玻璃熔窑设计第二章.配合料计算

0引言玻璃液在高温熔融状态下是一种电导体。

电熔化已在玻璃行业广泛使用，电助熔热效率高、玻璃的热稳定性和均匀性好，具有提高玻璃质量和降低能耗等优点，有广阔的发展空间。

传统大型平板玻璃熔窑电助熔负荷未超过10%，节能效果有限，实现节能减排技术性突破，增大电助熔负荷势在必行。

平板玻璃熔窑稳定的玻璃液流和合理的液流位置及形态对玻璃熔窑的操作至关重要，电助熔玻璃熔窑的电功率输入及位置设计同样要以保证玻璃熔窑的配合料层、环流Ⅰ、环流Ⅱ以及生产流的稳定为前提。

电助熔功率分配和分区设计及电极布置是电助熔玻璃熔窑的设计难点和设计关键，需结合火焰空间热负荷保证工艺制度和温度梯度，为保证设计合理，必要时需借助数学模拟或物理模型等辅助手段。

1电助熔玻璃熔窑的设计与计算（1）电助熔加热功率及装机功率计算普通平板玻璃（12%碎玻璃）理论熔化热由以下几部分组成：①生成硅酸盐耗热：272 kJ/kg玻璃液；②玻璃液加热至1400 ℃所需热量：1842 kJ/kg玻璃液；③生成玻璃耗热：314 kJ/kg玻璃液；④蒸发水分耗热：104 kJ/kg玻璃液；理论熔化总热耗：2533 kJ/kg玻璃液（不含玻璃液生成气加热耗热），转换为电能为0.7 kWh/kg玻璃液，考虑到电极水套及变压器等能量损失，电助熔的热效率可达85%～90%，那么玻璃液所需输入功率为32～34 kW/t玻璃液（不包含窑炉散热损失），装机功率按40～45 kVA/t玻璃液配置。

（2）电助熔分区设计投料口区域池底温度低，一般理所当然地认为电助熔大部分功率应增设在该区域，事实上国内确实有厂家这样分区布置电助熔，但效果并不理想。

对此做数学模拟，方案1：前置四区均布电极，装机功率3600 kVA；方案2：前区均布三排电极，装机功率1500 kVA，热障区两排电极，装机功率2100 kVA 。

图1为600 t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图。

图1 600 t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻璃液流示意图数学模拟对比显示，方案1池底热点前移，较大地改变了玻璃窑炉纵向液流形态，不利于玻璃的熔化和澄清。

浮法玻璃熔窑的合理设计（连载二）唐福恒（北京长城工业炉技术中心北京102208）摘要对浮法玻璃熔窑的熔化率设计，熔化区的长宽比例设计，熔化区、小炉、蓄热室系统的基本热平衡计算，窑体结构散热量与窑体砖结构重量的关系，熔化率与单位能耗指标之间的关系，以及个别浮法玻璃熔窑存在的不达产、多烧的燃料热量随排岀废气跑掉了等问题进行了分析验证。

提岀了浮法玻璃熔窑合理设计的10个要点。

关键词浮法；玻璃；熔窑；设计中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：1003-1987（2021）02-0001-13Reasonable Design of Float Glass Melting FurnaceTANG Fuheng(Technology Center ofBeijing Great Wall industrial Furnace,Beijing10220&China) Abstract:Design for melting rate of float glass furnace,length-width ratio design of melting area,the basic heat balance calculation of melting area,pot,regenerator system,the relationship between heat loss of kiln body structure and the mass of bricks,the relationship between the melting rate and unit energy consumption indicators,as well as the production yield is not up to standard and more fuel is combusted, heat energy ran away with the discharged waste gas,ten key points of reasonable design of float glass melting furnace are put forward.Key Words:float glass,furnace,design7国内浮法玻璃熔窑存在的一些问题7.1浮法玻璃熔窑的小炉对数过去在大確硅砖质量较差时形成了一种观念：认为玻璃熔窑的池宽不能太大，以确保大確的安全。

目录目录I〔一〕原始资料11.产品:机制啤酒瓶12.出料量：13.玻璃成分〔设计〕〔%〕：14.料方与原料组成15.碎玻璃数量：16.配合料水分：27.玻璃熔化温度：28.工作部玻璃液平均温度：29.重油。

210.雾化介质：211.喷嘴砖孔吸入的空气量：212.助燃空气预热温度：213.空气过剩系数α：214.火焰空间外表温度：215.窑体外外表平均温度〔℃〕216.熔化池玻璃液温度〔℃〕317.熔化部窑顶处压力：318.窑总体简图见图。

