沈为伟
海控三（蚌埠）新能源材料有限公司 安徽 蚌埠 233000）
中文摘要：通过对生产工艺的改进与调整达到对乙烯焦油和天然气最大化的利用，从而达到节约成本提高效能的作用。
Abstract: through the improvement and adjustment of the production process to maximize the use of ethylene tar and natural gas, so as to save costs and improve efficiency.
关 键 字：乙烯焦油 玻璃窑炉 光伏 降本提能
Keywords: Ethylene tar,Glass furnace,Photovoltaic glass,Reduce cost and increase energy
前言
由于“十五”期间，我国在光伏发电技术研发工作上先后通过“国家高技术研究发展计划”、计划安排，开展了碲化镉和铜铟硒薄膜电池、晶体硅高效电池、非晶硅薄膜电池、晶硅薄膜电池以及应用系统的关键技术的研究，大幅度提高了光伏发电技术和产业的水平，缩短了光伏发电制造业与国际水平的差距，再者中国光伏产业配套的日趋完整，及劳动力成本、原材料的优势等原因，近年来，全球太阳能电池组件和相关配套产品的制造加速向我国转移，目前，中国已成为全球最大晶硅体太阳能电池生产国及全球第一大市场，全国累计光伏装机容量626GW。
我国每年的乙烯焦油产量很大，提炼乙烯焦油的技术工艺对原料要求并不苛刻，经过多年技术改造，目前我国的脱硫脱硝、布袋除尘等技术已趋于完善，因此，选用乙烯焦油作为光伏窑炉的燃料完全已达到国家环保标准，使用此燃料可大大降低生产成本，对公司的整体盈利能力产生很大影响。
一.使用乙烯焦油的优势
1.特性与优势
乙烯焦油是烃类裂解产生乙烯室得到的副产品，是裂变原料在蒸汽裂解过程中原料及产品高温缩合的产物，其组成极其复杂，主要成分为各种烷烃、C8~C15芳烃、芳烯烃及N、S、O等元素的杂环化合物等，具有侧链短、碳氢高、灰分含量低、重金属含量很少的特点，其中含量较高的茚、甲茚及其同系物，萘、甲基萘、乙基萘、二甲基萘以及蒽、苊、菲等组分，均为有机化工合成的重要原料，有较高的综合利用价值。
乙烯焦油燃料油室乙烯焦油通过一级蒸馏塔、二级蒸馏塔在245~360℃下记过分馏、结晶、过滤、调和等工序，提取萘、甲基萘、炭纤维沥青、活性炭沥青、石油树脂等有的副产品。记过综合利用后的乙烯焦油燃料油是可作为工业锅炉燃料、生产道路沥青等使用。
玻璃熔窑使用的乙烯焦油燃料油在20℃以上为粘稠液体状，不允许有结块现象，不允许在其中夹杂油泥沙及其它矿物质；其成分必须稳定。
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机械杂质含量 在80目滤网全通过下允许有≤0.15%的杂质纯在 在80目滤网全通过下允许有≤1 %的杂质纯在 在80目滤网全通过下允许有≤0.15%的杂质纯在
残碳 ≤10% 6.5%~8% ≤6%
低热值 ≥9300×4.1868MJ/kg 9600×4.1868MJ/kg ≥8800×4.1868MJ/kg
由此可见乙烯焦油热值大于煤焦油，同重油差别不大，与重油相比，除热值比重油略低，气味比重油稍重外，其他理化指标均优于重油。乙烯焦油的气味比煤焦燃料油要小很多，而在重油、煤焦燃料油和乙烯重油燃料三种液体燃料之间，乙烯焦油燃料油的各种性能最好，乙烯焦油燃料油由于含水量低，因此无需脱水，可以直接使用，而重油要脱水后才能使用。
2.价额优势：
在拉引量相同的情况下燃料预算：天 然 气 > 重油 > 乙烯焦油
以我公司650T/D窑炉用量来计算：
天然气一天用量约为：120000立方米
乙烯焦油一天用量约为：100吨
折合人民币为：用天然气约需366000元，而乙烯焦油约需330000元，一天为公司节约成本3.6万元，一个月接近112万。
二.使用过程中存在的问题
