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日用玻璃行业有关节能技术的探讨

时间:2010年09月15日信息来源:薛实转载 点击: 收藏此文

                            王均光

             (山东省轻工业设计院、研究员;山东省日用硅酸盐工业协会、秘书长)

  一、概述

  1行业基本情况

 (1)基本情况

 按照我国现行国民经济行业分类标准,日用玻璃行业主要包括玻璃仪器制造、日用玻璃制品及玻璃包装容器制造和玻璃保温容器制造。日用玻璃产品主要包括:各类实验室及医用玻璃器皿、玻璃仪器、玻璃量器、玻璃烧器、太阳能玻璃管、用于产品包装的各类玻璃瓶罐、日用及家用玻璃器皿、玻璃杯、玻璃餐具、酒具、水具、玻璃工艺品、玻璃装饰品、水晶玻璃制品、各类玻璃保温瓶胆及玻璃保温瓶等。

 中国是日用玻璃生产大国,玻璃产量居世界前列。2009年我国日用玻璃制品的总产量为1546.08t,与上年同期1445.69t的统计数相比,增长率为6.94%2009年日用玻璃制品产量在100t以上的地区有:四川省277.02t、山东省268.15t、河北省158.38t、广东省136.67t、河南省114.43t。以上五省产量占全国总产量的61.75%2009年玻璃制品制造业完成工业总产值(当年价)1016.72亿元,累计同比增长16.37%

   近几年我国日用玻璃产量情况见下表。

近几年我国日用玻璃产量情况表

年份

日用玻璃制品产量(万t/a

年增长率()

备注

2002

644.32

 

 

2003

685.54

6.4

 

2004

785.22

14.54

 

2005

872.09

11.06

 

2006

992.4

13.8

 

2007

127056

28.03

 

2008

1445.69

13.78

 

2009

1546.08

6.94

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 (2)能源结构情况

  在日用玻璃生产中消耗的能源主要有:重油、天然气、煤、发生炉煤气、电等。重油、天然气、煤、发生炉煤气等主要用于玻璃窑炉;电主要用于空气压缩机、风机等设备。目前由于其他燃料价格较高,故大部分厂家都采用发生炉煤气作为玻璃窑炉的主要能源。

  我国日用玻璃行业的能源利用率与国外相比,差距较大,发达国家的能源利用率一般高达50%以上,而我国仅为35%左右。在日用玻璃工业的一般工艺流程中,能耗主要消耗在原料的熔化、成型、退火等部分。其中熔化工序的能耗约占产品综合能耗的60~70%左右。

 作为行业的主要耗能设备玻璃窑炉,其国外的现状是:窑炉熔化面积较大,日出料量大,一般在每天150~300t以上,能耗低于200kgce/t产品,并对玻璃窑炉烟气进行脱硫除尘处理;国内的现状是:窑炉普遍规模较小,以发生炉煤气为主,大多数窑炉没有脱硫装置,窑炉材料质量差,控制技术落后,熔制玻璃能耗为300~500kgce/t产品,环境污染大。如果以2009年我国日用玻璃制品1546.08t,行业的平均综合能耗450kgce/t产品计算,2009年我国日用玻璃行业的耗能总量约为696tce

 2行业发展

 玻璃在中国有悠久的历史,隋唐以来就有记载。20世纪初,近代玻璃制造技术进入我国,1904年在山东博山建立博山玻璃公司,产生了最早的民族玻璃工业。20世纪30代在上海建立的晶华玻璃厂是我国第一家采用池炉和自动机连续制造玻璃瓶罐的工厂。

 我国的近代日用玻璃工业发展大致可分成以下几个阶段:

1)建国初期,我国日用玻璃基本是手工生产,全国产量不过一万t左右,保温瓶不过10万支左右。建国后,北京玻璃厂自德国引进了全套玻璃生产技术和设备,建成了当时亚洲最大的玻璃工厂,之后相继新建了几个规模较大的玻璃厂,并且引进了美国和前苏联的行列式制瓶机,逐步实现了机械化和连续化生产,产量也由195210t达到1965年的41.4t

220世纪60年代后到70年代初,随着原山东轻工机械厂成功试制出行列式制瓶机、供料机、玻璃池炉用粘土大砖等专用设备与材料,进一步促进了行业的发展,到1976年产量突破百万吨大关,并开始向国外输出全套设施。

