玻璃粉状配合料的粒化工程
2012-04-17 14:24:19   来源:罗田智谷玻璃装备研发制造有限公司 汪锡斌   评论:0 点击:

玻璃行业节能减排的有效新措施——粉状配合料的粒化工程罗田智谷玻璃装备研发制造有限公司 汪锡斌(原北京爱能车热能技术有限公司)一、概述 自玻璃行业诞生以来,玻璃的配合料一直沿用粉状散料的入窑方式。这...

玻璃行业节能减排的有效新措施

——粉状配合料的粒化工程

罗田智谷玻璃装备研发制造有限公司 汪锡斌

(原北京爱能车热能技术有限公司)

 

一、概述

      自玻璃行业诞生以来,玻璃的配合料一直沿用粉状散料的入窑方式。这是一种很不好的方式,它存在以下三个问题:

      1、粉状配合料的体积密度小,大约是0.9-1.1g/cm3,气孔率达40-50%,它导热系数低,小于0.273W/m℃,故传热慢、熔化慢,导致能源浪费。如果能把粉状料压实,使其致密,让体积密度达到1.8g/cm3以上时,它的导热系数能增至0.43W/m℃以上,则其熔化速度能显著增快,能有效节能。

      2、粉尘问题,在粉状料从大料仓到熔窑加料口的运输过程中,将产生粉尘飞扬,污染周围的空气,伤害操作人员的身体;落到金属设备上的粉尘,它腐蚀设备,降低设备的使用寿命。

      在粉状料进入熔窑的窑内后,粉状料还会继续挥发,这些挥发成份腐蚀窑体,堵塞蓄热室,降低窑炉寿命。

      按玻璃成分比例配合好的料方,经过一路飞扬,那些较贵的及易挥发的成份(如纯碱、硼砂……等)受到不同程度的损失,改变了玻璃料的成份,造成玻璃材料的性能下降。

      3、超细粉料(粒度小于0.07mm)的浪费,在石英砂岩的加工过程中约产生30%的超细粉。在平板玻璃行业,石英砂的年用量超过1千万吨,故产生300多万吨的超细粉,因为超细粉的挥发带来各种危害,只好弃之不用,这就造成重大的原料浪费。若把配合料制成颗粒状,超细粉被包裹其中,没有挥发的危害,则可节约大量的原料。

      因为粉状散料有上述严重的缺点,人们总想采取措施来克服它,这个措施就是将粉状料制成颗粒料,即粉料粒化。这样就很少有粉尘飞扬,其导热系数得到提高,节省能源,节省原料,延长窑炉寿命。

      我国和世界各国的玻璃同行们,为了实现粉料粒化,在上世纪七、八十年代都曾对此进行过各种试验:

      前苏联曾在小型蓄热式池窑上进行过粒料实验,实验结果很好:玻璃产品的产量提高了25%,熔化时间缩短了30%,燃料消耗降低了15%,玻璃液均匀、质量好。

      俄罗斯在上世纪八十年代末,将粒料用在单元窑上,试用了半年,其料粒是椭圆形的,尺寸是40×35×4.5mm3。使用效果也很好:熔化快、飞扬大为减少,纯碱用量节省16%,成品率提高15%,玻璃液均匀、稳定。

      美国通用电气公司在二十多年前,就对颗粒料入窑进行了工业实验,能耗降低20%。现在美国还在进一步研究其颗粒料的大小对能耗的影响,以期达到最大的节能效果。

      上世纪七十年代,原北京玻璃二厂,在粉料中加入一些粘结剂,用滚球的方法制成球状料,但因其工序多、设备多、耗资多,在经济上得不偿失,故停止未进行下去。

      上世纪八十年代,秦皇岛玻璃研究院也进行过粉料粒化的中试,因球料强度差,成形率低,也在中试时停止了。

      上世纪八十年代,上海华东化工学院,也做过粒化实验,用含水分6-7%粉状配合料,经过400-500kg/cm2的压力压制,使粒料的体积密度达到了1.9-2.1g/cm3,成形率达到了80%,并由上海燃料公司合作设计,制造成一套滚压机线,完成了由加料、滚压、过筛、回料等整个过程的设备装置组合。因其组合系统中,滚压机的结构还存在问题,送料的方法也有问题,加上进行试用的玻璃厂资金不足,此系统未能投入到玻璃厂使用。

      所以到目前为止,已经几十年了,对于粉料的粒化问题,虽然做了很多工作,但落后的面貌依然如故,步子没有迈出,望尘无解,望窑兴叹!

