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平板玻璃行業(yè)碳減排技術(shù)指南發(fā)布

發(fā)布時(shí)間2023-01-06人氣:8959

為深入貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于碳達峰、碳中和的重要決策部署,完整、準確、全面貫徹新發(fā)展理念,堅決遏制“兩高”項目盲目發(fā)展,踐行“宜業(yè)尚品、造福人類(lèi)”建材行業(yè)發(fā)展目標,科學(xué)做好平板玻璃行業(yè)節能降碳改造升級,推動(dòng)平板玻璃行業(yè)節能降碳和綠色轉型,根據《關(guān)于嚴格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節能降碳的若干意見(jiàn)》《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節能降碳改造升級實(shí)施指南(2022年版)》,制定本技術(shù)指南。

一、總體要求

完整、準確、全面貫徹新發(fā)展理念,科學(xué)處理發(fā)展和減排、短期和中長(cháng)期的關(guān)系,突出標準引領(lǐng)作用,深挖節能降碳技術(shù)改造潛力,按照“因業(yè)施策”“因企施策”“一線(xiàn)一策”的原則,加快推進(jìn)平板玻璃行業(yè)節能降碳步伐,帶動(dòng)全行業(yè)綠色低碳轉型,確保如期實(shí)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(shí)施,推動(dòng)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(yè)基準水平的存量項目,明確改造升級和淘汰時(shí)限(一般不超過(guò)3年),引導企業(yè)有序開(kāi)展節能降碳技術(shù)改造,在規定時(shí)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(jìn)行淘汰。

三、現狀分析

目前,全國平板玻璃生產(chǎn)企業(yè)200多家,玻璃熔窯約350座,生產(chǎn)線(xiàn)約450條,生產(chǎn)能力12億重量箱。根據《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》,平板玻璃(生產(chǎn)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(chǎn)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(yè)能效優(yōu)于標桿水平的產(chǎn)能占比小于 5%,能效低于基準水平的產(chǎn)能約占 8%。據此推算,能效低于基準水平的平板玻璃生產(chǎn)能力約有1億重量箱;按照到2025年,通過(guò)實(shí)施節能降碳行動(dòng),能效達到標桿水平的產(chǎn)能比例超過(guò)20%的目標,約有2億重量箱的平板玻璃生產(chǎn)能力需要改造提升。平板玻璃生產(chǎn)過(guò)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(yè)生產(chǎn)能耗水平和碳排放水平差異較大,但通過(guò)采用先進(jìn)的技術(shù)和裝備,也具有較大的節能降碳改造升級潛力。受工業(yè)和信息化部委托,中國建筑材料聯(lián)合會(huì )選取了3家典型平板玻璃企業(yè),其中日熔化能力600噸生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè)2家、日熔化能力900噸生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè)1家,作為落實(shí)平板玻璃行業(yè)碳達峰實(shí)施方案的“實(shí)驗田”,開(kāi)展“解剖麻雀”式的調查研究,這3家企業(yè)既有日熔化能力大于500噸的生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè),也有日熔化能力大于800噸的生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè),技改完成后,既有生產(chǎn)普通玻璃的生產(chǎn)線(xiàn),又有生產(chǎn)在線(xiàn)鍍膜、超白高檔玻璃生產(chǎn)線(xiàn),在行業(yè)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(shù)路徑支撐。

四、主要目標

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

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五、平板玻璃行業(yè)節能降碳技術(shù)路徑及預期效果

(一)熔窯

玻璃熔窯能耗占玻璃工廠(chǎng)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(zhù)窯爐結構優(yōu)化、規模提高,優(yōu)質(zhì)玻璃生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

1.整體提高傳熱效率

技術(shù)路徑:(1)采用先進(jìn)技術(shù)手段對窯爐整體結構、材料進(jìn)行優(yōu)化,綜合技術(shù)措施效率最大化。(2)采用0#氧槍、富氧或全氧燃燒技術(shù)。通過(guò)富氧代替部分或全部空氣助燃風(fēng),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(shù),利用高效率的電能代替部分火焰加熱,同時(shí)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(jìn)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(shù)路徑:(1)控制原料顆粒度及化學(xué)成分。原料顆粒大時(shí)會(huì )導致熔化困難,而過(guò)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(xué)成分穩定及嚴格控制雜質(zhì)含量有利于配合料熔化。(2)采用配合料塊化、?;皖A熱技術(shù),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(kāi)發(fā)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(yōu)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(shù)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(jìn)行保溫。加強煙道保溫和密封,減少散熱和漏風(fēng)。增加熔化部池底保溫厚度、優(yōu)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(guò)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(guò)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(jìn)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(shù)路徑:(1)通過(guò)提高格子體高度,減少格孔孔徑,優(yōu)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(chǎn)線(xiàn)余熱資源的計量設施,蒸汽量單獨計量。(3)鼓勵蒸汽優(yōu)先直接用于生產(chǎn)線(xiàn)設施,直接用于廠(chǎng)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(shù)改造預期效果

