浮法玻璃工業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

浮法玻璃工業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1全氧燃燒熔窯技術(shù)的發(fā)展前景中國的平板制造行業(yè)相當(dāng)規(guī)模。2004年全國玻璃產(chǎn)量為3億重量箱,其中浮法玻璃占84%,產(chǎn)量達(dá)到2.52億重量箱。自2002至2004年3年間,僅浮法玻璃生產(chǎn)能力就增加了近1億重量箱,到2004年底,國內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)共有123條,生產(chǎn)能力超過2.8億重量箱,預(yù)計(jì)2005年還將有近20條浮法工藝生產(chǎn)線投產(chǎn),新型節(jié)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化市場空間巨大。全氧燃燒熔窯技術(shù)的成熟和推廣應(yīng)用必將為浮法玻璃生產(chǎn)行業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益:(1)從科學(xué)發(fā)展觀和建立和諧社會(huì)的戰(zhàn)略出發(fā),發(fā)展綠色環(huán)保,減少NOX的排放要走主動(dòng)進(jìn)取的道路;(2)能源的危機(jī),必然影響玻璃工業(yè)的發(fā)展。為此,高熱效率的燃燒工藝、熔窯結(jié)構(gòu)是節(jié)能降耗的根本途徑;(3)高科技和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,要求制造各種高質(zhì)量的玻璃(全氧熔窯可大幅度降低玻璃中的微氣泡),因此也必須進(jìn)行新的熔化工藝的研究開發(fā),滿足市場日益增大的高端產(chǎn)品的需求;(4)目前氧氣制備技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展,為全氧燃燒熔窯的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行創(chuàng)造了條件。2全氧燃燒技術(shù)在玻璃熔制過程中所需要的熱量主要是通過燃料和氧氣在高溫下進(jìn)行燃燒反應(yīng)而獲得的。傳統(tǒng)的燃料燃燒反應(yīng)所需要的氧氣是從空氣中獲得,氧氣在空氣成分中僅占21%左右,而在空氣成分中占78%的氮?dú)獠⒉粎⒓尤紵磻?yīng),這樣,大量的氮?dú)獗粺o謂地加熱,并在高溫下排入大氣,造成大量的熱量損失。對(duì)于熔制普通鈉鈣硅玻璃熔窯,這部分損失的熱量約占能耗的30%。同時(shí),氮?dú)庠诟邷叵逻€與氧氣反應(yīng)生成NOX,NOX氣體排入大氣層極易形成酸雨造成環(huán)境污染。另外,大量的無謂氮煙氣流過小爐、蓄熱室、煙道、煙囪等設(shè)備,不僅會(huì)攜帶大量粉塵,而且減少設(shè)備的使用壽命,并對(duì)環(huán)境造成污染。全氧燃燒時(shí),煙氣的體積僅為空氣燃燒時(shí)的約30%,而燃料消耗僅約為空氣燃燒時(shí)的60%。玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)是在玻璃熔制過程中利用純氧代替空氣與燃料進(jìn)行燃燒,這樣可大大加快燃燒速度,使燃料燃燒充分完全。另外,燃燒產(chǎn)物中的NOX含量降低,減少了廢氣污染,改善了環(huán)境。1998年在美國召開的第18屆國際玻璃會(huì)議上,把全氧燃燒技術(shù)譽(yù)為玻璃熔化技術(shù)發(fā)展歷史上的第二次革命。目前,美國在全氧技術(shù)研究和應(yīng)用方面據(jù)先進(jìn)水平。