3 到了20世纪80年代,随着引进和借鉴国外的先进技术和设备,我国日用玻璃行业有了很大的发展。据1983年统计,当年产量达269t,保温瓶1亿多只。当时全国29个省、自治区、直辖市都有不同规模的日用玻璃企业,基本上形成一个生产配套、布局合理的日用玻璃生产体系。

4 进入20世纪90年代,随着改革开放的深入发展,打破了旧国有体制的束缚,企业普遍焕发了青春,股份制极大调动了职工的积极性,一大批民营、合资、股份制企业相继涌现,加上国外大量先进技术和设备的引进及我国玻璃机器制造业的发展,使我国日用玻璃行业进入了高速发展阶段。 

 二、主要工艺流程

  1、主要工艺流程示意图如下:

各种原料配料车间称量混合 熔制车间加料机玻璃窑炉熔化供料道(机)成型设备退火检验、包装出厂

 

      2、主要工艺流程说明

  一般日用玻璃工厂主要生产、辅助车间有:配料车间、熔制车间(含窑炉)、碎玻璃加工车间、机修车间、原料库、包装物库等,配套公用工程设施有煤气站(重油库、燃气调压站)、空压站、变电室、水泵房、污水处理站、地磅以及生活服务设施的宿舍楼、办公楼、食堂、浴室等单体组成。

工艺过程一般为:配料车间制备的合乎要求的配合料,由输送设备运至熔制车间的窑头料仓,然后由加料机加入到玻璃窑炉中,在1450℃左右的高温进行熔化成玻璃液,熔化好的玻璃液,再经供料道由供料机供给成型设备(制瓶机等)制成所需的产品,再经输瓶、推瓶机等把产品送入退火炉中进行退火去除应力,经对产品的质量进行检验后,合格的产品进行包装入库、出厂。

1)配料车间:该车间一般内置各种料仓、提升设备、称量设备、混料设备等。主要是把各种矿物与化工原料经称量与混合后,制成合乎要求的配合料。生产日用玻璃的主要原料有:硅砂、石灰石、白云石、长石、纯碱、与碎玻璃等七八种矿物与化工原料。

2)熔制车间:该车间为玻璃厂的主要生产车间,一般内置玻璃窑炉、供料道(机)、成型设备(制瓶机)、退火炉、检验包装设备等。目前该车间一般采用两层(局部三层)的布置形式,成型设备(制瓶机)、退火炉、检验包装等设备置于二层,检验包装采用自动化。

 三、节能潜力与途径

 1、节能潜力

 玻璃熔制过程中,窑炉的能耗约占整个产品综合能耗的60%~70%左右,因此降低窑炉的能耗是整个玻璃厂节能的关键。

 世界先进水平的窑炉主要能耗指标平均为100~130kgce/t玻璃液;少数企业可达到90~100kgce/t玻璃液,成品单耗平均约为160~200kgce/t,熔化率一般为2.53.0 t/d.m2。目前国内日用玻璃窑炉熔化面积一般在30~90m2,窑炉熔化率一般在1.5~2.2 t/d.m2,成品单耗水平一般在300~500 kgce/t。因此与世界先进水平相比,我国玻璃窑炉节能潜力很大。

 玻璃液的形成主要需以下五方面热量:(1)硅酸盐生成热,一般在300~350kJ/kg玻璃液,占玻璃形成过程耗热的10%左右;(2)玻璃形成热:一般在250~300kJ/kg,占玻璃形成过程耗热的9%左右;(3)玻璃液加热到熔化温度(1420~1480℃)时耗热:一般在1880~2000kJ/kg玻璃液,占玻璃形成过程耗热的60%以上;(4)逸出气体加热到玻璃熔化温度耗热,一般在390~410kJ/kg玻璃液,占玻璃形成过程耗热的15%左右;(5)蒸发水分耗热,一般在100~120kJ/kg玻璃液,占玻璃形成过程耗热的5%。由此可见,玻璃液加热到熔化温度时的耗热最大,占60%以上,是节能的工作重点。玻璃加热到熔化温度的目的是使玻璃液得到进一步澄清、均化,为下一步的加工(成制品)提供良好的玻璃液。因此,快速、有效的使玻璃液澄清、均化是减少该部分热量的关键。目前的技术有:增设窑坎、鼓泡、深澄清、提高火燃温度、高保温等技术。

