玻璃熔窯是如圖1所示是一個長形熔池，原料在其中熔化，兩側(cè)各有若干組煤氣和空氣蓄熱室（當(dāng)燃料為重油或渣油時，只有空氣蓄熱室），煤氣和空氣經(jīng)一側(cè)蓄熱室被加熱后，噴入窯內(nèi)燃燒，加熱熔池中的原料，廢氣從另一側(cè)蓄熱室排出到煙道，并同時加熱蓄熱室的格子磚，每隔一定時間，進行換向，即煤氣和空氣經(jīng)一側(cè)蓄熱室已被廢氣加熱的格子磚變成熱的煤氣和空氣，然后進入窯內(nèi)燃燒，并從對面的蓄熱室排出。混合料在窯頭經(jīng)加料機送入熔池，經(jīng)加熱、熔化、澄清均化后，經(jīng)過通路，玻璃液逐漸冷卻至成形溫度，然后由引上機垂直引上成為玻璃（浮法生產(chǎn)則流入錫槽后成為浮法玻璃），玻璃在引上室退火（浮法由退火窯退火），zui后由采板機采板成為厚板玻璃，還需去邊，并根據(jù)玻璃質(zhì)量和缺陷合理切栽成各種規(guī)格的平板玻璃并分別裝箱后送入成品倉庫。

圖1 玻璃熔窯煙道系統(tǒng)配置

2 玻璃熔窯火焰換向優(yōu)化的理論基礎(chǔ)

當(dāng)熔窯用預(yù)熱過的氣體燃料和空氣燃燒時，熱利用系數(shù)η可用下式表示：

η＝[（QCH＋QBPH＋QGPH）－（QWL＋QNC）] / QCH

式中 QCH－燃料的發(fā)熱量；QBPH－由預(yù)熱空氣帶入熔窯的物理熱；QGPH－由預(yù)熱煤氣帶入熔窯的物理熱；QWL－廢氣從熔窯帶走的物理熱；QNC－未*燃燒而產(chǎn)生的熱損失。

由上式可以看出，為了增加熔窯產(chǎn)量和節(jié)能降耗而需提高熱利用系數(shù)，這就應(yīng)要提高QBPH和QGPH、減少Q(mào)WL和QNC。

當(dāng)然兩次換向間隔時間越長，蓄熱室溫度越高而獲得的預(yù)熱空氣和煤氣的物理熱也會越高，但在兩次換向間蓄熱室的zui長工作時間tzui大（zui小的換向頻率）受下列情況限制：①格子磚在長期受熱時有過熱的危險；②必須在熔窯橫向上平衡溫度；③在冷卻著的蓄熱室內(nèi)，煤氣和空氣的平均預(yù)熱溫度降低，亦即蓄熱室熱工作效果降低。此外，zui大換向頻率也是有限制的，因為換向時，火焰會暫時停歇而產(chǎn)生溫降，故換向頻率增大時，熱損失增加，熔窯的技術(shù)工作指標(biāo)也相應(yīng)惡化。

在熔窯工作時，右方蓄熱室被廢氣加熱而溫度升高并進行蓄熱，左方蓄熱室則因通入空氣和煤氣而被冷卻并把空氣和煤氣預(yù)熱。到規(guī)定時間后，火焰換向，右方蓄熱室變成冷卻，左方蓄熱室則加熱，而加熱和冷卻周期則因換向頻率不同而不同，并且蓄熱室的平均溫度亦因換向頻率的升高而提高，換向間隔時間中的平均蓄熱量與換向頻率即換向間隔時間的關(guān)系，從蓄熱的觀點來看，連續(xù)換向（換向間隔時間為0）理應(yīng)得到zui大效果，然而，火焰每次換向都帶來一定的熱損失，若假定每次換向熱損失為一固定值，每個熔窯都有一個zui合適的換向頻率，這時總蓄熱效應(yīng)為zui大。

從上面的分析表明，火焰換向優(yōu)化應(yīng)解決兩個問題：

（1） 換向時熱損失zui小和火焰停歇時間zui短；

（2） 蓄熱效果zui高的換向頻率。

因此必須解決下列問題：①合理和良好的換向裝置的構(gòu)造；②優(yōu)化的換向頻率；③良好的換向圖表，亦即良好的換向順序；④換向裝置的操縱方法（手動的、半自動的或全自動的，當(dāng)然手動操縱是不可能達到*，只有全自動才能解決上述優(yōu)化的兩個問題）。

燃燒預(yù)熱過的氣體燃料和空氣的爐窯的換向裝置有分散式和集中式，前者在其左右橫煙道上各有其空氣閥、煤氣閥和相應(yīng)的廢氣閥，所有各閥可由各自的電動機驅(qū)動，這種配置可使各閥分別動作，而便于執(zhí)行良好的換向圖表，后者簡單，如圖2所示的福特式煤氣換向閥（煤氣換向使用水封的福特閥或稱水封滑蓋閥，空氣換向可使用無水的福特閥或稱無水滑蓋閥，或蝶瓣閥、雙滑板閥等），一個閥便可把左右煤氣蓄熱室切換，使之與煤氣或煙道連通，但這種設(shè)備如不改造就難以執(zhí)行良好的換向圖表。生產(chǎn)平板玻璃的熔窯大都采用集中式換向裝置。