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(二)工藝

優(yōu)化熔窯、錫槽,退火窯及公用工程的工藝控制,提高全廠(chǎng)工藝用能效率。

技術(shù)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(fēng)-燃料量交叉限幅優(yōu)化控制,實(shí)現自動(dòng)比例調節。設置在線(xiàn)氧量?jì)x,優(yōu)化燃料消耗,降低能耗。(2)采用先進(jìn)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(xiàn)等穩定在最優(yōu)工況。(4)風(fēng)機、水泵類(lèi)負載采用變頻控制,并采取節能自動(dòng)控制措施。(5)增加燃料熱值分析裝置,監控燃料的品質(zhì)穩定,提高熔窯燃燒控制的準確性。(6)增加在線(xiàn)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(fēng)余熱利用,可引至熔窯助燃風(fēng)提高燃燒效率或用于生產(chǎn)蒸汽及廠(chǎng)區內采暖。(8)利用余熱蒸汽直接拖動(dòng)氮站的原料空氣壓縮機或代替其它電動(dòng)機,提高整體效率及減少用電量。

預期效果:通過(guò)優(yōu)化全廠(chǎng)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(dòng)化

技術(shù)路徑:(1)淘汰高耗能機電設備,空壓機、風(fēng)機、水泵選型符合有關(guān)節能規定。電動(dòng)機、變壓器等電氣設備采用高能效產(chǎn)品。接觸器、繼電器、電磁閥等元器件采用低功耗產(chǎn)品。(2)提高熔窯自動(dòng)化水平,窯溫、窯壓、液面等重要工藝參數自動(dòng)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(jìn)行優(yōu)化控制。(3)優(yōu)化熔窯換向過(guò)程,協(xié)調控制助燃風(fēng)吹掃、煙道調節閘板動(dòng)作,縮短換向時(shí)間,換向過(guò)程工藝參數最小擾動(dòng)。(4)提高錫槽自動(dòng)化水平,錫槽玻璃板寬監控數字化,錫槽自動(dòng)化改板縮短改板時(shí)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(xiàn)控制手段。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,宜采用加熱量少的退火溫度作業(yè)制度和節能控制措施。(6)冷端采用優(yōu)化系統,可多訂單優(yōu)化切割。(7)車(chē)間照明采用高效LED燈,廠(chǎng)區可采用太陽(yáng)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(guān)規范規定。(8)采取措施減少無(wú)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(wú)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(mén)有關(guān)規定。(9)能源計量滿(mǎn)足全廠(chǎng)和各子系統單獨計量考核要求。

預期效果:可減少單位產(chǎn)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(shù)

技術(shù)路徑:利用平板玻璃企業(yè)的自然環(huán)境和地理位置,使用風(fēng)電、光電技術(shù)、風(fēng)光儲技術(shù),吸收工業(yè)領(lǐng)域新能源技術(shù)探索經(jīng)驗,通過(guò)綠色能源技術(shù)途徑減少平板玻璃生產(chǎn)過(guò)程中的電力消耗,結合余熱發(fā)電,分布式發(fā)電等,提升企業(yè)能源“自給”能力,減少對化石能源及外部電力依賴(lài),促進(jìn)平板玻璃生產(chǎn)的綠色能源低碳轉型。(五)智能化工廠(chǎng)

智能玻璃工廠(chǎng)是充分利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和設備監控技術(shù)現實(shí)工廠(chǎng)信息管理和服務(wù),實(shí)時(shí)掌握產(chǎn)銷(xiāo)流程、提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、消除信息孤島,實(shí)時(shí)精準采集生產(chǎn)線(xiàn)各項數據,實(shí)現玻璃工廠(chǎng)降本增效,節能減排,為企業(yè)提供生產(chǎn)計劃理、生產(chǎn)調度管理、庫存管理、質(zhì)量管理等管理平臺,實(shí)現資金流、物流、信息流的統一管理。推廣自動(dòng)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(yōu)化控制、在線(xiàn)缺陷檢測、自動(dòng)堆垛鋪紙、自動(dòng)切割分片、智能倉儲等數字化、智能化技術(shù),推動(dòng)玻璃生產(chǎn)全流程智能化升級。