3(二)玻璃形成过程耗热量计算41.生成硅酸盐耗热〔以1公斤湿粉料计，单位是千卡/公斤〕52.配合料用量计算73.玻璃形成过程的热平衡〔以1公斤玻璃液计，单位是千卡/公斤，从0℃算起〕7(四)熔化部面积计算91.各尺寸确实定92.确定火焰空间尺寸：93.熔化带火焰空间容积与面积计算104.火焰气体黑度〔ε气〕计算105.火焰温度计算10〔五〕燃料消耗量与窑热效率计算111.理论燃料消耗量计算：11〔1〕熔化部收入的热量11〔2〕熔化部支出的热量122.近似燃料消耗计算163.实际燃烧消耗量计算164.列熔化部热平衡表165.熔化部热负荷值，单位耗热量与窑热效率计算〔按实际耗油量〕17 〔六〕蓄热室受热外表计算17〔七〕排烟系统阻力计算181.局部阻力计算列下表182.摩擦阻力计算列表：193.蓄热室几何压头计算：20〔八〕烟囱计算201.烟囱高度〔H〕计算202.烟囱出口直径〔D〕计算：20〔一〕原始资料1.产品:翠绿料2.出料量：每天熔化玻璃135吨。

3.玻璃成分〔设计〕〔%〕：4.料方与原料组成5.碎玻璃数量：占配合料量的50%。

6.配合料水分：靠石英砂和纯碱的外加水分带入，不另加水。

7.玻璃熔化温度：1400℃。

8.工作部玻璃液平均温度：1300℃。

9.重油。

10.雾化介质：用压缩空气，预热到120℃，用量为0.6标米3/公斤油。

11.喷嘴砖孔吸入的空气量：0.5标米3/公斤油。

玻璃池窑第一章、玻璃熔制工艺原理玻璃的熔制过程是将配合料经过高温加热形成均匀、纯净、透明并符合成型要求的玻璃液的过程，是玻璃制造过程中的主要过程之一。

熔制速度和熔制的合理性对玻璃的产量、质量、合格率、生产成本、燃料消耗及窑的寿命等影响很大。

玻璃的熔制过程包括一系列物理、化学、物理化学反应过程，一般分为五个阶段：（1）硅酸盐形成阶段：（2）玻璃形成阶段：(3）玻璃液澄清阶段： (4)玻璃液均化阶段(5)玻璃液冷却阶段以上五个阶段设实际是两个过程即配合料的熔化与玻璃的形成。

要完成这样的过程，合理的熔制工艺是正常生产的保证。

池窑的工艺制度包括温度、压力、泡界线、液面、气氛与换向等。

为达到高产、优质、低耗、长窑龄的要求，要求熔窑四稳作业，即温度稳、窑压稳、泡界线稳、液面稳。

玻璃熔制的温度制度，即熔化部的温度制度。

浮法玻璃熔窑通常采用数字光学高温计测量小炉腿温度，并与窑顶热电偶比较。

（2）玻璃熔制的压力分布：玻璃液面处的压力为零压力与微正压，不能为负压。

因为负压状态将吸收冷空气，改变窑内气氛，降低窑温，增加能耗，使窑内温度分布不均匀。

但窑压不能过大，过大窑炉冒火严重，增加燃料消耗，加剧窑体烧损，并不利于澄清和冷却。

(3) 玻璃熔制的泡界线制度：A. 泡界线的形成：投料机将配合料推进，配合料同时受到投料回流对料堆施加的阻止其前进的反向力，在高温熔化下，料堆熔化，未熔粉料和反应放出的气体形成泡沫稠密区，这与清净的玻璃液面间形成了一条整齐明晰的分界线，线内玻璃形成反应激烈进行，由很多泡沫。

线外，液面像镜子一样明亮，这条分界线就是泡界线。

B泡界线的控制：泡界线的形状、位置的稳定是熔化作业正常与否的重要标志，影响到窑的产量和玻璃液的质量。

从泡界线的成因看，其位置应与玻璃的热点一致。

在实际操作中，为防止跑料，将泡界线向投料口方向适当移一些，但要保证熔化面积，以保证产量和质量。

泡界线向澄清区凸出，两边对称，最好不能偏斜。

6.0 1450-1460
5.5 1420
4.3 1380-1400
4.2 1320-1340
例：欲熔制得100g玻璃液所需碳酸镁的净用料量，根据表2-1、表2-2的数据：MgCO→3 MgO+CO↑2 ② 40.32
实际用量
X=2.09 ÷99.5％=2.1(g) X1 1
X1=84.32 ×1÷40.32=2.09(g) 用类似方法可算出其他原料的用量，然后按下列格式列出配料单，原料名称配合料 1 配合料2
石英砂
碳酸钙
碳酸镁氢氧化铝纯碱合计
2.5 配合料的制备按配方称量原料，粉碎、混合均匀即可。

3 实验器材
③研钵一个；料勺若干(每种原料一把) ④天平(千分之一天平即可)
⑤化工原料或化学试剂：如石英砂(SiO2)，纯碱(NaNO3)，碳酸钙
(CaCO3)，碳酸
镁(MgCO3)，氢氧化铝[A1(OH)3] 等。

