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平板玻璃行業碳減排技術指南發布

來源:中國建筑材料聯合會 2022/11/21 16:49:22

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中玻網

為深入貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰、碳中和的重要決策部署,完整、準確、全面貫徹新發展理念,堅決遏制“兩高”項目盲目發展,踐行“宜業尚品、造福人類”建材行業發展目標,科學做好平板玻璃行業節能降碳改造升級,推動平板玻璃行業節能降碳和綠色轉型,根據《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》《高耗能行業重點領域節能降碳改造升級實施指南(2022年版)》,制定本技術指南。

一、總體要求

完整、準確、全面貫徹新發展理念,科學處理發展和減排、短期和中長期的關系,突出標準引領作用,深挖節能降碳技術改造潛力,按照“因業施策”“因企施策”“一線一策”的原則,加快推進平板玻璃行業節能降碳步伐,帶動全行業綠色低碳轉型,確保如期實現碳達峰目標。

二、遵循原則

對擬建、在建項目,應對照能效標桿水平建設實施,推動能效水平應提盡提,力爭全面達到標桿水平。對能效低于行業基準水平的存量項目,明確改造升級和淘汰時限(一般不超過3年),引導企業有序開展節能降碳技術改造,在規定時限內將能效改造升級到基準水平以上,力爭達到能效標桿水平;對于不能按期改造完畢的項目進行淘汰。

三、現狀分析

目前,全國平板玻璃生產企業200多家,玻璃熔窯約350座,生產線約450條,生產能力12億重量箱。根據《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》,平板玻璃(生產能力>800t/d)能效標桿水平為8千克標準煤/重量箱,基準水平為12千克標準煤/重量箱,平板玻璃(500≤生產能力≤800t/d)能效標桿水平為9.5千克標準煤/重量箱,基準水平為13.5千克標準煤/重量箱,截至 2020年底,平板玻璃行業能效優于標桿水平的產能占比小于 5%,能效低于基準水平的產能約占 8%。據此推算,能效低于基準水平的平板玻璃生產能力約有1億重量箱;按照到2025年,通過實施節能降碳行動,能效達到標桿水平的產能比例超過20%的目標,約有2億重量箱的平板玻璃生產能力需要改造提升。平板玻璃生產過程中需要消耗燃料油、煤炭、天然氣等能源,不同平板玻璃企業生產能耗水平和碳排放水平差異較大,但通過采用先進的技術和裝備,也具有較大的節能降碳改造升級潛力。受工業和信息化部委托,中國建筑材料聯合會選取了3家典型平板玻璃企業,其中日熔化能力600噸生產線企業2家、日熔化能力900噸生產線企業1家,作為落實平板玻璃行業碳達峰實施方案的“實驗田”,開展“解剖麻雀”式的調查研究,這3家企業既有日熔化能力大于500噸的生產線企業,也有日熔化能力大于800噸的生產線企業,技改完成后,既有生產普通玻璃的生產線,又有生產在線鍍膜、超白高檔玻璃生產線,在行業中具有一定的代表性、典型性,為本指南提供了主要的基礎數據和節能降碳技術路徑支撐。

四、主要目標

到2025年,玻璃行業能效標桿水平以上產能比例達到20%,能效基準水平以下產能基本清零,行業節能降碳效果顯著,綠色低碳發展能力大幅增強。

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五、平板玻璃行業節能降碳技術路徑及預期效果

(一)熔窯

玻璃熔窯能耗占玻璃工廠總能耗的95%左右,熔窯的能量消耗主要有玻璃液生成熱,熔窯表面散熱、煙氣帶走熱量三部分。隨著窯爐結構優化、規模提高,優質玻璃生產線玻璃生成熱目前占比40%~52%,煙氣帶走熱量低于25%。要降低熔窯能耗,需要在四個方面進行優化。

1.整體提高傳熱效率

技術路徑:(1)采用先進技術手段對窯爐整體結構、材料進行優化,綜合技術措施效率最大化。(2)采用0#氧槍、富氧或全氧燃燒技術。通過富氧代替部分或全部空氣助燃風,提高火焰燃燒溫度,增加火焰輻射效率,加強配合料的預熔、減少煙氣生成量,減少煙氣帶走熱量。(3)采用電助熔技術,利用高效率的電能代替部分火焰加熱,同時可減少煙氣生成量,減少煙氣帶走熱量。(4)采用多級池底臺階結構,配合卡脖水包控制進入成型和回流的玻璃液量,減少玻璃重復加熱。(5)采用單排或多排鼓泡,加強玻璃液的強制對流,提高玻璃液吸熱效率。

