玻璃熔窑是如图1所示是一个长形熔池，原料在其中熔化，两侧各有若干组煤气和空气蓄热室（当燃料为重油或渣油时，只有空气蓄热室），煤气和空气经一侧蓄热室被加热后，喷入窑内燃烧，加热熔池中的原料，废气从另一侧蓄热室排出到烟道，并同时加热蓄热室的格子砖，每隔一定时间，进行换向，即煤气和空气经一侧蓄热室已被废气加热的格子砖变成热的煤气和空气，然后进入窑内燃烧，并从对面的蓄热室排出。混合料在窑头经加料机送入熔池，经加热、熔化、澄清均化后，经过通路，玻璃液逐渐冷却至成形温度，然后由引上机垂直引上成为玻璃（浮法生产则流入锡槽后成为浮法玻璃），玻璃在引上室退火（浮法由退火窑退火），zui后由采板机采板成为厚板玻璃，还需去边，并根据玻璃质量和缺陷合理切栽成各种规格的平板玻璃并分别装箱后送入成品仓库。
图1 玻璃熔窑烟道系统配置
2 玻璃熔窑火焰换向优化的理论基础
当熔窑用预热过的气体燃料和空气燃烧时，热利用系数η可用下式表示：
η＝[（QCH＋QBPH＋QGPH）－（QWL＋QNC）] / QCH
式中 QCH－燃料的发热量；QBPH－由预热空气带入熔窑的物理热；QGPH－由预热煤气带入熔窑的物理热；QWL－废气从熔窑带走的物理热；QNC－未完全燃烧而产生的热损失。
由上式可以看出，为了增加熔窑产量和节能降耗而需提高热利用系数，这就应要提高QBPH和QGPH、减少QWL和QNC。
当然两次换向间隔时间越长，蓄热室温度越高而获得的预热空气和煤气的物理热也会越高，但在两次换向间蓄热室的zui长工作时间tzui大（zui小的换向频率）受下列情况限制：①格子砖在长期受热时有过热的危险；②必须在熔窑横向上平衡温度；③在冷却着的蓄热室内，煤气和空气的平均预热温度降低，亦即蓄热室热工作效果降低。此外，zui大换向频率也是有限制的，因为换向时，火焰会暂时停歇而产生温降，故换向频率增大时，热损失增加，熔窑的技术工作指标也相应恶化。
在熔窑工作时，右方蓄热室被废气加热而温度升高并进行蓄热，左方蓄热室则因通入空气和煤气而被冷却并把空气和煤气预热。到规定时间后，火焰换向，右方蓄热室变成冷却，左方蓄热室则加热，而加热和冷却周期则因换向频率不同而不同，并且蓄热室的平均温度亦因换向频率的升高而提高，换向间隔时间中的平均蓄热量与换向频率即换向间隔时间的关系，从蓄热的观点来看，连续换向（换向间隔时间为0）理应得到zui大效果，然而，火焰每次换向都带来一定的热损失，若假定每次换向热损失为一固定值，每个熔窑都有一个zui合适的换向频率，这时总蓄热效应为zui大。
从上面的分析表明，火焰换向优化应解决两个问题：
（1） 换向时热损失zui小和火焰停歇时间zui短；
（2） 蓄热效果zui高的换向频率。
因此必须解决下列问题：①合理和良好的换向装置的构造；②优化的换向频率；③良好的换向图表，亦即良好的换向顺序；④换向装置的操纵方法（手动的、半自动的或全自动的，当然手动操纵是不可能达到zui优，只有全自动才能解决上述优化的两个问题）。
燃烧预热过的气体燃料和空气的炉窑的换向装置有分散式和集中式，前者在其左右横烟道上各有其空气阀、煤气阀和相应的废气阀，所有各阀可由各自的电动机驱动，这种配置可使各阀分别动作，而便于执行良好的换向图表，后者简单，如图2所示的福特式煤气换向阀（煤气换向使用水封的福特阀或称水封滑盖阀，空气换向可使用无水的福特阀或称无水滑盖阀，或蝶瓣阀、双滑板阀等），一个阀便可把左右煤气蓄热室切换，使之与煤气或烟道连通，但这种设备如不改造就难以执行良好的换向图表。生产平板玻璃的熔窑大都采用集中式换向装置。
