本文摘要：摘 要 通過(guò)對(duì)平板玻璃行業(yè)燃料及能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討了熔化技術(shù)節(jié)能減碳發(fā)展方向，指出提高電熔化在能源消耗中的比例是近期碳減排現(xiàn)實(shí)可能的技術(shù)路徑，并對(duì)與熔化相關(guān)碳減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞 碳減排;平板玻璃熔化技術(shù);電熔 0 引言 在國(guó)家提
摘 要 通過(guò)對(duì)平板玻璃行業(yè)燃料及能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討了熔化技術(shù)節(jié)能減碳發(fā)展方向，指出提高電熔化在能源消耗中的比例是近期碳減排現(xiàn)實(shí)可能的技術(shù)路徑，并對(duì)與熔化相關(guān)碳減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞 碳減排;平板玻璃熔化技術(shù);電熔
0 引言
在國(guó)家提出“碳中和”目標(biāo)的背景下，對(duì)于平板玻璃工業(yè)來(lái)說(shuō)，需加快實(shí)施綜合能效提升、大力發(fā)展減碳、零碳排放技術(shù)，采用低碳能源和碳回收利用與封存技術(shù)。平板玻璃熔窯使用天然氣、煤制氣、煤焦油等碳能源作為燃料，而且原料中使用純堿和碳酸鹽類礦物，所以需對(duì)平板玻璃制造進(jìn)行全面技術(shù)創(chuàng)新才能實(shí)現(xiàn)碳減排的目標(biāo)。
玻璃材料論文范例：隔熱型防火玻璃夾層材料和結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀
1 平板玻璃行業(yè)燃料使用現(xiàn)狀
玻璃熔窯是平板玻璃工業(yè)中耗能量最多的設(shè)備，約占耗能總量的80%，而燃料的燃燒是平板玻璃工業(yè)碳排放的主要來(lái)源，提高熔窯能效比可有效節(jié)約燃料的使用，進(jìn)而減少碳排放。截止2021年1月，我國(guó)有浮法玻璃生產(chǎn)線233條，天然氣和煤制氣占比60%以上。壓延光伏玻璃在產(chǎn)熔窯42座，產(chǎn)能24160t/d，燃料大多使用天然氣。
2 我國(guó)平板玻璃行業(yè)單位產(chǎn)品能耗現(xiàn)狀
2019年我國(guó)平板玻璃行業(yè)綜合能耗平均13.29kgce/重量箱，其中浮法玻璃行業(yè)平均12.01kgce/重量箱;平板玻璃熔窯熱耗平均6024kJ/kg玻璃液，其中浮法玻璃熔窯平均5608kJ/kg玻璃液。平板玻璃熔窯中燃料的燃燒是碳排放的主要來(lái)源，提高熔窯熱效率可有效節(jié)約燃料的使用，進(jìn)而減少碳排放。
3 平板玻璃熔化技術(shù)節(jié)能減碳分析
近十年來(lái)，平板玻璃行業(yè)在熔化節(jié)能技術(shù)上有很大提升，但顛覆性、突破性技術(shù)還未出現(xiàn)并應(yīng)用，其根本原因在于技術(shù)創(chuàng)新的投入風(fēng)險(xiǎn)高、節(jié)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性不明顯和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的日益嚴(yán)格。目前平板玻璃熔窯采用的節(jié)能技術(shù)有熔窯全保溫、鼓泡、階梯式池底、全氧燃燒、熔窯大碹、胸墻等內(nèi)壁噴涂紅外反射涂層技術(shù)、低氮氧化物燃燒、電助熔技術(shù)、富氧燃燒等。
