朱勤 武林雨 袁偉 黃才富 羅建軍 曹聯(lián)會(huì)

（廣西南玻新能源材料科技有限公司 北海 536100）

0 引言

玻璃行業(yè)是國(guó)家發(fā)展過(guò)程中必不可少的基礎(chǔ)制造業(yè)之一，但同時(shí)也是一個(gè)高耗能、高排放的行業(yè)。玻璃是非晶無(wú)機(jī)非金屬材料，廣泛應(yīng)用于建筑物、設(shè)備新材料、科技等領(lǐng)域。近年來(lái)，受中國(guó)巨大的消費(fèi)增長(zhǎng)潛力、豐富的原材料、低廉的勞動(dòng)力以及光伏能源政策契機(jī)等影響，許多國(guó)內(nèi)外知名廠商紛紛投資新的生產(chǎn)基地，帶動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)張。

玻璃窯爐窯型眾多，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年玻璃窯爐在建設(shè)實(shí)踐中進(jìn)步的標(biāo)志是：高效、低耗、長(zhǎng)爐齡和大型化。尤其在光伏玻璃行業(yè)，窯爐趨向大型化發(fā)展，如1000 t/d以上一窯五線、六線、八線等玻璃窯爐的建設(shè)拔地而起。這種超大型窯爐占地面積大、廠房跨距大，因窯爐燃燒方式（空氣換向助燃模式）特點(diǎn)，需砌筑蓄熱室實(shí)現(xiàn)熱量?jī)?chǔ)存及傳導(dǎo)傳熱，利用高溫廢氣加熱助燃空氣，提高火焰燃燒溫度，保證熔窯處于持續(xù)穩(wěn)定高溫狀態(tài)。而蓄熱室占地空間較大，通常為提高蓄熱能力而采用加高格子體的方式，這必然會(huì)增加蓄熱室的高度，最高可達(dá)15 m以上，傳統(tǒng)做法：一是向下挖地坑，將蓄熱室及配套煙道系統(tǒng)布置于-10～-12 m地坑內(nèi)；二是向下挖少量地坑，將蓄熱室及配套煙道系統(tǒng)布置于-3～-5 m地坑內(nèi)，上部采用二層結(jié)構(gòu)形式。兩種傳統(tǒng)做法，在行業(yè)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用中均較為成熟。本文引用新型無(wú)地坑熔窯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，規(guī)避地坑結(jié)構(gòu)的劣勢(shì)，與傳統(tǒng)地坑結(jié)構(gòu)形式相比，具有投資省、基建工程量小、建設(shè)周期短、節(jié)約土地等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1 建造工序?qū)Ρ?/h2>

1.1 傳統(tǒng)熔窯地坑建造工序

傳統(tǒng)熔窯地坑建造方式采用向下挖地坑方式，如圖1所示。

圖1 窯爐地坑部位

向下挖地坑方式主要工序：

①地勘監(jiān)測(cè)，確定地質(zhì)情況；

②采用大型設(shè)備向下挖地坑，至-10～-15 m（或-3～-5 m）；

③打樁基，預(yù)防沉降問(wèn)題；

④底部鋪設(shè)筏板，預(yù)防地下水問(wèn)題；

⑤地坑四周做水泥剪力墻，外側(cè)做防水處理，防止雨水淹沒(méi)；

⑥土方回填；

⑦底部做窯爐水泥支撐柱，兩側(cè)建造廠房。

1.2 新型無(wú)地坑熔窯建造工序

無(wú)地坑熔窯基礎(chǔ)標(biāo)高如圖2所示，其主要建造工序有3道：①地勘監(jiān)測(cè)，確定地質(zhì)情況；②地面打樁基，無(wú)需考慮地下水問(wèn)題，因此不用做筏板；③底部做水泥承臺(tái)、支撐柱，兩側(cè)建造廠房。

圖2 無(wú)地坑熔窯基礎(chǔ)標(biāo)高示意

2 對(duì)比分析

2.1 帶地坑熔窯結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)帶地坑熔窯（圖3）采用向下挖掘的方 式，熔窯建造期間，窯底設(shè)備及材料運(yùn)輸、安裝非常不便。熔窯運(yùn)行期間，設(shè)備及熔窯的維護(hù)也會(huì)增加難度。由于其窯底處于地平面以下，會(huì)有地下水滲透的問(wèn)題，在大雨臺(tái)風(fēng)天氣，還會(huì)有窯底大量灌水的風(fēng)險(xiǎn)。由于其蓄熱室、煙道與風(fēng)機(jī)同處于一個(gè)地坑，蓄熱室煙道溢出的熱量會(huì)影響風(fēng)機(jī)的散熱效率，加大了能源的損耗。

圖3 帶地坑熔窯結(jié)構(gòu)

2.2 無(wú)地坑熔窯結(jié)構(gòu)

無(wú)地坑熔窯在結(jié)構(gòu)（圖4）上改進(jìn)了傳統(tǒng)挖地坑方式的缺點(diǎn)，將熔窯底部設(shè)為0平面，直接在地面打樁、做承臺(tái)。這種結(jié)構(gòu)在設(shè)備、材料運(yùn)輸，防水，能耗上都具備一定的優(yōu)勢(shì)。

