技术交流 烟气分析仪在平板玻璃生产中的应用 卢忠伟 宁红兵 江辉 （１．国家玻璃质量监督检验中心；２．秦皇岛玻璃工业研究设计院摘要秦皇岛市０６６０００） 介绍了娴气分析仪的构造和测试原理，从窑炉气氛分析了影响玻璃澄清质量的因素，及烟气分析仪在实际生产中 的作用。 关键词平板玻璃烟气分析仪组成气氛澄清 中图分类号：ＴＱ１７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１９８７（２０１０）０６—００２９—０３ １ 引 言 随着科学技术的发展和人们生活水平的提高， 表１ 主烟道烟气数据 平板玻璃的应用领域在逐步扩大，新型玻璃品种 （超白玻璃、ＴＣＯ光伏玻璃、镀膜玻璃等）在不断 被研发利用，满足社会的需求，同时对玻璃质量的 要求越来越高。随着国家产业政策的调整和节能减 排的实施，新的国家标准《平板玻璃》的实施，也 对玻璃行业提出了更高的要求。企业只有以产品质 量赢得市场、占有市场，才能在激烈的市场竞争中 表２第５号小炉烟气数据 ２烟气分析仪的结构和测试原理 烟气分析仪有探头和测量装置组成，探头内装 有测烟气温度的偶丝和烧结金属过滤器，烟气经探 头进入测量分析装置。测量装置由显示屏、自动采 占有一席之地。 为了提高玻璃质量，设计、生产人员不断地进 行着改进，采取了改善窑炉、锡槽、退火窑的结构 设计，优化熔化、成形、退火的工艺制度，选用优 样气泵、内置式帕尔帖冷却器、各种气体传感器等 构成。 气体的测量可采用电化学传感器或红外传感器 测量。电化学测量又分为二极电化学传感器和三极 质的原料等措施。但在实际生产中，玻璃质量与期 望值还是有差距，而影响玻璃质量的因素很多，作 为生产心脏的窑炉，是决定玻璃质量的关键设备。 电化学传感器。电化学传感器采用气体自然扩散技 术，使分析气体组分的体积浓度和传感器形成的信 号呈线性关系，气体到达传感器电极的表面或者经 配合料要在窑炉内熔化成均匀的、澄清好的玻璃 液，窑内的温度和气氛要合理控制，窑炉温度一般 过二次氧化而生成的信号会被微处理器分析和计 算。红外传感器中的红外发射源提供范围为２－８ 由在线热电偶和手持辐射红外测温仪来测量，窑内 气氛用化学分析法来分析，但周期较长，对生产的 “ｍ的光学信号，信号直接通过采样器到光学检测 室，在通过目标分析气体的吸收光谱的４个光学狭 缝过滤器，通过过滤器的红外光被１个多极检测器 实际指导意义不大。准确便捷的是使用烟气分析仪 来测试，有效监控窑内的气氛，进而判断熔化状 况。围家玻璃质量监督检验中心为ｒ更好地服务于 企业，购买了德国产的烟气分析仪，检测窑炉烟气 的各种成分、含量，也可检测主烟道烟气的流量、 温度、压力等。如某企业４５０ ｔ／ｄ窑炉检测的数据如 表１、表２ 收集，然后根据光温度生成相应的电信号。 ２测试的项目 玻璃熔化用的燃料有重油、煤焦油、天然气、 煤气等，主要由Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｓ、０等元素构成，燃烧 产物主要为碳化物、氮化物、硫化物等。烟气分析 ２９ 全国性建材科技期刊——《玻璃》 ２０１ ０年第６期 总第２２５期 仪可以测试烟气中的主要成分（０，、ＣＯ，、ＣＯ、 ＮＯ、ＮＯ 、ＮＯ 、ＳＯ ）、烟气温度和空气过剩系 数，其中的０，％、Ｃ０％含量决定者火焰气氛的氧化 还原性。燃料燃烧产生的火焰大致可分为氧化性、 中性、还原性，理论上以空气过剩系数为１．１时为中 性，大于１．１为氧化性，反之则为还原性。 ３依据的生产原理 窑炉气氛是指窑体上空间中气体的组成以及各 种气体的分压，还可以包括气体的温度。燃料与氧 气发生氧化反应产生燃烧火焰，生成各种气体，同 时配合料中含有的还原性物质也和氧气发生反应， 氧气量的多少决定着两个反应的完成情况，即窑炉 气氛中氧气的剩余量和一氧化碳的生成量。 玻璃熔化时的氧化还原状态对玻璃质量的影响 很大，而影响玻璃氧化还原状态的因素有原料的 ＣＯＤ值、配合料的组成、配合料的水分及助燃风量 等。