2.加強配合料系統研究,減少玻璃液生成熱

技術路徑:(1)控制原料顆粒度及化學成分。原料顆粒大時會導致熔化困難,而過細的顆粒容易造成配合料飛揚、結塊,導致配合料混合不均勻,原料化學成分穩定及嚴格控制雜質含量有利于配合料熔化。(2)采用配合料塊化、?;皖A熱技術,調整配合料配方,控制配合料的氣體率,調整玻璃體氧化物組成,開發低熔化溫度的料方,減少玻璃原料中碳酸鹽組成,降低熔化溫度,減少燃料的用量,降低二氧化碳排放。(3)配方優化。在不影響玻璃性能的前提下,減少燃料用量。(4)適度增加熟料比例。每增加1%碎玻璃,可減少熔窯的能耗約5kcal/kg玻璃液。

3.減少玻璃窯爐表面散熱量

技術路徑:(1)加強全窯保溫及密封。采用新型梯度保溫材料對熔化部大碹、胸墻、山墻、小爐、蓄熱室進行保溫。加強煙道保溫和密封,減少散熱和漏風。增加熔化部池底保溫厚度、優化設計池壁保溫,減少池壁暴露面。(2)加強冷卻部保溫。改變傳統冷卻部不保溫的方式,通過調整卡脖水包尺寸,增加冷卻部池壁、胸墻、大碹等部位的保溫,減少冷卻部表面散熱。(3)通過在熔化部大碹及胸墻等部位內表面噴涂高溫紅外輻射涂料的方式,增加窯內輻射效率,減少碹頂散熱。(4)投料口采用擋焰磚代替傳統的水包,減少用水量及水帶走的熱量。(5)投料口設置密封罩,對投料口進行全密封設計,減少投料口處散熱。

4.提高余熱回收效率

技術路徑:(1)通過提高格子體高度,減少格孔孔徑,優化蓄熱室分隔方式等途徑增加格子體換熱面積,提高助燃空氣溫度,降低出蓄熱室煙氣溫度。(2)增加生產線余熱資源的計量設施,蒸汽量單獨計量。(3)鼓勵蒸汽優先直接用于生產線設施,直接用于廠區生活、辦公區采暖或制冷。(4)加強煙道保溫、防水、防漏措施。

表3 熔窯節能技術改造預期效果

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(二)工藝

優化熔窯、錫槽,退火窯及公用工程的工藝控制,提高全廠工藝用能效率。

技術路徑:(1)熔窯燃燒系統采用精確控制、小爐燃料量智能化分配、助燃風-燃料量交叉限幅優化控制,實現自動比例調節。設置在線氧量儀,優化燃料消耗,降低能耗。(2)采用先進的噴槍系統,提高火焰燃燒效率。(3)窯爐控制系統能保持窯爐溫度、壓力、液面、泡界線等穩定在最優工況。(4)風機、水泵類負載采用變頻控制,并采取節能自動控制措施。(5)增加燃料熱值分析裝置,監控燃料的品質穩定,提高熔窯燃燒控制的準確性。(6)增加在線測氫裝置,監測錫槽內部微量氧,精確控制保護氣比例。(7)退火窯冷卻風余熱利用,可引至熔窯助燃風提高燃燒效率或用于生產蒸汽及廠區內采暖。(8)利用余熱蒸汽直接拖動氮站的原料空氣壓縮機或代替其它電動機,提高整體效率及減少用電量。

預期效果:通過優化全廠工藝控制,預期可節能約3%,減少CO?排放0.6kg/重量箱玻璃。

(三)電氣自動化

技術路徑:(1)淘汰高耗能機電設備,空壓機、風機、水泵選型符合有關節能規定。電動機、變壓器等電氣設備采用高能效產品。接觸器、繼電器、電磁閥等元器件采用低功耗產品。(2)提高熔窯自動化水平,窯溫、窯壓、液面等重要工藝參數自動控制,全面監測窯內玻璃液和耐材溫度,對燃燒狀況大數據分析,進行優化控制。(3)優化熔窯換向過程,協調控制助燃風吹掃、煙道調節閘板動作,縮短換向時間,換向過程工藝參數最小擾動。(4)提高錫槽自動化水平,錫槽玻璃板寬監控數字化,錫槽自動化改板縮短改板時間。(5)退火窯控制系統應能提供準確、穩定和易于調節的退火溫度曲線控制手段。在保證產品質量的前提下,宜采用加熱量少的退火溫度作業制度和節能控制措施。(6)冷端采用優化系統,可多訂單優化切割。(7)車間照明采用高效LED燈,廠區可采用太陽能蓄電池路燈;照明宜分區分組控制;照明功率密度應符合相關規范規定。(8)采取措施減少無功損耗,功率因數不低于0.95。宜采用高壓補償與低壓補償相結合,集中補償與就地補償相結合的無功補償方式。宜采用濾波方式抑制高次諧波,諧波限制符合電力部有關規定。(9)能源計量滿足全廠和各子系統單獨計量考核要求。

