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        玻璃熔窯換向燃燒技術的發展

              玻璃熔窯燃燒系統屬于玻璃生產線的輔助系統,經過近二十年在實際應用中的不斷發展,技術整體上有了很大的進步,但相較于熔窯、退火窯、錫槽等“三大工”專業和核心關鍵系統,其發展長期以來不為玻璃廠的建設方重視。
         
              1.熔窯燃燒系統模塊化、集成化的形成和起步
         
              在上世紀九十年代中期以前,我國玻璃熔窯的燃燒系統在設計、安裝、調試、運行、維護等方面與其他公用工程一樣,都是進行粗放設計,采用平鋪式施工的傳統方式在現場完成全部的安裝調試;后來,雖然在玻璃熔窯的燃燒系統上應用了DCS集中控制系統、大幅提高了自動化水平,但仍存在著較大的提升空間,例如,系統故障的自動檢測方面就可以應用CPS(信息物理系統)提升事故工況的自動化監控和應對水平。同期,日本、歐洲和美國的玻璃生產線都已經對其熔窯的燃燒系統實現了不同程度的模塊化、集成化,而國內的設計人員在進行工程設計時卻毫無模塊化、集成化的理念,工程的安裝、調試等工作也只得采取傳統的平鋪式施工方式。回溯當年的設計思路,可以發現其弊端是非常明顯的,如施工組織麻煩、施工周期長、工程費用高、安裝質量不容易控制、與其他施工作業面存在交叉而互相影響等等。
         
              將熔窯的燃燒系統模塊化、集成化設計之后,計量、調壓、換向、噴槍冷卻等各個功能形成了獨立模塊,可以異地組裝、橇裝運輸、快捷安置、快速連接;整個系統由各種功能模塊組成,施工、調試、檢測條件遠勝于前文述及的工地現場平鋪式施工,整體質量能得到更有效的控制和保障,不僅大幅減少了現場的安裝工作量、縮短了施工周期、最大限度地避免了與其它施工作業面地相互影響。
         
              以拉引量600 t/d的玻璃生產線熔窯的重油燃燒系統為例,如果不進行模塊化設計和集成化橇裝,按照傳統方式進行現場安裝,施工周期一般為90~100天、施工費用大約40萬元;進行模塊化設計和集成化橇裝之后,一套功能相同的重油燃燒系統,以同等數量的施工人員和勞動強度進行施工,整體施工周期僅需40~50天、其中現場施工天數約為10天,施工周期大幅縮短,在核心模塊的制作過程中完全不會受到外界干擾、在現場的安裝調試過程中也基本上不會與外界發生相互影響,系統的整體質量也全程可控,整套系統的占地面積也可以減少5%~10%。
         
              從上個世紀九十年代中期開始,國內工程技術人員開始借鑒國外先進理念和技術,對熔窯燃燒系統進行了針對性改進。并且,在秦皇島市玻璃廠浮法一線的工程中,秦皇島玻璃工業研究設計院的設計師對熔窯重油燃燒系統進行了初步模塊化、集成化的設計嘗試。設計時,先將整個燃燒系統進行功能分解,然后針對每個功能進行模塊化設計,然后分別橇裝在相應的底座上。在這次嘗試中,更多的是模仿和學習,設計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,相比當時石化、電力等行業的類似系統已經存在技術差距,至今仍因為行業原因、這種技術差距還未拉齊,本文不就此展開討論和贅述。雖然以現在技術視角來看,當時的設計顯得很粗糙、集成度也不高,但確實是邁出了至關重要的一步,具有標志性的意義,從此推動了整個玻璃行業熔窯燃燒系統模塊化、集成化的快速發展。
         
