五、玻璃和玻璃纖維企業(yè)的節(jié)能監(jiān)測(cè)

玻璃是一種較為透明的固體物質(zhì)，在熔融時(shí)形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是冷卻過(guò)程中黏度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學(xué)氧化物的組成(Na2O.CaO.6SiO2)，主要成分是二氧化硅，廣泛用于建筑、日用、醫(yī)療、化學(xué)、電子、儀表、核工程等領(lǐng)域。玻璃主要分為平板玻璃和深加工玻璃。平板玻璃主要分為三種，即引上法平板玻璃(分有槽/無(wú)槽兩種)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。浮法玻璃由于厚度均勻、上下表畫(huà)平整平行，再加上勞動(dòng)生產(chǎn)率高及利于管理等，正成為玻璃制造方式的主流。

(一)浮法玻璃生產(chǎn)工藝流程

當(dāng)今世界上有三種類型的平板玻璃：平拉、浮法、壓延。浮法玻璃在目前玻璃生產(chǎn)總類中占90%以上，是世界建筑玻璃中的基礎(chǔ)建筑材料。浮法玻璃工藝包括五個(gè)主要步驟：配料、熔化、成形和鍍膜、退火、切割和包裝。

1.配料

配料是第一階段，為熔化制備原材料。原材料包括砂、白云石、石灰石、純堿和芒硝，儲(chǔ)存在配料房中。料房中有料倉(cāng)、料斗、傳送帶、溜槽、集塵器以及必要的控制系統(tǒng)，控制著原料的輸送和配合料的混合。在配料房?jī)?nèi)部，一條長(zhǎng)長(zhǎng)的平傳送帶將原材料按次序從各種原料的料倉(cāng)中一層層、連續(xù)地輸送到斗式提升機(jī)中，然后再送往稱量裝置以檢測(cè)其復(fù)合重量?；厥盏牟Ａ槠蛏a(chǎn)線回頭料會(huì)加到這些成分中。每份配合料含有大約10%～30%的碎玻璃。干燥的材料加入混合機(jī)中攪拌成配合料，攪拌好的配合料通過(guò)傳送帶從配料房中送到窯頭料倉(cāng)儲(chǔ)存，然后用加料機(jī)以控制的速率加入熔窯中。

2.熔化

典型的熔窯是有6個(gè)蓄熱室的橫火焰熔窯，每天的生產(chǎn)能力為500t。熔窯的主要部分是熔化池、澄清池、工作池、蓄熱室和小爐，由特種耐火材料建成，外框有鋼結(jié)構(gòu)。配合料由加科機(jī)送到熔窯的熔化池中，熔化池靠天然氣噴槍加熱到1650℃。熔融的玻璃從熔化池經(jīng)澄清池流到卡脖區(qū)域，攪拌均勻。然后流人工作部位，慢慢冷卻降至大約1100℃，使其在到達(dá)錫槽之前達(dá)到正確的黏度。

3.成形和鍍膜

將澄清好的玻璃液成形成玻璃板的過(guò)程是一個(gè)按材料的自然傾向機(jī)械操縱的過(guò)程，這種材料的自然厚度為6.88mm。玻璃液從熔窯通過(guò)流道區(qū)域涌出，由一個(gè)叫做閘板的可調(diào)節(jié)門(mén)控制其流量，閘板進(jìn)入玻璃液±0.15mm左右。它浮在熔融的錫液之上，因此叫做浮法玻璃。玻璃和錫互相不起反應(yīng)，而且可以分離開(kāi);它們?cè)诜肿有问缴舷嗷サ种频奶匦允共ＡO其光滑。錫槽是一個(gè)密封在受控的氮和氫氣氛的單元。生產(chǎn)線速度可達(dá)25m/min。錫槽載有近200t純錫，平均溫度為800℃。當(dāng)玻璃在錫槽人口的末端形成一個(gè)薄層，稱為玻璃板，兩邊各有一系列的可調(diào)拉邊機(jī)進(jìn)行操作。操作人員用控制程序設(shè)定退火窯和拉邊機(jī)的速度。玻璃板的厚度可在0.55～25mm之間。上部分區(qū)加熱原件用來(lái)控制玻璃溫度。隨著玻璃板連續(xù)不斷地流經(jīng)錫槽，玻璃板的溫度會(huì)逐漸下降，使玻璃變得平坦平行。玻璃在熔融錫液上攤成薄層，與錫液保持分離，成形成板狀?？康鯍斓募訜嵩峁?，靠拉邊機(jī)的速度和角度控制玻璃的寬度和厚度。

4.退火

成形的玻璃離開(kāi)錫槽時(shí)溫度為600℃。如果玻璃板放在大氣中冷卻，玻璃表面會(huì)比玻璃內(nèi)部冷卻的快，這樣就會(huì)造成表面嚴(yán)重壓縮，使玻璃板產(chǎn)生有害的內(nèi)應(yīng)力，玻璃在成形前后的受熱過(guò)程也是內(nèi)應(yīng)力形成的過(guò)程。因此通過(guò)控制熱量使玻璃溫度逐漸降到周?chē)h(huán)境溫度——退火，是很必要的。實(shí)際上，退火是在一個(gè)大約6m寬、120m長(zhǎng)預(yù)先設(shè)置好溫度梯度的退火窯中進(jìn)行。退火窯中包括電控加熱元件和風(fēng)機(jī)，以保持玻璃板橫向溫度的分布持續(xù)穩(wěn)定。退火過(guò)程的最終結(jié)果是將玻璃小心地冷卻到常溫而沒(méi)有帶來(lái)暫時(shí)應(yīng)力或永久應(yīng)力。

