《電漿複合加熱玻璃速熔新技術及機理研究》是依託昆明理工大學，由姚耀春擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電漿複合加熱玻璃速熔新技術及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚耀春
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著能源和環境問題的日益突出，節能減排已成為目前世界玻璃工業面臨的首要問題。針對傳統玻璃熔制工藝所存在的熔化時間長、澄清難、熱效率低、能耗高、污染重等問題，本課題以超白鈉鈣矽玻璃和液晶無鹼玻璃為研究對象，採用新穎的電漿複合加熱技術，使微米球形顆粒在高溫飛行瞬間實現粒子化熔解，並減少了氣泡的形城，提高了熱利用效率，大幅縮短了玻璃熔制時間，進而降低了能源消耗和環境污染。與此同時，研究球形玻璃原料的高溫反應機理，揭示其飛行熔化行為和規律；通過各種現代化檢測技術和手段，建立玻璃熔化線上分析評價方法；通過熱力學數值分析模型模擬反應爐內溫度、流速、傳熱等現象，為今後工業化過程控制提供理論指導。系統開展電漿複合加熱玻璃速熔新技術的套用基礎研究，對於玻璃工業節能降耗、發展綠色環保工藝、提高國際競爭力，具有重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
在玻璃製造過程中，用於玻璃熔化的能耗占整個工業總能耗的75%。因此，玻璃熔化是玻璃生產節能降耗環節中的重中之重。針對傳統玻璃熔制工藝所存在的熔化時間長、澄清難、熱效率低、能耗高、污染重等問題，本項目以鈉鈣矽玻璃和無鹼玻璃為研究對象，利用噴霧乾燥法製備了微米球形玻璃原料，對其進行了熱力學和動力學分析，明確其反應機理和成核過程。研究了多相交流電極和純氧燃燒器的構造、產生複合電漿的方法以及各因素對玻璃熔化性能的影響。採用熱焓探針、高清攝像機和熱力學分析模型，研究了電漿的溫度場、速度場等分布以及其各種參數對球形玻璃原料飛行熔化行為的影響。利用各種現代化分析手段檢測了產物的分解率、熔解率、組成、氣泡、氧化還原指數等。最後，研究了鹼性材料的揮發、碎玻璃的加入以及餘熱回收利用等問題，並評價電漿複合加熱新技術在能耗、環保和成本等方面的效果。 結果表明：利用噴霧乾燥法製備的微米球形玻璃原料明顯提高了玻璃原料流動性差、各組分混合不均和分層現象，確定了其反應過程為未反應核收縮模型，內擴散為其控制環節。對多相交流電極採用惰性氣體保護後可明顯延長電極的壽命，提高電弧的穩定性，並且電極數越多，電弧越穩定。純氧燃燒器的結構很好的解決了原料輸送及氣體燃燒的問題。產生複合電漿時，先產生多相交流電弧，然後再產生燃燒火焰，可產生穩定的複合火焰。但隨著燃燒火焰功率的增加，電極的氧化程度也隨之加重，火焰會產生明顯的對流和喘流，影響複合火焰的穩定性。隨著輸入功率的增加、原料粒度的減少、輸送氣流的減少以及餵料速度的減少，原料的分解率、顆粒的收縮率以及熔化率都隨之增加。究其原因，是由於每個顆粒在飛行過程中，從複合火焰中獲得的熱量較多所導致的。通過熱力學分析發現，電漿火焰的速度和流速在爐內呈現常態分配，中間的溫度和流速較高，兩邊由於保護氣氛的冷卻效應和爐壁傳熱導致溫度較低，進而流速也較低。利用各種現代化分析檢測手段建立了玻璃分行熔化線上評價方法。因為複合電漿的溫度較高，因而原料中鹼性材料的揮發較大，造成爐膛損壞比較嚴重。碎玻璃經過研磨破碎後與球形原料一起熔化可以很好地減少浪費。玻璃融化過程中產生的餘熱一部分可以用來預熱原料，一部分用於噴霧乾燥造粒過程。電漿複合加熱技術在玻璃熔制過程中可以節省能耗50%以上，降低污染60%以上，大幅減少建設和運行成本。