圖4 無(wú)地坑熔窯結(jié)構(gòu)

2.3 窯底設(shè)備材料運(yùn)輸

傳統(tǒng)帶地坑熔窯，其大部分風(fēng)機(jī)（L吊墻風(fēng)機(jī)、池壁風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)）和部分工藝管道都安裝在地坑底部，還有建造煙道、蓄熱室用的耐火材料，也需要運(yùn)輸至地坑處。在熔窯建設(shè)階段，需要吊裝設(shè)備將熔窯設(shè)備、材料轉(zhuǎn)移至窯底，拖慢熔窯建造進(jìn)度。而無(wú)地坑熔窯結(jié)構(gòu)上，其底部與地面齊平，可直接使用工程車將設(shè)備（風(fēng)機(jī)、閘板）及建造材料（工藝管道、耐火材料）運(yùn)輸至窯底，提高了熔窯的建設(shè)效率。在熔窯運(yùn)行期間，也便于設(shè)備及熔窯的維護(hù)。

2.4 地坑灌水問(wèn)題

傳統(tǒng)帶地坑的熔窯，由于地坑位于地平面以下，會(huì)有地下水滲透的問(wèn)題，傳統(tǒng)解決方式是在窯底建造防水溝渠，定期抽水。在雨水、臺(tái)風(fēng)天氣，更有窯底大量灌水的風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)地坑結(jié)構(gòu)，窯底與地平面平齊，從而徹底規(guī)避了滲水、灌水等問(wèn)題，提高了熔窯運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.5 地坑建造周期

新型無(wú)地坑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在建造工序上進(jìn)行了大量縮減，其中最大優(yōu)化是省去了繁瑣的土方工程，使得建造效率提升了約1倍，雖然在地平面以上二層結(jié)構(gòu)建造中支撐柱等有所加高，但均符合建筑規(guī)范相關(guān)要求，且在現(xiàn)有施工技術(shù)條件下，基本未受影響。

2.6 能耗

2.6.1 冷卻設(shè)備能耗計(jì)算

熔窯無(wú)地坑結(jié)構(gòu)使得窯底具備良好的通風(fēng)效果，通風(fēng)系統(tǒng)冷卻設(shè)備運(yùn)行效率增大，設(shè)備運(yùn)行能耗降低明顯，如表1所示。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)冷卻設(shè)備節(jié)電效益

由表1計(jì)算得出：窯底環(huán)境溫度降低的同時(shí)，冷卻設(shè)備運(yùn)行效率提高，成本明顯降低。

2.6.2 助燃設(shè)備能耗計(jì)算

窯底環(huán)境溫度改善后，設(shè)備運(yùn)行整體效果良好，其中助燃風(fēng)機(jī)引風(fēng)口按照設(shè)計(jì)布置于窯底分割空間內(nèi)，空氣溫度較傳統(tǒng)地坑模式溫度預(yù)估升高10 ℃，熱空氣進(jìn)入窯內(nèi)參與燃燒，進(jìn)一步提高了熱效率。根據(jù)熱量守恒定律，物質(zhì)吸收與放出熱量守恒。以1200 t/d熔窯空氣助燃為例，當(dāng)助燃空氣熱量增加時(shí)，與天然氣在窯內(nèi)混合燃燒，總熱量增加，若玻璃熔化需求熱量不變，則可減少天然氣需求量：

式中：Q——熱量，kJ/h；

c——比熱容，kJ/（m3·℃）；

m——助燃風(fēng)量，Nm3/h，以1200 t/d熔窯空氣助燃所需量為例；

Dt——溫度變化量，℃。

空氣比熱容理論設(shè)定1.2975 kJ/（m3·℃），助燃風(fēng)量以1200 t/d熔窯空氣助燃方式為例，需83000 Nm3/h，由公式可得，助燃風(fēng)熱量增加量Q為1076925 kJ/h，取天然氣熱值34325 kJ/h，則可節(jié)省燃料量31.4 Nm3/h。

因此，實(shí)施新型地坑模式，將冷熱空間隔離后，不僅減少了窯爐熱能散失量，同時(shí)將熱能重復(fù)回收利用，一定程度上節(jié)約了燃料用量，實(shí)現(xiàn)了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)玻璃熔窯近50年的發(fā)展中，從最開(kāi)始的300噸九機(jī)窯到如今的千噸級(jí)特大型玻璃熔窯，建造工藝愈發(fā)成熟。為熔窯穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能增效，無(wú)地坑結(jié)構(gòu)的玻璃熔窯通過(guò)直接在地面打樁，減少了挖坑步驟和土建工程量，規(guī)避了傳統(tǒng)地坑帶來(lái)的滲水隱患，提高了建造效率，增強(qiáng)了風(fēng)機(jī)的冷卻效率，達(dá)到了提高建造效率和節(jié)約成本的目的，也增強(qiáng)了熔窯的維護(hù)效率和運(yùn)行穩(wěn)定。