新一代中國浮法玻璃技術(shù)新進(jìn)展

1中國浮法玻璃技術(shù)現(xiàn)狀1.1浮法工業(yè):中國浮法技術(shù)生產(chǎn)線隨著中國浮法雕塑技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，浮法技術(shù)已成為中國平板玻璃生產(chǎn)的主要技術(shù)。截止2006年底,中國已建成浮法玻璃生產(chǎn)線162條,其中全部或主要采用中國浮法技術(shù)的生產(chǎn)線達(dá)135條,占中國浮法玻璃生產(chǎn)線數(shù)量的83%。2006年平板玻璃總產(chǎn)量達(dá)4.54億重量箱,浮法玻璃占81.87%,其中優(yōu)質(zhì)浮法玻璃占20%以上。在大力推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化也取得顯著進(jìn)展。采用中國浮法玻璃技術(shù)并進(jìn)行工程總承包的900t/d浮法玻璃生產(chǎn)線已在印度尼西亞成功投產(chǎn),品種從常規(guī)厚度擴(kuò)展到超薄(0.55～1.1mm)、超厚(15～25mm),開發(fā)出了在線Low-E和Sun-E、自潔、超白、防火玻璃等新品種。1.2我國浮法玻璃技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)近年來,我國玻璃科技工作者實(shí)施了從選礦、原料配料稱量,到熔窯、錫槽、退火窯3大熱工設(shè)備以及成套控制軟件系統(tǒng)的一系列科技攻關(guān),成功解決了一批長期制約我國浮法玻璃實(shí)物質(zhì)量提高的關(guān)鍵性技術(shù)難題,取得了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重大技術(shù)創(chuàng)新成果,把中國浮法玻璃技術(shù)與裝備水平提高到了一個嶄新的階段。1.2.1配合料混合均勻度1)采用大型均化庫和新型均化裝置對硅質(zhì)原料進(jìn)行均化,嚴(yán)格控制硅質(zhì)原料成份、顆粒度和含水率的波動。2)開發(fā)了高精度自動配料電子秤系統(tǒng),靜態(tài)精度達(dá)1/2000以上,動態(tài)精度可達(dá)1/1000以上。3)改進(jìn)配合料混合過程(加水、加蒸汽)的自動檢測控制,提高配合料混合均勻度。4)開發(fā)了快速測定原料及碎玻璃中的COD值的技術(shù)方法,通過將原料已含的COD值(化學(xué)氧需要量,ChemicalOxygenDemand)一并納入到還原劑加入量的控制中,控制原料的COD值、芒硝含量、碳粉比例以及熔化的氧化還原氣氛,充分利用硫酸鹽的溶解度,有效減少氣泡,尤其是微氣泡。1.2.2玻璃液的預(yù)處理研究1)開發(fā)了熔窯燃燒模擬技術(shù),研究火焰空間溫度場和玻璃液溫度場之間的相互關(guān)系,確立各種規(guī)模熔窯的溫度控制目標(biāo)。2)研究了熔窯池底不同結(jié)構(gòu)對玻璃熔化的影響,及其與回流、微氣泡和能耗等的變化規(guī)律關(guān)系,優(yōu)化了耐火材料的匹配選擇。3)研究了投料口寬度與熔化池寬度的比例及對玻璃熔化的影響,合理確定澄清帶的長度、熔窯寬度及其對玻璃液中微氣泡溢出和熔窯熱效率的的影響。4)研究了適合新窯型的卡脖結(jié)構(gòu)形式和尺寸,通過玻璃液的自然對流,有目的地實(shí)現(xiàn)控制窯池中央充分澄清好的玻璃液進(jìn)入冷卻部,減少成形環(huán)流中低溫回流的重復(fù)加熱。5)研究了適合新窯型的冷卻部結(jié)構(gòu)和面積的大小,使成形玻璃液流是最新鮮的,避免了“滯止臟玻璃液”的出現(xiàn)。6)研究了熔化部熱點(diǎn)區(qū)域采取鼓泡等強(qiáng)化對流措施對玻璃液熱點(diǎn)穩(wěn)定和玻璃液微觀質(zhì)量改善的影響。7)研究了由于窯型的改變導(dǎo)致池底溫度與常規(guī)窯型差異而可能引起耐火材料所產(chǎn)生的微缺陷問題及解決方案和措施。8)開發(fā)了新型熔窯電輔助加熱系統(tǒng),對降低熔窯熱耗、提高玻璃液熔化質(zhì)量。1.2.3錫槽高效密封技術(shù)1)開發(fā)了玻璃液流量精確控制技術(shù),控制精度可達(dá)到1/1000以上,比常規(guī)控制精度提高5倍以上,大大提高了錫槽熱工制度的穩(wěn)定性。2)開發(fā)了新型石墨擋坎及配置方案,結(jié)合深液區(qū)的優(yōu)化設(shè)置,控制錫液流動,達(dá)到控制錫液橫向溫差<2℃的國際先進(jìn)水平。提高了玻璃表面平整度,減少了玻璃厚薄差。3)開發(fā)了錫槽入口、出口隔墻新型整體密封技術(shù),使錫槽出口壓力由原來的15Pa提高到30Pa以上。