在实际生产中，国内的玻璃厂没有做到控制原 料的ＣＯＤ值，玻璃配合料的组成根据生产玻璃品种 的不同有固定的组成配方，配合料按氧化还原性又 可分成氧化性配合料和还原性配合料，氧化性配合 料即在配合料中增强了氧化性的原料，如硫酸钠、 硝酸钠等；还原性配合料在配合料中增强了还原性 的原料，如碳粉等。配合料的水份按工艺指标控制 即可。助燃风量直接影响着窑内火焰的气氛，也是 生产中调整火焰气氛的主要手段。 众所周知，平板玻璃生产都采用还原性硫澄 清，在玻璃配合料中加入硫酸钠，并加人一定比例 的还原性的物质碳粉。单独的硫酸钠热分解温度 高，要在１ ８５０ ０【＝时它的分解压才能达Ｎｏ．１ ＭＰａ，在 有ＳｉＯ，存在时，在约１ ２８８～１ ３２６℃时，硫酸钠的热 分解开始明显，Ｎａ２ＳＯ ＋ｓｉＯ广Ｎａ２０・ＳｉＯ２＋ＳＯ ＋０２， 在澄清温度下，适量的硫酸钠热分解起到很好的澄 清作用。按比例加入的碳粉的作用就是在较低温度 下还原一部分硫酸盐为硫化物，Ｎａ，ｓＯ ＋ｃ— Ｎａ Ｓ＋ＣＯ ，生成的Ｎａ２ｓ与Ｎａ￣ＳＯ 在７４０℃形成低温共 熔体，在８６０ ｏＣ以上又发生如下反应，Ｎ ａ２ＳＯ ＋Ｎａ Ｓ ＋ＳｉＯ＇＝Ｎａ２０・ＳｉＯ，＋ＳＯ，＋ｓ，起到了低温助熔作用。同 时碳本身是还原剂，和氧气发生反应，Ｃ＋Ｏ ＝ＣＯ ， ３０ 如果在配合料的熔化初期，火焰气氛的氧化性强 （助燃风量大），反应消耗的碳量增大，造成余下 的碳与硫酸盐反应的量不足，硫酸盐在低温分解 少，大量的硫酸盐在高温澄清区分解，生成的 Ｓ０，＋Ｏ，难于排出玻璃液，造成澄清困难，板面出现 密集的气泡。 硫酸盐分解产生澄清气体ｓＯ 和Ｏ ，ＳＯ：和０：在 玻璃中的溶解机理如下： ｓ０ （气体）＋下１ ０ （气体）＝ＳＯ （气体）（１） ０ 一（熔体）＋ＳＯ （气体）－－－ＳＯ 一（熔体） （２） 在给定的玻璃组成及恒温条件下，玻璃液中硫 酸盐含量可以用下式表示： Ｌｏｇ（ＳＯ，％）＝ｌｏｇ（Ｐ ｏ＾・Ｐ。，）＋ｌｏｇＣ （３） 其中：Ｐ ，一Ｓ０ 分压； Ｐ 一Ｏ 分压； Ｃ一为玻璃组成和温度决定的常数。 根据国外有关资料，当窑炉气氛中的Ｏ，含量由 １％降低到０．６４％（按体积计算）时玻璃熔体中的 ｓＯ 含量将降低Ｎ０．４８％（按重量计），在１ ２００ ｏＣ 时每立方厘米玻璃熔体可析出１０．５ Ｃ１ＴＩ 的气体，也说 明含硫酸盐的熔体对窑炉气氛中Ｓ０ 和０ 的分压是多 么敏感，即使是轻微的变化也会产生影响。可见 ｓＯ，气体在玻璃液中的溶解程度和气氛（指玻璃液、 窑炉空间气氛）有很大关系，氧化性越强，越有利 于ＳＯ，在玻璃液中的溶解。综合分析窑炉的不同位置 要求不同的空间气氛，一要保证燃烧充分，二要保 证碳粉消耗的硫酸盐的量，三要保证澄清的硫酸盐 的量。 ４生产中的应用 实际生产操作中，在不调节芒硝含率、碳粉含 率的情况下，窑炉气氛主要由助燃风量调节，而助 燃风的使用量是由燃料的使用量按一定比例设定 的，依据生产经验再根据火焰的燃烧状况进行风量 的微调。直观上助燃风量得到控制，但窑炉气氛是 否得到稳定、持续、合理的控制，就很难说。特别 到窑炉的中后期，蓄热室的烧损堵塞和助燃风量显 示数值的不准确，燃料燃烧所需的助燃风量难于控 技术交流 制，主要根据经验来调节，这势必造成窑炉气氛出 现偏差。总之窑炉气氛得不到有效控制，玻璃液的 澄清会受到影响，造成玻璃质量出现问题。 烟气分析仪能及时准确地测试小炉烟气中的 ０，％、ＣＯ％、ＳＯ，、氮化物的含量和空气过剩系数， １、２对小炉的助燃风量，但要保证末对小炉保持强 氧化性，以使ｓＯ 气体顺利排出玻璃液。经过调整， 玻璃板面气泡数量明显减少，表４为生产正常时测 的烟气数据。 表４调整后的烟气分析数据 烟气成分含量 小炉 对数 ０ ／％ ＣＯ ／％ Ｃ０／％ Ｎ０／％ ＮＯ空气过 ／％ ＮＯ ／％ ＳＯ ，％ 剩系数 ：从烟气中０，％、Ｃ０％含量和空气过剩系数来判断燃 烧状况和窑炉的气氛，对生产进行指导。如某公司 生产中板面出现较密集的气泡，根据取样观察，气泡在 板中的位置上、中、下都有，以直径为０．３～０．８ ｍｍ的气泡居多，板面有时出现上开口的大气泡。检 查窑内的熔化情况，温度制度、料堆、泡界限无波 动，燃烧火焰观察不到变化，原料也无工艺控制外 的波动。