浮法玻璃工业发展的机遇与挑战

浮法玻璃工业发展的机遇与挑战

1全氧燃烧熔窑技术的发展前景中国的平板制造行业相当规模。2004年全国玻璃产量为3亿重量箱,其中浮法玻璃占84%,产量达到2.52亿重量箱。自2002至2004年3年间,仅浮法玻璃生产能力就增加了近1亿重量箱,到2004年底,国内浮法玻璃生产共有123条,生产能力超过2.8亿重量箱,预计2005年还将有近20条浮法工艺生产线投产,新型节能技术产业化市场空间巨大。全氧燃烧熔窑技术的成熟和推广应用必将为浮法玻璃生产行业带来可观的经济效益及社会效益:(1)从科学发展观和建立和谐社会的战略出发,发展绿色环保,减少NOX的排放要走主动进取的道路;(2)能源的危机,必然影响玻璃工业的发展。为此,高热效率的燃烧工艺、熔窑结构是节能降耗的根本途径;(3)高科技和经济社会的发展,要求制造各种高质量的玻璃(全氧熔窑可大幅度降低玻璃中的微气泡),因此也必须进行新的熔化工艺的研究开发,满足市场日益增大的高端产品的需求;(4)目前氧气制备技术的创新和发展,为全氧燃烧熔窑的经济运行创造了条件。2全氧燃烧技术在玻璃熔制过程中所需要的热量主要是通过燃料和氧气在高温下进行燃烧反应而获得的。传统的燃料燃烧反应所需要的氧气是从空气中获得,氧气在空气成分中仅占21%左右,而在空气成分中占78%的氮气并不参加燃烧反应,这样,大量的氮气被无谓地加热,并在高温下排入大气,造成大量的热量损失。对于熔制普通钠钙硅玻璃熔窑,这部分损失的热量约占能耗的30%。同时,氮气在高温下还与氧气反应生成NOX,NOX气体排入大气层极易形成酸雨造成环境污染。另外,大量的无谓氮烟气流过小炉、蓄热室、烟道、烟囱等设备,不仅会携带大量粉尘,而且减少设备的使用寿命,并对环境造成污染。全氧燃烧时,烟气的体积仅为空气燃烧时的约30%,而燃料消耗仅约为空气燃烧时的60%。玻璃熔窑全氧燃烧技术是在玻璃熔制过程中利用纯氧代替空气与燃料进行燃烧,这样可大大加快燃烧速度,使燃料燃烧充分完全。另外,燃烧产物中的NOX含量降低,减少了废气污染,改善了环境。1998年在美国召开的第18届国际玻璃会议上,把全氧燃烧技术誉为玻璃熔化技术发展历史上的第二次革命。目前,美国在全氧技术研究和应用方面据先进水平。其中美国康宁玻璃公司、PPG玻璃集团公司、普莱克斯公司和日本旭硝子公司已拥有先进的全氧燃烧技术。目前世界上大约有200多座玻璃熔窑采用该项技术。该项技术大多用于显象管玻璃、硼硅酸盐玻璃、器皿玻璃和玻璃纤维等玻璃熔窑上。浮法玻璃熔窑全氧燃烧技术的研究与开发也取得了进展。目前世界上大约有10条浮法玻璃熔窑采用该技术。规定CO2减排的1998京都议定书的正式生效激发了人们对全氧燃烧的兴趣。全氧燃烧产生的烟气含有高浓度的CO2,这使后续的CO2减排处理会比空气燃烧产生的烟道气处理更加来得经济。国内已有几座轻工玻璃、电子玻璃和玻纤熔窑通过引进国外技术和装备使用了全氧燃烧技术,取得了较好效果。国内浮法玻璃熔窑尚未使用全氧燃烧技术。基于全氧燃烧的许多优点以及我国浮法玻璃熔窑主要使用高品质燃料(重油、天然气)的有利因素,玻璃熔窑全氧燃烧技术受到我国玻璃行业的广泛重视,玻璃熔窑全氧燃烧技术已为绿色环保、节能降耗和生产优质玻璃开辟了新的途径。3氧气燃烧技术的优越性采用全氧燃烧技术与空气燃烧相比具有以下优越性:3.1氮气助燃的影响全氧燃烧使燃烧所需空气量减少,废气带走的热量下降。通常的空气燃烧只有占空气总量1/5的氧气参与燃烧,其余约占4/5的氮气非但不助燃,反而要带走燃烧产生的大量热量,从烟气中排出。在使用全氧燃烧的情况下,燃烧所需氧气为原空气总量的1/5,烟气量减少,引入的氮气量减少90%以上,燃料燃烧完全充分,利用率高,所以节能明显。3.2氮气燃烧的污染源全氧燃烧技术除了给熔窑节能带来明显效果外,还可降低环境污染。