預期效果:可減少單位產品用電量約1kWh/重量箱玻璃,減少CO?排放0.58kg/重量箱玻璃。

(四)新能源替代技術

技術路徑:利用平板玻璃企業的自然環境和地理位置,使用風電、光電技術、風光儲技術,吸收工業領域新能源技術探索經驗,通過綠色能源技術途徑減少平板玻璃生產過程中的電力消耗,結合余熱發電,分布式發電等,提升企業能源“自給”能力,減少對化石能源及外部電力依賴,促進平板玻璃生產的綠色能源低碳轉型。(五)智能化工廠

智能玻璃工廠是充分利用互聯網、云計算、大數據、物聯網等技術和設備監控技術現實工廠信息管理和服務,實時掌握產銷流程、提高生產過程可控性、消除信息孤島,實時精準采集生產線各項數據,實現玻璃工廠降本增效,節能減排,為企業提供生產計劃理、生產調度管理、庫存管理、質量管理等管理平臺,實現資金流、物流、信息流的統一管理。推廣自動化配料、熔窯、錫槽、退火窯三大熱工智能化控制,熔化成形數字仿真,冷端優化控制、在線缺陷檢測、自動堆垛鋪紙、自動切割分片、智能倉儲等數字化、智能化技術,推動玻璃生產全流程智能化升級。

1.生產管理與智能優化

技術路徑:融入指標、績效、成本管理等先進管理理念,通過生產日志、臺賬、報表等方式將人、機、料、法、環有效融合,通過DCS、PLC生產線數據采集,將生產管理全過程的數據進行匯總、分析,實時反饋生產訂單的產量、完成率、班組績效。有效提升玻璃生產數字化、智能化水平,提高企業整體管控水平。對生產數據進行大數據分析,對生產過程進行智能優化控制。在中央控制室對各子車間生產進行智能化集中監控和統一管理,在原料、水泵房、空壓站、油站等分車間實行就地無人化操控。

2.設備管理

技術路徑:以統一的資產編碼為紐帶,建立完善的設備臺賬;精確的設備分級分層管理、備品備件管理,建立標準化設備故障停機考核體系,提升設備綜合效率,降低對產能及品質影響。

3.安環管理

技術路徑:安全管理模塊提供隱患排查與治理體系,推動安全隱患治理,降低企業安全事故發生率。環保管理模塊可實現對排放數據、環??刂圃O施運行數據的耦合關系建模和參數調控,降低企業環保管理成本。

4.能源管理

技術路徑:采用能效管理系統是對燃料、電、水、蒸汽、壓縮空氣、氮氫氣等能源的實時能耗數據采集、監視,通過大數據分析,找出企業管理、設備、工藝操作中的能源浪費問題;核算企業節能效果,明確企業節能方向,降低單位能耗成本,提高企業綜合競爭力。

六、不同能耗水平玻璃企業技術改造提升建議

本指南僅以試點企業提出碳減排技術方案,不同原燃料條件的平板玻璃企業根據其實際使用的工藝、設備進行個性化的選擇,以達到最大化的節能降碳為目標。各平板玻璃企業在實際實施中宜查漏補缺,補短板增強項,最終實現綜合能耗及碳排放的降低。

本指南以GB 21340—2019《平板玻璃單位產品能耗限額等級》中定義的1級、2級、3級能耗標準為碳減排技術應用目標。指南中所列舉的節能降碳技術方案為建議方案,平板玻璃企業在實際應用中可根據具體情況選擇使用。

以綜合能耗低于標桿值,但優于2級能耗,使其達到標桿值水平,可采用如下技術措施。

(一)熔窯技改建議

1.對熔化部大碹、胸墻、后山墻及小爐、蓄熱室采用低導熱率的新型梯度保溫措施,通過保溫材料的導熱系數計算不同保溫厚度方向的界面溫度,并選用相匹配的保溫材料,提高保溫材料壽命,降低保溫材料衰減速度。對煙道采用保溫棉加外包鋼板形式減少煙道散熱和漏風。增加熔化部池底保溫厚度,優化池壁保溫,減少池壁暴露面。