4 实验步骤
4.1 计算熔制温度根据给定配方计算熔制温度。

4.2 配料计算根据给定配方
4.3。

第 4 章总工艺计算4.1 耗热量的计算4.1.1 已求得的数据①原料组成见表4-1②碎玻璃用量占配合料的20%。

③配合料（不包含碎玻璃）水分：4%。

④玻璃熔化温度1465℃4.1.2100 ㎏湿粉料中形成氧化物的数量见表3-2表4-2 形成玻璃液的各氧化物的量单位：质量分数（% ）4.1.3100 ㎏湿粉料逸出气体组成见表4-3表4-3 逸出气体组成体积（标准状态）/m38.0744 4.9782 0.0712 13.1238所占体积分数/% 61.53 37.93 0.54 100.0 4.1.4（4-1）即 1 ㎏粉料中需要加入0.25 ㎏碎玻璃，可以得到玻璃液：1-20.0664% ×1＋0.25＝1.0493 因此，熔制成为1 ㎏玻璃液需要粉料量：熔化成 1 ㎏玻璃液需要的配合料量为：0.9530＋0.2383＝1.1913kg4.1.5 生成硅酸盐耗热量（以 1 ㎏湿粉料进行计算，单位kJ/kg ）由CaCO3 生产CaSiO3 时反应耗热量q1：q1＝1536.6G CaO＝1536.6 ×（0.0807＋0.0119＋1.5926）/100＝25.8948kJ 由MgCO3 生成MgSiO3 时反应耗热量q2：q2＝3466.7G MgO ＝3466.7 ×（0.0215＋0.0387＋0.0047）/100＝ 2.2187kJ由CaMg（CO3）2 生成CaMg（SiO3）2 时反应耗热量q3：q3＝2757.4G CaMgO2＝2757.4 ×（4.6755＋3.0831）/100＝213.9329kJ由NaCO3 生成NaSiO3 时耗热量q4 ：q4＝951.7G Na2O＝951.7 ×10.3850/100＝98.8340kJ由Na2SO4 生成NaSO3 时耗热量q5：q5＝3467.1 ×0.1635/100＝5.6687kJ1 ㎏湿粉料生成硅酸盐耗热量：q0＝q1＋q2＋q3＋q4＋q5＝25.8948＋2.2187＋213.9329＋98.8340＋5.6687＝346.5489（kJ）4.1.6 玻璃形成过程的热量平衡（以生成 1 ㎏玻璃液计，单位是kJ/kg, 从0℃算起）①支出热量a. 生成硅酸盐耗热量：qⅠ＝q0G 粉＝352.2931×0.9530＝330.2611b. 形成玻璃耗热量：qⅡ＝347G粉（1－0.01G 气）kJ＝347×0.9530×（1－0.01×20.0644）＝264.3398c. 加热玻璃液到1465℃耗热量：qⅢ＝C 玻t 玻－4－4C玻＝0.672＋4.160×10－4t 玻＝0.672＋4.610×10－4×1465＝1.3474 qⅢ＝C 玻t 玻＝1.3474×1465＝即：1973.9410kJd．加热逸出气体到1465℃耗热量：qⅣ＝0.01V 气G粉C气t 熔式中V 气＝13.1238G粉＝0.9530t 熔＝1465℃C 气＝C CO2（CO2%＋SO2%）＋C H2O H2O% ＝2.3266×（61.53＋0.54）%＋1.825×37.93%＝2.1363qⅣ＝0.01V 气G 粉C气t 熔＝0.01×13.1238×0.9530×2.1363×1645 ＝391.4284kJe. 蒸发水分耗热量：qⅤ＝2491G 粉G 水qⅤ＝2491G粉G 水＝2491×0.9530×4%＝94.9569kJ 共计支出热量：q 支＝qⅠ＋qⅡ＋qⅢ＋qⅣ＋qⅤ＝330.2611＋264.3398＋1973.9410＋391.4284＋94.9569 ＝3054.9272kJ②收入热量（设配合料入窑温度为36℃）a. 由碎玻璃入窑带入的热量：qⅥ＝ C 碎玻璃G 碎玻璃t 碎玻璃－4C 碎玻璃＝0.7511＋2.65×10－4×36＝0.7606 qⅥ＝C 碎玻璃G 碎玻璃t 碎玻璃＝0.7606 ×0.2383 ×36＝6.5kJ b. 由粉料入窑带入的热量：qⅦ＝C 粉G 粉t 粉qⅦ＝C 粉G 粉t 粉＝0.963 ×0.9530 ×36＝33.0kJ 共计支出热量：q 收＝qⅥ＋qⅦ＝ 6.5＋33.0＝39.5kJ ③熔化 1 ㎏玻璃液在玻璃形成过程中的耗热量：q＝q支－q 收＝3054.9272－39.5＝3015.4272kJ4.2 燃烧计算4.2.1 烟气组成计算[5]1.重油成分见下表4-4表4-4 重油成分单位：质量分数（% ）2.100g窑内气体或火焰按其化学组成成分以及具有的氧化或还原能力分为氧化气氛、中性气氛、还原气氛三种。