熔窯火焰自動換向時會使火焰暫時停止，因而熔池溫度下降，且耗費燃料，故合理的換向圖表（即順序）是至關(guān)重要的，目前玻璃熔窯火焰自動換向圖表是如圖3所示，它是按煤氣換向→延時若干秒→空氣換向這一順序進行的。延時若干秒的作用是讓換向后，使與煙道連通的煤氣蓄熱室原先的煤氣（小部分進入熔池，大部分被煙囪抽走）被煙囪抽走一段距離后，空氣才換向，目的是使被煙囪從換向后與煙道連通的空氣蓄熱室抽走的原先的空氣落后于煤氣，以免煤氣和空氣混合，燃燒并發(fā)生爆響。這個延時和換向后煤氣充滿煤氣蓄熱室并進入熔窯所需的時間就構(gòu)成火焰停止時間。

圖2 福特式換向閥（滑蓋閥）示意圖 圖3 一般熔窯火焰換向圖表

3 玻璃熔窯火焰換向優(yōu)化方案

玻璃熔窯火焰換向優(yōu)化方按包括下列三個問題：①合理和良好的換向裝置的構(gòu)造；②良好的換向圖表；③優(yōu)化的換向頻率；④使用全自動化方法。

3.1 合理和良好的換向裝置

合理和良好的換向裝置應(yīng)該使用分散式的閥門，但對于已有的熔窯來說，要如此大動干戈，由于牽涉到機械設(shè)備和平面布置問題，顯然是很難實現(xiàn)的，故只有從稍為改造現(xiàn)有設(shè)備著手，才有可能實現(xiàn)。改造的方法是：首先使煤氣換向閥能在換向過程中停在中間孔的位置，這是很容易實現(xiàn)的，只要在中間位置加個極限開關(guān)就可達到。其次，為了防止煤氣能順利地進入左右煤氣煙道，并考慮安全問題，需要一個切斷閘板，以阻止煤氣被短路由煙道跑出，這可以利用用以控制煤氣和空氣蓄熱室分配廢氣的中間煙道閘板，在換向時把它關(guān)閉就可以了（當(dāng)然加一個切斷閘板）。

3.2 良好的火焰換向圖表

為了達到良好的火焰換向圖表，使用北京天惠人控制設(shè)備有限公司技術(shù)“相遇煤氣”的方法，采用其“玻璃熔窯火焰換向裝置”，這種方法本質(zhì)上是在火焰換向時，先把另一個蓄熱室充滿煤氣，然后再關(guān)閉原先蓄熱室的煤氣和進行空氣換向。此時，換向順序為：關(guān)閉切斷閘板和中間煙道閘板→開始進行煤氣換向并把煤氣換向閥停在*→延時若干秒→進行空氣換向和煤氣全換向（即關(guān)閉原先煤氣蓄熱室的煤氣） →延時若干秒（以免煤氣和空氣混合，燃燒并發(fā)生爆響）→打開切斷閘板和中間煙道閘板。有關(guān)其換向圖表見圖4。

圖4 玻璃熔窯火焰換向優(yōu)化的“相遇煤氣”換向圖表

3.3 優(yōu)化火焰換向頻率

優(yōu)化火焰換向頻率可以用數(shù)學(xué)模型進行運算，已有許多學(xué)者提出過，但由于很復(fù)雜，而往往采取許多簡化，這種簡化使人懷疑計算方法的正確性，直到現(xiàn)在還沒有得到實用。現(xiàn)在zui可行是采用專家系統(tǒng)的方法或采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)混合方法。

3.4 全自動化火焰換向

全自動化火焰換向內(nèi)容包括：

① 采用使用“相遇煤氣”的換向圖表，并進行換向閥門等的改造；

② 采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)來使換向頻率優(yōu)化；

③ 采用合理的開始換向信號。可以采用定時間為主的，但考慮蓄熱室上部溫度和下部溫度差作為換向信號。

4 玻璃熔窯火焰換向優(yōu)化的優(yōu)點和經(jīng)濟效益

（1） 全自動，免除人為的差誤和不及時，節(jié)省人力和操作規(guī)范化；

（2） 節(jié)省燃料10～15%；

（3） 沒有“煤氣與煙囪短路”的現(xiàn)象，也不會有“爆響”；

（4） 換向時，保持熔窯的熔池為正壓，避免冷空氣的吸入；

（5） 換向時，基本沒有火焰中斷現(xiàn)象，常規(guī)的換向，熔窯不僅火焰中斷15～30秒，且熔池溫降大，約為40～60℃，而火焰優(yōu)化換向溫降僅為其1/5～1/3。

5 結(jié)束語

本文重點討論了以煤氣為燃料的玻璃熔窯，該技術(shù)對于以重油為原料的熔窯同樣有效。全國目前共有94條浮法玻璃生產(chǎn)線，玻璃熔窯是個耗能大戶，節(jié)能非常必要。在浮法線上推廣此技術(shù)，具有非常大的現(xiàn)實意義。