供料道的电加热——供料道的电加热的概述

13.1.2 供料道加热的现状

目前普遍采用的供料道加热方法有:

(1)用城市煤气多喷嘴加热:该系统的主要优点是节约燃料和电力、减少噪声、便于调节。缺点是设备投资大,由于采用零压煤气引射,故安全性差,且城市煤气供应紧缺。由于一般设计为串级调节,所以自动调节系统的参数整定难度较大。

(2)用油类喷嘴、天然气烧嘴加热:其特点是设备投资小,投入运行较容易,但控制精度不高,不如煤气多喷嘴系统,且噪声大、节能差,故较少采用。

(3)辐射式电加热:该系统的温度调节方式与电炉类似,它通过装在料液面上部的硅碳棒、硅钼棒电热元件加热,以调节电压大小来达到调节供料道空间温度,这种方式同样存在惯性大、调节精度低等缺点。同时,该系统的维修管理等较为不便。

(4)电极埋入式加热:采用埋入式电极,利用通过玻璃液本身的焦尔效应对玻璃液进行直接加热。它能使供料道的上部结构热负荷减轻,并可减少玻璃液沿深度方向的温度梯度,即在升高玻璃液温度的同时,进一步改善了玻璃液温度的均匀性,且有热效率高、调节灵敏、无环境污染等特点。

为了使玻璃具有优良的热均匀性、化学均匀性和粘度均匀性。国内外投入了大量人力、物力对供料道电加热进行了广泛深入的探讨和研究,各生产厂家正越来越多地使用供料道电加热。随着高速成型机的使用和薄壁制品的生产,对玻璃液温度的均匀性、化学成分的均匀性及料滴重量的要求越来越严格。采用供料道电加热是解决料滴温度和重量波动的有效手段。

我国电力资源丰富,推广以电作为能源的方式,不仅可以改善供料道玻璃液温度分布,而且可以大大节约能源。

13.2 供料道电加热的优越性

供料道电加热与燃料火焰加热相比有以下优越性:

    1.节约能源  在火焰加热时,由于供料道内燃烧空间有限,通常燃烧不完全,热效率只有8%,使用煤气多喷咀加热,其热效率也不过20%左右。如使用硅碳棒元件加热,采用良好保温措施,其热效率约为80%(棒体引电部分有焦耳热散失,电极间隙处有辐射散热),使用浸没式电极加热,其热效率可达90%。由上可知,供料道电加热的热效率为火焰加热的8-10倍。例如某厂一条每天烧300Kg轻质柴油的火焰供料道,改为供料道电加热后,最高用电时的功率仅为15Kw,供料道电加热的每日能源耗资约为火焰加热供料道的1/5。

    2.玻璃液温度稳定性好  在一条电极安装合理并加以适当控制的供料道电加热内,玻璃液的表面、中部及底部的温差可控制在3℃以下,而火焰加热的供料道温差则高达30-50℃。据实验统计,供料道电加热中,每安装一对2-4Kw电极就可使横截面内的温度差下降2-4℃。

    3.玻璃液的热均匀性好,料滴的重量波动小  对轻量瓶、薄壁制品或细颈压吹制品来说,供料道内玻璃的热均匀性是决定生产稳定的重要因素,是生产所有的产品所必需的。火焰加热时,对于无色透明的玻璃上下温差并不大,对于透热性较差的颜色玻璃来说,上、中、下部的温差很大,严重影响了产品的产量和质量。使用电加热,可大大改善玻璃液的热均匀性。例如细颈压吹工艺生产线,需要严格控制料滴重量,这类生产线上生产的典型容器是半升奶瓶,标准重量为185g,采用供料道电加热后,其料滴重量的偏差小于±1g。                      

   4.料滴温度变化的响应速度快  当料滴温度要求变化时,供料道内必 须尽快形成所需的新的温度制度,并建立新的正常生产的条件,然后立即开始工作。电加热系统使玻璃液温度变化迅速,而火焰加热供料道则是通过升高玻璃液表面的温度来进行的。虽然火焰加热对玻璃液表面的温度看起来改变很快,对整个玻璃液的温度改变实际上是比较缓慢的。

   5.维修量小,操作方便,无噪音,大大改善了供料道周围环境。

   6.采用电加热后,料筒、料芯不再受火焰直接冲击,因而破筒断芯情况大大减少,使用寿命延长。

13.3供料道电加热分类

    供料道电加热有两种分类方法。第 一种按加热方式分:分为间接式电加热、直接式电加热和混合式电加热。第二种按电加热供料道内玻璃液流量分:可分为高流量供料道、低流量供料道和中等流量供料道。

1.直接式、间接式和混合式电加热

    (1)间接式电加热。硅碳棒和硅钼棒电热元件安装在供料道玻璃液面之上,其热交换靠辐射和对流在玻璃液面上进行。这种形式的电加热可防止供料道局部过热,且供料道纵向和横向的热均匀性好。然而,由于玻璃液面受热温度高,供料道底部温度低,使供料道垂直方向的温度梯度较大,间接式电加热的热效率为70-80%。

