电熔窑炉的节能要从设计及耐火材料

燃油、燃气火焰炉主要以天然气、煤气、石油、化石等稀缺的不可再生能源为燃料，由于我国近年来稀缺资源供需矛盾日益突出，同时受到国际价格波动的大幅度影响，所以企业生产成本不断上涨，传统火焰炉一次性投入较高，产品生产过程中仅能源耗用成本就高达总成本的40%以上，而且火焰炉结构特殊，对产品质量存在一定的影响和制约。而电熔窑炉以电力为主要能源，价格稳定，成本可控，在用电低谷时使用还能有效节约成本，便于加强企业管理和核算，电熔窑炉因其一次性投资少、运行成本低廉、操作简便、污染小等优势，在当前资源紧张的情况下应用越来越广泛。

电熔窑炉节能原理

电熔窑炉以电能为唯一能源，其在高温下将玻璃熔化成玻璃液体并直接作为焦耳热效应的电导体，随后凭借玻璃液自身的导电性继续熔化。此时再向窑炉电极通电，玻璃液体便自动发挥导体作用借助自身热量实现窑炉加热。玻璃液面覆盖着一层生料，其以上空间内温度为80~150℃，所以玻璃液体导电过程中所生成的热量能被100%吸收，仅加热过程中由热气带走少量的热能，故而热效率和熔化率都十分高。据统计，电熔窑炉在生产中仅有20%左右的热量无谓散失，比燃油、燃气火焰炉节能率能提高至少25%。

电熔窑炉的推广使用符合国家环保产业政策及能源利用政策，燃油、燃气火焰炉在燃烧过程中必将排放大量的CO2、SO2和氨氮化合物等有害气体，污染环境，同时还会消耗大量的水，最终成为废水，如果不加处理直接排放，还将造成环境的再度污染。但电熔窑炉由于全过程只是用电能而基本不产生有害气体，每天所耗用的水量也在10t以内。

电熔窑节能技术优化及应用要点

（1）熔化池设计及耐火材料的选用

电熔窑炉在熔制过程中，玻璃自上而下垂直分布，最顶层由配合料覆盖所形成的冷炉顶主要通过玻璃液中加热电极，各层温度梯度变化，而且能进行分层控制，所以要求电熔窑炉熔化池深度必须达标，高硼硅玻璃生产窑炉熔化池深度必须>2m。熔化池由上部的熔化部和下部的澄清部构成，熔化部主要有配合料覆盖层、硅酸盐层、玻璃层等，澄清部主要是均化区、冷却区和澄清区。电熔窑炉的生产过程是一系列快速、短时而激烈的物化反应过程，所以熔化部所需空间较小，而玻璃释放出气泡后必须经过生料层才能溢出，这需要时间和空间，所以澄清部区间相对较大。

与燃油、燃气火焰炉不同的是，电熔窑炉对耐火材料的选用更加注重材料的耐高温、耐侵蚀及导电性能。导电率越高的耐火材料由于运行中可能发生打火、熔融和漏料而安全隐患较大，所以耐火材料的选用也是电熔窑炉节能技术优化的重要课题之一。

（2）流液洞设计

流液洞是澄清结束玻璃液冷却后上升的必然通道，也是电熔窑炉中的薄弱环节，很容易受到侵蚀，所以在电熔窑炉设计中必须引起重视，重点关注玻璃液回流及流液洞盖板砖侵蚀等问题。

玻璃液从熔化池流出，经过流液洞后到达上升通道，如果其流出量超出出料量，则富余的部分将反向流回熔化池，随后的二次加热必将增加窑炉能耗，但是这一过程又能对回流玻璃液进行二次均化，避免质量缺陷，所以在实践中必须寻求能耗与玻璃液质量之间的均衡。具体而言，在设计过程中应保证流液洞截面大小的合理性，对于出料量30t的电熔窑炉，截面应保持在900cm2;控制流液洞高度，为降低盖板砖的侵蚀，流液洞高度应控制在20~30cm;加大流液洞长度，当前电熔窑炉流液洞长度应保持在2~3m。

为控制和减轻流液洞盖板砖的侵蚀，实践中可以考虑采用AZS41型电熔锆刚玉砖，并配合以沉降式流液洞设计，在确保流液洞位置远低于池底的情况下，温度有所降低的玻璃液对盖板砖的侵蚀也会降低。为保证盖板砖性能并延长其使用寿命，在电熔窑炉使用的中后期应当采取有效措施进行盖板砖的冷却。

（3）电极和功率分布

当前电熔窑炉普遍使用钼电极，存在底插、横插和顶插三种电极插入方式，生产企业普遍改进了底插方式并采用侧插的做法，这种技术能有效保证电场分布及玻璃液的均匀性，虽然要在池底开孔，但是只要电流密度选择恰当，并在电极磨损时及时顶进，这种侧插方式发生漏料的可能性很小，同时由于池底存在高粘度保护层，能有效保护池底材料和电极孔免于侵蚀，安全性还是有所保障的。

电极与功率则应均匀分布，并实行多对电极和多台变压器均匀布置，电极直径和单台变压器容量都不应过大，电极均匀分布才能杜绝偏电流现象的发生，确保电力线和热能的均匀分布以及熔融工艺的稳定。

此外，在电熔窑炉运行之初经常会遇到电压低、电流过大但功率反而不高的现象，为了增大功率首先应提高电流，但是要注意电流过高可能击穿熔融电极砖并烧毁电控机械设备，进而影响材料熔化质量。为防止上述现象的发生，必须保持玻璃炉内玻璃溶液熔化均匀、不同点电阻相等，尤其是电阻小的区域发生偏流的可能性更大，偏流必将引起偏相，从而导致整个电熔窑炉电功率失衡，熔融不均。

结 论

冷顶式电熔窑炉彻底改变了传统的火焰加热窑炉能耗模式，能有效弥补传统窑炉技术工艺方面的不足，当前，我国电熔窑炉技术有了很大进展，电熔窑炉配套性耐火材料和电极材料纷纷已达设计要求，全电熔窑炉设计日趋成熟。通过对电熔窑炉项目投运后的生产过程进行跟踪调查发现，电熔窑炉不仅能提升企业产品品质，降低生产经营成本，带来良好的经济效益，还能落实和响应国家的产业政策，体现社会经济发展对节能环保的要求，社会效益和生态环境效益显著。