1.熔窯燃燒系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)方式在現(xiàn)場完成全部的安裝調試；后來，雖然在玻璃熔窯的燃燒系統(tǒng)上應用了DCS集中控制系統(tǒng)、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(tǒng)故障的自動檢測方面就可以應用CPS（信息物理系統(tǒng)）提升事故工況的自動化監(jiān)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(tǒng)實現(xiàn)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(tǒng)的平鋪式施工方式。回溯當年的設計思路，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、工程費用高、安裝質量不容易控制、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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)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(tǒng)為例，如果不進行模塊化設計和集成化橇裝，按照傳統(tǒng)方式進行現(xiàn)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(tǒng)，以同等數(shù)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(xiàn)場施工天數(shù)約為10天，施工周期大幅縮短，在核心模塊的制作過程中完全不會受到外界干擾、在現(xiàn)場的安裝調試過程中也基本上不會與外界發(fā)生相互影響，系統(tǒng)的整體質量也全程可控，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(tǒng)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(yè)研究設計院的設計師對熔窯重油燃燒系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)的類似系統(tǒng)已經存在技術差距，至今仍因為行業(yè)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(xiàn)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(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

 

      進入本世紀后，隨著我國經濟持續(xù)高速的發(fā)展，玻璃行業(yè)也開始了爆發(fā)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(yè)，逐漸改變了國有資本在玻璃行業(yè)一家獨大的格局，整個行業(yè)很快進入買方市場，行業(yè)的競爭也迅速進入了白熱化的狀態(tài)。玻璃企業(yè)為了增強行業(yè)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(fā)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(fā)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(fā)展和能源消耗的高速增加，我國大氣環(huán)境污染形勢異常嚴峻，最近幾年來，政府部門對環(huán)保問題極度重視，對大氣環(huán)境污染問題采取了零容忍的態(tài)度和嚴厲的治理措施，并一直保持著高壓態(tài)勢。煤焦油、焦爐煤氣、轉爐煤氣、石油焦、發(fā)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(yè)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(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象的熔窯燃燒系統(tǒng)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(fā)展過程中，通過設計方、施工方、使用方不斷地改進，使得系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)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(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(tǒng)，儀表氣需要在建設工地現(xiàn)場安裝，雖然儀表氣管路的安裝很簡單，但建設工地現(xiàn)場環(huán)境復雜，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，現(xiàn)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(xiàn)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(yè)和資本參與的非發(fā)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(xiàn)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(tǒng)模塊化、集成化優(yōu)勢更加明顯，不僅保證了整個燃燒系統(tǒng)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(jié)約了國內參與企業(yè)的施工成本。

 

      3.  結語

 

      縱觀玻璃熔窯燃燒系統(tǒng)幾十年的發(fā)展歷程，發(fā)現(xiàn)只有隨著生產力的不斷發(fā)展和進步，制造業(yè)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(yè)，才能使包括玻璃熔窯燃燒系統(tǒng)在內的玻璃制造技術進入到一個良好的產研循環(huán)，使這個系統(tǒng)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