上面，結果便是煙氣帶走的熱量減少而更多的熱量被用于加熱玻璃液。因為過度加熱會改變玻璃液的黏度、流動性等工作性能，影響后續(xù)工藝，生產(chǎn)者往往不愿意此類情況發(fā)生，因此公式中必須有其他的因子調整以使公式重新回到原先的平衡狀態(tài)。這個因子只可能是降低涂層表面溫度和窯內(nèi)煙氣溫度，即通過減少能源的輸入達到相關要求，同時還達到了節(jié)能的效果。

2 Emisshield材料在玻璃窯爐的實際應用

2.1 該生產(chǎn)線熔化工藝技術配置

（1）該浮法玻璃生產(chǎn)線熔化能力700 t/d，窯寬采用13.3 m大跨度窯池。池底設置臺階，按照當時最新700 t/d熔窯結構設計?？ú比肟谇?.6 m

池底升高100 mm；前4.0 m升高100 mm。減少從澄清部回流到熔化帶的重復加熱的玻璃液量。熔化部池深1260 mm。

（2）池底設置鼓泡，使用國產(chǎn)無水冷型干式鼓泡器。24只鼓泡器位于4號爐中心線后1050 mm。通過鼓泡可以提高窯內(nèi)玻璃液流速，加快熔化速度，提高澄清質量。

（3）采用進口麥克森（MAXON）全氧0#氧槍。位于1#小爐前方胸墻兩側不間斷燃燒。

（4）熔窯設計6對小爐，其中2#、 3#、 5#小爐使用4支噴槍，1#、 4#小 爐使用3支噴槍，6#小爐使用2支噴槍（實際安裝1支）。借鑒捷克GS公司天然氣噴槍燃燒經(jīng)驗，達到燃燒效率最大化。

（5）使用一定程度的富氧助燃技術。將氣站生產(chǎn)氮氣而產(chǎn)生的約2150 m3/h的富氧引入到蓄熱室助燃約2150 m3/h（從蓄熱室底部通入1#～ 3#爐）。

（6）首次使用新型進口高發(fā)射率Emisshield涂料（天津新世紀代理）在大碹和胸墻硅磚內(nèi)表面冷態(tài)噴涂形成約0.2 mm的涂層，在烤窯過程中和硅磚燒結融為一體。通過提高窯爐發(fā)射系數(shù)，吸收窯內(nèi)對流熱量，再發(fā)射到低溫物料上，減少了透過窯爐耐火材料損失的熱量和煙氣帶走的熱量，達到了提高熱效率，減少燃料消耗的目的。

2.2 Emisshield涂料的實際應用

該浮法線首次使用新型進口Emisshield涂料，噴涂面積約為743 m2。在使用的一年多時間內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)該噴涂對烤窯硅磚膨脹及后續(xù)生產(chǎn)的玻璃質量有任何影響。目前該浮法熔窯結構完好，熔窯能耗低，產(chǎn)品質量優(yōu)異，可證明該材料對其生產(chǎn)無任何負面影響。

2.3 Emisshield涂料應用效果

自該浮法線使用此涂料后，技術人員密切跟蹤熔窯大碹使用情況，第6年和第8年窯爐內(nèi)窺檢查圖片見圖1、圖2?？梢钥吹酱箜蹆?nèi)表面完好，未出現(xiàn)鼠洞等異常，進一步說明此涂料對大碹的保護和輻射熱量反射的作用。

圖1 2021年8月10日該熔窯使用第6年內(nèi)窺檢查圖片

圖2 2023年2月23日該熔窯使用第8年內(nèi)窺檢查圖片

3 Emisshield材料對窯爐能耗的影響

3.1 理論能耗測算

根據(jù)熔窯熱點溫度變化，經(jīng)過理論計算得到使用高發(fā)射性噴涂料節(jié)能后的理論節(jié)能效果。通過排除其他設計對工藝影響來進行對比，采用Emisshield高發(fā)射率保溫涂料后除減少熔窯散熱，其發(fā)射作用使熔制溫度降低10 ℃以上，大幅度降低了燃料供給。該浮法線拉引量為700 t/d時熱點溫度手測1540 ℃，相比其他浮法線拉引量為700 t/d時熱點溫度降低10～20 ℃，計算節(jié)能效率按降低熱點溫度10 ℃計算，由e·s·，推 算 節(jié) 能 效 率DE?＝（E1－E2）/℃）計算結果為2.2%。理論計算新型保溫節(jié)能涂料的節(jié)能效率最大可達2.2%。

3.2 實際能耗測算

通過比較兩條700 t/d普白浮法生產(chǎn)線總的能耗差異，折算到統(tǒng)一工況下的能耗，剔除其它因素的影響，得到使用高發(fā)射性噴涂料的實際節(jié)能效果。

1#浮法線為使用高發(fā)射率涂料的生產(chǎn)線，2#～ 3#浮法線選取該公司同噸位浮法線進行對比，投產(chǎn)運行穩(wěn)定后的能耗曲線見圖3，各項指標對比分析，見表1。

圖3 投產(chǎn)運行穩(wěn)定后能耗曲線

對比1#浮法線和3#浮法線，能耗差異影響主要在于大碹噴涂和0#氧槍，相比較3#浮法線，1#節(jié)能效率約4.11%。

對比1#浮法線和2#浮法線，能耗差異影響主要在于大碹噴涂和碎玻璃比例，相比較2#浮法線，1#節(jié)能效率約3.72%。

2015年11月，對該浮法線驗收時，測算的0#氧槍和其他設計的節(jié)能效率約3%，這樣可估算新型保溫涂料的節(jié)能效率約2%。

3.3 Emisshield涂料抗衰減性能測試

該700 t/d浮法線根據(jù)設計院及其研發(fā)中心測算，第一年綜合能耗指標定為5233 kJ/kg。隨著窯爐連續(xù)性使用和性能衰減，每年綜合能耗根據(jù)同行業(yè)分析調研及客觀規(guī)律，按每年增加1.2%計算該年能耗指標，具體如表2所示。

表2 該700 t/d浮法線綜合能耗指標 kJ/kg

在實際運行過程中，技術人員對其窯爐大碹涂料抗衰減性能進行深入分析和對比。取2022年（即該浮法窯爐運行的第7年）全年平均綜合能耗為5446 kJ/kg（表3）。比預期指標5622 kJ/ kg，有明顯降低，相較于指標節(jié)能3.1%。但因其窯爐運行過程，影響能耗因素較為復雜，只能判斷Emisshield涂料在運行第7年仍然具有一定的節(jié)能效果。

表3 2022年浮法線實際綜合能耗 kJ/kg

4 結語

新型進口Emisshield保溫涂料在浮法熔窯中的應用是可行的，其節(jié)能效果明顯，值得在行業(yè)內(nèi)應用推廣。通過測算，其實際運行節(jié)能效果約2%（理論測算節(jié)能效果2.2%），對窯爐運行經(jīng)濟效益具有重大的助益，且在運行7年后仍有一定的效果，說明其抗衰減性能也較為突出。此涂料對大碹耐材的保護效果也比較突出，運行8年其熔窯大碹仍完好未發(fā)現(xiàn)鼠洞，對延長窯爐壽命具有積極的作用。