【摘要】随着社会经济的发展，以及电子通讯的进步，对玻璃的需求量不断增加，促进了玻璃工业的发展。但是，玻璃生产的能耗问题是影响玻璃行业进步的关键问题，如何有效解决该问题实现玻璃的经济效益和环境效益的最大化成为业内关注的重点。本文对玻璃生产中各种低能耗高效率的熔化技术进行分析和研究，以期为我国玻璃工业的节能降耗提供新的参考。
【关键词】玻璃；低能耗；熔化技术
引言
能源问题和生态环境问题成为当前人类面临的两个重大问题。两个问题是相互影响、相互作用的，这就要求人们在生产中不仅要考虑能源资源的开发和利用情况，还应该重视生态环境的保护。玻璃工业具有高能耗的特点，其能源成本占生产成本的50%以上，是能耗较高的一个行业[1]。如何切实有效的降低能耗，解决环境污染问题成为玻璃行业稳定、可持续发展中需要迫切解决的问题。
一、全氧燃烧技术
全氧燃烧，也称为纯氧燃烧，就是在然燃烧燃料中，充分利用O2替代空气来阻燃的方式，在该技术下空气中不存在N2，因此在玻璃生产中燃烧后产生的氮氧化合物废气大幅减少，可起到保护大气环境的效用。近几年来，该技术在玻璃生产行业内具有较大的发展。全氧燃烧的窖炉和传统模式相比，使用大型蓄热室的次数较少，在一定程度上节约了窑炉的投入[2]。该技术具有燃料使用率高、氮氧化合物排放量较低、火焰温度稳定、简化废气处理装置、提高熔化率及玻璃质量等优势。但是，该技术也存在一定的不足，就是纯氧的生产成本极高，使用时间不长，存在操作上的风险等。研究表明，应用20L重油/h的燃烧条件下，空气助燃的火焰温度在1200℃左右，火焰高度在140mm左右；而全氧燃烧的火焰温度达到1400℃以上，高度达到200mm以上，可以看出全氧的燃烧效率、能源利用率和熔化度要优于空气助燃。
二、分段式熔化技术
分段式熔化技术是一种新型的低能耗高效熔化技术，有效解决了当前连续窑炉中玻璃液回流引起的玻璃液在窑内的停留时间长的问题。也就是根据玻璃液的各个熔化反应实际情况，进行特定分段，按照分段来供应熔化所需要的能量。在实施该技术中，配合料的预热、熔化、均化等环节均为单独操作，互不影响，各个环节具有相应的温度、压力，可有效实现速熔、配合料窑外预热等功能，达到在保证玻璃质量甚至更优的基础上，大幅减少玻璃液滞留、澄清的时间，促进生产质量和效率的提升。该技术最早是由美国PPG公司和荷兰TNO公司共同研发出来的。TNO公司认为，分段式熔化技术发展的一个重要技术难题就是对室温达到熔化温度的速率的控制和调节。所以，该公司通过应用CFD流体力学模型进行研究发现解决此问题的关键是配合料预热的问题的妥善处理。该技术在节能降耗方面具有良好的效用。近年来，我国对该技术也有大量研究，也取得了较大成就，发现要提高该技术的效能，实现更好的节能减排，需要对分段式系统进行协调，实现能量的平衡。
三、浸没燃烧熔化技术
所谓，浸没燃烧熔化就是燃烧器在熔窑底部时，当燃料和O2一同点燃后，火焰由下往上喷出，而配合料则从熔窑的上方注入，配合料的分解、熔化等产生的高温气泡在通过冷却层从上排出，这样配合料和吸收大量的热量，高温气泡和低温混合料间产生较为高效的热交换，热传效率可达到70%以上处于1200到1500℃环境下，可有效减少热量的流失，提升了能源的利用率。而伴随高效热交换的强化，以及高热气泡的上升，能有效推进反应物的接触和融合，促进化学反应效率的提升，改善均匀度，同时降低了配合料的制备规格，比如：尺度、结构、匀度等。据研究表明，和传统熔窑相比，应用该技术可缩小玻璃熔窑为传统的15%左右，而熔化率则可提高到20到3t/（m2.d），可大大降低生产成本，降低幅度大约在80%左右。也就是说，浸没燃烧熔化技术的应用可降低投资，减少窑体，可节省大量耐火材料。但是，该技术应用也带来了一定的问题，比如：大量气泡产生，特别是微液滴的产生，对玻璃液的澄清带来较大影响；在熔化过程中会使玻璃液出现较大的流动和沸腾等不足。
四、飞行熔化技术
该技术的核心就是以等离子体技术为基础，也就是玻璃配合料通过特定的方法、手段制作成大小合理的颗粒，再通过特定的载体将这些颗粒输送到等离子熔化器中，而颗粒配合料则在飞行过程中和高温热的等离子进行接触，然后在极短的时间内迅速熔化，在此过程中气体被充分排出，减少了气泡的产生，提高了玻璃的质量。和传统生产工艺相比，在其他条件一致的情况下，其澄清的总用时降至2到3h，节能45%左右，且能提高能源的燃烧效率，减少温室气体的排放。但是，研究发现在飞行熔化过程中，玻璃易挥发N2O，达到17%到45%，要求对配合料进行优化和调整。该技术还处于研究的初级阶段，其运行原理和配合料的制备还未形成体系，影响该技术在大型玻璃熔化中的应用。
五、减压澄清技术
减压澄清，也称为负压澄清，就是造玻璃窑炉内的某个空间的大气压比外部大气压要低。基本原理就是在这种条件下，形成负压状态可使玻璃液中的小气泡聚集形成大气泡再从玻璃液中排出，以达到和放入澄清剂一样的效果[3]。该技术可有效降低澄清的温度，提高澄清的质量，实现良好的节能降耗效果。日本某公司对该技术进行大量实验表明，可降低30%左右的能耗。数据显示，应用该技术可降低熔窑内的温度（100℃左右），提高了耐火材料的寿命，减少了CO2、氮氧化物的排放。
六、结语
总而言之，传统玻璃熔化技术耗能高，效率低，且玻璃质量不高。新型技术可有效解决玻璃工业中能耗高和废气排放大的问题，但是新型技术还应进一步研究和探索，以完善各项技术，实现玻璃行业经济效益和环境效益的最大化。
参考文献
[1]丁奇亮.玻璃低能耗高效熔化探索研究[J].武汉理工大学，2012，（6）：14-16
[2]姜宏，李长久，俞琳.玻璃熔制新技术[J].电子玻璃技术，2010，11（7）：50-55
[3]马俊.革新的玻璃熔化技术[J].建材世界，2014，35（02）：54-57
作者简介
冯正君（1988.6），男，汉，籍贯：山东省聊城市东阿县姜楼镇后寺村；2011年毕业于山东轻工业学院无机非金属材料专业 供职河北视窗玻璃有限公司 槽窑部熔化工程师；研究方向：玻璃生产技术，邮编：065600。
齐建党，供职河北视窗玻璃有限公司，槽窑部值班经理，邮编：065600。
