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玻璃熔窑换向燃烧技术的发展

      玻璃熔窑燃烧系统属于玻璃生产线的辅助系统,经过近二十年在实际应用中的不断发展,技术整体上有了很大的进步,但相较于熔窑、退火窑、锡槽等“三大工”专业和核心关键系统,其发展长期以来不为玻璃厂的建设方重视。
 
      1.熔窑燃烧系统模块化、集成化的形成和起步
 
      在上世纪九十年代中期以前,我国玻璃熔窑的燃烧系统在设计、安装、调试、运行、维护等方面与其他公用工程一样,都是进行粗放设计,采用平铺式施工的传统方式在现场完成全部的安装调试;后来,虽然在玻璃熔窑的燃烧系统上应用了DCS集中控制系统、大幅提高了自动化水平,但仍存在着较大的提升空间,例如,系统故障的自动检测方面就可以应用CPS(信息物理系统)提升事故工况的自动化监控和应对水平。同期,日本、欧洲和美国的玻璃生产线都已经对其熔窑的燃烧系统实现了不同程度的模块化、集成化,而国内的设计人员在进行工程设计时却毫无模块化、集成化的理念,工程的安装、调试等工作也只得采取传统的平铺式施工方式。回溯当年的设计思路,可以发现其弊端是非常明显的,如施工组织麻烦、施工周期长、工程费用高、安装质量不容易控制、与其他施工作业面存在交叉而互相影响等等。
 
      将熔窑的燃烧系统模块化、集成化设计之后,计量、调压、换向、喷枪冷却等各个功能形成了独立模块,可以异地组装、橇装运输、快捷安置、快速连接;整个系统由各种功能模块组成,施工、调试、检测条件远胜于前文述及的工地现场平铺式施工,整体质量能得到更有效的控制和保障,不仅大幅减少了现场的安装工作量、缩短了施工周期、最大限度地避免了与其它施工作业面地相互影响。
 
      以拉引量600 t/d的玻璃生产线熔窑的重油燃烧系统为例,如果不进行模块化设计和集成化橇装,按照传统方式进行现场安装,施工周期一般为90~100天、施工费用大约40万元;进行模块化设计和集成化橇装之后,一套功能相同的重油燃烧系统,以同等数量的施工人员和劳动强度进行施工,整体施工周期仅需40~50天、其中现场施工天数约为10天,施工周期大幅缩短,在核心模块的制作过程中完全不会受到外界干扰、在现场的安装调试过程中也基本上不会与外界发生相互影响,系统的整体质量也全程可控,整套系统的占地面积也可以减少5%~10%。
 
      从上个世纪九十年代中期开始,国内工程技术人员开始借鉴国外先进理念和技术,对熔窑燃烧系统进行了针对性改进。并且,在秦皇岛市玻璃厂浮法一线的工程中,秦皇岛玻璃工业研究设计院的设计师对熔窑重油燃烧系统进行了初步模块化、集成化的设计尝试。设计时,先将整个燃烧系统进行功能分解,然后针对每个功能进行模块化设计,然后分别橇装在相应的底座上。在这次尝试中,更多的是模仿和学习,设计中主要是以满足工艺上需求为主,集成度较差,其它一些因素也考虑较少、不够精细,相比当时石化、电力等行业的类似系统已经存在技术差距,至今仍因为行业原因、这种技术差距还未拉齐,本文不就此展开讨论和赘述。虽然以现在技术视角来看,当时的设计显得很粗糙、集成度也不高,但确实是迈出了至关重要的一步,具有标志性的意义,从此推动了整个玻璃行业熔窑燃烧系统模块化、集成化的快速发展。
 
      2. 熔窑燃烧系统模块化、集成化的飞跃和发展
 
      进入本世纪后,随着我国经济持续高速的发展,玻璃行业也开始了爆发性的增长,在国家宏观政策的推动下,大量民营资本进入玻璃制造业,逐渐改变了国有资本在玻璃行业一家独大的格局,整个行业很快进入买方市场,行业的竞争也迅速进入了白热化的状态。玻璃企业为了增强行业竞争力,纷纷走上降本增效之路,其中占生产成本30%以上的燃料被玻璃厂的管理者所关注,并开始积极寻找各种低价能源替代重油,例如煤焦油、焦炉煤气、转炉煤气、石油焦、发生炉煤气、煤粉、水煤浆等,在2000年之后的10年左右的时间里,受市场与利益的推动,大大小小的玻璃厂使用的燃料种类五花八门。
 