5.切割和包裝

經(jīng)退火窯冷卻好的玻璃板通過(guò)與退火窯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接的輥道輸送到切割區(qū)域。玻璃通過(guò)在線檢測(cè)系統(tǒng)以排除任何缺陷，用金剛石切割輪切割，去除玻璃邊緣(邊料回收為碎玻璃)。然后切割成客戶所需要的尺寸。玻璃表面撒上粉末介質(zhì)，使玻璃板可以堆積存放而避免沾在一起或劃傷。然后靠人工或自動(dòng)機(jī)器將無(wú)瑕疵玻璃板分成垛進(jìn)行包裝，轉(zhuǎn)移到倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存或裝運(yùn)給客戶。

(二)浮法玻璃生產(chǎn)節(jié)能潛力及技術(shù)途徑

平板玻璃工業(yè)使用的燃料主要有重油、天然氣和煤氣等。目前，我國(guó)平板玻璃行業(yè)年能源消耗量約為1000萬(wàn)t，每千克玻璃液平均熱耗為7800kJ，比國(guó)際先進(jìn)水平要高30%。

浮法玻璃生產(chǎn)線主要耗能設(shè)備為三大熱工設(shè)備(熔窯、錫槽和退火窯)，這三大熱工設(shè)備的能耗約占生產(chǎn)線總能耗的97%，下面介紹浮法玻璃生產(chǎn)線的主要節(jié)能措施。

我國(guó)玻璃工業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已逐年提高，但與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)指標(biāo)相比尚有較大差距。目前，我國(guó)平板玻璃單位產(chǎn)品能耗為17～3lkg/重量箱，而國(guó)際先進(jìn)水平為16～20kg/重量箱。如果通過(guò)技術(shù)改造或者提高管理水平，玻璃單位產(chǎn)品能耗達(dá)到17kg/重量箱、按照2008年玻璃產(chǎn)量計(jì)算，年將節(jié)約197.4萬(wàn)t。

平板玻璃工業(yè)節(jié)能的重點(diǎn)是淘汰落后工藝、提高浮法玻璃單線規(guī)模、加強(qiáng)窯爐保溫、煙氣余熱的回收利用、采用新的燃燒技術(shù)等。

1.改進(jìn)工藝設(shè)備，淘汰落后工藝

目前，我國(guó)浮法玻璃產(chǎn)量占平板玻璃產(chǎn)量的比例約為83.4%，世界平均水平為90%以上。落后的生產(chǎn)工藝單位產(chǎn)品綜合能耗為3lkg/重量箱，比浮法工藝高64%。現(xiàn)在全國(guó)落后工藝產(chǎn)量仍有7000余重量箱，比同產(chǎn)量的浮法工藝每年多耗能84萬(wàn)t，如果這些落后工藝都被浮法玻璃生產(chǎn)工藝所替代，則節(jié)能效果是非常顯著的。

2.提高浮法玻璃熔窯的規(guī)模

浮法玻璃熔窯的能耗與熔窯的規(guī)模有近似線性的關(guān)系，規(guī)模越大單位玻璃液的能耗越低。2005年，我國(guó)浮法玻璃熔窯的平均熱耗如下：熔窯規(guī)模為250t/d，能耗為8763kj/kg3;熔窯規(guī)模為300t/d，能耗為8537kj/kg3;熔窯規(guī)模為400t/d，能耗為8055kj/kg3;熔窯規(guī)模為500t/d，能耗為7583kj/kg3;熔窯規(guī)模為600t/d，能耗為7lllkj/kg3;熔窯規(guī)模為700t/d，能耗為6639kj/kg3;熔窯規(guī)模為800t/d，能耗為6167kj/kg3;熔窯規(guī)模為900t/d，能耗為5693kj/kg3。浮法玻璃的生產(chǎn)線規(guī)模的提高，提高了我國(guó)浮法玻璃生產(chǎn)的能源利用率。規(guī)模以上(年銷(xiāo)售額500萬(wàn)以上)企業(yè)平板玻璃的綜合能耗由2002年的20.3kg/重量箱，下降了16.26%。

3.熔窯參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制技術(shù)已經(jīng)廣泛用于國(guó)外浮法玻璃熔窯的生產(chǎn)管理中，生產(chǎn)中通過(guò)該技術(shù)可以更好、更快地掌控熔窯的總體狀況。采用通過(guò)局部測(cè)試掌握全窯的狀況，以此大大提高了熔窯熱工系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而達(dá)到節(jié)能目的。