二、我们公司研制的进展

      我国有几千座玻璃熔窑,它是我国的能耗大户,也是CO2的排放大户。应该认识到,对于粉料粒化、颗粒料入窑熔化玻璃的问题,是一件非常重要的事情,也是玻璃行业节能减排、降低污染非常有效的工作。

      前述我国的粒化试验,其问题主要是制球、制粒问题,社会上已有的三种方式都不适用:

      1、用倾斜圆盘滚球的方式在炼铁行业能用,在玻璃行业就用不起。

      2、用凹半圆坑对滚的方式压煤球可以,用在玻璃行业上很不可靠,用不得。

      3、用冲压法制砖、制药丸可以,但用在玻璃行业的大批量上价格太贵,用不起。

      再加上无人解决给料和运送的问题,致使各单位不能继续前进,半途而废。

      进入二十一世纪以来,全世界都在呼吁节能减排,把节能减排的工作提到重要的议事日程上来。在2005年苏州的技术交流会上,孙承绪教授又重新提出“粉料粒化”的重要性。自此我公司开始思考这一问题。

      2006年我公司曾设想用冲压法制造粒料,它的优点是可以使料粒达到高密度,可以有较高的成形率,但其缺点是设备贵、成本高,对于利润空间很小的玻璃行业来说很难被接受。

      到了2008年,想到了用凹凸轮滚压的方法,这种方法,既有滚压生产率高的优点,又有类似冲压高致密度的优点。从此开始设计和试验,到2009年年底,基本确定了该系统的方案。

三、粉料粒化系统的方案

      该系统由以下机构组成:斗式提升机、预压给料机、斜置凹凸轮滚压机、筛选烘干机、碎料回收机、大循环换热器等6种设备。

      1、斗式提升机,将粉状配合料及滚压后的散状回料提升到需要的高度,落入给料机中。

      2、给料机,将落入的粉料分行、定量并进行预压后,送给滚压机滚压。

      3、斜置凹凸轮滚压机,将给料机给与的一堆堆的粉料进行滚压,压制成高密度的元宝状颗粒。

      4、筛选烘干机。将滚压机上落下的成形颗粒料,沿着筛上继续前进,一边前进,一边烘干。该机的热源是由大循环换热器提供。

      5、碎料回收机。将筛子漏下的散料,送入起始的斗式提升机,然后重复前面的动作和过程。

      在这个系统中,滚压机是关键设备,该设备全是依据我们自己的设计经验进行设计和试验成功的。该机申请了发明专利,主要有四个创新点。

      上述6台设备组成了粉料粒化系统,其中申请了两项发明专利和两项实用新型专利。

      因为压块后,就基本消除了粉尘飞扬的的问题,故可考虑用烟道废气对粒料进行加热,以回收窑炉的热能损失。因此又设计了加长型的多头螺旋输送粒料加热机,该机由8台至48台等各种型号组合成的输送机。为适应多头输送机的运行,又设计了多股粒料分配机,把滚压机送出来的一股粒料流均匀分成8股至48股等几个型号的粒料分配机。这样就实现了废热利用的粒料入窑系统。上二项分别申请了实用新型专利。

      大型的横火焰窑蓄热室出口的废气温度在400℃以上,此废热利用的粒料入窑系统,可将粒料加热到200℃以上,这又是一项很好的节能措施。

四、试验情况:

      1、通过上述方案的手动滚压机滚压成形的粒料,呈元宝状,长22mm,宽15mm,高11mm,体积密度达1.78g/cm3

      2、用微晶玻璃粉料与用上述手动滚压机滚压的粒料做熔化对比实验,粒料的熔化时间缩短了22%,其节能效果明显。

      企业装备粒化系统工程后,其每吨原料增加7-10元的成本,该成本包括以下内容:

A、该系统设备的5年折旧费。

B、该系统的维修费。

C、设备运行过程中的耗电费。

D、该系统操作人员的费用。

      使用粒化系统后,若按节能10%计算,燃煤炉每吨玻液节能20-30元。燃油炉每吨玻液节能40-60元。

      除上述节能效益外,此系统还有以下效益。

1、熔窑炉龄延长产生的经济效益;

2、烟囱减少CO2的排放效益;

3、因减少粉尘而产生的环境效益;

4、保证了玻璃配方而提高玻璃质量的效益。

5、超细粉的利用,大量节省了原料。

      因此,此粉料粒化系统产生的效益应是非常明显的,从技术上说该系统使我国的玻璃技术又向前迈进了一步。

      目前此系统分为三个机型:A、70吨/天,B、140吨/天,C、480吨/天等。

      上述三机型可以适应以下五种规模的玻璃企业:

      按日出料量分类为:A、80吨以下,B、80~160吨,C、200~300吨,D、400~600吨,E、800~1000吨等。

 

联系方式:13901228598,0713-5670266

邮箱:13901228598@163.com 

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