1.生產(chǎn)管理與智能優(yōu)化

技術(shù)路徑:融入指標、績(jì)效、成本管理等先進(jìn)管理理念,通過(guò)生產(chǎn)日志、臺賬、報表等方式將人、機、料、法、環(huán)有效融合,通過(guò)DCS、PLC生產(chǎn)線(xiàn)數據采集,將生產(chǎn)管理全過(guò)程的數據進(jìn)行匯總、分析,實(shí)時(shí)反饋生產(chǎn)訂單的產(chǎn)量、完成率、班組績(jì)效。有效提升玻璃生產(chǎn)數字化、智能化水平,提高企業(yè)整體管控水平。對生產(chǎn)數據進(jìn)行大數據分析,對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行智能優(yōu)化控制。在中央控制室對各子車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)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(chē)間實(shí)行就地無(wú)人化操控。

2.設備管理

技術(shù)路徑:以統一的資產(chǎn)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(chǎn)能及品質(zhì)影響。

3.安環(huán)管理

技術(shù)路徑:安全管理模塊提供隱患排查與治理體系,推動(dòng)安全隱患治理,降低企業(yè)安全事故發(fā)生率。環(huán)保管理模塊可實(shí)現對排放數據、環(huán)??刂圃O施運行數據的耦合關(guān)系建模和參數調控,降低企業(yè)環(huán)保管理成本。

4.能源管理

技術(shù)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(shí)時(shí)能耗數據采集、監視,通過(guò)大數據分析,找出企業(yè)管理、設備、工藝操作中的能源浪費問(wèn)題;核算企業(yè)節能效果,明確企業(yè)節能方向,降低單位能耗成本,提高企業(yè)綜合競爭力。

六、不同能耗水平玻璃企業(yè)技術(shù)改造提升建議

本指南僅以試點(diǎn)企業(yè)提出碳減排技術(shù)方案,不同原燃料條件的平板玻璃企業(yè)根據其實(shí)際使用的工藝、設備進(jìn)行個(gè)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(yè)在實(shí)際實(shí)施中宜查漏補缺,補短板增強項,最終實(shí)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(chǎn)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(shù)應用目標。指南中所列舉的節能降碳技術(shù)方案為建議方案,平板玻璃企業(yè)在實(shí)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(yōu)于2級能耗,使其達到標桿值水平,可采用如下技術(shù)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(guò)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(fēng)。增加熔化部池底保溫厚度,優(yōu)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(jìn)行保溫,減少冷卻部表面散熱。

3.通過(guò)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(diǎn)附近設置單排或多排鼓泡,進(jìn)一步加強玻璃液的對流吸熱效率。

5.優(yōu)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(fēng),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(xiàn)氧量?jì)x,優(yōu)化燃料消耗,降低能耗。

2.風(fēng)機、水泵類(lèi)負載采用高效節能變頻電機,并采取節能自動(dòng)控制措施。

3.池壁冷卻風(fēng)風(fēng)嘴設導風(fēng)板,避免冷風(fēng)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(fēng)機電機不滿(mǎn)足能效要求的均更換或新增除塵設備。

(三)電氣自動(dòng)化技改建議

1.淘汰高耗能機電設備,空壓機、風(fēng)機、水泵選型符合有關(guān)節能規定。電動(dòng)機、變壓器等電氣設備采用高能效產(chǎn)品。接觸器、繼電器、電磁閥等元器件采用低功耗產(chǎn)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(fēng)與燃料量交叉限幅優(yōu)化控制,實(shí)現自動(dòng)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(xiàn)控制手段。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,采用加熱量少的退火溫度作業(yè)制度和節能控制措施。

4.車(chē)間照明宜采用高效LED燈,廠(chǎng)區可采用太陽(yáng)能蓄電池路燈。

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

6.采取措施減少無(wú)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(wú)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(mén)有關(guān)規定。

7.能源計量滿(mǎn)足全廠(chǎng)和各子系統單獨計量考核要求。

8.部分廠(chǎng)房新建改造,可新增部分屋頂光伏發(fā)電裝機功率。

(四)智能化技改建議

1.設置智慧工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )系統及生產(chǎn)管理數字化系統,打通信息孤島,提升玻璃生產(chǎn)數字化、智能化水平,完善設備管理系統,提高企業(yè)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(shí)時(shí)能耗數據采集、監視,通過(guò)大數據分析,找出企業(yè)管理、設備、工藝操作中的能源浪費問(wèn)題;核算企業(yè)節能效果,明確企業(yè)節能方向。

3.在中央控制室設置數據及控制中心,對各子車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)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(chē)間實(shí)行就地無(wú)人化操控。

七、未來(lái)平板玻璃企業(yè)碳減排技術(shù)展望

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

(二)研發(fā)玻璃生產(chǎn)超低排放工藝及裝備,探索推動(dòng)玻璃行業(yè)顆粒物、二氧化硫、氮氧化物全過(guò)程達到超低排放。


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