浮法熔窑燃料中焦炉煤气与重油在技术、经济上的比较
作者：侯 平
我公司现有两条浮法玻璃生产线，第一条线于1989年8月点火投产，规模为500t/d，为了发挥山西能源重化工基地的优势，首家在大型玻璃熔窑上采用焦炉煤气作燃料，为玻璃行业尤其是大型浮法玻璃熔窑燃烧工艺学的完善，做了有益的尝试和探索。为与之配套，全套引进了德国高定公司燃气控制和燃烧系统。1994年3月冷修，进行了综合节能技改，熔窑除池底外，进行了全保温。第二条浮法线规模为330t/d，1996年12月投产，以重油为燃料。
我公司使用的焦炉煤气由太原煤气化总公司焦化厂供应，协议供气压力为16000kgf/m2，热值17572.8kJ/m3(4200kcal/m3)。但自投产以来，经常达不到协议值，并时有限供、停供煤气情况发生，再加上煤气价格一涨再涨，使我公司早已失去用煤气作燃料的优势，现单位产品综合能耗、制造成本已居全国同规模熔窑之首。在技术上，焦炉煤气作为中热值的气体燃料，火焰黑度、辐射能力、刚度、可调性等方面无法与重油相比拟。所以，我公司已拟于1999年3月一线冷修时，将燃料由焦炉煤气改为重油。
1 焦炉煤气与重油在技术上的比较
1.1 火焰辐射能力方面
各种燃料燃烧后形成的火焰黑度按下列顺序递减：重油＞天然气＞发生炉煤气＞焦炉煤气，在平均射线行程为1.5m时，重油的火焰黑度为0.40，而焦炉煤气约0.25。可见，由于焦炉煤气是经过净化的、不含焦油和固态微粒等物质的高氢低碳气体燃料，C/H低，炭黑生成量少，火焰辐射率和火焰亮度均很低，辐射系数小于0.55，燃烧火焰对配合料和玻璃液的直接辐射传热较弱，这样，将会影响玻璃液的熔制质量，增加燃料消耗量(同等热力条件下)。而重油因其含碳量高，火焰辐射能力强，辐射系数为0.6～0.85，容易达到高温，且重油雾化燃烧技术、节油技术日渐成熟，所以，重油已成为玻璃熔窑的首选燃料。
1.2 火焰刚性、可调性方面
焦炉煤气的主要成分是H2和CH4，1997年平均热值下的煤气成分见表1。
表1 1997年平均热值下的煤气成分(%)
焦炉煤气重度小，ρ煤气=0.512kg/Nm3，ρ天燃气=0.784kg/Nm3，这样煤气火焰势必刚性差，易发飘，火焰层高，火焰不贴近配合料和玻璃液面，而且，在一定风火配比条件下，火焰刚性和长短不可调。而重油火焰刚性极好，火焰层高度不足焦炉煤气火焰层的一半，火焰紧贴液面，对弦顶的燃烧蚀损相对较小，通过雾化介质的压力、用量可调节火焰长短。
1.3 熔化耗热、废气量方面
在同样热力强度的情况下，焦炉煤气燃烧后产生的废气量比重油多约20%，这样，在窑炉设计时，就要增加蓄热室换热面积，增加了基建投资。如我公司一线熔窑单位熔化面积占有蓄热面积为39.22m2/m2，而二线熔窑仅为31.71m2/m2。
焦炉煤气的燃烧速度较慢，火焰长，有一部分可燃成分要在蓄热室内继续燃烧，使蓄热室内有余火存在，烟气温度高，同时造成燃料浪费，熔化耗热比重油高。熔化同样的玻璃液，烧焦炉煤气比烧重油多耗15%的热量。1997年11月份我公司两条线生产均不错，无停煤气事故，仅短时限气2次，一线碎玻璃比为18%，投白玻料，二线碎玻璃比为25%，投蓝玻料，据全月耗煤气、重油量统计数据，在同样熔窑保温情况下，一线玻璃液耗热为9401.4kJ/kg，高于设计的7949.6kJ/kg(1900kcal/kg)，二线为7308.2kJ/kg，一线比二线高28.64%。