3.1 全氧燃燒技術(shù)全氧燃燒技術(shù)是平板玻璃行業(yè)節(jié)能減排的有效途徑。過(guò)去玻璃熔窯基本都是以空氣作為助燃?xì)怏w，其中78%的氮?dú)獗粺o(wú)效加熱，不但造成能源浪費(fèi)，而且生成的氮氧化物還會(huì)造成環(huán)境污染。全氧燃燒技術(shù)受制氧成本高、熔窯耐火材料投資大等制約，目前階段還不能在平板玻璃行業(yè)行業(yè)大范圍推廣，多用于超白光伏玻璃的生產(chǎn)。在全氧燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上引入浸入式燃燒技術(shù)，進(jìn)一步降低熔制玻璃液的能耗。浸入式燃燒技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是有利于燃燒氣泡與配合料、玻璃液的熱量交換，提高燃料的燃燒效率;加強(qiáng)了配合料與玻璃液的混合，加快了玻璃液的熔化速度，減少了燃料的消耗。
3.2 全電熔技術(shù)玻璃全電熔技術(shù)是利用高溫玻璃的導(dǎo)電性質(zhì)，熔化玻璃熱量直接來(lái)自玻璃液導(dǎo)電產(chǎn)生的焦耳熱[2]。玻璃熔窯若使用清潔零碳排放電力作為熔制玻璃全部能源，那么全電熔技術(shù)應(yīng)是玻璃行業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳中和”最有效的熔化生產(chǎn)方式。全電熔技術(shù)曾在熔化量120t/d以下的浮法玻璃熔窯上應(yīng)用過(guò)。平板玻璃窯爐規(guī)模日益向大型化發(fā)展，但目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一條大噸位的全電熔浮法玻璃熔窯，主要是受到電單價(jià)制約，與其它燃料相比能源成本高，另外在大噸位平板玻璃全電熔窯設(shè)計(jì)上還沒(méi)有成熟技術(shù)。
3.3 電助熔技術(shù)
縱觀浮法玻璃電助熔化技術(shù)發(fā)展歷程，瑞典早在1988年就開(kāi)始在浮法玻璃熔窯上采用電助熔技術(shù)。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)國(guó)外浮法玻璃熔窯采用電助熔技術(shù)很普遍，而且技術(shù)也非常成熟。投料口電助熔一般設(shè)計(jì)為400～1000kW，主體電助熔一般設(shè)計(jì)為2250～4500kW，增設(shè)電助熔的目的主要為了降低煙氣污染物的排放，滿足所在國(guó)日益提高的環(huán)境保護(hù)要求。我們國(guó)內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線配置電助熔技術(shù)的比較少，總量上目前占比≤5%，只有生產(chǎn)高檔顏色玻璃(包括淺綠色汽車風(fēng)擋玻璃和深灰汽車天窗隱私玻璃等)生產(chǎn)線采用電輔助熔化技術(shù)。
多以投料口電助熔為主。國(guó)內(nèi)電助熔技術(shù)應(yīng)用是以提高熔化能力為目的，并不是以環(huán)保減排做為根本點(diǎn)。而且在設(shè)計(jì)水平上與國(guó)外相比尚有差距。目前絕大多數(shù)大噸位平板玻璃生產(chǎn)技術(shù)在配方上采用的鈉鈣硅酸鹽玻璃體系，配合料氣體率約18%，堿金屬氧化物含量高導(dǎo)致玻璃高溫電阻率低，電極加熱玻璃的實(shí)際熔化溫度受限，對(duì)玻璃中的微氣泡消除有直接影響。因此，大噸位全電熔平板玻璃熔化技術(shù)亟待解決熔窯結(jié)構(gòu)規(guī)模和微氣泡消除問(wèn)題。目前分析研判，采用電助熔技術(shù)，提高電熔化在能源消耗中的比例，是在近期碳減排現(xiàn)實(shí)可能的技術(shù)路徑。
4 與熔化相關(guān)碳減排技術(shù)
4.1 配合料粒化及預(yù)熱技術(shù)
配合料�；菍⒏鞣N原料混合后通過(guò)壓制成塊狀或粒狀，使配合料的容重從自然狀態(tài)31.24g/cm壓緊到32.0～2.2g/cm。從而使其導(dǎo)熱系數(shù)從0.273W/(m·℃)提高到0.4W/(m·℃)，大大加速了轉(zhuǎn)熱效率，加快了固相反應(yīng)，使玻璃的熔化時(shí)間縮短20%～30%的時(shí)間，經(jīng)測(cè)算使用粒化料后熔窯可節(jié)約燃料15%~30%。使用粒化料后，不僅可以減輕配合料飛揚(yáng)揮發(fā)對(duì)耐火材料的侵蝕,延長(zhǎng)窯爐的壽命，而且也減少了煙氣排放實(shí)現(xiàn)碳減排。目前該技術(shù)已在某浮法玻璃熔窯上短時(shí)間試用，隨著技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用前景值得期待。
