5 全氧燃烧玻璃窑炉工艺及产业化技术
一、技术名称:全氧燃烧玻璃窑炉工艺及产业化技术
二、技术类别:减碳技术
三、所属领域及适用范围:建材行业 玻璃制造
四、该技术应用现状及产业化情况
玻璃窑炉为玻璃制造行业必须的玻璃熔化装置,行业多采用蓄热 式空气燃烧窑炉,窑炉由空气助燃、单位能耗高、污染物排放相对较 高,因此属于高能耗、高排放、高污染的行业。玻璃熔窑采用全氧燃烧 时,燃料燃烧完全,火焰温度高,可以大幅减少烟气和粉尘排放量以及 排烟的热损失。目前,全氧燃烧玻璃熔窑技术已在彩虹集团和中国建 材集团成功推广应用,节能减碳和环境效益良好。
五、技术内容
1.技术原理
该技术主要利用高纯度氧气代替空气与燃料进行充分燃烧,将混合均匀的粉料加热至高温熔解,再通过玻璃液的均化、澄清、冷却及温 度调节等过程,形成成分均匀、缺陷较少、符合成形温度要求的玻璃 液。与蓄热式空气燃烧窑炉相比,由于使用纯氧,空气中约 79%的氮 气不再参与燃烧,可大幅减少烟气量和粉尘及排烟热损失,同时减少 NOx 排放。同时,使燃料燃烧更完全,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,可 使熔化率提高 20%左右,从而实现节能减碳。
2.关键技术
(1)光伏玻璃全氧燃烧窑炉设计技术
熔化部池底采用四道台阶式结构设计,增加澄清效果,起到控制 引导作用,减少玻璃液回流;采用无缩孔整体熔铸式窑坎设计,设置于 窑炉3/4处,提高熔化质量,稳定了玻璃液流;横通路拐角采用“倒角” 设计,防止玻璃析晶,保证对流稳定;横通路墙体及熔化池后山墙采用 “锚拉砖”控制,防止墙体倾斜。
(2)光伏玻璃全氧燃烧辅助工艺装置设计技术
采用脉冲式窑炉鼓泡装置,提高了熔化效率;采用独有的三对消泡装置及消泡液配方,可有效消除富硅层泡沫,降低窑炉能耗,提高熔 化质量。
(3)光伏玻璃全氧燃烧熔解工艺控制技术
选用高过率玻璃配方,配合“单峰状”窑炉温度特性分布曲线,采用“ 双 垂直烟道+百叶窗式补风”的窑炉压力稳定及精确控制技术和DCS 控制系统可实现窑温的自动检测,实现对全氧燃烧熔解工艺的精确控制。
3.工艺流程
全氧燃烧玻璃窑炉工艺技术的工艺流程见图 1。全氧燃烧玻璃窑 炉平面示意图见图 2。全氧燃烧玻璃窑炉剖面示意图见图 3。
六、主要技术指标
1.熔窑热效率提高 15%~20%;
2.单位产品能耗下降 25%-30%;
3.天然气单耗小于 1170kcal/kg;
4.温室气体 CO2 排放减少 20%~30%,NOx 排放减少 80%以上。
七、技术鉴定及获奖情况
该技术已获得国家发明专利 8 项,实用新型专利 16 项。2016 年, 经中国电子学会组织的科技成果评价,该技术达到国际先进水平,其 中窑炉结构设计、工艺控制技术处于国际领先。同年,荣获中国电子学 会科学技术进步奖二等奖及中国建材行业第二十次优秀工程设计奖一 等奖。2018 年,牵头起草由中国建筑玻璃与工业玻璃协会组织的《全 氧燃烧超白压花玻璃能源消耗限额标准》。
八、典型用户及投资效益
典型用户:彩虹(合肥)光伏有限公司、中国建材集团
典型案例 1
案例名称:合肥光伏玻璃一期全氧燃烧玻璃窑炉工艺及产业化项目
建设规模:一座 750 吨/日全氧光伏玻璃燃烧窑炉及配套生产线。 建设条件:无特殊条件。主要建设内容:750 吨/日全氧光伏玻璃燃烧 窑炉,配套 4 条热端引流生产线,以及 6 条玻璃深加工生产线。主要 设备:全氧燃烧设备、窑炉鼓泡系统、熔化池燃烧设备、排烟设备与控 制系统、DCS 控制系统、退火窑设备。项目总投资 61382 万元,建设 期为 7 个月。年碳减排量 18200tCO2,碳减排成本为 1600-1700 元/tCO2。年经济效益 8768 万元,投资回收期约 7 年。
典型案例 2
案例名称:合肥光伏玻璃二期全氧燃烧光伏玻璃窑炉工艺及产业 化项目
建设规模:建设一座日熔化能力为 800t/d 的全氧燃烧玻璃窑炉及 配套生产线。建设条件:无特殊条件。主要建设内容:建设一座日熔化 能力为 800t/d 的全氧燃烧玻璃熔窑,并配套 4 条单线≥200t/d 压延玻璃 生产线和相应产能的玻璃镀膜、钢化生产线。主要设备:全氧燃烧设 备、窑炉鼓泡系统、熔化池燃烧设备、排烟设备与控制系统、DCS 控 制系统、退火窑设备。项目总投资 75000 万元,建设期为 10 个月。年 碳减排量 19180tCO2,碳减排成本为 1900~2100 元/tCO2。年经济效益10822 万元,投资回收期约 7 年。
九、推广前景和减排潜力
目前,全氧燃烧技术在我国光伏玻璃领域中应用较多,在光伏领 域占比约 12%,在全国玻璃制造领域占比仅为 1.53%。在产能最大的 浮法玻璃领域中,全氧燃烧技术还尚未大范围推广应用,若该技术在 浮法玻璃制造领域中进行应用,其推广应用前景十分广阔。预计未来5 年,在光伏玻璃领域市场规模将达到 40000 吨/日,其中光伏玻璃全 氧燃烧应用规模将超过 10000 吨/日,将占总市场的 25%左右。项目 总投资将达到 80 亿元,可形成的年碳减排能力约为 24 万 tCO2。
由武汉节能协会办公室整理