(2)直接式电加热。电极安装在玻璃液内,其热交换以传导形式为主。这种加热方式,不仅供料道纵向和横向的温度梯度很小,垂直方向的温度梯度也较小,但调节不当易出现局部过热现象,这是由于玻璃液具有导电作用,电极附近玻璃液电阻最 小、电流密度最 大,因而温度也最高。直接式电加热的热效率较间接式高,可达90-95%。

    (3)混合式电加热。将间接式和直接式电加热的长处综合在一起。

2.小流量、中流量、大流量供料道

     (1)小流量供料道。小流量供料道是指温度高、出料量小的供料道。常用于生产很小的玻璃产品,要求料滴温度高。当用气体燃料加热时,由于废气排出温度高,所以热效率很低,理所当然的能耗高。并且在料道深度方向上玻璃液的温度梯度也高,有色玻璃的情况更坏,往往为了加热下层玻璃液而使上层玻璃液过热到产生气泡的程度。这类供料道如果采用埋入式电极,利用通过玻璃液的焦尔热去进行加热就非常有效,可降低玻璃液沿深度方向的温度梯度,所需热量很少,其耗热量只是为了补偿供料道的热损失。除非是要求的滴料温度比进入供料道的玻璃液温度还要高,才有增加加热量的需要,即使如此,所需增加的热量也不多,对一个产量为5吨/天的供料道来讲,要将温度提高50℃,也只要耗电5Kw就够了。另外,这种类型的供料道几乎不需要冷却装置,因此简化了供料道上部结构。

    (2)中流量供料道。中流量的供料道是指滴料温度和出料量变化很大的供料道。这种供料道生产的品种变化频繁,要求灵活操作,能够迅速输入能量,使供料道快速升温和快速降温。常规的火焰加热供料道热容量大,温度响应慢,不管是需要快速加热还是需要快速冷却,这都是一缺点。

开始,供料道电加热主要是用辐射加热元件,当生产正常稳定时虽然额定功率是足够的,但它们却无法快速改变料滴温度。有些供料道加了保温,但因提高了上部结构的热容量,而又给很快降温带来了困难。

    现代化的供料道电加热常有更大的可用功率,常常是在零出料量的情况下,维持正常操作温度所需功率的4-5倍。这一点再加上具有较小热容量的上部结构,使得采用现代化供料道电加热后的温度快速变化的能力比用气体燃料加热的供料道和辐射式供料道电加热要好得多。例如向过渡断面或均匀断面供料道加25Kw电能,在5分钟之内玻璃液温度即能上升50℃。由于供料道上部结构的热容量小,要想使玻璃液温度冷下来也很快。总的来说,这种供料道电加热系统必 须能在没有玻璃流过时,例如在产品变化或生产停止期间,即在最坏的条件下,可提供足够的热量以补偿供料道的热量损失。它还必 须能给料盆提供温度均匀的玻璃液,对温度和产量的变化能迅速做出反应。

     (3)大流量供料道。大流量供料道是指始终保持高产量的供料道。当玻璃液流量大,即每天产量50-100吨时,只要输入较少的能量,甚至反过来需要冷却,但是燃料加热的供料道烧嘴一般都是一直点着的,这就需要在加热的同时又要冷却。而采用电加热的话,不需要时可以自动切断全部电源,需要时又可以自动接通。

改进了上部结构设计的辐射式电加热供料道,已成功地用于高出料量的供料道。虽然这种辐射式供料道电加热增加了当初的建设投资,但对适应供料道产量的灵活性操作得到了很大的改善。这样的供料道能适应100吨/天的产量。

13.4 供料道电加热时的技术经济分析

供料道电加热的技术经济指标从三方面考虑:(1)供料道电加热的设备投资及折旧;(2)与柴油加热供料道比较节省下来的费用;(3)成品率提高后产生的经济效益。

1.设备投资

供料道电加热所需的设备主要有变压器、控制柜、电极、电缆线、耐火材料等。

(1)变压器: 通常供料道中使用的变压器有隔离变压器和磁性调压器两种。

    (2)控制柜: 通常与隔离变压器相匹配的有KYF和KTA两种控制柜,价格与控制柜的变压器功率大小有关。与磁性调压器相匹配的控制柜的价格,与控制的磁性调压器的功率关系不大。

    (3)电极材料: 根据供料道类型及生产的玻璃品种的不同,所用的电极有硅碳棒、硅钼棒、氧化锡、钼电极等。

    (4)电缆线: 由于供料道中使用的是低电压、大电流、所以需要较粗的电缆线,电流一般在300-500A左右,所需电缆线长度由工艺布置的情况来确定,通常为了安全起见,变压器与供料道的距离在5-10m左右,电缆线的价格由当地市场行情来定。   

    (5)耐火材料: 供料道电加热中所需的耐火材料有AZS电熔锆刚玉砖、保温砖、保温棉等。对寿命在2-3年的供料道来说,通常电极砖使用氧化法生产的AZS33#砖,其它的内衬砖则使用优 质粘土砖,耐火砖的价格由当地市场行情来定。

2.设备的折旧

    对一条运行的供料道来讲,变压器、控制柜和电缆线通常可以用9年,钼电极和氧化锡电极可以用3年,硅碳棒可以用3个月。下面举例说明。

例如一条日产10吨的普通钠钙硅玻璃供料道电加热大概的投资在7万元左右,该供料道每年的折旧费用1.35万元