全氧燃烧玻璃熔窑技术优势及市场前景

全氧燃烧玻璃熔窑技术优势及市场前景

中国的玻璃产业产量是世界上最重要的。到目前为止,我国已拥有浮法玻璃生产线180余条,其中100条以上是采用重油作燃料,随着重油价格的持续走高,燃料在玻璃制造成本中所占比例越来越大,严重影响着行业的经济效益。因此,节约燃料、降低玻璃生产能耗,对降低生产成本,提高企业的市场竞争力,减少环境污染,缓解能源短缺意义重大,任务非常迫切。我国正面临着日益严峻的能源供应短缺和环境污染防治形势,玻璃工业既是能耗大户,也是～NOx等有害气体排放的大户,同时高质量优质浮法玻璃也要求采用更为先进的燃烧工艺和玻璃熔制工艺。全氧燃烧玻璃熔窑不仅适用于生产高附加值特种玻璃(TFT玻璃、显像管玻璃、玻璃纤维、高硼硅耐热玻璃等),而且适用于生产优质浮法平板玻璃,相比之下,具有更好的技术优势和经济效益。1全氧燃烧熔窑的环保意义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的,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,大量的氮气被无谓地加热,在高温下排入大气,造成大量的热量损失;同时,氮气在高温下还与氧气反应生成NOx,NOx气体排入大气后,极易形成酸雨造成环境污染。全氧燃烧熔窑可节约燃料,减少NOx排放,降低对环境的污染,提高玻璃质量,提高火焰温度、熔窑熔化能力及熔窑产量,降低熔窑建设费用,提高熔窑使用寿命。此外全氧燃烧熔窑可为利用废气余热预热玻璃配合料提供最佳的应用条件。玻璃熔窑全氧燃烧技术将为绿色环保、节能降耗和生产优质玻璃开辟新的途径。由于燃烧系统的改变,引起玻璃熔窑结构的变革,全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉、换火系统,增加了设在胸墙上的全氧重油或天然气喷枪,熔窑结构类似于单元窑,窑体呈一个熔化部单体结构,占地小,建窑投资费用低。当前全氧燃烧的热点和难点主要集中在氧气的制作成本上,世界燃料价格的进一步上涨是必然趋势,与燃料相比,生产氧气所需电能的可再生性要大得多,显然燃料的上涨速度将远高于电能的上涨速度,在这种情况下,全氧燃烧的优势就越来越明显。随着国内一些大型水电工程的并网发电,我国已经形成了相对超前和相对稳定的电力供应,制氧所需要的电能消耗,相对来说比较充足。同时随着中国经济的发展,能源和环境保护问题将更加突出,因此全氧燃烧技术将成为浮法玻璃工业最有效的、最经济的燃烧熔制技术。2优质材料的确定采用全氧燃烧后,窑内排出烟气组分中,碱蒸汽浓度猛增,要求熔窑上部耐火材料的抗碱性、耐火度有所提高,需要采用优质的耐火材料。以下以600t/d浮法玻璃熔窑为例,分析全氧熔窑和普通平板玻璃熔窑的技术特点。2.1全氧燃烧结合炉炉玻璃熔窑结构类似于单元窑,胸墙和大碹采用电熔耐火材料,大碹内表面加“纵向突起”,以防止碱液沿碹顶向胸墙流动,减少对耐火材料的侵蚀,提高玻璃质量,提高窑龄。全氧燃烧器位于熔池上部结构的侧墙中交错排列,窑炉侧面分布烟道,以便横跨玻璃液表面燃烧。燃烧产物通过窑炉、废气烟道,进入热回收装置。全氧燃烧不换向,燃烧气体在窑内停留时间长,火焰、窑温和窑压稳定,有利于玻璃的熔化、澄清,减少玻璃体内的气泡、灰泡及条纹。2.2全氧喷枪有限排放①熔化量:600t/d;②熔化率:2.2～2.5t/m2·d(普通熔窑2.0～2.15t/m2·d);③热耗:4600kJ/kg(普通熔窑6300kJ/kg);④窑龄:10年(普通熔窑6～8年);⑤全氧喷枪对数:7对;⑥因大碹砖材用AZS代替硅砖,结构、重量等都发生了变化,熔化池大碹钢结构设计时应充分考虑砌筑烤窑生产维护;⑦氧枪在窑上布置要合理,根据分区供给熔化所需的热量,确保窑宽上的温度均匀性。氧枪在窑上作错位排列,见图1。氧喷枪(燃烧器)是全氧燃烧窑炉的关键设备之一,它对火焰状况、温度分布、传热效果、窑炉耐火材料的寿命长短起着很重要的作用。⑧投料方式为准等宽加料。⑨采用池底鼓泡技术。⑩窑体采用全保温结构,熔化部池底、冷却部胸墙保温结构在生产中可以拆装。即降低了能耗,又方便了工艺操作。2.3制氧装置的成本与成本600t/d全氧玻璃熔窑需要燃料按天然气计约3500Nm3/h,需氧气约7000Nm3/h,考虑保险系数和烤窑的需要,制氧装置产氧能力应≥8500Nm3/h,采用深冷法(ASU)即低温精馏分离法制取,纯氧(99%)综合成本不高于0.5元/Nm3。