采用現(xiàn)代自動(dòng)化溫度、窯壓、液面等控制系統(tǒng)，強(qiáng)化窯爐監(jiān)控手段，做到科學(xué)合理用能和生產(chǎn)，并可延長(zhǎng)窯爐使用期，做到科學(xué)文明生產(chǎn)。過(guò)量空氣系數(shù)是窯爐燃燒特性的一個(gè)重要指標(biāo)，可采用測(cè)氧裝置，嚴(yán)格控制過(guò)量空氣系數(shù)。

4.采用高效節(jié)能熔窯設(shè)計(jì)技術(shù)

采用效率更高、更合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：

(1)加大蓄熱室的換熱面積，格于體采用筒形磚，提高預(yù)熱溫度和余熱回收率。

(2)加長(zhǎng)1號(hào)小爐中心線至前臉墻的距離，提高1號(hào)小爐的熱效率。

(3)加大小爐口的寬度，擴(kuò)大火焰覆蓋面積，提高熔化率，降低熱耗。

(4)采用與熔池全等寬熔化池結(jié)構(gòu)形式，不僅可改善熔窯的熔化質(zhì)量，而且可延長(zhǎng)高溫火焰在爐窯內(nèi)的停留時(shí)間，提高熔窯的熱效率。

(5)熔窯池底采用臺(tái)階式結(jié)構(gòu)形式，既可保證提供優(yōu)質(zhì)玻璃液，又可限制玻璃液的回流，減少了玻璃液的重復(fù)加熱，節(jié)約了燃料。

5.采用先進(jìn)的熔窯工藝

改進(jìn)熔窯的溫度制度，采用雙高峰熱負(fù)荷操作工藝中大配合料區(qū)熱負(fù)荷，減少泡沫區(qū)熱負(fù)荷，提高熱效率。通過(guò)控制助熱風(fēng)與燃料量的比值，同時(shí)測(cè)定廢氣中氧與可燃物的含量來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)與燃料的比例。

6.加強(qiáng)熔窯保溫

熔窯表面散熱占熔窯散熱的25%～30%，采用隔熱性能高的耐火材料對(duì)熔窯進(jìn)行全保溫，熱效率可提高5%～10%，每千克玻璃液熱耗可降低1026～20%。同時(shí)減少?gòu)U氣排放量

和火焰空間的熱強(qiáng)度，延長(zhǎng)熔窯的使用壽命。

7.加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程控制

(1)必須嚴(yán)格控制各種原料的粒度，尤其要控制大顆粒和超細(xì)粉的比例。實(shí)際生產(chǎn)中，配合料水分一般控制在3.0%～4.5%。配合料溫度一般要求大于35℃，絕大鄉(xiāng)數(shù)水分以游離形態(tài)附著在難熔的顆粒表面，可以黏附較多的純堿加強(qiáng)助熔效果。因此，提高配合料溫度，能起到較好的助熔作用。生產(chǎn)中碎玻璃的比例一般控制在14%～22%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值能增加碎玻璃1%，燃料消耗減少0.3%左右。在條件具備的情況下，盡量多使用碎玻璃，對(duì)降低能耗有顯著作用。

(2)選擇合理的熔化過(guò)程控制。合理的熔化工藝不僅可以提高熔化質(zhì)量，減少碎玻璃缺陷，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗、提高窯齡的目的。浮法玻璃熔窯的溫度曲線一般有山形、橋形和雙高形三種，而雙高形曲線合理的加大后混合料區(qū)和熱點(diǎn)處的熱負(fù)荷，適當(dāng)降低泡沫區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)的熱負(fù)荷，各小爐燃料量分配更加合理，因而能降低燃料消耗。

確定合理的風(fēng)和燃料的比例，保持一定的過(guò)量空氣系數(shù)，對(duì)節(jié)能降耗有較大作用。國(guó)外先進(jìn)的玻璃熔窯的過(guò)量空氣系數(shù)達(dá)到了1.01～1.02，我國(guó)先進(jìn)的浮法玻璃熔窯達(dá)到了1.05～1.06。嚴(yán)格控制過(guò)量空氣系數(shù)是節(jié)能的重要措施之一。在生產(chǎn)中，如果采用有效地連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制手段，可以對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。另外，對(duì)霧化空氣和助燃風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，可利于燃料霧化，還可以提高熔窯燃燒效率。

(3)燃料的質(zhì)量、存儲(chǔ)、輸送及燃燒工藝控制對(duì)燃料消耗都有不同程度的影響。生產(chǎn)中如果燃料質(zhì)量得不到有效控制，不僅燃燒狀況不穩(wěn)定，影響玻璃質(zhì)量，而且消耗也會(huì)增加較多，甚至可能釀成生產(chǎn)事故。

8.大力推行節(jié)能技術(shù)改造

針對(duì)浮法玻璃生產(chǎn)中降低能源消耗的問(wèn)題，深入開(kāi)展技術(shù)改造活動(dòng)，適時(shí)實(shí)施純氧或者富氧燃燒、0號(hào)小爐純氧噴槍燃燒、余熱發(fā)電、助燃風(fēng)機(jī)變頻改造等技術(shù)改造項(xiàng)目可以大幅度降低燃料和電量消耗。