随着生态文明不断推进，绿色发展、循环发展、低碳发展成为社会共识，大气、水、土壤污染防治行动计划全面推进。《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》(2020年修订版)中对玻璃行业A级企业超低排放数值要求：颗粒物不高于10mg/m³、二氧化硫不高于50mg/m³、氮氧化物不高于200mg/m³。为了使烟气排放达标，玻璃生产线须增设脱硫、脱硝、除尘设施，其投资和运行成本高。

    我国正在大力推进能源结构转型，面对节能减排压力，投资和运行成本低、具有节能和环保优势的电熔窑应用越来越广泛。

    目前国内外全电玻璃熔窑熔化量是大多是160t/d。为了降低大型电熔窑的设计、安装和运行风险，一般在设计之前进行数学模拟研究，在数学模拟过程中，应充分考虑窑炉寿命、投资成本、玻璃熔化质量、能耗、生产灵活性与可调性等因素。通过数学模拟研究结果得到了电熔窑的最佳窑炉结构、电极的最佳分布状况和功率的最佳配制范围。

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350t/d浮法玻璃全电熔窑结构

    350t/d浮法玻璃全电熔窑为近似圆形、深池电熔窑。生产产品种类为普通钠钙硅玻璃。图1为全电熔窑的结构示意图。

图1全电熔窑结构示意图

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350t/d浮法玻璃全电熔窑主要技术参数

(1)玻璃组成：钠钙硅玻璃;

(2)生产玻璃品种类型：厚度为1.8~2.5mm汽车玻璃;

(3)熔化量：350t/d;

(4)熔化面积：140m²;

(5)池深：2450mm;

(6)流液洞宽：600mm;

(7)上升道尺寸：300mmx600mm;

(8)熔化率：2.5t/(m²•d);

(9)玻璃配合料生熟比80:20;

(10)装机功率：21000kVA;

(11)正常使用功率：17500kVA;

(12)流液洞和电极砖采用41#氧化法无缩孔锆刚玉砖，其余部位采用33#氧化法无缩孔锆刚玉砖;池壁砖厚度为250mm;池壁保温层厚度为300mm;

(13)采用气动液面仪检测液面波动状况;液面仪安装在上升道顶部;

(14)采用旋转炉顶的自动投料机;投料机与液面仪连锁，根据液面高低自动调整给料量，液面波动范围控制在±0.2mm之内。

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350t/d电熔窑与1000t/d火焰窑对比

3.1窑炉结构

火焰玻璃熔窑由熔化池、蓄热室、小炉、冷却部、闸板、烟道和烟囱等组成，其结构复杂、占地面积大。

全电玻璃熔窑只有熔化池和流液洞，其结构简单、占地面积小。

3.2—次投资

火焰熔窑不仅是熔窖本身投资，还要考虑脱硫、脱硝、除尘等附属设备的投资。

电熔窑只有耐火材料、电器和钢结构，主熔变压器可以直接使用10kV电源，降低了变电所造价。电熔窑产生的废气主要是原料中碳酸盐分解产生的二氧化碳，对环境污染小。另外，投料口处产生的粉尘做简单除尘即可满足排放要求。

3.3运行成本

1000t/d浮法玻璃熔窑能耗5650kJ/kg玻璃液。天然气标准热值：33450kJ/m³，天然气消耗量为0.169m³/kg玻璃液，工业管道天然气价格为3.23元/m³，折合0.546元/kg玻璃液。

350t/d电熔窑熔化能耗一般不大于1100kWh/t玻璃。工业企业的用电大户可以使用直购电，直购电平均电价：0.298元/kWh，普通电费价格为0.5~0.8元/kWh。按照直购电计算，电熔窑熔化玻璃费用：0.328元/kg玻璃液，电熔窑费用低于火焰熔窑费用;按照普通用电的谷值计算电熔窑熔化玻璃费用：0.554元/kg玻璃液，电熔窑费用和火焰熔窑费用两者相当;按照普通用电的峰值计算电熔窑熔化玻璃费用：0.88元/kg玻璃液，电熔窑能耗费用高于火焰熔窑费用。

3.4环保投入

火焰玻璃熔窑在生产过程中不可避免要产生硫氧化物、氮氧化物和粉尘，烟气排放为了达到环保要求，必须增设脱硫、脱硝、除尘设备。

3.5控制精度

火焰玻璃熔窑的温度和助燃风、燃气(或燃油)连锁。通过温度反馈调整助燃风、燃气(或燃油)开度，一般是利用热电偶测温。热电偶检测燃烧空间温度，不能直接反应玻璃液温度，反应滞后而造成玻璃液温度波动大。

而电熔窑通过恒电流控制，间接控制玻璃液温度。如式(1)所示：

式中：P——电熔窑输入功率，W;

I——电极间电流，A;

R——电极间电阻，Ω。

玻璃液电阻与玻璃液温度成反比关系，即玻璃液温度升高，玻璃液电阻减小;反之，玻璃液电阻增大。如果玻璃液温度升高，玻璃液电阻下降，由式(1)可以看到，施加的功率下降，使玻璃液温度降低;反之，若玻璃液温度下降，玻璃液电阻增加，施加在玻璃液的功率增加，使玻璃液温度升高。

在理论上玻璃液温度可以恒定不变。通过采用先进的功率预报系统，根据天气变化及时修正熔化功率，保证熔化温度稳定。

3.6热效率

1000t/d的火焰浮法玻璃熔窑能耗是5650kJ/kg玻璃液，合1.568kWh/kg玻璃液。浮法玻璃的有用能耗为0.756kWh/kg玻璃液，热效率是48.21％。

350t/d浮法玻璃全电熔窑熔化能耗是1.1kWh/kg玻璃液，热效率是68.73％，高于火焰熔窑。

3.7 熔窑使用寿命

由于耐火材料质量的提高和窑炉设计的科学化，火焰熔窑的使用寿命一般在8年以上，而电熔窑在8年内至少要冷修一次，350t/d浮法玻璃电熔窑冷修需要更换的材料是：锆刚玉砖、普通耐火材料、钼电极等，包含人工费用冷修总投资为2200万元左右。

电熔窑的使用寿命取决于三个方面：电极、耐火材料寿命和熔化率。钠钙硅玻璃电熔窑常用钼电极，在设计合理、使用得当的情况下，窑炉的寿命可达到设计窑龄。在电熔窑中侵蚀最快的是流液洞砖和电极砖，这两处的设计寿命一般不小于3年，在实际生产中已有钠钙硅玻璃熔窑的寿命大于4年。温度是影响耐火材料寿命的主要因素，提高熔化率势必提高熔化温度，熔窑寿命则随之降低。

如果采用直购电，与1000t/d火焰熔窑相比，电熔窑熔化费用节省：(0.546-0.328)×1000×1000=21.8(万元/d)。折算8年节省的费用：21.8×350×8=61040万元，冷修费用为：2200×3=6600万元(一座1000t/d火焰熔窑熔化能力相当于三座350t/d全电熔窑的熔化能力)。如果使用普通电的高价电，仅从经济角度(不考虑环保)的条件下，火焰熔窑有优势。如果使用普通电的低价电，两种熔化方法的综合费用(考虑窑龄、环保)相当，具体需要根据实际情况进行准确计算。

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结 语

与火焰玻璃熔窑相比，全电玻璃熔窑具有投资少、对环境污染小、运行费用低和热效率高的特点，同时电熔窑已实现全自动化控制。在激烈的市场竞争中，越来越多的浮法玻璃厂家会考虑电熔窑的应用。

作者：耿海堂、商振可、商树仑
（秦皇岛昱仑玻璃设备有限公司 ）