    2、节能途径

 (1)设计方面

 设计时总图布置充分考虑动力区尽量靠近生产负荷中心,缩短能源输送距离,降低能量线路损耗。缩短生产工艺流程管线,降低远距离输送的动力消耗。同时将工人的操作区尽可能集中布置,降低能耗。

2)工艺改进方面

  ① 改进配方:在配方中提高碎玻璃的添加比例与添加助熔剂,可降低熔化温度,减少燃料的消耗量。

 ② 采用轻量化技术:生产轻量瓶,提高瓶子的容重比,也即同等重量的玻璃可生产较多的瓶子,可直接降低能耗。

3)技术改造

  ① 采取以大代小的方式,关停低效、耗能高的小型炉窑,加快技术创新和技术改造,发展节能型、功能型窑炉,全面提升技术与装备水平。

  ② 对窑炉的结构进行改造。优化窑炉结构设计,并合理匹配耐火材料,逐步采用全电或电辅加热窑、富氧、全氧燃烧窑炉,淘汰不保温、及直火式或半煤气等耗能高的窑炉。

  ③ 选择节能型设备,并适时更新高耗能设备;空压机、制瓶机冷却风机等大功率的设备采用变频调速。

  ④ 余热利用。增设余热锅炉,对窑炉烟气的余热进行回收。

4加强管理

 建立更加科学的能源计量体系,以加强能源计量为抓手,减少各工序的废品率,使成品的合格率达到96%以上,可以降低企业的生产成本,从而大大降低能源消耗。

5)改善能源结构

 由于发生炉煤气存在二次转换,故采用天然气等清洁燃料,可进一步降低能耗,是整个行业的发展趋势。

 四、节能技术应用及效果分析

  1、窑炉节能改造技术

  (1)玻璃窑炉的节能技术主要有:

  ① 进一步优化长宽比。使整个配合料完全处于小炉喷出火焰覆盖的范围内,有利于配合料吸收热量,提高熔化效率。

 ② 选用优质耐火材料。玻璃窑炉是用各种耐火材料砌筑而成的,耐火材料的优劣直接关系到窑炉的使用寿命与节能效果,并且也影响玻璃的熔化质量。

 ③ 采用高保温技术。保温是玻璃窑炉最有效的节能措施之一,一般来讲窑体散热占燃料消耗量的3%~5%,因此选用优质的保温材料,加厚保温层可达到很好的节能效果。

 ④ 熔化部分与工作部(冷却部)实行全分隔。将工作部改为分配料道结构形式,宽度变小,深度变浅,且不需柴油加热,一般可节约能耗约3%左右。

 ⑤ 合理设计小炉与火焰空间。小炉与火焰空间是燃料混合、燃烧的部分,燃烧是否充分,火焰长度及覆盖是否能满足熔化要求,均与这两部分有关。可加大喷火口宽度比例,使喷出的火焰完全覆盖配合料,强制熔化,提高熔化能力;火焰空间采用大空间,这样不仅可以保证燃料的充分燃烧,也可防止火焰冲刷大旋,提高窑炉的寿命,一般可提高燃烧效率约5%左右。

 ⑥ 采用上倾式流液洞结构形式。可有效的减少玻璃液的回流,减少二次加热的热量,且有利于澄清,提高熔化质量,一般可节约能耗2%左右。

 ⑦ 加深熔化池、澄清池深度。熔化池玻璃液的深度可加深到1.6m左右,澄清池可加深到2.1m左右,有利于窑内玻璃液的对流循环、玻璃液的澄清、均化,提高了窑炉的熔化能力,该技术的采用一般可节约能耗6%左右。

 ⑧ 采用三通道蓄热室。采用三通道蓄热室可加大格子砖的蓄热面积,可较好的回收余热,空气、煤气的预热温度较一般蓄热室可提高100℃左右,有利于燃烧并达到节能目的,可节能6%左右。

2)效果分析

 采用以上的节能改造技术,可实现节能率22%左右,一般单位产品可节约90kgce左右。

   2、富氧燃烧技术

1)技术内容

 富氧燃烧技术是以氧含量高于21%的富氧空气代替空气作为助燃气体的一种高效强化燃烧技术。富氧燃烧一般是采用膜式氧气发生器产生28%左右的富氧空气,经炉窑蓄热室预热后,吹入燃烧室助燃。

2)效果分析

 采用富氧燃烧后,提高了火焰温度和燃烧效率,减少了烟气排放量,降低了排烟损失,可取得5%左右的节能效果。同时由于燃烧相对完全,火焰长度相对缩短,火焰上部温度降低,减轻了碹顶、小炉和蓄热室的热负荷,即减轻了对耐火材料的侵蚀,可延长窑炉的使用寿命。

