节能创新型玻璃窑炉加料机的设计与应用

摘要：玻璃窑炉加料机是塞维斯公司玻璃绝缘子生产过程中的重要设备，随着国家节能减排的要求越来越严格以及石化类能源的供应日趋紧张，在保证企业生产正常的同时开发节能产品、节能设备显得尤为重要与迫切。为此，对玻璃加料口与窑头料仓进行了创新设计改造研究，创新使用德国SORG公司的EMS封闭式螺旋加料机代替老的摆动式加料机，可降低能耗，减少污染物排放，提升产品合格率，实现了良好的社会效益和经济效益。

关键词：玻璃窑炉加料机;能耗;玻璃液位;控制方式

0 引言

玻璃窑炉是玻璃工业主要的热工设备，保证熔化状态下的玻璃液位稳定，对于提高玻璃熔化质量、稳定窑内热工工况、提高玻璃制品合格率以及延长窑炉使用寿命等具有重要的意义。加料方式对玻璃液熔制质量有很大的影响，保持加料量与出料量的动态平衡，是保证玻璃液面线稳定的主要措施。马蹄焰池窑使用的加料机有往复式、电振动式、裹入式和螺线式等，不论使用何种加料机，最重要的是控制料层厚度。过厚的料层推入熔池后，其所带入的冷空气流会影响熔制温度，料层表面会吸收大量的辐射热，并起隔离作用，使辐射温度无法传递到下面的料层，造成未熔融石英颗粒因熔化时间不足而流入工作池，导致出现未熔融石英颗粒的结石。靠近玻璃液面部分的料层会吸收大量的热量，造成熔池温度急剧降低。故较厚的料层会对熔池的温度控制、玻璃液的对流等产生一系列影响，因此控制合适的加料层厚度是一个迫切需要解决的工艺难点。

影响加料的另一个重要因素是加料速度，加料速度直接与玻璃的熔化率、出料量及料层厚薄有关。要求加料速度在维持均衡的前提下，坚持慢速、薄层、少加、勤加的原则。

窑炉作为玻璃窑炉企业的能耗主体，消耗掉玻璃生产需要的绝大多数能源，同时它又是玻璃厂能源散失的主要源头，在热能散失过程中，加料口散失是一个非常重要的散热途径。有资料显示，采用传统形式的加料机和加料口，通过加料口散失的能量可能占到窑炉热能散失量的9%，因此如何提升窑炉热能利用率一直是行业发展的难点。

我们针对马蹄焰池窑配套使用的加料机在应用中存在的工艺问题，加强了工艺创新与研发设计，优化了控制给料方式，实现加料速度的均衡，改变加料口设计，使玻璃的熔化率，窑内温度、气氛及窑压的分布稳定性，窑炉能量的利用率等性能得到了提升。本文在认真分析加料系统特点和能耗产生机理的基础上，提出了引进一种新型加料机的设想。

1 节能创新型加料机的设计及实现

1.1    实施目的

创新使用新型EMS封闭式螺旋加料机，对玻璃加料口与窑头料仓进行创新设计改造研究;运用技术改革创新，提高窑炉内能量的使用率，降低能源成本;加大研发科技投入，不断优化生产工艺，确保产品质量性能得到优化。

1.2    引用及设计

创新使用德国SORG公司的EMS封闭式螺旋加料机代替老的摆动式加料机，对玻璃加料口进行设计改造，由原来的敞开式改为封闭式，并加长了预熔池的长度。

螺旋输送机控制原理：当物料进入固定机槽内时，由于物料的重力及其与机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不断随螺旋体旋转，在旋转着的螺旋叶片的推动下向前移动。加料系统控制原理如图1所示。

螺旋输送机主要部件包括驱动装置、末端轴承座、螺旋轴、螺旋叶片、末端加料口、中间加料口、中间轴承座、首端轴承座、中间卸料口、首端卸料口、机槽等。加料口和卸料口的数量在使用中可根据实际情况选取。其中，驱动装置是螺旋输送机的动力部分，分为单驱动和双驱动两种方式;轴承包括首、末端轴承和中间轴承，首、末端轴承设置在机槽外，方便安装和维修，同时可避免粉尘进入轴承中;机槽是螺旋输送机的重要组成部分，用于支承螺旋轴、中间轴承和输送物料。由于加料机的前端接触高温部分（温度达上千摄氏度），接入工厂现有循环冷却水系统，对前端所有设备进行水冷却，延长设备的使用寿命。

螺旋输送机的使用特点是便于多点装料与卸料，两台螺旋输送机可以单独或同时给料;现场控制柜设有手/自动切换装置，加料速度由变频器调节，可以组态变频器的调节参数，以满足具体工况所需要的条件，快速调节玻璃液位以实现玻璃液位稳定;推杆速度和推进距离在允许范围内可以随意调整;输送过程中还可同时完成搅拌、混合等功能;对超载敏感，易堵塞，能耗大;在输送粗粒物料时有破碎现象，更适用于输送细粒料。其结构特点是结构简单，容易维修，工作可靠;橫断面系数小，布置紧凑灵活;密闭运输，对环境污染小;改善劳动条件，但是机件磨损严重。

封闭式加料口创新设计，将原先敞口式加料口改为密封式加料口，改善了加料口火焰密封性，提高了窑炉热效率，提升了公司能耗使用效率，对于促进节能减排具有重要意义。同时，封闭式加料口在加料过程中，大大减少了挥发到工作环境中的原料粉尘量，极大地改善了员工的工作环境，另外，该加料机采用了密封性良好的加料口设计，增加了原料的预熔温度，显著地减少了原料通过烟气排到大气中颗粒物的排放量。

控制方式改进：在现场设置控制箱可以随时切换至现场控制方式，现场设有两台变频器调节加料速度，以确保玻璃液位的稳定性。

2 改善效果

玻璃窑炉使用封闭式加料口，减少了能量的散失;螺旋给料机加料，增加了料带的均匀性;减少了粉尘污染，改善了工作环境，降低了产品爆炸率;加料分布更均匀，玻璃液面波动更小，提高了产品质量;减少了热量散失，增加了玻璃混合料的预熔温度，节省了能源。

新型加料机的先进性在于：配合料在预熔池内初熔，进入熔化池后不会因粉尘飞扬造成上部结构的耐火材料、蓄热室格子砖和小炉损坏;采用更薄层的加料，使料堆的受热面积更大，减少了融化时间;减小了玻璃液面的波动范围，之前玻璃液面的波动范围是0.5 mm，现在液面的波动范围是0.25 mm，国内玻璃液面的波动水平是0.5 mm，玻璃液面波动测试如图2所示;单位玻璃能耗由原来的1 340 kcal/kg降低到1 270 kcal/kg，国内的单位玻璃能耗水平为1 400 kcal/kg;产品合格率提升1%;产品爆炸率降低1%以上。

3 结语

玻璃窑炉加料机的改进取得了明显的经济效益和社会效益。

经济效益方面：新型加料机投入使用后，玻璃窑炉能源损耗（天然气+玻璃窑炉加热电极的电能消耗）减少了4%，每年约节省100万元;爆炸率降低约1%，产品合格率提升1%，对于公司单位产品成本及资金占用成本均有明显改善，同时产品性能有较大提升。社会效益方面：促进公司提高资源利用率，提升企业研发、生产自动化管控水平，提高生产效率，降低能源消耗，减少污染物排放，增强企业的市场竞争力。

收稿日期：2020-05-27

作者简介：张殿树（1972—），男，河南商丘人，工程师，主要从事仪表自动控制方面工作。