4)開發(fā)了高精度、高穩(wěn)定性全自動拉邊機(jī),完全可以取代進(jìn)口設(shè)備。5)開發(fā)了先進(jìn)的流液道結(jié)構(gòu),加強(qiáng)閘板附近的密封,減少熔窯氣氛對錫槽的影響,減少雜質(zhì)(含O、S等成分)進(jìn)入錫槽。6)設(shè)置高純氮?dú)饷芊庋b置,對進(jìn)入錫槽頂部、邊部的保護(hù)氣體進(jìn)行計量,實(shí)行精確控制。7)開發(fā)了氣體導(dǎo)流技術(shù)和裝備,可以有組織地控制錫槽內(nèi)氣體的流向,排除槽內(nèi)含SnO、SnS等污染物的氣體,改善錫槽內(nèi)的氣氛環(huán)境,減少由O、S引起的缺陷,提高玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。8)開發(fā)了錫液凈化技術(shù),減少錫離子對玻璃體內(nèi)的滲透,減輕玻璃的鋼化彩虹。9)開發(fā)了保護(hù)氣體精細(xì)分配技術(shù),根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)氮?dú)浔壤?確保進(jìn)入錫槽的保護(hù)氣體滿足生產(chǎn)高質(zhì)量玻璃的要求。10)優(yōu)化集成多年理論和經(jīng)驗,編制了完整的操作軟件用以指導(dǎo)生產(chǎn),使最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)具有可重復(fù)性,大大縮短改變生產(chǎn)品種的時間。技術(shù)開發(fā)前后錫槽的工藝參數(shù)對比見表1。1.2.4風(fēng)系統(tǒng)及熱壓設(shè)計技術(shù)1)通過準(zhǔn)確的熱工計算得出各部位的保溫厚度,開發(fā)了利于保溫材料鋪設(shè)的結(jié)構(gòu)、層鋪錯縫的科學(xué)布置和裝填方式,使退火窯具有優(yōu)良的保溫絕熱性能,穩(wěn)定窯內(nèi)氣氛,提高窯內(nèi)溫度場的抗沖擊性。2)開發(fā)了新型電加熱器和布置方式,該電加熱器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量更輕、調(diào)節(jié)范圍更大,有利于在窯內(nèi)建立一個多層次立體化的可控加熱場。3)開發(fā)了獨(dú)特的板下風(fēng)管截面設(shè)計和空間布置方式,依據(jù)板上、板下風(fēng)機(jī)獨(dú)立的風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計理念,有效地解決了長期存在的C區(qū)板下溫度過高的難題。4)開發(fā)了窯內(nèi)風(fēng)管熱膨脹補(bǔ)償結(jié)構(gòu),解決了超長的窯內(nèi)風(fēng)管熱膨脹消除問題,保證了窯內(nèi)風(fēng)管、風(fēng)箱之間接頭不泄露,穩(wěn)定了窯內(nèi)氣氛。5)開發(fā)了Ret區(qū)整體化設(shè)計,消除了Ret區(qū)的溫降拐點(diǎn),獲得了平滑的溫降曲線,降低暫時應(yīng)力,提高了玻璃板的切裁率。中國自主開發(fā)的退火窯與外國公司退火窯的主要技術(shù)參數(shù)、性能對比見表2。1.2.5控制系統(tǒng)水平測試1)玻璃液面模糊規(guī)則控制系統(tǒng)軟件開發(fā);2)熔窯壓力高精度、小波動控制系統(tǒng)軟件開發(fā);3)熔窯穩(wěn)定溫度場燃燒控制系統(tǒng)軟件開發(fā);4)熔窯火焰小擾動換向控制軟件開發(fā);5)流液道高精度流量控制系統(tǒng)軟件開發(fā);6)錫槽功率優(yōu)化分配加熱控制系統(tǒng)軟件開發(fā);7)退火窯溫度解耦控制系統(tǒng)軟件開發(fā)。在系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中,首次將模糊規(guī)則控制策略成功應(yīng)用于熔窯玻璃液面控制系統(tǒng)、熔窯壓力控制系統(tǒng)、退火窯溫度控制系統(tǒng)等過程控制中,達(dá)到了高精度、高穩(wěn)定性的控制效果。該成套系統(tǒng)軟件在成都南玻項目實(shí)施后,浮法玻璃生產(chǎn)線各過程控制系統(tǒng)水平均達(dá)到國際先進(jìn)水平,其工藝參數(shù)控制水平與國際先進(jìn)水的對比見表3。采用新一代中國浮法玻璃技術(shù)生產(chǎn)的浮法玻璃的實(shí)物質(zhì)量與國際先進(jìn)水平的對比見表4。通過對原料配料稱量,熔窯、錫槽、退火窯3大熱工設(shè)備及自動控制系統(tǒng)成套軟件的一系列科技攻關(guān),并進(jìn)而對各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成和工程轉(zhuǎn)化,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)并全面達(dá)到國際先進(jìn)水平的新一代中國浮法玻璃技術(shù)。