高发射性节能涂料在浮法玻璃熔窑的应用分析

杨国伟 黄才富

0 引言

燃料成本占玻璃生产成本的近40%，因此，降低燃料用量，既可降低生产成本，增强产品市场竞争力，为企业创造经济效益；又可减少废气排放量，改善环境，更具社会效益。随着传统玻璃行业的现代化发展进程，各种节能新思路、新技术得到较为普遍的应用。但主要措施集中于减少窑炉散热损失和提高窑炉高效热利用率两大方面。国外通过软件模拟窑内燃烧状况，设计优化窑炉和燃料喷枪结构，力求将窑炉高效热利用发挥到极致，而减少窑炉散热措施则主要为加强窑体外表保温，以减少热量损失。近些年出现一种窑炉内表高发射性节能涂料，通过加强窑体内表砖材表面吸收热量并高发射，以阻隔热量外散，达到窑体内外双向阻止散热的效果。本文从高发射性节能涂料的特性出发，结合在某企业浮法玻璃熔窑上的应用实践，对比分析其节能效果，以供业内应用参考。

1 高发射性节能涂料

Emisshield 高发射性节能涂料源自美国航空航天局技术，用于航天器表面降温，后转为民用。该高发射性涂料是基于人工合成的材料，不是绝热或反射体，而是吸收热量并发射，其发射系数在1650 ℃时，仍能保持在0.85～0.92，特别适合于高温环境，如玻璃熔窑。使用时涂层厚度为0.2 mm。

高发射性节能涂料可喷涂在硅质、莫来石质、高铝质、锆英石质、铬铝质、烧结锆刚玉砖上，电熔锆刚玉砖上目前不能使用。可应用于空气窑和全氧窑。

2 高发射性节能涂料在玻璃熔窑的应用

某公司一条700 t/d浮法玻璃生产线首次使用Emisshield高发射性节能涂料，于2015年4月9日点火。该涂料是在大碹和胸墙硅砖内表面冷态下喷涂形成约0.2 mm的涂层，烤窑过程中涂料经过高温烧结和硅砖融为一体。投产一年后，该浮法线熔窑单位热耗在公司同吨位浮法线中保持最低的水平，未发现该喷涂对烤窑硅砖膨胀及后续生产玻璃质量有任何影响。目前浮法熔窑结构完好，产品质量优异。证明该材料对玻璃生产无任何负面影响。生产普白玻璃2～8 mm规格，产品质量优异，能应用于AG玻璃、高端制镜、电子玻璃、太阳能背板等领域，并长期稳定供应。

3 节能效果分析

在实际生产中，窑炉结构、拉引量、碎玻璃比例、0#氧枪、产品种类、工艺操作等因素均会影响熔窑的能耗，准确测算单一因素对能耗的影响数值还存在一定的困难。为了能更科学地判断该涂料的使用效果，选取某公司正在运行，熔窑结构相同的两条700 t/d普白浮法生产线进行生产工艺及能耗状况的横向比较，统一拉引量、碎玻璃比例等主要工艺条件进行热工计算及折算，把各生产线的单位能耗折算到一个相同标准工艺条件下，比较使用高发射性喷涂料和未使用该涂料的生产线能耗之间的差别，从而判断高发射性节能涂料的节能效果。

采用Emisshield高发射性节能涂料后，熔化部所形成的表层的发射率可以达到0.9，而未经过喷涂的玻璃窑炉的耐火材料的发射率仅为0.4～0.6。通过提高窑炉发射系数，吸收窑内辐射热量，再发射到低温物料上，减少了透过窑炉耐火材料损失的热量和烟气带走的热量，达到了提高热效率，减少燃料消耗的目的。使用高发射性节能涂料，除减少熔窑散热，其发射作用使熔窑热点温度降低10～20 ℃，大幅度降低了燃料供给。

3.1 分析思路

首先根据熔窑热点温度变化，经过理论计算得到使用高发射性喷涂料节能后的理论节能效果。然后通过比较两条700 t/d普白浮法生产线的总的能耗差异，折算到统一工况下的能耗，剔除其它因素的影响，得到使用高发射性喷涂料的实际节能效果。通过理论和实际节能效果的比较，对玻璃熔窑使用高发射性喷涂料的节能效果进行评判。

主要考虑影响熔窑能耗的以下三个主要因素：

（1）拉引量

因拉引量的变化，对单位能耗影响明显，故选取两条生产线拉引量均为700 t/d左右，较长时间稳定生产的条件下的工艺及能耗数据做为分析评价的原始数据。

（2）碎玻璃比例

碎玻璃比例统一到15%的条件下进行能耗对比。

（3）0#氧枪

统一到使用0#氧枪的工艺标准条件下进行能耗比较。

3.2 分析过程

3.2.1 产线基础数据

1#线700 t/d熔窑，使用高发射性节能涂料，0#氧枪，普白浮法玻璃生产线。2#线700 t/d熔窑，未使用高发射性节能涂料，普白浮法玻璃生产线。产线1#线、2#线的原始数据见表1。

表1 产线1 #线、2 #线的原始数据

3.2.2 理论计算

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量（称为物体的辐射度或能量通量密度）与黑体本身的热力学温度T（又称绝对温度）的四次方成正比。物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时间内其单位面积辐射的辐射能量。

式中：E——单位面积辐射能量；

s——斯忒藩-玻耳兹曼常数，s＝5.67×10-8W/（m2· K4）；

e——表面辐射系数，其值在0和1之间，由物体表面性质决定；

T——物体的绝对温度，K。

不考虑其它工艺条件的影响和对比，采用Emisshield高发射率保温涂料后除减少熔窑散热，其发射作用使熔窑热点温度降低10 ℃以上，大幅度降低了燃料供给。1#浮法线热点温度手测1540 ℃，相比2#浮法线热点温度手测1550～1560℃，热点温度降低10～20 ℃，计算节能效率按降低热点温度10 ℃计算。

计算结果：DEh＝2.2%。理论计算高发射性喷涂料的节能效率最大可达2.2%。

3.2.3 折算标准

折算标准是某公司通过收集多条生产线的实际生产数据统计计算出的折算数据。

（1）拉引量的影响

拉引量折算标准为：拉引量每升高10 t/d，则气耗降低0.5 m3/t 玻璃。

（2）碎玻璃比例的影响

碎玻璃比例折算标准为：碎玻璃比例每升高1%，则气耗降低1 m3/t 玻璃。

（3）0#氧枪的影响

使用0#氧枪折算标准为：使用0#氧枪节能1.0～1.5%，取1.5%。

3.2.4 统一工况下的折算实际能耗

对上述三个变量参数，对1#线、2#线的气耗进行统一折算，结果见表2。

表2 三个变量参数的统一折算结果

4 结论

通过使用高发射性喷涂料理论热工计算节能效果2.2%及统一工况后实际折算的节能效果2.3%的比较分析，节能效果达到2.2%左右是可信的，具有较好的经济效益。而且高发射性喷涂料的使用对玻璃质量没有负面影响，值得在行业内推广。