其中美國康寧玻璃公司、PPG玻璃集團(tuán)公司、普萊克斯公司和日本旭硝子公司已擁有先進(jìn)的全氧燃燒技術(shù)。目前世界上大約有200多座玻璃熔窯采用該項(xiàng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)大多用于顯象管玻璃、硼硅酸鹽玻璃、器皿玻璃和玻璃纖維等玻璃熔窯上。浮法玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)的研究與開發(fā)也取得了進(jìn)展。目前世界上大約有10條浮法玻璃熔窯采用該技術(shù)。規(guī)定CO2減排的1998京都議定書的正式生效激發(fā)了人們對(duì)全氧燃燒的興趣。全氧燃燒產(chǎn)生的煙氣含有高濃度的CO2,這使后續(xù)的CO2減排處理會(huì)比空氣燃燒產(chǎn)生的煙道氣處理更加來得經(jīng)濟(jì)。國內(nèi)已有幾座輕工玻璃、電子玻璃和玻纖熔窯通過引進(jìn)國外技術(shù)和裝備使用了全氧燃燒技術(shù),取得了較好效果。國內(nèi)浮法玻璃熔窯尚未使用全氧燃燒技術(shù)?；谌跞紵脑S多優(yōu)點(diǎn)以及我國浮法玻璃熔窯主要使用高品質(zhì)燃料(重油、天然氣)的有利因素,玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)受到我國玻璃行業(yè)的廣泛重視,玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)已為綠色環(huán)保、節(jié)能降耗和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玻璃開辟了新的途徑。3氧氣燃燒技術(shù)的優(yōu)越性采用全氧燃燒技術(shù)與空氣燃燒相比具有以下優(yōu)越性:3.1氮?dú)庵嫉挠绊懭跞紵谷紵杩諝饬繙p少,廢氣帶走的熱量下降。通常的空氣燃燒只有占空氣總量1/5的氧氣參與燃燒,其余約占4/5的氮?dú)夥堑恢?反而要帶走燃燒產(chǎn)生的大量熱量,從煙氣中排出。在使用全氧燃燒的情況下,燃燒所需氧氣為原空氣總量的1/5,煙氣量減少,引入的氮?dú)饬繙p少90%以上,燃料燃燒完全充分,利用率高,所以節(jié)能明顯。3.2氮?dú)馊紵奈廴驹慈跞紵夹g(shù)除了給熔窯節(jié)能帶來明顯效果外,還可降低環(huán)境污染。用普通空氣助燃的燃燒只有占空氣總量1/5的氧氣參與燃燒,其余約占4/5的氮?dú)獬龓ё呷紵a(chǎn)生的大量熱量外,還在高溫下生成氮氧化合物,從煙道氣中排出,造成環(huán)境污染。使用全氧進(jìn)行燃燒,玻璃熔窯廢氣中NOX排放量從2200mg/Nm3降低到500mg/Nm3以下,粉塵排放降低70%,污染大為減少。3.3火焰輻射玻璃液溫度全氧燃燒使燃料燃燒完全,火焰溫度高,產(chǎn)物主要為CO2和H2O,比空氣助燃黑度大,輻射能力強(qiáng),火焰輻射玻璃液溫度可提高100℃左右,配合料熔融速度加快,提高熔化率10%以上,從而使熔窯產(chǎn)量得以提高。3.4增加玻璃黏度全氧燃燒時(shí)煙氣中水汽含量高達(dá)53%,玻璃液與水汽發(fā)生反應(yīng),玻璃液中的OH含量增加,玻璃黏度降低,有利于澄清、均化,提高玻璃質(zhì)量。另一方面,全氧燃燒火焰穩(wěn)定,無換向,燃燒氣體在窯內(nèi)停留時(shí)間長,窯內(nèi)壓力穩(wěn)定且較低,這些都有利于玻璃的熔化、澄清,減少玻璃體內(nèi)的氣泡、灰泡及條紋,全氧燃燒可使噸玻璃中的氣泡數(shù)少于1個(gè)。3.5建造此類熔巖爐的成本全氧燃燒窯結(jié)構(gòu)近似于單元窯,無金屬換熱器及小爐、蓄熱室。窯體呈一個(gè)熔化部單體結(jié)構(gòu),占地小,建窯投資費(fèi)用低。