玻璃熔窑热端大型化和控制系统技术综述

　　随着拥有自主知识产权的中国洛阳浮法技术在实践中不断完善提高,浮法玻璃工艺已成为我国玻璃工业的主导工艺,我国目前已拥有的150多条浮法玻璃生产线中 90%以上采用的是中国洛阳浮法玻璃技术,2005年浮法玻璃产量达3.358亿重量箱,已超过全国平板玻璃总产量的80%。玻璃工业属典型的资源、能源消耗型产业,我国浮法玻璃的平均能耗7800 kJ/kg玻璃液,要比国际平均水平高20%左右,与国际先进水平相比差距更大。由此可见,我国玻璃工业节能潜力巨大,但要实现国家制定的年节能4%的目标,任务沉重。

　　玻璃工业节能的途径主要有:一是实施熔窑规模大型化及系统软件控制技术；二是采用富氧燃烧与全氧燃烧技术；三是玻璃熔窑低温余热发电技术；四是碎玻璃回收代用。

　　在玻璃熔窑大型化方面,秦皇岛玻璃工业研究设计院率先进行开发研究工作,自1997年起该院与江苏华尔润集团有限公司密切合作,成功研发了大规模浮法玻璃技术,采用该技术建成三条900t/d级浮法玻璃生产线,截止到2006年8月商业运营最长的24个月,最短19个月,节能效果明显,玻璃质量明显提升,且运行非常平稳。其主要技术内容如下:

　　1、大型浮法玻璃熔窑结构与控制技术

　　针对大型熔窑结构的特点,建立了大规模熔窑关键工艺结构数学模型,优化了大型玻璃熔窑结构尺寸参数:开发了FDAS阻力计算软件、CBS熔窑组合碹结构优化设计软件、QMASSPRO异型复杂结构强度特性的快速计算技术；开发了熔窑安全性的软件和硬件保障技术；窑压、窑温是熔窑运行的重要工艺参数,它们的稳定与否关乎窑的运行寿命、熔化质量和能耗等,为此开发了熔窑多级抗扰动专家系统优化控制软件,具有窑温窑压补偿技术的快速换向专家软件控制系统,换向期间窑温波动小于5℃,智能窑温控制模块技术实现了空气-燃料比例优化控制。

　　熔窑规模越大,需要密封的区域就越大,对耐火材料的热态时膨胀变形控制的难度越高,为此开发了门式框架四层钢结构,用来解决熔窑大型化时大尺寸熔化池的结构膨胀控制问题；为提高前脸墙的可靠性和安全性,开发了新的小鼻区柔性吊墙技术—高位铠装式柔性前脸墙,解决了火焰空间高、横向跨度大,吊脸结构热变形问题。

　　2、建立了玻璃成形过程数学模型,优化大型锡槽结构及成形工艺软件

　　大规模锡槽在烤窑升温后热膨胀容易造成结构整体变形,影响生产和使用,为此建立了玻璃成形过程数学模型,优化大型锡槽结构及成形工艺软件,锡槽密封性的优化集成,确定了大规模锡槽收缩率取值范围,建立了新的收缩率计算方法,开发了适应于大吨位、大板宽玻璃成形的锡液池新式钢结构。

　　3、建立了全数字网络化冷端计算机控制技术

　　浮法玻璃冷端系统是连续化、不间断工作方式,对可靠性要求很高,在冷端研发了网络化全数字控制系统和立交分片控制系统,提高了冷端的自动控制系统精度。江苏华尔润集团有限公司900t/d(八线)运行参数如下:

　　熔化量900t/d,原板宽度:4950mm,合格板宽:4600mm,产品厚度:已成功商业化生产4.0mm～15mm的各种厚度玻璃,试生产了 19mm厚度玻璃,成品率:产品的成品率在88%～90%,其中汽车级约在85%,实际热耗指标(数据取值为日拉量在900吨以上的数值):熔化平均热耗 8.162kg重油/重量箱(折合1438.4kcal/kg玻璃液)、最低7.576kg重油/重量箱(折合1354.5 kcal/kg玻璃液)。

　　2006年8月中国建筑材料工业协会组织行业专家对由秦皇岛玻璃工业研究设计院和江苏华尔润集团有限公司合作完成的“热端大型化和控制系统技术开发及其在900t/d浮法玻璃生产线的工程应用”项目进行了科技成果鉴定,形成如下结论。

　　(1)在系统分析与优化热端技术的基础上,建立了大规模熔窑和锡槽关键结构数学模型,并开发出多个相关软件,形成了浮法玻璃生产热端大型化及配套的设计与工程应用技术,攻克了大型熔窑结构与安全性难点,提出了新的熔化及成形过程理念,熔窑的有效利用率明显提升,节能效果显著,建成的熔窑内宽达到12.8m 的900t/d浮法玻璃生产线,填补了国内空白。

　　(2)项目在FDAS阻力计算、CBS熔窑组合碹结构优化设计、QMASSPRO异型复杂结构强度特性的快速计算法、熔窑大碹砖热态内应力安全许用值等大型熔窑的设计与工程应用方面有所创新。

　　(3)该成果已成功应用于江苏华尔润集团有限公司三条900t/d浮法玻璃生产线,经过两年的实际运行表明:熔窑热耗为5660～6010kJ/kg玻璃液,属国际先进水平。经过华东理工大学按照建材行业标准JC488-92热平衡测定,熔窑有效热利用率达到49.09%,能耗的降低还可相对减少水、电等资源消耗与二氧化硫排放。同时玻璃质量全面提升,产品经国家玻璃质量检测中心和燕山大学抽查检测,主要外观指标与内部质量指标达到国际同类产品水平。经济效益和社会效益显著。

　　(4)该成果的研发及工程应用,为浮法玻璃生产的大型化起到了示范作用,对提高单线规模结构和生产效率、节约能耗、有效利用资源、全面提升行业科技水平及建立节约型社会具有重大意义,有广阔的推广前景。