熔窑火焰自动换向时会使火焰暂时停止，因而熔池温度下降，且耗费燃料，故合理的换向图表（即顺序）是至关重要的，目前玻璃熔窑火焰自动换向图表是如图3所示，它是按煤气换向→延时若干秒→空气换向这一顺序进行的。延时若干秒的作用是让换向后，使与烟道连通的煤气蓄热室原先的煤气（小部分进入熔池，大部分被烟囱抽走）被烟囱抽走一段距离后，空气才换向，目的是使被烟囱从换向后与烟道连通的空气蓄热室抽走的原先的空气落后于煤气，以免煤气和空气混合，燃烧并发生爆响。这个延时和换向后煤气充满煤气蓄热室并进入熔窑所需的时间就构成火焰停止时间。
图2 福特式换向阀（滑盖阀）示意图 图3 一般熔窑火焰换向图表
3 玻璃熔窑火焰换向优化方案
玻璃熔窑火焰换向优化方按包括下列三个问题：①合理和良好的换向装置的构造；②良好的换向图表；③优化的换向频率；④使用全自动化方法。
3.1 合理和良好的换向装置
合理和良好的换向装置应该使用分散式的阀门，但对于已有的熔窑来说，要如此大动干戈，由于牵涉到机械设备和平面布置问题，显然是很难实现的，故只有从稍为改造现有设备着手，才有可能实现。改造的方法是：首先使煤气换向阀能在换向过程中停在中间孔的位置，这是很容易实现的，只要在中间位置加个极限开关就可达到。其次，为了防止煤气能顺利地进入左右煤气烟道，并考虑安全问题，需要一个切断闸板，以阻止煤气被短路由烟道跑出，这可以利用用以控制煤气和空气蓄热室分配废气的中间烟道闸板，在换向时把它关闭就可以了（当然zui好加一个切断闸板）。
3.2 良好的火焰换向图表
为了达到良好的火焰换向图表，使用北京天惠人控制设备有限公司技术“相遇煤气”的方法，采用其“玻璃熔窑火焰换向装置”，这种方法本质上是在火焰换向时，先把另一个蓄热室充满煤气，然后再关闭原先蓄热室的煤气和进行空气换向。此时，换向顺序为：关闭切断闸板和中间烟道闸板→开始进行煤气换向并把煤气换向阀停在中央→延时若干秒→进行空气换向和煤气全换向（即关闭原先煤气蓄热室的煤气） →延时若干秒（以免煤气和空气混合，燃烧并发生爆响）→打开切断闸板和中间烟道闸板。有关其换向图表见图4。
图4 玻璃熔窑火焰换向优化的“相遇煤气”换向图表
3.3 优化火焰换向频率
优化火焰换向频率可以用数学模型进行运算，已有许多学者提出过，但由于很复杂，而往往采取许多简化，这种简化使人怀疑计算方法的正确性，直到现在还没有得到实用。现在zui可行是采用专家系统的方法或采用神经元网络和专家系统混合方法。
3.4 全自动化火焰换向
全自动化火焰换向内容包括：
① 采用使用“相遇煤气”的换向图表，并进行换向阀门等的改造；
② 采用神经元网络和专家系统来使换向频率优化；
③ 采用合理的开始换向信号。可以采用定时间为主的，但考虑蓄热室上部温度和下部温度差作为换向信号。
4 玻璃熔窑火焰换向优化的优点和经济效益
（1） 全自动，免除人为的差误和不及时，节省人力和操作规范化；
（2） 节省燃料10～15%；
（3） 没有“煤气与烟囱短路”的现象，也不会有“爆响”；
（4） 换向时，保持熔窑的熔池为正压，避免冷空气的吸入；
（5） 换向时，基本没有火焰中断现象，常规的换向，熔窑不仅火焰中断15～30秒，且熔池温降大，约为40～60℃，而火焰优化换向温降仅为其1/5～1/3。
5 结束语
本文重点讨论了以煤气为燃料的玻璃熔窑，该技术对于以重油为原料的熔窑同样有效。全国目前共有94条浮法玻璃生产线，玻璃熔窑是个耗能大户，节能非常必要。在浮法线上推广此技术，具有非常大的现实意义。
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