3.6全氧燃燒熔窯后,溫度下降,使熔窯溫度下降,延長熔窯使用壽命采用全氧噴槍燃燒可使火焰分為2個(gè)區(qū)域,在火焰下部由于全氧的噴入克服了缺氧現(xiàn)象,使火焰下部溫度提高,而火焰上部的溫度有所降低,使熔窯碹頂溫度下降約20～50℃,這樣,減輕了對(duì)大碹的燒損,延長熔窯使用壽命。表1是美國普萊克斯公司作的一座200t/d普通浮法玻璃熔窯改造為全氧燃燒熔窯后,熔窯主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化情況。由此可見,在浮法玻璃生產(chǎn)線采用全氧燃燒技術(shù),具有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。4不同方法制氧法玻璃熔窯全氧燃燒技術(shù)的開發(fā),有賴于具有較低的制氧成本、運(yùn)行可靠的純氧氣體制備技術(shù)和設(shè)備的成熟和完善。目前,國內(nèi)外制備氧氣的方法有深度冷凍法、真空變壓吸附法和膜法三種。隨著制氧技術(shù)的發(fā)展,三種方法都日臻成熟,陸續(xù)被工業(yè)化應(yīng)用。各種氧氣制備方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)和一定的適用范圍。低溫法宜于大規(guī)模生產(chǎn)高純氧,同時(shí)得氮?dú)?但此法小規(guī)模裝置能耗高。VP-SA真空變壓吸附法適宜于各種不同規(guī)模,可生產(chǎn)純度為30%～95%的氧氣,操作運(yùn)行簡單,膜分離法適宜超小規(guī)模制氧,氧純度低于40%,操作簡單,占地小。表2比較了以上三種方法的特點(diǎn)。5全氧燃燒熔窯的經(jīng)濟(jì)效益與上世紀(jì)相比,我國平板玻璃行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量有了明顯提高,部分產(chǎn)品已進(jìn)入國際市場。但是,作為高耗能工業(yè),我國平板玻璃工業(yè)與國外先進(jìn)水平相比,仍有一定的差距,主要表現(xiàn)在:燃料消耗、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)規(guī)模和技術(shù)裝備等方面。行業(yè)的發(fā)展一直受到能源供應(yīng)的制約,燃料電力供需矛盾突出。人們普遍要關(guān)心一個(gè)問題,到底采用全氧燃燒技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上對(duì)企業(yè)有多少利益,這里對(duì)投資和生產(chǎn)成本做一個(gè)粗略的比較。(1)投資:減少了蓄熱室和小爐投資、廠房投資,增加了胸墻、大碹耐火材料投資,目前增減大體相當(dāng)。但隨著全氧燃燒技術(shù)和專用優(yōu)質(zhì)耐火材料的國產(chǎn)化,增加的費(fèi)用會(huì)逐漸下降。(2)成本:平板玻璃全氧燃燒熔窯節(jié)能按25%計(jì),相當(dāng)于每噸玻璃降低成本約126元/t(0.18t油/t玻×2800元/t油×25%=126元/t),純氧綜合成本按目前的0.4元/Nm3計(jì),相當(dāng)于提高成本約129元/t(0.18t油/t?！?.4t氧/t油×700Nm3氧/t氧×0.4元/Nm3氧×75%=129元/t)。這樣全氧燃燒生產(chǎn)線和普通生產(chǎn)線產(chǎn)品相比,產(chǎn)品成本基本相當(dāng)。但隨著制氧技術(shù)的發(fā)展,氧氣生產(chǎn)成本有進(jìn)一步下降的趨勢。(3)質(zhì)量的提高和產(chǎn)量的增加:全氧燃燒能明顯提高玻璃的熔化質(zhì)量,提高玻璃原片的制鏡級(jí)或優(yōu)等品率,另外熔窯的熔化量也可增加10%,這些可為企業(yè)創(chuàng)造額外的剩余價(jià)值。由此可見,即使對(duì)于一般的優(yōu)質(zhì)浮法玻璃生產(chǎn)線,在投資和生產(chǎn)成本變化不大的情況下,全氧燃燒熔窯既節(jié)能降耗、減少污染,又顯