绿色玻纤工厂设计

绿色玻纤工厂设计王承慧【摘要】对绿色玻纤工厂设计中所涉及的工艺技术、工厂建筑要求及其发展进行归纳和论述.在绿色玻纤工厂设计中既有常规技术的合理运用和优化，也有新工艺、新材料、新技术的运用.建设技术先进、能耗较低、环境优美的绿色玻璃纤维工厂是建设资源节约型、环境友好型玻纤企业的必然选择，也提升了人们对绿色玻纤产业的进一步了解和认识，推动玻纤产业的绿色、可持续发展.【期刊名称】《玻璃纤维》【年(卷)，期】2015(000)002【总页数】5页(P35-39)【关键词】绿色玻纤工厂;工厂设计;绿色玻纤工厂建筑【作者】王承慧【作者单位】中材科技股份有限公司，南京210012【正文语种】中文【中图分类】TQ171.770前言随着全球环保事业的全面兴起和迅速发展，选择绿色战略，实施绿色技术，生产绿色产品，推进绿色技术创新，是企业生存和发展的必然途径。玻璃纤维产业作为无机新材料产业的一种，其发展一直与技术创新、绿色技术相伴。南京玻纤院是创立玻璃纤维产业和技术的发源地，承担了国内大部分大中型玻纤骨干企业的工厂设计、技术服务和建厂工作。在玻纤工厂的设计过程中坚持资源利用最佳、能源消耗最少、环境污染最小的绿色工厂设计理念，重视资源、能源的节约和有效利用，以及生态环境保护和污染的防治措施，积极实践绿色环保、低碳减排工艺、工程新技术，从实施绿色玻纤工厂设计着手，打造绿色玻纤产业。1绿色玻纤工厂概念“绿色玻纤工厂”的核心是“绿色玻纤工艺技术”和“绿色玻纤工厂建筑”[1-3]。“绿色玻纤工艺技术”要求产品生产制造时，其工艺配方、工艺流程、工艺设备、工艺操作等，应使能耗、水耗、材耗和对环境的影响均符合清洁生产要求和资源有效利用、节能环保、低碳减排等绿色技术评价要求。“绿色玻纤工艺技术”是绿色玻纤工厂设计的关键，它贯穿于工厂设计的全过程，主要包括:环保配合料配方、节能型环保窑炉、先进熔制工艺、高效率大漏板成型工艺、全过程节能减排及综合利用技术等。“绿色玻纤工厂建筑”是“绿色工业建筑”的一种具体表现形式，是“在建筑的全寿命周期内，最大限度地节能、节地、节水、节材，保护环境和减少污染，为生产、科研和人员提供适用、健康安全和高效的使用空间，与自然和谐共生的工业建筑。”“绿色玻纤工厂建筑”总图布置重视节约用地、与周围环境的和谐，建筑设计重视建筑节能、节水、节电新技术和建筑新材料、施工新方法的选用，以及自然资源的利用等。2绿色玻纤工艺技术2.1配合料环保配方配合料环保配方主要是指配合料采用低硼低氟、无硼无氟的玻璃配方，采用该配方生产玻璃纤维，从源头上减少甚至消除产品生产过程中有害物质——含氟和含硼废气排放。目前许多池窑生产线已使用ECR、Advantex配方，一些有实力的玻纤生产企业研制了具有自主知识产权的无硼无氟玻璃成分。采用无硼无氟配方生产的玻纤产品，可以提高产品的机械强度、弹性模量，改善产品的耐腐性能和耐温性，降低配合料的生产成本。由于少含或不含氟和硼，还可以减少环保建设的投资、降低系统的运行成本［4］。2.2节能型环保窑炉通过计算机模拟和物理模拟试验获得优化的窑炉结构参数、热工制度，在此基础上进行窑炉结构设计、能评计算，进行燃烧器、电极、鼓泡器等热工设备（装置）的分布设计，以及过程检测、控制设计等，确保窑炉能耗、窑龄、熔化率等主要技术指标达到先进技术水平［5］。玻璃窑炉的热量有很大一部分从窑体表面散失掉，约占窑炉输入总热能的30%左右。所以采用优质保温材料对窑体进行全保温，从而提高热效率，节约能源。窑体实行全保温后，窑内火焰温度可提高20~30°C，可节约能耗10%~20%，并且能降低环境温度，改善工人操作环境。采用先进池窑法生产，与坩埚法生产相比，可以省去将玻璃粉料制球工序，直接将玻璃粉料熔化拉丝，大大降低了生产能耗，池窑法的吨纱综合能耗仅为坩埚法的1/3，且池窑法生产规模大、产品成品率高、质量稳定，作为生产原料提供给下道工序进行制品生产时，加工性能好、效率高、产品价值高等。