陈金方

江苏大学材料学院　镇江　212013

一．玻璃全电熔池窑大型化的必要性

    玻璃电熔窑炉是目前国内******的玻璃熔制技术。由于环保的要求越来越高，玻璃制品的质量要求也越来越高，玻璃工厂采用电熔窑炉已经是大势所趋。

前几年，玻璃电熔窑炉主要是15t/d以下的小型窑，在电力充足的地区，用来生产各类玻璃制品；在电价较高的地区，用来生产特种的玻璃(如彩色玻璃、乳浊玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅玻璃、高挥发组分玻璃或其它特种玻璃)。

    最近两年，国际上石油的价格不断上涨，用电与用油来熔化玻璃的价格基本持平。而对于大型的玻璃窑炉，考虑综合成本，用电可能更经济一些。

    日产30吨与日产10吨的电熔窑相比，吨玻璃投资大幅度降低，吨玻璃用工减少2倍多。最主要的是吨玻璃能耗降低30%，这个指标意义重大。从大的方面来讲符合现阶段国家的能源政策，符合创建节约型社会的大政方针。从小的方面讲，生产厂家可大幅度降低成本，在市场竞争中处于有利地位。
二．10000伏供电的必要性和可能性

   玻璃全电熔池窑大型化，如果还使用380伏供电，必定会带来诸多的不方便。对于大型的玻璃全窑炉(日产20吨以上)，需要2000KVA的电力供给。

(1)如果采用380V供电，从投资角度上讲，首先要有2000kVA的配电房和2000kVA的电力变压器，其次从电力变压器至窑炉变压器要用很大截面积的电缆。从能耗角度上讲，采用电力变压器必然要增加一次能耗和变压器的铜损；采用大大截面积的电缆，也必然要增加电能损耗。

     (2) 如果采用10000V供电，从投资角度上讲，不需要先将10000V转换成380V，少一台电力变压器，这一部分的配电房也可以省掉了。从能耗角度上讲，少电力变压器的电力损耗。

三．我国几座大型玻璃全电熔池窑10000伏供电方案的比较 

本人从1992年贵州玻璃厂第一采用10000伏供电开始，至2007年8月已经设计5座10000伏供电的窑炉，在此作一简单的归纳和总结。

(2) 窑炉的结构

■4.1玻璃电熔窑电源的稳定性和供电质量的要求

    用电能来熔化玻璃，还应该考虑到供电系统的稳定可靠。对于座落在工业中心的玻璃厂，供电系统会受到其它大容量用电负荷引起的瞬间冲击。即使在玻璃厂内部，当供电系统处于满负荷状态时，也会产生类似情况，例如马达启动就可能引起电源电压波动。因此设计玻璃厂的控制系统时应该考虑这些重要的因素。

    无论哪一种配电网络都牵涉到瞬变电压保护系统。此外，超过功率控制元件额定值的峰值反向电压引起的电压瞬变，对于可控硅元件和功率控制系统都很危险。在一些线路的功率控制系统中，电压瞬变会引起误触发，以至形成一个对系统输出不利的直流分量。如果功率控制系统在变压器的一次侧，误触发能引起变压器饱和，而危及控制系统和变压器。如果控制系统在变压器的二次侧，则输出的直流分量会损害电极。由此可以看出瞬态保护的重要性。

    变化的负载系数会影响正常的线路电压，负载高峰期间线路电压低，低峰期间线路电压高。下午和傍晚，当生活用电增加时，负荷处于高峰期；而黎明前由于生活用电少则处于低峰期。但是线路电压的波动不单受生活用电的影响，工业用电对它也有影响。电压波动的效应可由下式计算：P=V2/R。电压向下波动15%，功率下降27.75%；而电压向上波动10%，功率增加21%。输入功率的变化对于小功率控制系统影响不大，但是对于大功率的玻璃电熔系统，影响将是显著的，因为大功率系统对熔化的稳定性和供电质量均有较高的要求。

■4.2 玻璃电熔窑的应急电源（备用发电机）

    有些地方，电力供应往往没有保证，经常出现严重的电压波动和长时间的停电现象，这些地方仅由地方电网的一部分供电，或者小型电站供电。所有的一次设备和辅助设备均可经受短时间的断电。电加热电路的隔离开关可跳闸，以起到保护作用；供电恢复正常后，它必须再度复位。如果出现了持续很久的供电故障，必须作出是否需要维持此期间的生产或进行熔窑保温直至恢复供电的决定。