這就為中國平板玻璃工業(yè)實(shí)現(xiàn)“一個升級、2個飛躍”(浮法玻璃行業(yè)整體技術(shù)裝備水平全面升級,產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新能力向國際先進(jìn)水平飛躍)奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ),也為我國玻璃工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。2國浮法玻璃技術(shù)的發(fā)展雖然采用新一代中國浮法玻璃技術(shù)的幾條生產(chǎn)線的技術(shù)裝備與實(shí)物質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平,但中國浮法玻璃技術(shù)的發(fā)展絕不應(yīng)該就此止步。在我國大部分浮法玻璃生產(chǎn)線的技術(shù)裝備水平還不高的現(xiàn)實(shí)情況下,在市場競爭全球化、客戶需求多樣化、環(huán)保節(jié)能嚴(yán)格化的新形勢下,應(yīng)從技術(shù)提高型、循環(huán)經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保節(jié)能型、品種多樣型等幾個方面進(jìn)一步推動中國浮法玻璃技術(shù)未來的發(fā)展。2.1我國浮法玻璃生產(chǎn)線改造的情況具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代中國浮法玻璃技術(shù)的誕生,為我國眾多技術(shù)裝備水平一般的浮法玻璃生產(chǎn)線改造提高提供了可靠的保證。相信在國家產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)下,在市場競爭推動下,我國浮法玻璃生產(chǎn)線的技術(shù)提高和結(jié)構(gòu)調(diào)整一定會達(dá)到一個新的高度。2.2解決環(huán)境污染的措施平板玻璃工業(yè)具有自身的特殊之處,生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玻璃必須使用精選原料,因此平板玻璃企業(yè)難以采用生態(tài)工業(yè)園區(qū)模式來實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì),筆者以為,中國平板玻璃工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思路應(yīng)當(dāng)是:圍繞1條主線,把握2個關(guān)鍵,落實(shí)4個環(huán)節(jié)。即圍繞社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略這條主線,把握提高資源綜合利用水平、減少污染物排放2個關(guān)鍵,落實(shí)到礦山開采和選礦環(huán)節(jié)、玻璃生產(chǎn)環(huán)節(jié)、玻璃使用環(huán)節(jié)和碎玻璃再利用環(huán)節(jié)。1)礦山開采和選礦環(huán)節(jié),要大力提高回采率和綜合回收率,降低采礦貧化率,延長礦山壽命,大力推進(jìn)尾礦、廢石的綜合利用石英砂選礦過程中產(chǎn)生的尾礦(細(xì)砂、泥土等)露天堆放,侵占土地,會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。為解決這一難題,首先在工藝設(shè)計過程中考慮尾泥、細(xì)砂的預(yù)先分離,尾泥通過脫泥斗并經(jīng)過濾機(jī)脫水成泥餅,該泥餅可用作水泥生產(chǎn)的硅質(zhì)原料或用于土地復(fù)墾;對分離出來的分級細(xì)砂,研制出了價格低廉、選擇性好和環(huán)境友好的浮選藥劑,開發(fā)了新的浮選工藝和關(guān)鍵浮選設(shè)備,最終在工業(yè)生產(chǎn)線上取得了成功。其浮選石英精砂指標(biāo)達(dá)到SiO299.5%～99.7%、Al2O30.15%～0.25%、Fe2O30.015%～0.025%,已大量應(yīng)用于生產(chǎn)高檔無堿電子玻纖,還可用于高級陶瓷釉料、硅微粉、真空玻璃管、高白料玻璃、高級泡花堿等行業(yè)。大幅度提高了其綜合利用價值,解決了長期困繞硅質(zhì)原料產(chǎn)地的石英尾砂堆放占用大量農(nóng)田和由此造成的環(huán)境污染問題。