玻璃熔窯換向燃燒技術(shù)的發(fā)展

 

      1.熔窯燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化的形成和起步

 

      在上世紀(jì)九十年代中期以前，我國(guó)玻璃熔窯的燃燒系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等方面與其他公用工程一樣，都是進(jìn)行粗放設(shè)計(jì)，采用平鋪式施工的傳統(tǒng)方式在現(xiàn)場(chǎng)完成全部的安裝調(diào)試；后來(lái)，雖然在玻璃熔窯的燃燒系統(tǒng)上應(yīng)用了DCS集中控制系統(tǒng)、大幅提高了自動(dòng)化水平，但仍存在著較大的提升空間，例如，系統(tǒng)故障的自動(dòng)檢測(cè)方面就可以應(yīng)用CPS（信息物理系統(tǒng)）提升事故工況的自動(dòng)化監(jiān)控和應(yīng)對(duì)水平。同期，日本、歐洲和美國(guó)的玻璃生產(chǎn)線都已經(jīng)對(duì)其熔窯的燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同程度的模塊化、集成化，而國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)卻毫無(wú)模塊化、集成化的理念，工程的安裝、調(diào)試等工作也只得采取傳統(tǒng)的平鋪式施工方式?；厮莓?dāng)年的設(shè)計(jì)思路，可以發(fā)現(xiàn)其弊端是非常明顯的，如施工組織麻煩、施工周期長(zhǎng)、工程費(fèi)用高、安裝質(zhì)量不容易控制、與其他施工作業(yè)面存在交叉而互相影響等等。

 

      將熔窯的燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化設(shè)計(jì)之后，計(jì)量、調(diào)壓、換向、噴槍冷卻等各個(gè)功能形成了獨(dú)立模塊，可以異地組裝、橇裝運(yùn)輸、快捷安置、快速連接；整個(gè)系統(tǒng)由各種功能模塊組成，施工、調(diào)試、檢測(cè)條件遠(yuǎn)勝于前文述及的工地現(xiàn)場(chǎng)平鋪式施工，整體質(zhì)量能得到更有效的控制和保障，不僅大幅減少了現(xiàn)場(chǎng)的安裝工作量、縮短了施工周期、最大限度地避免了與其它施工作業(yè)面地相互影響。

 

      以拉引量600 t/d的玻璃生產(chǎn)線熔窯的重油燃燒系統(tǒng)為例，如果不進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和集成化橇裝，按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工周期一般為90～100天、施工費(fèi)用大約40萬(wàn)元；進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和集成化橇裝之后，一套功能相同的重油燃燒系統(tǒng)，以同等數(shù)量的施工人員和勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行施工，整體施工周期僅需40～50天、其中現(xiàn)場(chǎng)施工天數(shù)約為10天，施工周期大幅縮短，在核心模塊的制作過(guò)程中完全不會(huì)受到外界干擾、在現(xiàn)場(chǎng)的安裝調(diào)試過(guò)程中也基本上不會(huì)與外界發(fā)生相互影響，系統(tǒng)的整體質(zhì)量也全程可控，整套系統(tǒng)的占地面積也可以減少5％～10％。

 

      從上個(gè)世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始，國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員開(kāi)始借鑒國(guó)外先進(jìn)理念和技術(shù)，對(duì)熔窯燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)。并且，在秦皇島市玻璃廠浮法一線的工程中，秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)師對(duì)熔窯重油燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了初步模塊化、集成化的設(shè)計(jì)嘗試。設(shè)計(jì)時(shí)，先將整個(gè)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行功能分解，然后針對(duì)每個(gè)功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，然后分別橇裝在相應(yīng)的底座上。在這次嘗試中，更多的是模仿和學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)中主要是以滿足工藝上需求為主，集成度較差，其它一些因素也考慮較少、不夠精細(xì)，相比當(dāng)時(shí)石化、電力等行業(yè)的類似系統(tǒng)已經(jīng)存在技術(shù)差距，至今仍因?yàn)樾袠I(yè)原因、這種技術(shù)差距還未拉齊，本文不就此展開(kāi)討論和贅述。雖然以現(xiàn)在技術(shù)視角來(lái)看，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)顯得很粗糙、集成度也不高，但確實(shí)是邁出了至關(guān)重要的一步，具有標(biāo)志性的意義，從此推動(dòng)了整個(gè)玻璃行業(yè)熔窯燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化的快速發(fā)展。

 

      2. 熔窯燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化的飛躍和發(fā)展

 

      進(jìn)入本世紀(jì)后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速的發(fā)展，玻璃行業(yè)也開(kāi)始了爆發(fā)性的增長(zhǎng)，在國(guó)家宏觀政策的推動(dòng)下，大量民營(yíng)資本進(jìn)入玻璃制造業(yè)，逐漸改變了國(guó)有資本在玻璃行業(yè)一家獨(dú)大的格局，整個(gè)行業(yè)很快進(jìn)入買方市場(chǎng)，行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也迅速進(jìn)入了白熱化的狀態(tài)。玻璃企業(yè)為了增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛走上降本增效之路，其中占生產(chǎn)成本30％以上的燃料被玻璃廠的管理者所關(guān)注，并開(kāi)始積極尋找各種廉價(jià)能源替代重油，例如煤焦油、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、石油焦、發(fā)生爐煤氣、煤粉、水煤漿等，在2000年之后的10年左右的時(shí)間里，受市場(chǎng)與利益的推動(dòng)，大大小小的玻璃廠使用的燃料種類五花八門。