      随着西气东输工程的逐渐完成,国内天然气资源的开发利用以及我国从国外购入大量的液化天然气,已补充和完善我国的能源结构。同时,伴随着经济的高速发展和能源消耗的高速增加,我国大气环境污染形势异常严峻,最近几年来,政府部门对环保问题极度重视,对大气环境污染问题采取了零容忍的态度和严厉的治理措施,并一直保持着高压态势。煤焦油、焦炉煤气、转炉煤气、石油焦、发生炉煤气等燃料在生产、运输、使用过程中存在严重污染,在严峻形势下,由于达标生产、排放所需成本太高,进而大幅推高了使用成本而不得不退出了玻璃行业的燃料市场,天然气作为清洁能源迅速填补了这一块空白,一度成为了玻璃厂的首选燃料。但是,不管玻璃熔窑使用何种燃料,经过上世纪末在熔窑重油燃烧系统模块化、集成化的探索和尝试,除发生炉煤气外,以其它燃料为使用对象的熔窑燃烧系统设计、安装、调试都处于一个新的高度和起点之上,并且在近二十年的发展过程中,通过设计方、施工方、使用方不断地改进,使得系统模块化越来越精细合理,集成度也越来越高。通过应用实例可以直观地对比。
 
      秦皇岛玻璃工业研究设计院在2005年总包的乌克兰浮法玻璃生产线技改工程项目中,熔窑天然气燃烧系统共包含天然气总管紧急切断、总管过滤、总管压力控制、总管流量计量、支管流量控制、天然气换向控制、喷枪冷却气压力控制、冷却气换向控制等八大模块,其中,天然气支管流量控制模块、天然气换向控制模块各三套,而流量控制模块还包含独立的流量检测和流量控制两个子模块。整个燃烧系统共有12套撬装模块,集成度非常之低;而现在,同样一套天然气燃烧系统,只有天然气总管控制与流量计量、支管控制、喷枪冷却气控制四个撬装模块,集成度大幅提高。在集成度大幅提高的同时,模块的精细程度也不断提高。比如,在最初的模块中,没有集成仪表气系统,仪表气需要在建设工地现场安装,虽然仪表气管路的安装很简单,但建设工地现场环境复杂,往往是多专业、多工种并行施工,不利于仪表气管路的洁净。考虑到这一点,现在将仪表气管路也集成进去,尽量压缩仪表气管路在建设工地现场的安装工序。
 
      随着一带一路倡议的推进以及国内玻璃市场的饱和,国内企业和资本参与的非发达国家项目大幅增多,这种情况下,为满足国际长途运输和集装箱装载的需求,在汲取以往经验的基础上,又对各功能模块进行了针对性的改造,以适应集装箱装载和国际长途运输,保证各撬装模块在运输过程中完好无损。在前文述及的乌克兰浮法玻璃生产线技改工程项目中,由于缺乏经验,结果在运输过程中造成了各撬装模块一些外观上的损伤,经现场检测和试验,虽然各撬装模块功能完全正常并不影响使用,但却对产品品质产生了不好的影响。对于国外项目,燃烧系统模块化、集成化优势更加明显,不仅保证了整个燃烧系统的质量和可靠性,而且大幅压缩了国外的施工周期,也就相应地节约了国内参与企业的施工成本。
 
      3.  结语
 
      纵观玻璃熔窑燃烧系统几十年的发展历程,发现只有随着生产力的不断发展和进步,制造业对技术装备的需求从“能用即可”到“精益求精”,进而影响到玻璃行业,才能使包括玻璃熔窑燃烧系统在内的玻璃制造技术进入到一个良好的产研循环,使这个系统高度集成和智能、成为玻璃厂智慧车间在生产线热端的组成部分。
 
      编辑:杨杰
 

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