2)在玻璃生產(chǎn)環(huán)節(jié),采用先進(jìn)的節(jié)能、節(jié)水技術(shù),降低消耗,采用先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)減少污染物排放,走節(jié)能環(huán)保型發(fā)展之路。(1)節(jié)能技術(shù)玻璃工廠節(jié)能是一項系統(tǒng)工程,需要采取綜合技術(shù)措施,從原料優(yōu)化、燃燒新技術(shù)、改進(jìn)熔窯結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)窯體保溫、延長熔窯壽命、富氧燃燒、全氧燃燒、余熱發(fā)電等方面共同推進(jìn)。目前,采用新一代中國浮法玻璃技術(shù)的600t/d熔窯熱耗已達(dá)到1450kCal/kg玻璃液,900t/d熔窯熱耗可降至1350kCal/kg玻璃液。國內(nèi)玻璃企業(yè)普遍在熔窯尾部設(shè)置余熱鍋爐來回收余熱,余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為重油伴熱或采暖,但是這這種方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有充分利用余熱資源,在南方地區(qū)或以天然氣為燃料的玻璃生產(chǎn)企業(yè)這種現(xiàn)象就更為突出。利用玻璃熔窯廢氣余熱,通過增設(shè)高效余熱鍋爐及配套的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電,可大量回收玻璃熔窯廢氣余熱,達(dá)到節(jié)約能源、降低熱耗、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。某浮法玻璃企業(yè)有2條500t/d浮法玻璃生產(chǎn)線,采用國內(nèi)自主開發(fā)的余熱發(fā)電系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量2800×104kWh,項目總投資約4000萬元,3年左右可收回投資。(2)節(jié)水技術(shù)浮法玻璃工廠的設(shè)備冷卻用水均以循環(huán)使用為主,循環(huán)用水的循環(huán)方式分為密閉式循環(huán)系統(tǒng)和敞開式循環(huán)系統(tǒng)2種。敞開式循環(huán)冷卻水是目前浮法玻璃工廠應(yīng)用最普遍的一種冷卻水系統(tǒng),但這種開式循環(huán)會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕、CaCO3在傳熱面上結(jié)垢析出、換熱器內(nèi)粘泥沉積等問題,造成換熱器換熱效果下降,過水?dāng)嗝鏈p少,通水能力降低,水資源浪費(fèi),容易釀成事故。閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)克服了敞開式循環(huán)系統(tǒng)的弊端,冷卻水在密閉系統(tǒng)中循環(huán)使用,不與空氣直接接觸,水質(zhì)不受污染,具有設(shè)備使用壽命長、新水補(bǔ)充量少(僅為敞開式冷卻水系統(tǒng)的20%)、有利于主線工藝設(shè)備的操作等優(yōu)越性。(3)環(huán)保技術(shù)我國的大部分浮法玻璃生產(chǎn)線以重油為燃料,煙氣中的SO2是造成大氣污染的主要因素。為貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念和清潔生產(chǎn)的方針,開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煙氣脫硫除塵技術(shù)及成套裝備,在深圳、廣州、山東等地玻璃企業(yè)得到應(yīng)用,環(huán)保部門驗收監(jiān)測的數(shù)據(jù)表明,該煙氣脫硫除塵系統(tǒng)完全滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對玻璃工廠污染物排放的要求。雖然現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對玻璃工廠氮氧化物排放尚未做出限制,但新的浮法玻璃工廠環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)將對玻璃工廠氮氧化物排放加以明確的限定。因此,開發(fā)新型高效的氮氧化物治理(脫硝)技術(shù),是我國玻璃行業(yè)未來重要的攻關(guān)領(lǐng)域之一?？蓮囊韵聨讉€方面開展脫硝技術(shù)的研發(fā):1次治理措施:氧助燃技術(shù);分層燃燒技術(shù);采用低空氣過剩系數(shù);選用低NOx燃燒器。