2.3先进熔制工艺采用纯氧燃烧工艺、电助熔技术、鼓泡技术已成为目前先进池窑的主流做法。纯氧燃烧工艺大大提高了燃料的燃烧效率，窑炉部分可节省燃料30%、通路采用纯氧燃烧可节省50%的燃料，窑炉系统大幅减少废气排放量70%~80%;电助熔技术有助于提高玻璃的熔化热效率和窑炉的熔化能力，改善玻璃液质量，并减少烟气的总排放量，电熔可以给窑炉提供20%~50%的能量;在窑炉熔化部澄清区设置空气鼓泡器，强制玻璃液的对流，加快玻璃液澄清、均化速度，有效提高玻璃熔化率。采用纯氧燃烧工艺、电助熔技术、鼓泡技术，窑炉的熔化率可以达到2.0~2.5t/(d・m2),比10年前的窑炉提高了近1倍。2.4高效率大漏板多排多孔大漏板，是提高现代大规模玻纤池窑生产效率的有效手段。弥散技术的运用提高了大漏板的高温强度和抗高温蠕变性能，延长了漏板的使用寿命，提高了拉丝作业的稳定性;多分拉技术的运用，有效提升了单台炉位的拉丝效率和产能。目前池窑漏板孔数一般在1200-4000孔，最大已做到6000孔。2.5差异化空调系统设计，满足生产工艺要求，更加节能、环保纤维成形区空调系统一般为全新风直流系统，满足不同季节纤维成形要求的温、湿度和气流调节，在保证拉丝成品率的同时，实现清洁生产。目前对使用淀粉型浸润剂的玻纤产品，利用膜渗透技术对纤维成形区的排风进行净化后回用已在实际生产过程中取得成功，并取得良好的节能效果。捻线生产采用车间热风大循环和捻线机设备热风小循环空调系统。捻线车间热风采用室内回风与室外新风混合空气调节。捻线机热风循环系统，是将热风由捻线机上部送入，使原丝在退解加捻线过程中得到干燥。热风从捻线机下部排除，一部分回风与捻线车间内的补风混合至热风机组，另一部分由热风机组上的排风口排至室外。捻线车间回风利用率达90%，既可满足玻纤捻线生产温湿度的调节稳定、清洁生产的要求，又通过收集部分回风能量，实现节能减排。整经、织造车间空气调节系统，采用室内回风与室外新风混合空气调节，合适的回风比，既满足生产所需的温湿度，又减少能量损失。2.6自动化物流系统在大型玻纤池窑生产线上，引入自动化物流系统，实现产品运输、分检、包装、堆放自动化，减少了产品二次损坏的几率，提高了产品运输效率，对保证产品合格率大有成效。玻纤工厂的自动化物流系统经历了3个发展阶段:第一阶段采用悬挂输送链运输原丝饼，存在二次搬运;第二阶段为采用悬挂链运输原丝小车和烘干及立体库实现计算机自动控制;第三阶段为目前最新的设计方法，采用AGV智能小车，运用互联网技术，智能搬运车根据条形码将原丝小车从拉丝车间搬运至烘干炉或调理间前的自动输送系统的入口处，这种技术可提高系统的可靠性、最大限度的增加车间的工艺空间、降低维修强度和维修成本。2.7全过程节能减排及综合利用技术，全面贯彻节约能源、资源的设计理念微粉配合料自动化全密闭气力输送和称量，有效减少原料配制生产扬尘，更加符合劳动卫生、清洁生产要求。余热回收利用技术:窑炉、通路烟气含有大量热焓，将烟气收集引至余热锅炉制成蒸汽，与厂区内热力管网并联，实现余热的有效利用。也可以将窑炉和通路中排放的烟气通过金属换热器换热，加热空气送到制品车间对原丝进行烘干，大大节约了能耗。余热装置能连续运行，不影响窑炉正常操作［6-7］。中水回用技术:针对玻纤废水的水质特点，采取〃物化预处理+生化处理+深度处理”分步处理工艺处理玻纤废水，实现中水回用。优化设备选型和设计:如标准设备中尽量选用节能型产品，非标设备中尽量减轻设备自重减少电机的拖动负荷;加强室内夕卜热力管网和空调管道的保温，并选用优质矿棉或玻璃棉进行保温，这些措施从各个方面进一步达到了节能效果。