1.4 燃料供应稳定性方面
因我公司使用的焦炉煤气由太原煤气化总公司焦化厂供应，控制权不在自己手中，受其检修设计等因素影响，限压供气，甚至停气现象时有发生，热值在15.03～16.49MJ/m3(97年11月份)之间波动，波幅近10%。投产以来，最多时停、限气次数为18次/月，最长停气时间为272min，熔化热点温度降低382℃,熔化“四小稳”中的“燃料稳”很难达到，熔化质量不能保证，大幅度降温、降液面加剧了窑体大弦、池壁、蓄热室等部位的严重蚀损。在熔化能力方面，第一窑期最高日熔化量是430t/d，第二窑期一般在390～420t/d之间，从未达到过设计能力。1997年1～10月份平均熔化效率为1497.1kg/m2·d，为全国同类窑型最低，其中最主要的原因就是燃料质和量的影响。而重油作为浮法熔窑燃料，众所周知，其成分稳定、热值恒定，只要加热、雾化、燃烧控制合理，完全可以做到“燃料稳”，会带来好的熔制质量。我公司二线投产不久即投蓝玻料，早已达设计熔化能力，玻璃板面少有熔化不好造成的缺陷。
2 焦炉煤气与重油在经济上的比较
2.1 价格方面
我公司自投产以来，煤气价格由最初协定的0.08元/Bm3，涨至现在的0.73元/Bm3，煤气价格每涨0.01元/Bm3，公司每年就要多支付96万元。由于煤气价格高，燃焦炉煤气已使我公司失去设计时在能源重化工基地使用焦炉煤气,具有价格便宜的优势。依据目前焦炉煤气0.73元/Bm3，1997年平均热值16024.7kJ/Bm3计算，折合成200#重油为1.81元/kg，而实际到厂的200#重油价格为1.20元/kg，即现在使用焦炉煤气比重油多付出50.83%的燃料费，加上熔制同样的玻璃液，燃焦炉煤气比重油多耗热15%，从而使我公司单位制造成本居国内同规模熔窑之首，参见表2。
表2 1997年1～10月份全国重点平板玻璃企业生产情况汇总1)
2.2 停、限煤气影响方面
我公司浮法一线熔重设计窑龄为5～7年，第一窑期仅运行四年零七个月，于1994年3月被迫提前放玻璃水冷修，当时正是平板玻璃供不应求的黄金时间，按5年窑龄计，提前冷修损失利税3515万元，而停、限煤气频繁是造成窑龄缩短的直接原因。自投产以来，共停气59次，时间为3164min，限气488次，97137min，影响产量70.8万重量箱，产值3811.13万元。
因煤气供应量不稳、质量差、熔化能力低，达不到设计水准，使产量减少16%以上，且玻璃质量难上等级。而使用重油为燃料，油罐储油，供应稳定，不会出现上述问题。
2.3 流量计量方面
投产以来，我公司采用进口的叶轮式流量计与煤气厂采用的孔板式流量计在煤气流量计量上就存在着差异，后者大于前者，我公司负担1/2的差量，按1997年平均差额数计，月平均多支付30.6万元。叶轮式流量计的计量精度为0.01级，一致性0.5%，而孔板流量计精度为2.5级，显而易见，其计量准确性、科学性远低于前者。另外，根据计算，孔板流量计计量的平均流量高出其煤气压缩机输送的最大气量的8.5%。
当然，在改用重油燃料后，也会存在亏吨或含水量高等问题。
3 结论
纵观以上技术方面、经济方面的初步比较、分析，烧重油比烧焦炉煤气更可取，燃烧控制技术及节能技术较成熟，焦炉煤气改烧重油是势在必行的
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