用普通空气助燃的燃烧只有占空气总量1/5的氧气参与燃烧,其余约占4/5的氮气除带走燃烧产生的大量热量外,还在高温下生成氮氧化合物,从烟道气中排出,造成环境污染。使用全氧进行燃烧,玻璃熔窑废气中NOX排放量从2200mg/Nm3降低到500mg/Nm3以下,粉尘排放降低70%,污染大为减少。3.3火焰辐射玻璃液温度全氧燃烧使燃料燃烧完全,火焰温度高,产物主要为CO2和H2O,比空气助燃黑度大,辐射能力强,火焰辐射玻璃液温度可提高100℃左右,配合料熔融速度加快,提高熔化率10%以上,从而使熔窑产量得以提高。3.4增加玻璃黏度全氧燃烧时烟气中水汽含量高达53%,玻璃液与水汽发生反应,玻璃液中的OH含量增加,玻璃黏度降低,有利于澄清、均化,提高玻璃质量。另一方面,全氧燃烧火焰稳定,无换向,燃烧气体在窑内停留时间长,窑内压力稳定且较低,这些都有利于玻璃的熔化、澄清,减少玻璃体内的气泡、灰泡及条纹,全氧燃烧可使吨玻璃中的气泡数少于1个。3.5建造此类熔岩炉的成本全氧燃烧窑结构近似于单元窑,无金属换热器及小炉、蓄热室。窑体呈一个熔化部单体结构,占地小,建窑投资费用低。3.6全氧燃烧熔窑后,温度下降,使熔窑温度下降,延长熔窑使用寿命采用全氧喷枪燃烧可使火焰分为2个区域,在火焰下部由于全氧的喷入克服了缺氧现象,使火焰下部温度提高,而火焰上部的温度有所降低,使熔窑碹顶温度下降约20～50℃,这样,减轻了对大碹的烧损,延长熔窑使用寿命。表1是美国普莱克斯公司作的一座200t/d普通浮法玻璃熔窑改造为全氧燃烧熔窑后,熔窑主要技术经济指标的变化情况。由此可见,在浮法玻璃生产线采用全氧燃烧技术,具有很大的经济和社会效益。4不同方法制氧法玻璃熔窑全氧燃烧技术的开发,有赖于具有较低的制氧成本、运行可靠的纯氧气体制备技术和设备的成熟和完善。目前,国内外制备氧气的方法有深度冷冻法、真空变压吸附法和膜法三种。随着制氧技术的发展,三种方法都日臻成熟,陆续被工业化应用。各种氧气制备方法都有其优缺点和一定的适用范围。低温法宜于大规模生产高纯氧,同时得氮气,但此法小规模装置能耗高。VP-SA真空变压吸附法适宜于各种不同规模,可生产纯度为30%～95%的氧气,操作运行简单,膜分离法适宜超小规模制氧,氧纯度低于40%,操作简单,占地小。表2比较了以上三种方法的特点。5全氧燃烧熔窑的经济效益与上世纪相比,我国平板玻璃行业的产品质量有了明显提高,部分产品已进入国际市场。但是,作为高耗能工业,我国平板玻璃工业与国外先进水平相比,仍有一定的差距,主要表现在:燃料消耗、产品结构、企业规模和技术装备等方面。行业的发展一直受到能源供应的制约,燃料电力供需矛盾突出。人们普遍要关心一个问题,到底采用全氧燃烧技术在经济上对企业有多少利益,这里对投资和生产成本做一个粗略的比较。(1)投资:减少了蓄热室和小炉投资、厂房投资,增加了胸墙、大碹耐火材料投资,目前增减大体相当。但随着全氧燃烧技术和专用优质耐火材料的国产化,增加的费用会逐渐下降。(2)成本:平板玻璃全氧燃烧熔窑节能按25%计,相当于每吨玻璃降低成本约126元/t(0.18t油/t玻×2800元/t油×25%=126元/t),纯氧综合成本按目前的0.4元/Nm3计,相当于提高成本约129元/t(0.18t油/t玻×3.4t氧/t油×700Nm3氧/t氧×0.4元/Nm3氧×75%=129元/t)。这样全氧燃烧生产线和普通生产线产品相比,产品成本基本相当。但随着制氧技术的发展,氧气生产成本有进一步下降的趋势。(3)质量的提高和产量的增加:全氧燃烧能明显提高玻璃的熔化质量,提高玻璃原片的制镜级或优等品率,另外熔窑的熔化量也可增加10%,这些可为企业创造额外的剩余价值。由此可见,即使对于一般的优质浮法玻璃生产线,在投资和生产成本变化不大的情况下,全氧燃烧熔窑既节能降耗、减少污染,又显