问题的产生主要是在熔化过程中氧化还原 性发生了变化，在影响氧化还原性的因素中，助燃 风量是一个主要的控制源，助燃风量的控制要通过 监测烟气中的０，％、Ｃ０％含量和空气过剩系数来达 到。表３为生产不正常时的烟气测量数据。 表３某厂生产不正常时的烟气测量数据 烟气成分含量 小炉 对数 ０ ２，％ ＣＯ，／％ Ｃ０，％ Ｎ０／％ ＮＯ ／％ ＮＯ ／％ ＳＯ ／％ 空气过 剩系数 １ ２＿８ １４．７ ０．Ｏ６３９ ０ ０７２５ Ｏ．ｏ００７ Ｏ ０５ｌ４ １．０７×１０‘ １－２０ ２ ２．０ １５．６ ０．０８４６ ０．０６３９ ０ｏｏ１０ ０．０２４９ ９ ６ ｘ１０ Ｉ １２ ３ １＿３ １５ ｌ ０ｌ０７０ ０ ０８０３ ０．ｏｏ６ ０ ０７３６ ８．５×１０ １ ０９ ４ ３ １ １２．２ ０．０２３７ Ｏ．ｏ９９４ Ｏｏｏ１ Ｏ．１０１２ ９ ９×１０ １．２２ ５ ５．６ 】２．６ Ｏｏ０１６ ００ｌ７８ Ｏ（）ｏＯ６ Ｏ０】２８ ７．０×１０ ｌ３３ 可见窑内气氛中的氧化性较强，第１、２对小炉 Ｏ，含量偏高，碳粉与氧气反应的量增多，造成低温 分解的硫酸盐减少，高温澄清分解的硫酸盐增多， 大量的澄清气体（Ｏ，、ＳＯ，）要在澄清过程中排｝｝｛， 在澄清过程中，根据气体扩散理论，一部分澄清气 体扩散进人玻璃液中原有的气体中，气体体积增大 上升到玻璃液表面排出，澄清气体过多将有部分澄 清气体留在玻璃液中，玻璃板面产生气泡。针对这 种情况，减少窑内整体的助燃风量，主要减少第 １ １．５ ｌ５３ ０．０４４３ ０．０５１９ ０．Ｏ０ｏ７ ０．０５０３ １ ０４×ｌ０。 １．１１ ２ １ ３ ｌ４ ９ ＯＯｌ３５ ００９７３ ０ｏｏＩ】 ０．０２４ｌ ９．６×１０ ｌ Ｏ８ ３ ０．９ ｌ５．１ Ｏ．０ｌ３２ ０．０８９５ ０．００ｏ３ ０．０８９７ ｌ ５３ｘｌ０。‘ １．０３ ４ ２ ３ １３ ８ ０．０１２７ ０．１ｏｏ２ Ｏｏｏｌ０ ０．１Ｏ１２ ９．９ｘ １０一 ｌ ｌ８ ５ ５．Ｏ １２．６ Ｏ．Ｏ１８ Ｏ ｏｏ８５ Ｏ．ｏｏＯ５ Ｏ０１２１ ７ ８×１０ １．３１ ５结语 烟气分析仪检测窑炉烟气成分的含量，通过生 产工艺的调整，将各小炉的Ｏ，含量、ＣＯ，含量和空气 过剩系数控制在一个合理的范同内。 烟气分析对生产的指导作用，正在成为企业控 制玻璃质量的一种手段，要生产高质量的玻璃，窑 炉气氛一定要控制好，控制好窑炉气氛，对降低能 耗（减少烟气带走的热量）也有一定的作用。 参考文献 ［１］张文玲等，玻璃生产中氧化还原状态的控制技术［Ｄ】 ２００８年中国玻璃行业年会暨技术研讨会，３４～３６． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｆｕｅ ｇａｓ ａｎａｌｙｚｅｒ ｔｏ ｆｌａｔ ｇｌａｓｓ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｌｕ Ｚｈｏｎｇｗｅｉ，Ｎｉｎｇ Ｈｏｎｇｂｉｎ，Ｊｉａｎｇ Ｈｕｉ （Ｃｈｉｎａ ｎａｔｉｏｎａｌ ｃｅｎｔｅｒｆｏ，ｑｕａｌｉ￣ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｆｇｌａｓｓ， Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ｇｌａｓｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，０６６０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｎａｌｙｚｅｒ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄａｔａ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌａｔ ｇｌａｓｓ，ｆｌｕｅ ｇａｓ ａｎａｌｙｚｅｒ，ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ， ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ｒｅｆｉｎｅ ３１