　　（1）电网停电时关键设备的供电。电熔窑保温就是仅向控制系统、冷却风机、冷却水泵等关键设备供电，保温时往往停止加料。熔化池可以在较长时间内不加热，虽然温度会降低，但至少在2～3个小时内情况不会变得严重起来，有时需点燃熔窑上部的燃烧系统。

    如果玻璃液停止流动或流量减少，那么流液洞和上升道就会趋向于凝固。因而，停电时应向这些部位供电，电熔窑的流液洞和上升道分别由独立的单相电路供电。在标准负荷状态下，单相电路的****输出功率约为20～30kW，用于这些区域的变压器，以及其它的控制装置和辅助装置由厂区变电所的低压侧(通常为380V)供电。这些区域的功率可通过变压器一次侧的可控硅进行调节(见图4.1)。

 　（2）电网停电时用于连续生产的备用电源的供电。如果出现了电网供电故障，提供较低的功率输入可使电熔窑处于稳定状态。因此，厂内低压配电网应设置应急电源，这样才能保证对必要的设备继续供电。如果不考虑电熔窑供电电源的话，那么配用电源需要约为50～100kW。考虑流液洞变压器、上升道变压器、控制系统和冷却风或冷却水系统的变压器达到合理的三相平衡。

图4.1停电时备用发电机给关键部位供电的布置图

    最简便的办法是采用柴油发电机作应急电源。电网断电或电网供电电压波动超过正常生产可接受的程度时，自动启动柴油发电机。大多数电熔窑保温用设备采用手动启动，因为这是最经济的解决办法。如果在停电过程中需维持生产，应急电源的容量必须满足向所有生产过程供电，而且应急电源应迅速接通，以便不影响连续的成形操作。

    如只考虑电熔窑，熔化池电力需求远超过其它部分，熔化池的耗电量约为1000 kWh/t玻璃(取决于玻璃品种和窑炉的大小)，约等于42kW/d·t玻璃(连续)，电熔窑结构热损失除外。小型的铅晶质玻璃电熔窑，如生产能力为15t/d，包括热损失在内的熔化池总的电力需求约为600kW。一座生产能力为60 t/d的硼硅酸盐大型玻璃电熔窑的熔化池可能需要2500kW。

    任何用于维持生产的发电装置应能连续工作。考虑到维修和故障时通常需要更多的发电量，所需的发电量可以采用一台发电机独立供电，也可以将工作负荷分配到几个发电机上，所有发电机均在****额定能力以下工作，这样每台发电机都可离线维修。

大多数较大的电熔窑的熔化部是三相的，因此不存在严重的配电平衡问题(如图4.2)。在发电机和电熔窑主变压器之间需要有一台升压变压器，这种变压器通常同高压电源连接。铅晶质玻璃应用单相的熔化池。如果不能够利用厂内的与主变压器反相位的发电设备来获得负载平衡的话，就必须使用特殊的平衡装置。发电设备及其配套的开关和控制装置的安装与维修费用要占全厂费用的相当比例。

二 几种电熔窑的运行指标对比

下面就5.0平方米,7.5平方米,15.1平方米,18.0平方米全电熔池窑在投资 占地面积 能耗等方面如下:(以拉制太阳能毛坯管为例)

熔化面积 5㎡  7.5㎡       15㎡     18㎡
占地面积 10  15       30     40
投资(万元) 240-270  260-300      360-395     430-460
产能(吨/日) 9.0  13.0       28.0     35
单耗(kwh/kg) 1.4-1.6  1.05-1.15     0.9-1.0     0.85-0.95
用工(人) 34  18       27     36
窑炉寿命(月) 24-30  30-36       30-36     30-36
成型工艺 垂拉  垂拉或平拉    垂拉或平拉   垂拉或平拉
投资(万元)/吨 26.84  20.74       14.52     12.71
用工(人)/吨 3.58  1.33       1.04     1.03

三 结论   

由上表可以看出，电熔窑大型化以后，只要技术可行，

    山东诸城龙光天旭太阳能有限公司在此方面已走在全国同行的前列。该公司在运行的电熔窑有：5平方米全电熔池窑1座，7.5平方米7座，15平方米2座。在建18平方米3座。15平方米全电熔池窑于2005年底投产，运行状况良好，节电效果显著。该窑炉全部采用国产材料、设备，成本低，易采购。具有自主知识产权，是一种新型易操作的先进窑炉。