3绿色玻纤工厂建筑设计3.1总图布置玻纤工厂总图布置坚持以节约用地为大前提，在满足生产工艺的前提下，主生产线尽量采取联合厂房形式，平面布置紧凑，公用工程设施尽量靠近负荷中心，人流、物流线路短捷通畅，减少运行能耗。大型玻纤工厂建设项目，多采用一次规划分期实施，厂房分期建设，设备分期采购，产品种类分步扩展，总图设计应充分考虑项目分期实施各阶段的衔接关系，以确保项目分期实施技术经济的先进性、资源能源利用的有效性，适应企业生产发展的需要。总图竖向设计结合厂址周围条件及环境要求，结合自然地形，设计厂区道路和与场外道路的联系、管网布置、雨水收集、污水排放等，体现工程量少、见效快、环境好的整体效果。厂区的绿化设计〃点、线、片”相结合，种植对环境和气候适应能力强、容易维护的绿化树种，兼顾美化环境和减尘、减噪、保持水土等环保功能，实现植物和环境的自然和谐［8-9］。3.2建筑节能设计玻纤工厂主厂房多为大跨度联合厂房，联合厂房采取框架结构和轻型门式刚架结构有机结合的形式，下部结构按照混凝土框架设计，满足生产工艺要求的楼盖刚度标准；上部轻钢结构仅承担屋面的荷载，荷载轻、屋面刚度要求较小，但能够提供较大的跨度空间，便于工艺合理布置，并有效节省工程造价。钢结构厂房荷载轻、地基基础便于处理、抗震性能好、施工周期短，同样规模的厂房比钢筋砼建筑减少1/3CO2排放量，符合绿色建筑的发展方向。联合厂房较大的屋面空间，可铺设太阳能光电板，将太阳能转化为电能并网，该项技术的成功应用，为玻纤工厂资源利用提供了一条有效的途径，一个6万t的玻纤工厂可以设置一个2~3MW的太阳能电站。墙体、屋面采用高性能保温节能材料，如高性能岩棉板，在建筑上每使用1t岩棉制品进行保温，1年至少可节省相当于1t石油（折1.4286t标煤）的能量，节能达50%以上。墙体围护设计时，可利用岩棉板材与其他加固材料复合，统筹考虑外墙保温性能、结构强度，一体化施工，有效降低工程造价。池窑拉丝车间是高温高湿车间，车间屋顶设有气窗，利用〃烟囱效应”强化自然通风，有助于改善车间内小气候和减少CO2的浓度。捻线和织布车间要求恒温恒湿空调环境，屋面加强保温隔热，杜绝冷桥，防止结露现象;夕卜窗采用铝型材单框断热桥中空Low-E玻璃，保温透光效果好，提高车间保温、隔热和气密性能，降低空调能耗，节能增效。建筑照明设计在满足工艺生产的前提下，选择绿色节能、使用寿命长的LED照明灯具，可降低照明能耗30%以上，室外路灯采用太阳能照明灯具也已被广泛运用。各建筑物空调系统根据生产工艺、办公管理要求，采用差异化设计，兼顾空调系统的经济性和使用效率;建筑朝向布置尽可能避开冬季主导风向，充分利用冬季日照和夏季自然通风等技术和策略，达到节能目的。节水与水资源利用，根据对用水水质的不同要求设计供水管线，对污水处理、中水回用，对雨水收集与使用，对空调冷凝水的回用，选择节水器具等，做到节水和水的循环利用。4结束语绿色玻纤工厂设计，离不开先进的玻纤生产工艺技术、生产装备;离不开不断提升的建设工程设计技术，以及越来越多的绿色环保的新材料、新技术、新装备;离不开玻纤从业人员的绿色环保意识，更离不开国家政策的引导，以及全社会对保护地球绿色生态环境的重视和推进。走在玻纤产业前端的科研设计从业者，正积极推动绿色玻纤生产工艺技术的应用和技术升级换代，降低玻纤生产对资源能源的消耗和对环境的影响，努力打造绿色玻纤，实现绿色玻纤产业的可持续发展。参考文献【相关文献】[1]中国建筑科学研究院机械工业第六设计研究院有限公司.GB/T50878-2013绿色工业建筑评价标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2014.[2]陈金方.玻璃电熔窑炉技术[M].北京:化学工业出版社，2007.[3]张耀明.玻璃纤维与矿物棉全书[M].北京:化学工业出版社，2001.[4]赵珊茸.结晶学及矿物学[M].北京:高等教育出版社，20