2次治理措施:重燃法;無催化劑的選擇性還原技術(shù);有催化劑的選擇性還原技術(shù)。3)在玻璃使用環(huán)節(jié),開發(fā)玻璃加工的新技術(shù)、新工藝,注重采用復(fù)合加工技術(shù),為建筑節(jié)能和減少排放做貢獻(xiàn)。(1)建筑節(jié)能目前我國建筑能耗占社會總能耗的27.6%,在15年后我國終端能耗中超過1/3是建筑能耗。我國目前既有的400多億平方米城鄉(xiāng)建筑中的99%為高耗能建筑,新建的數(shù)量巨大的房屋建筑中,95%以上還是高能耗建筑。我國在今后10～20年內(nèi)要保持國民經(jīng)濟(jì)8%左右的增長速度,將面臨著巨大的能源不足壓力和責(zé)任,建筑節(jié)能將成為減輕這種壓力、滿足國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長的有效途徑。建筑節(jié)能是一項綜合性的系統(tǒng)工程,而科學(xué)合理地使用具有節(jié)能、安全、環(huán)保特性的加工玻璃則是這一系統(tǒng)工程中極其重要的環(huán)節(jié)之一,如果這一環(huán)節(jié)不能得到足夠的重視和有效的實(shí)施,建筑節(jié)能工作就難以取得實(shí)質(zhì)性的推進(jìn)。我國幅員遼闊,氣候差異大,有“三北高寒地區(qū)”,有“冬冷夏熱地區(qū)”,有“夏熱冬暖”地區(qū)等多種氣候特征,因此要研制開發(fā)能適應(yīng)不同氣候特征的加工玻璃產(chǎn)品,以滿足建筑節(jié)能、國家未來能源戰(zhàn)略的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的要求。(2)太陽能利用我國是能源資源嚴(yán)重短缺的國家。石油、天然氣人均剩余可采儲量僅有世界平均水平的7.7%和7.1%,儲量比較豐富的煤炭也只有世界平均水平的58.6%。按目前探明儲量和開采能力測算,我國煤炭、石油、天然氣的可采年限分別只有80年、15年和30年,而世界平均水平分別是230年、45年和61年。2005年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)21.9億t,比2000年翻了一番,仍不能滿足需要。石油凈進(jìn)口量由2000年的0.76億t,迅速增長到2005年的1.43億t。我國能源利用效率只有33%,比國際先進(jìn)水平低10個百分點(diǎn)左右;2003年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗是世界平均水平的3.1倍;2004年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值約占全世界的4.4%,而煤炭消費(fèi)占35%以上,原油消費(fèi)占7.8%(按當(dāng)年匯率計算)。近年來單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗不降反升,按2000年價格計算,2002年～2004年分別為1.30、1.36、1.43t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元,2005年與2004年持平。因此,大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)是我國實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的重要途徑。已先后開發(fā)出兩大類太陽能發(fā)電系統(tǒng),第1類是在單體建筑物的屋頂和幕墻上安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng);第2類,是大面積集熱式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)與超白玻璃的關(guān)聯(lián)情況,大致是每100瓦裝置需用鋼化超白玻璃1～2m2;集熱式太陽能發(fā)電系統(tǒng)則需要大量使用優(yōu)質(zhì)超白浮法薄玻璃制造聚熱鏡面。在國際市場上,太陽能產(chǎn)業(yè)在國外每年以30%～50%的速度遞增,是目前世界上比IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為迅速的產(chǎn)業(yè)。統(tǒng)計資料顯示,近幾年中國太陽能產(chǎn)業(yè)以“爆炸式”的增速度長(見表6),帶動了超白玻璃需求的迅猛增長。3)大力開發(fā)碎玻璃應(yīng)用新技術(shù)、新工藝碎玻璃除了回收到玻璃工廠繼續(xù)用于玻璃生產(chǎn)外,還可以用于建筑材料生產(chǎn)、用于裝飾材料生產(chǎn)、用于農(nóng)