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玻璃电熔化技术发展现状及趋势

引言

玻璃行业是国民经济的主要基础产业，是改善人居条件、治理生态

环境和发展循环经济的主要支撑。我国是世界最大的玻璃生产国和消费

国，平板玻璃等主要产品产量长期居于世界首位。由于产业规模大、窑

炉工艺特点等原因，玻璃行业也是工业能源消耗和碳排放的重点领域，

是我国碳减排任务主要行业之一。玻璃行业实现碳达峰对工业乃至全社

会如期实现碳达峰目标至关重要。通过燃料替换、高效用能、原料替代、

碎玻璃回收等方式释放巨大的节能、减排潜力。目前，电熔化技术逐渐

成为行业的发展方向。

1、玻璃电熔化原理

玻璃电熔窑就是利用玻璃高温能导电的特性，通过玻璃液产生的焦

耳热来实现玻璃熔化的设施。在单位时间内，窑内所产生电热效应的焦

耳热符合焦耳-楞次定律，与通过玻璃液内的电流二次方成正比，与玻

璃液的电阻成反比。

在全电熔化过程中，配合料熔化的化学反应热、物理热、窑墙的热

损失、电极冷却水所带走的热量，以及其它热散失都由电热效应所产生

的焦耳热来完成。全电熔玻璃熔窑热输入和热输出的热平衡关系见表1。

表1全电熔玻璃熔窑的热平衡关系

2、玻璃电熔化及熔化电极种类

（1）玻璃电熔化及种类

①全电熔化全电熔化是在高温玻璃液中由电极输入交流电，通过玻

璃液中的离子导电所产生的焦耳热直接将配合料熔制玻璃的熔化方式。

全电熔化根据电熔窑顶部的温度可以分为热顶电熔化、半冷顶电熔化和

冷顶电熔化。目前，广泛使用的是冷顶电熔化。优点：与高效的化石燃

料火焰窑相比，全电熔窑在设计方面比较简捷，不需要高大的烟囱，也

不需要烟道和蓄热室。在熔化过程中，不会释放与燃烧相关的CO、NO

2X

或SO排放物。在熔制氟玻璃、磷酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃以

2

及类似的含有高挥发性成分的玻璃时，挥发性和昂贵原材料的蒸发量少，

使废气净化更加容易；与火焰熔窑的水平熔化相比，电熔窑的熔化方式

是垂直熔化，全部玻璃液都经历了相同的热周期，熔制均匀度好，有益

于提高产品质量；电熔化是由电极在玻璃液中进行内部加热，单位面积

玻璃熔化率高，电能热效得到了充分利用，节约了能源。缺点：为了启

动电熔化过程，需要与日用玻璃和浮法玻璃火焰熔窑一样进行烤窑升温

至玻璃液中的离子呈活跃状态；全电熔化还需要稳定、可靠的电网；为

了降低碳足迹，电力应使用绿电（再生能源电力）而不是化石燃料发电

厂的灰电，至少要使用蓝电。需要精心维护电极，以防磨损导致更高的

电阻。

②电辅助加热熔化

电辅助加热熔化是通过浸渍电极增加额外的电加热来改善火焰熔

窑熔化能力和玻璃液品质的一种辅助熔化方式。一般电极安装在熔窑的

池壁或池底上，其电极位置对玻璃液的均化质量至关重要。电辅助加热

现已在玻璃工业尤其是瓶罐玻璃熔窑中广泛使用。

优点：在熔化正常时，采用电辅助加热技术既可增加玻璃熔窑的出

料量，也可在玻璃熔窑后期蓄热室格子体被堵塞或熔窑内的燃烧系统恶

化时，仍能保持熔窑初期的出料量以及增加出料量；采用电辅助加热可

使熔窑所熔化出的玻璃液均匀度提高，在熔制深色玻璃时可以减少结石

的产生；可以降低熔窑上部的温度，使熔窑的寿命延长以及减少配合料

中原料的挥发损失；可以减少化石燃料的使用量，使空气的污染减少。

不需要电助熔时，可以随时停止供电，不再消耗任何电能。缺点：与火

焰窑熔化相比，电辅助加热熔化可能会增加成本；不需要电助熔时没有

及时停止供电，可能会造成能源浪费，甚至影响玻璃质量。③火电混合

电熔化

火电混合电熔化是燃料火焰熔化和电熔化相结合的一种熔化方式。

即在配合料上部空间采用燃料加热，在配合料层下面玻璃液中采用电极

通电加热。火电混合电熔化技术与电辅助熔化的区别在于：火电混合电

熔化技术是以电熔化为主，火焰熔化为辅；而电辅助熔化则相反。

我国也将“大型玻璃熔窑大功率‘火-电’复合熔化技术”列入

《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》等政

府部门文件中。

（2）玻璃熔化电极及种类

玻璃电熔技术的发展相当大的程度取决于电极材料的选择。玻璃熔

化电极作为电阻加热元件，浸没在熔融玻璃液中并使材料保持在适当的

加工温度，实现玻璃液熔化、均化和成形。其中石墨电极在池窑内使用

时间较长，损坏