預(yù)熱配合料是首先將粉狀料變成�；希缓笤趯Ｓ迷O(shè)備中將�；项A(yù)熱到一定的溫度，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的配合料可縮短玻璃熔化時(shí)間，降低燃料消耗達(dá)到碳減排目的。該項(xiàng)技術(shù)國(guó)外已進(jìn)行中試，相信碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之前，該項(xiàng)技術(shù)會(huì)在平板玻璃企業(yè)廣泛應(yīng)用。
4.2 生物燃料應(yīng)用生物燃料中可以直接應(yīng)用于平板玻璃熔化的是生物柴油，生物柴油大多是用使用過(guò)的植物油或動(dòng)物油(也稱地溝油)以及動(dòng)物脂肪通過(guò)化工設(shè)備生產(chǎn)制成，其熱值略低于石化類柴油，熱值在33~41MJ/kg之間。目前國(guó)內(nèi)生物柴油產(chǎn)能為75萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)每年地溝油等廢油脂約1000萬(wàn)t，生物柴油產(chǎn)能具有發(fā)展至千萬(wàn)噸的基礎(chǔ)。若使用生物柴油為平板玻璃熔化燃料，按現(xiàn)在5000元/t計(jì)算，初步測(cè)算燃料成本與現(xiàn)在的用電熔化成本相當(dāng)，因此，生物燃料未來(lái)使用前景取決于其成本和清潔零碳電力成本相比是否有優(yōu)勢(shì)。
4.3 燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備包括燃料噴槍、計(jì)量檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)器件等。燃料噴槍應(yīng)采用高效節(jié)能型式，如以天然氣為燃料時(shí)，應(yīng)使用具有自增碳效果的噴槍，達(dá)到節(jié)能減排效果[3]。
4.4 熔窯控制系統(tǒng)目前平板玻璃熔窯都采用集散控制系統(tǒng)(DCS)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔窯熱工參數(shù)采集以及重要工藝參數(shù)如換向、窯壓、液面、助燃風(fēng)流量等的自動(dòng)化控制。隨著信息物理系統(tǒng)([4]CPS)、人工智能(AI)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于平板玻璃熔窯控制，熔化過(guò)程就可以實(shí)現(xiàn)智能化控制，達(dá)到節(jié)能減碳的目標(biāo)。
5 結(jié)語(yǔ)
平板玻璃熔化技術(shù)的發(fā)展，直接決定我國(guó)平板玻璃工業(yè)的未來(lái)。通過(guò)研發(fā)減碳、零碳排放熔化新技術(shù)，將更多的與熔化相關(guān)的碳減排技術(shù)在平板玻璃工業(yè)推廣應(yīng)用，是今后平板玻璃工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要措施。
參考文獻(xiàn)
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[2]陳國(guó)平,畢潔.玻璃工業(yè)熱工設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:123-147.
[3]譚祝華.天然氣燃燒及雙速噴槍[J].玻璃,2017,44(07)：48-51.
[4]劉心明,劉寶泉,邊耀華.CPS在玻璃熔窯燃燒系統(tǒng)應(yīng)用前景探討[J].玻璃,2017,44(06):3-6.
作者：馬玉聰
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