多余氧气用于其它窑炉局部全氧助熔。氧气的来源可以有两种方式:一种是购买制氧设备,目前国产8500Nm3/h设备价格大约4000万元;一种是由制氧公司提供运行并维护,耗电成本由用户承担,用户每月支付一定数额的使用费用。3全氧燃烧浮法玻璃生产线如上所述,虽然全氧玻璃熔窑胸墙、大碹使用的耐火材料等级提高,会增加一定投入,但省去了蓄热室、小炉,同时钢结构减少,厂房面积减少,熔窑总体投资比同等熔化能力的空气助燃的熔窑略有减少。另一方面,在投资和生产成本下降的情况下,全氧燃烧浮法玻璃生产线既节能降耗、减少污染,又显著提高玻璃质量。以下同样以600t/d玻璃熔窑为例进行投资和经济效益分析比较。3.1增加设备,降低土建工程量玻璃熔窑采用全氧燃烧后,由于取消了蓄热室和小炉,土建面积相应减少,土建工程量也减少。与普通浮法玻璃生产线相比,土建减少约540m2×2=1080m2,相应地减少投资约150万元。3.2主缸结构全氧熔窑取消了蓄热室和小炉,大碹和胸墙选用普通浇铸AZS砖。耐火材料和费用增减如表1。3.3纯氧综合成本①根据国内外经验,全氧熔窑节能约30%,天然气单价按2.4元/Nm3计,吨玻璃产品天然气耗量可以从200Nm3降到140Nm3以下,相当于每吨玻璃成本降低至少144元/t,即:60Nm3天然气/t玻璃×2.4元/Nm3=144元/t;②如采用单价4200元/t的重油,玻璃产品重油耗量可以从170kg降到119kg以下,相当于每吨玻璃成本降低至少214元/t,即:0.051t重油/t玻璃×4200元/t重油=214元/t;③纯氧综合成本按0.5元/Nm3计,相当于提高成本140元/t,即:280Nm3/t玻璃×0.5元Nm3=140元/t;④采用全氧燃烧技术,不仅可以实现节能减排、提高质量,而且可以适当减少建设资金,大幅降低生产成本,这就为创造良好的经济效益打好了坚实的基础。3.4玻璃熔窑配合料粒化及预热技术普通熔窑烟气离开蓄热室的温度为500～600℃,而全氧熔窑的废气温度约为1200℃,因此对于烟气必须进行余热利用。可以实施配合料预热技术,将配合料预热到300℃以上,以达到节能环保的目的。配合料预热技术是首先将配合料进行粒化,在进入熔窑熔化之前,充分利用烟气余热进行配合料预热,促进配合料各组分间的相互反应,提高配合料受热能力,加速玻璃熔制,减少玻璃熔化时间,从而达到减少能耗的目的。玻璃配合料粒化和预热技术具有以下优点:①节约能源。据国外报道,普通粉料的最高熔制温度为1600℃左右,而经过预热的粒化料则只需1430℃,从而使熔化率提高,其节能可达15%以上。②节约矿产资源。众所周知,矿物原料在加工过程中会产生比例不等的超细粉,比如湿法棒磨工艺产生大约25%左右的超细粉,而在使用粉料配合料中,是严禁使用超细粉的。而粒化的配合料允许使用一定量的超细粉,这样就解决了超细粉的处理问题。③减轻了对熔窑蓄热室和烟道的堵塞和侵蚀,提高了玻璃熔窑的使用周期。④保持了环境清洁,减少了环境污染。玻璃熔制过程中消耗了大量的热能,包括窑体散热和烟气带走得热量。通过利用烟气余热预热玻璃配合料和碎玻璃,达到熔窑节能和减排的目的。3.5综合经济技术的经济比较以天然气为例窑炉综合经济技术对比见表2。4全氧助燃技术到本世纪初,全世界已有200多座全氧燃烧窑炉。在北美拥有的包括小型特种玻璃窑在内550座,其中约有140座为全氧燃烧窑炉;欧洲现有的350座窑炉中有30余座为全氧燃烧窑(不包括玻璃棉及特种玻璃窑)。亚洲已有20多座全氧燃烧窑炉。国内轻工、显像管和玻璃纤维等行业,都有用全氧燃烧玻璃熔窑的成功经验,平板玻璃行业也已经成功实施了0#小炉纯氧助燃技术。目前,秦皇岛玻璃工业研究设计院等正在承担“十一五”国家科技支撑计划“玻璃熔窑全氧燃烧技术研究”,通过与美国PPG公司、AP公司、PRAXAIR公司、法国LA公司、德国HORN公司进行有效合作,以及通过消化吸收我国显像管和玻璃纤维全氧燃烧生产线的经验,掌握了全氧窑炉结构、全氧喷枪、氧气制备等一系列关键技术,完成了600t/d优质浮法玻璃生产线、400t/d高强度超白浮法玻璃生产线以及100t/d高硼硅耐热玻璃生产线等一系列全氧燃烧生产线的初步设计,研究开发队伍中汇集了我国从事玻璃工业研究设计的一大批国家顶尖级专家和具有丰富全氧燃烧实践经验的工程师,保证了全氧燃烧技术的可靠性和先进性。5采用全氧燃烧技术的优势(1)该项目具有良好的技