 

      隨著西氣東輸工程的逐漸完成，國(guó)內(nèi)天然氣資源的開(kāi)發(fā)利用以及我國(guó)從國(guó)外購(gòu)入大量的液化天然氣，已補(bǔ)充和完善我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)。同時(shí)，伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和能源消耗的高速增加，我國(guó)大氣環(huán)境污染形勢(shì)異常嚴(yán)峻，最近幾年來(lái)，政府部門對(duì)環(huán)保問(wèn)題極度重視，對(duì)大氣環(huán)境污染問(wèn)題采取了零容忍的態(tài)度和嚴(yán)厲的治理措施，并一直保持著高壓態(tài)勢(shì)。煤焦油、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、石油焦、發(fā)生爐煤氣等燃料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中存在嚴(yán)重污染，在嚴(yán)峻形勢(shì)下，由于達(dá)標(biāo)生產(chǎn)、排放所需成本太高，進(jìn)而大幅推高了使用成本而不得不退出了玻璃行業(yè)的燃料市場(chǎng)，天然氣作為清潔能源迅速填補(bǔ)了這一塊空白，一度成為了玻璃廠的首選燃料。但是，不管玻璃熔窯使用何種燃料，經(jīng)過(guò)上世紀(jì)末在熔窯重油燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化的探索和嘗試，除發(fā)生爐煤氣外，以其它燃料為使用對(duì)象的熔窯燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都處于一個(gè)新的高度和起點(diǎn)之上，并且在近二十年的發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)方、施工方、使用方不斷地改進(jìn)，使得系統(tǒng)模塊化越來(lái)越精細(xì)合理，集成度也越來(lái)越高。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例可以直觀地對(duì)比。

 

      秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院在2005年總包的烏克蘭浮法玻璃生產(chǎn)線技改工程項(xiàng)目中，熔窯天然氣燃燒系統(tǒng)共包含天然氣總管緊急切斷、總管過(guò)濾、總管壓力控制、總管流量計(jì)量、支管流量控制、天然氣換向控制、噴槍冷卻氣壓力控制、冷卻氣換向控制等八大模塊，其中，天然氣支管流量控制模塊、天然氣換向控制模塊各三套，而流量控制模塊還包含獨(dú)立的流量檢測(cè)和流量控制兩個(gè)子模塊。整個(gè)燃燒系統(tǒng)共有12套撬裝模塊，集成度非常之低；而現(xiàn)在，同樣一套天然氣燃燒系統(tǒng)，只有天然氣總管控制與流量計(jì)量、支管控制、噴槍冷卻氣控制四個(gè)撬裝模塊，集成度大幅提高。在集成度大幅提高的同時(shí)，模塊的精細(xì)程度也不斷提高。比如，在最初的模塊中，沒(méi)有集成儀表氣系統(tǒng)，儀表氣需要在建設(shè)工地現(xiàn)場(chǎng)安裝，雖然儀表氣管路的安裝很簡(jiǎn)單，但建設(shè)工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，往往是多專業(yè)、多工種并行施工，不利于儀表氣管路的潔凈。考慮到這一點(diǎn)，現(xiàn)在將儀表氣管路也集成進(jìn)去，盡量壓縮儀表氣管路在建設(shè)工地現(xiàn)場(chǎng)的安裝工序。

 

      隨著一帶一路倡議的推進(jìn)以及國(guó)內(nèi)玻璃市場(chǎng)的飽和，國(guó)內(nèi)企業(yè)和資本參與的非發(fā)達(dá)國(guó)家項(xiàng)目大幅增多，這種情況下，為滿足國(guó)際長(zhǎng)途運(yùn)輸和集裝箱裝載的需求，在汲取以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又對(duì)各功能模塊進(jìn)行了針對(duì)性的改造，以適應(yīng)集裝箱裝載和國(guó)際長(zhǎng)途運(yùn)輸，保證各撬裝模塊在運(yùn)輸過(guò)程中完好無(wú)損。在前文述及的烏克蘭浮法玻璃生產(chǎn)線技改工程項(xiàng)目中，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果在運(yùn)輸過(guò)程中造成了各撬裝模塊一些外觀上的損傷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)，雖然各撬裝模塊功能完全正常并不影響使用，但卻對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生了不好的影響。對(duì)于國(guó)外項(xiàng)目，燃燒系統(tǒng)模塊化、集成化優(yōu)勢(shì)更加明顯，不僅保證了整個(gè)燃燒系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，而且大幅壓縮了國(guó)外的施工周期，也就相應(yīng)地節(jié)約了國(guó)內(nèi)參與企業(yè)的施工成本。

 

      3.  結(jié)語(yǔ)

 

      縱觀玻璃熔窯燃燒系統(tǒng)幾十年的發(fā)展歷程，發(fā)現(xiàn)只有隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和進(jìn)步，制造業(yè)對(duì)技術(shù)裝備的需求從“能用即可”到“精益求精”，進(jìn)而影響到玻璃行業(yè)，才能使包括玻璃熔窯燃燒系統(tǒng)在內(nèi)的玻璃制造技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)良好的產(chǎn)研循環(huán)，使這個(gè)系統(tǒng)高度集成和智能、成為玻璃廠智慧車間在生產(chǎn)線熱端的組成部分。

 

      作者：楊杰