2.采用多級臺階池底結構,并配合適當的卡脖水包壓入深度后,對冷卻部池壁、胸墻、前后山墻及大碹進行保溫,減少冷卻部表面散熱。

3.通過在熔化部大碹及胸墻等部位內表面噴涂高溫紅外輻射涂料的方式,增加窯內輻射效率,減少碹頂散熱。

4.熱點附近設置單排或多排鼓泡,進一步加強玻璃液的對流吸熱效率。

5.優化蓄熱室分隔方式,減少格子體孔徑,增加格子體體積,提高蓄熱室換熱效率。

6.投料口采用擋焰磚+密封罩形式,加強投料口密封。

7.適當增加碎玻璃比例,可減少玻璃液生成熱,降低熔化溫度,每增加5%碎玻璃比例,可節能約1%。

8.采用富氧代替部分空氣助燃風,提高火焰燃燒效率。富氧代替比例10%~20%,可節能約2%~5%。

9.設置池底電助熔系統,對于600噸/天熔窯,若安裝電助熔功率3000kW,使用綠電可代替約20%燃料,節能約5%。

(二)工藝技改建議

1.設置在線氧量儀,優化燃料消耗,降低能耗。

2.風機、水泵類負載采用高效節能變頻電機,并采取節能自動控制措施。

3.池壁冷卻風風嘴設導風板,避免冷風吹入窯內。

4.各種物料輸送均采用高效、節能、低耗的工藝設備,以便最大限度地節省電耗。

5.投料機采用料壟分隔裝置,使配合料橫向和縱向成壟,增加配合料吸熱表面積,提高火焰輻射效率。

6.除塵風機電機不滿足能效要求的均更換或新增除塵設備。

(三)電氣自動化技改建議

1.淘汰高耗能機電設備,空壓機、風機、水泵選型符合有關節能規定。電動機、變壓器等電氣設備采用高能效產品。接觸器、繼電器、電磁閥等元器件采用低功耗產品。

2.熔窯燃燒系統采用精確控制、小爐燃料量智能化分配、助燃風與燃料量交叉限幅優化控制,實現自動比例調節。

3.退火窯控制系統應能提供準確、穩定和易于調節的退火溫度曲線控制手段。在保證產品質量的前提下,采用加熱量少的退火溫度作業制度和節能控制措施。

4.車間照明宜采用高效LED燈,廠區可采用太陽能蓄電池路燈。

5.冷端采用優化系統,可多訂單優化切割,可提高成品率從而降低單位產品綜合能耗。

6.采取措施減少無功損耗,功率因數不低于0.95。宜采用高壓補償與低壓補償相結合,集中補償與就地補償相結合的無功補償方式。宜采用濾波方式抑制高次諧波,諧波限制符合電力部門有關規定。

7.能源計量滿足全廠和各子系統單獨計量考核要求。

8.部分廠房新建改造,可新增部分屋頂光伏發電裝機功率。

(四)智能化技改建議

1.設置智慧工廠網絡系統及生產管理數字化系統,打通信息孤島,提升玻璃生產數字化、智能化水平,完善設備管理系統,提高企業整體管控水平。

2.采用能效管理系統對燃料、電、水、蒸汽、壓縮空氣、氮氫氣等能源的實時能耗數據采集、監視,通過大數據分析,找出企業管理、設備、工藝操作中的能源浪費問題;核算企業節能效果,明確企業節能方向。

3.在中央控制室設置數據及控制中心,對各子車間生產進行智能化集中監控和統一管理,在原料、水泵房、空壓站、油站等分車間實行就地無人化操控。

七、未來平板玻璃企業碳減排技術展望

(一)加快研發玻璃熔窯利用氫能成套技術及裝備、浮法玻璃工藝流程再造技術、玻璃熔窯窯外預熱工藝及成套技術與裝備、大型玻璃熔窯大功率“火-電”復合熔化技術、玻璃窯爐煙氣二氧化碳捕集提純技術、浮法玻璃低溫熔化技術、再生熱化學蓄熱器(TCR)技術等,加大技術攻關力度,加快先進適用節能低碳技術產業化應用,進一步提升玻璃行業能源使用效率。

(二)研發玻璃生產超低排放工藝及裝備,探索推動玻璃行業顆粒物、二氧化硫、氮氧化物全過程達到超低排放。


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