节能减排的有效新措施--粉状配合料的粒化工程

发布时间：

2012-08-13

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；