              2. 熔窯燃燒系統模塊化、集成化的飛躍和發展
         
              進入本世紀后,隨著我國經濟持續高速的發展,玻璃行業也開始了爆發性的增長,在國家宏觀政策的推動下,大量民營資本進入玻璃制造業,逐漸改變了國有資本在玻璃行業一家獨大的格局,整個行業很快進入買方市場,行業的競爭也迅速進入了白熱化的狀態。玻璃企業為了增強行業競爭力,紛紛走上降本增效之路,其中占生產成本30%以上的燃料被玻璃廠的管理者所關注,并開始積極尋找各種廉價能源替代重油,例如煤焦油、焦爐煤氣、轉爐煤氣、石油焦、發生爐煤氣、煤粉、水煤漿等,在2000年之后的10年左右的時間里,受市場與利益的推動,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,國內天然氣資源的開發利用以及我國從國外購入大量的液化天然氣,已補充和完善我國的能源結構。同時,伴隨著經濟的高速發展和能源消耗的高速增加,我國大氣環境污染形勢異常嚴峻,最近幾年來,政府部門對環保問題極度重視,對大氣環境污染問題采取了零容忍的態度和嚴厲的治理措施,并一直保持著高壓態勢。煤焦油、焦爐煤氣、轉爐煤氣、石油焦、發生爐煤氣等燃料在生產、運輸、使用過程中存在嚴重污染,在嚴峻形勢下,由于達標生產、排放所需成本太高,進而大幅推高了使用成本而不得不退出了玻璃行業的燃料市場,天然氣作為清潔能源迅速填補了這一塊空白,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,經過上世紀末在熔窯重油燃燒系統模塊化、集成化的探索和嘗試,除發生爐煤氣外,以其它燃料為使用對象的熔窯燃燒系統設計、安裝、調試都處于一個新的高度和起點之上,并且在近二十年的發展過程中,通過設計方、施工方、使用方不斷地改進,使得系統模塊化越來越精細合理,集成度也越來越高。通過應用實例可以直觀地對比。
         
              秦皇島玻璃工業研究設計院在2005年總包的烏克蘭浮法玻璃生產線技改工程項目中,熔窯天然氣燃燒系統共包含天然氣總管緊急切斷、總管過濾、總管壓力控制、總管流量計量、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立的流量檢測和流量控制兩個子模塊。整個燃燒系統共有12套撬裝模塊,集成度非常之低;而現在,同樣一套天然氣燃燒系統,只有天然氣總管控制與流量計量、支管控制、噴槍冷卻氣控制四個撬裝模塊,集成度大幅提高。在集成度大幅提高的同時,模塊的精細程度也不斷提高。比如,在最初的模塊中,沒有集成儀表氣系統,儀表氣需要在建設工地現場安裝,雖然儀表氣管路的安裝很簡單,但建設工地現場環境復雜,往往是多專業、多工種并行施工,不利于儀表氣管路的潔凈。考慮到這一點,現在將儀表氣管路也集成進去,盡量壓縮儀表氣管路在建設工地現場的安裝工序。
         
              隨著一帶一路倡議的推進以及國內玻璃市場的飽和,國內企業和資本參與的非發達國家項目大幅增多,這種情況下,為滿足國際長途運輸和集裝箱裝載的需求,在汲取以往經驗的基礎上,又對各功能模塊進行了針對性的改造,以適應集裝箱裝載和國際長途運輸,保證各撬裝模塊在運輸過程中完好無損。在前文述及的烏克蘭浮法玻璃生產線技改工程項目中,由于缺乏經驗,結果在運輸過程中造成了各撬裝模塊一些外觀上的損傷,經現場檢測和試驗,雖然各撬裝模塊功能完全正常并不影響使用,但卻對產品品質產生了不好的影響。對于國外項目,燃燒系統模塊化、集成化優勢更加明顯,不僅保證了整個燃燒系統的質量和可靠性,而且大幅壓縮了國外的施工周期,也就相應地節約了國內參與企業的施工成本。
         
              3.  結語
         
              縱觀玻璃熔窯燃燒系統幾十年的發展歷程,發現只有隨著生產力的不斷發展和進步,制造業對技術裝備的需求從“能用即可”到“精益求精”,進而影響到玻璃行業,才能使包括玻璃熔窯燃燒系統在內的玻璃制造技術進入到一個良好的產研循環,使這個系統高度集成和智能、成為玻璃廠智慧車間在生產線熱端的組成部分。
         
              作者:楊杰
         

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