我公司首先在650 T/D光伏6对小炉横火焰玻璃熔窑进行全部用乙烯焦油作为燃料进行试烧。本窑炉在设计初期考虑到能源互补相互切换为依托条件，在燃气系统基础上增加了一套燃油燃烧系统做备用，使用的燃油喷枪的燃烧方式基本属于底插式燃烧方式：在小炉底坑处插入2只喷枪，当需要燃烧时，油枪在由压缩空气控制枪架底部气缸的作用下通过小炉底炕伸入蓄热室内，然后进行燃烧，当换向后不需要燃烧时，油枪在气缸的作用下收缩回到小炉底炕下。
在用乙烯焦油燃料油全油试烧初期，熔化稳定后，料堆和泡界线清晰，但出现了:
1.油枪的燃烧火焰长度较长，火梢易灌入对面小炉的蓄热室里；
2.由于运输过来的乙烯焦油燃料油粘度低，加热温度不固定，导致窑内火焰横向温差大；
3.窑内气氛不易控制，易出现还原气氛；
4.窑内温度波动幅度大；
5.油枪枪口易结焦，需经常更换油枪；
6.油枪的燃烧火焰易出现一长一短、高低不一，枪口角度难以调节准确，两火交叉，影响火焰覆盖面积；
7.窑内料堆与泡界线位置不固定，波动较大，易出现气泡增多、夹杂增多等情况。
以上诸多问题的存在，导致玻璃板面质量略有下降，影响原片成品率的状况。熔化状况不是特别理想。
三.技术改善与创新
我公司在经过一段时间使用后，针对生产中发现的一系列问题专门召开了技术研讨会，并且当即成立了技改小组，一批工艺精湛的技术骨干与窑炉技师们加入了技改小组，对以上问题进行全面优化与技术改进。
1.油枪改造：
我公司原使用的是单枪单喷口燃烧器，经过数据收集与分析后，根据生产实际需求和油枪制作单位合作制了作满足我公司需求的单枪双喷口燃烧器，这种设计不但减轻了油枪工频繁换枪的工作强度，而且还能保证双喷口的角度与高度的一致，方便了在生产中的火焰调整。
2.油气配比混烧：
光伏玻璃生产企业对窑炉气氛要求特别严格，尤其熔化前区及澄清区域的气氛以保证光伏玻璃的性能，但由于这些要求，往往以天然气作为燃料的玻璃窑炉，窑炉内气氛很难从技术角度进行调整的，针对窑内气氛不好和热点温度低等问题，我公司通过多方面的论证和实际摸索，并且根据能源不同特性，综合考虑最终选用油气混烧的方法，即：1#、2#小炉采用乙烯焦油燃料油，3#、4#、5#、6#小炉采用天然气，用这种混烧方式，前面用乙烯重油燃料油为燃料并配以合适的风气比，保证1#、2#小炉的气氛为还原性，又可保证有足够高的温度充分熔化混合料。3#、4#、5#、6#小炉采用天然气，可保证澄清与均化时温度和气氛的稳定。在这种条件下，利用油枪火焰较长，天然气火焰短的特点，在热点部位形成温差，加强对流，窑炉温度场更加稳定，产品缺陷相对其他燃料燃烧方式降低35%。
3.压缩空气配比：
压缩空气在燃油燃烧系统中起到雾化、吹扫和各项机械动作控制气的作用，压缩空气压力小，有些动作无法完成或者完成不到位，导致燃烧和换向过程中断；压缩空气压力大，存在管路易破裂漏气，机械运动过于剧烈导致设备磨损严重。根据一段时间的观察与摸索，我们发现压缩空气压力在大于0.45MPa时设备基本能正常运转，在大于8MPa时易发生设备磨损情况，于是我们把压缩空气压力数值制定在5.5-7.5MPa之间。
4雾化控制：
.雾化在以用乙烯焦油燃料油作为燃料进行燃烧的燃烧系统中对火焰的燃烧状态起主要作用之一，是压缩空气在油枪嘴中以一定的角度高速喷出，当和乙烯焦油燃料油流股相遇时，气流便对乙烯焦油燃料油表面产生冲击和摩擦，当摩擦和冲击产生的外力大于乙烯焦油燃料油的内力时，后者被破碎成分散的雾滴。通常雾滴越细小，雾滴群中油滴大小的均一性也就越好，油枪的燃烧情况也就越稳定。所有我们通过调节雾化器压力来优化油枪的燃烧状态，增加火焰的长短距离和覆盖面积；雾化器压力一般控制在0.45-0.5MPA之间比较适宜。
5.油压控制：
油压也是在以用乙烯焦油燃料油作为燃料进行燃烧的燃烧系统中对燃烧状态起主要作用之一，要保证枪前供油的连贯性与一致性，油压低会导致乙烯焦油在管道内停留时间长，油温下降快，燃料油的粘度增大，容易在枪前凝结，枪口易结焦；如油压不稳则导致油枪火焰燃烧出现脉冲情况，都不利于火焰燃烧，根据总结经验雾化器压力应大致控制在0.5-0.6kg，具体情况根据来油是实际粘度与油枪的流量阀位来进行调节。
