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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:272kJ/kg玻璃液;②玻璃液加热至1400℃所需热量:
1842kJ/kg玻璃液;③生成玻璃耗热:314kJ/kg玻璃液;④蒸发水分耗热:
104kJ/kg玻璃液;理论熔化总热耗:2533kJ/kg玻璃液(不含玻璃液生成
气加热耗热),转换为电能为0.7kWh/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32~34kW/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1500kVA,热障区两排电
极,装机功率2100kVA。图1为600t/d颜色玻璃电助熔数学模拟玻
璃液流示意图。
图1600t/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。
(3)电极分布设计与计算
通常一个电助熔玻璃熔窑电功率及分区确定之后,下一个问题就是
如何确定变压器的二次侧电压参数。由电功率公式可知,电助熔玻璃熔
窑电极间电阻计算的准确性直接影响到输电设备参数的准确性。
①电极的选择及插入方式
平板玻璃熔窑电助熔所用电极一般采用钼电极。平板玻璃熔窑规模
尺寸大,底部有足够的空间满足电极的布置需求,底插垂直电极电流分
布均匀,电流密度小,一般可满足使用一个窑期的要求。钼电极适合平
板玻璃电助熔,但配合料中含有PbO、AsO、SbO等氧化物时,钼电极
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有被氧化的风险,从而影响电极使用寿命。钼电极的侵蚀速率很大程度
上与电流密度有关,当电流密度低于0.5A/cm时,腐蚀速度极低,电
2
极长期使用,尺寸几乎不变。当电流密度升高到1.0A/cm以上时,腐
2
蚀速度会突然升高,钼电极侵蚀很快。钼电极在平板玻璃电助熔中使用
时建议电流密度为:0.7~1.0A/cm。
2
②电极间电阻的计算
电极间玻璃液电阻可使用电阻计算公
式:
平板玻璃熔窑电助熔电极之间连接简单,电极间电阻一般有以下两
种计算方式:两支垂直底插布置的平行棒状电极之间的电阻可简化按式
(2)计算:
③二次侧电压计算
玻璃液的导电行为遵从欧姆定律和焦耳定律。电助熔功率
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