 3、池底鼓泡技术

 ⑴ 技术内容

 池底鼓泡技术是通过在熔窑池底砖上安装鼓泡器,用压缩空气作为鼓泡介质向窑内高温玻璃液中鼓入一定压力的气体。气体在高温玻璃液内形成一定直径的泡,形成的泡从池底上升到达玻璃液面后胀破,从而强化玻璃液热对流,使玻璃液面吸收热量加大。

2)效果分析

 采用鼓泡技术可改善玻璃液均匀性,提高产品质量;提高了熔化率5%左右;降低燃料左右5%

 4、窑炉实行自动控制

 窑炉实现自动控制,可较好的控制燃料与空气的比例、液面、及窑压等参数,这样不仅节约燃料,提高熔化率,还可有效的延长窑炉的使用寿命,并提供性能稳定的玻璃液。

 5 余热利用技术

1)技术内容

 利用余热锅炉回收熔窑烟气余热产生低压饱和蒸汽或热水,用于生产或生活。

2)效果分析

 利用余热锅炉回收熔窑烟气余热可节约3%左右能源。

 6典型案例

  2008年某公司进行节能技术改造,将原有的12座小窑炉(30~38m2)合并改建成6座大窑炉(50~65m2)。改造采用的主要技术:空气蓄热室三通道结构;窑炉自动控制系统;富氧燃烧技术。并在废气烟道上安装余热锅炉生产蒸汽;增加窑炉脱硫除尘装置及换向废煤气回收系统。本次改造的总玻璃液出料量改造前后没有变化,均为17.9t。改造前后情况及节能效果分别见下表1与表2

1  改造前后窑炉主要技术指标表

序号

   

 

改造前

改造后

 

 

 

 

1

窑炉个数

12

 

6

 

2

熔化料品种

 

 

普白料

 

普白料

3

熔化面积

m2

30~38

总面积:396

5065

总面积:335

4

加料口个数

1

每座窑炉

1

每座窑炉

5

深化部池深

m

1.1

 

1.8

较改造前加深

6

澄清部池深

m

1.2

 

2.1

 

7

平均熔化率

t/m2·d

1.1~1.37

 

1.62

 

8

平均出料量

t/d

35~49

 

 

总出料量:542.7

9

平均能耗

kg/t玻璃液

350

发生炉煤气

250

发生炉煤气

10

年总玻璃液出料量

t/a

179000

 

179000

 

11

年熔化玻璃液耗煤

t/a

62650

 

44750

 

12

炉龄

3.5

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.    节能效果分析表

  

改造前

改造后

效果

水(t

66528

152064

85536

(kWh)

7011

7543

532

煤(万t

62650

44750

17900

余热蒸汽折标煤

0

4419.4

4419.4

综合能耗

65171.8

45160.4

20011.4

综合能耗kgce/吨成品

0.405

0.266

0.139

 

 

 

 

 

 

 

 

注:为降:“+”为增

 改造后由于 窑炉的熔化玻璃液的质量提高,产品成品率由改造前的90%提高到95%。项目投资总额为15810万元,改造后年可实现销售收入为21500万元,年增加利润为3316万元,投资回收期(税前)6.4年,改造后的节能量为2tce

 7、推广前景:

 以上介绍的节能技术,在日用玻璃工业企业有着广泛的应用前景,特别适用于新建和改建的玻璃窑炉。

 五、节能技术发展方向和重点

 由于国家对环保、节能等方面及市场对玻璃制品的质量等方面的要求越来越高,采用清洁生产能源,进一步降低能耗,已是大势所趋,日用玻璃工厂节能技术的重点仍围绕着窑炉为主进行。

1)玻璃窑炉的电助熔加热技术,可大幅度地提高熔化率和熔化质量;可灵活调节出料量适应市场需要。该技术特别适用于有色玻璃和难熔玻璃。

2)进一步优化窑炉设计,包括小炉、火燃空间、深澄清结构与自控水平等,进一步提高窑炉的热效率;

3)设备方面:成型设备采用伺服驱动,减少压缩空气的耗量,达到节电的目的。

4)产品方面:进一步提高产品的轻量化,进一步减小重量与体积的比值,这是较大、直接节能措施之一。

 

 

(作者:王均光 研究员 )