6.油温控制：
液体燃料油的特性之一是凝点高、黏度大。在供油系统中油的黏度是一个主要矛盾点，当加热温度不够时，黏度大，油泵和喷嘴的效率降低，并恶化燃料油的输送和雾化。但是过热有会引起燃料油的气化和产生泡沫，从喷油嘴喷出时形成的气体会发生气阻现象，使喷油时产生脉冲并发生噪音，还导致燃烧不稳定，另外油温过高时，由于燃料油的分解和凝聚作用，会产生结焦现象，导致过滤器容易堵塞。根据来油的实际粘度与窑内燃烧效果多少优化比对后，我们得出：一般控制在80-105℃，我公司根据实际情况对各粘度做以下的油温控制：
粘度＜30mm2/s-油温控制80℃，粘度30-40mm2/s-油温控制85℃，粘度40-50mm2/s-油温控制90℃，粘度50-70mm2/s-油温控制95℃，粘度70-90mm2/s-油温控制105℃。
根据数据显示，集合生产实践，有效的油温控制，即能有效的降低了枪口结焦几率，又改善了熔化工艺制度稳定，通过调整改善减少了班中更换油枪次数，减轻油枪工劳动强度。
7.火焰调整
火焰长度：通过对雾化气的优化使得火焰长度的调节变得相对容易，我们尝试把其火焰末梢控制在距离窑炉宽度2/3处。
火焰高度：通过对油枪以及油枪架的改造，现在可以实现调节油枪架高度和喷火口角度使火焰高度符合生产作业要求。
四.技改前后对比：
通过技改后的数据对比发现使用乙烯焦油和天然气混烧的方式要比完全使用乙烯焦油作为燃料进行燃烧方式熔化状况明显好转。
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熔窑内呈现图1所示：火焰不向上烧大碹，不向下吹玻璃配合料，贴近玻璃配合料和液面，火焰不交叉重叠、不混浊、不发飘、不分层，最长火焰的火梢能接近对面胸墙，最短火焰到熔化池宽的一半，火焰能做到收放自如；熔窑碹顶温度和烧气时基本保持不变；火焰温度有所提高；大碹内表面明亮，热点突出，提升了大碹的辐射能力；熔窑内料堆鼓泡剧烈，料堆控制在3#小炉下游位置，泡界线位于4#小炉下游，且清晰，玻璃液明亮，熔化状况明显改善了。窑炉空间温度稳定波动明显减小,以热点胸墙手测温度为例，在保持燃料不变情况下12小时数据波动可得：油气混烧比全气燃烧效果要好。
烟气含量在由全油燃烧转变为油气混烧方式后也有所改善，经过对比可看出O2含量的提升与CO含量的下降比较明显，既减轻了废气的排放，又减少了耐火材料的腐蚀，从后面质量来看，气泡夹杂等缺陷也是下降的，从日平均400到500多的板面缺陷下降到300左右，与之前用天然气作为燃料进行燃烧时情况差不多，有时还略好于用天然气作为燃料进行燃烧时玻璃板面的缺陷情况。
由于窑炉工艺的稳定以及玻璃板面缺陷的减少，月成品率也从原来的85%左右提升至现在月平均成品率88%，单线日成品率最好90%的情况。
五.总结
基于产品质量的控制、能源价格不断上涨的大环境下，寻求代替以天然气燃料的节约型燃料尤为重要，虽然乙烯重油全油燃烧在实际生产中遇到诸多困难，但是经过我公司技改小组全体成员的共同努力下，不畏艰辛，攻坚克难，最终使得由天然气改为乙烯焦油燃料油全油燃烧，再经过技术改进使得油气混烧的方案得到最后的成功，综合算下来每月也为公司带来近百万的利润，所以以乙烯焦油作为燃料和天然气在一起混烧是可行可控的，接下来我公司在向300T旧窑炉改造推广的同时，继续的优化生产工艺，达到进一步节能降耗，提高成品率的目的，为提高公司形象与产品竞争力创造有力条件。
参考文献
[1]2019年中国光伏产业运行总结及2020年发展趋势预测
[2]太阳能压延玻璃工艺学
作者简介
沈为伟（Shen weiwei）,1988年6月生，男，安徽蚌埠人，现为熔化班长、助理工程师，大专毕业，本科在读，09年进入海控三鑫（蚌埠）新能源材料有限公司，从事玻璃生产行业11年，参与了本公司一期、二期窑炉建设，二期旧窑炉改造，气改油等多个建设与工艺改造项目，工作与研究方向：玻璃工艺和窑炉的日常生产与维护。