超大型太阳能压延玻璃熔窑通路的研究与设计.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 4.0 1 9超大型太阳能压延玻璃熔窑通路的研究与设计邓永财1,张世港1,2,李 翩1(1.中国建材国际工程集团有限公司,上海2 0 0 0 6 3;2.华东理工大学材料科学与工程学院,上海2 0 0 2 3 7)摘 要:该文介绍了超大型太阳能压延玻璃熔窑通路的研究与设计,提出了通路的设计流程和通路耐火材料的配置,总结了各种布置形式的优缺点。关键词:玻璃熔窑;通路;太阳能压延玻璃R e s e a r c ha n dD e s i g no fC h a n n e l o fU l t r a-l a r g eS o l a rR o l l e dG l a s sF u r n a c eD ENGY o n g-c a i1,ZHANGS h i-g a n g1,2,L IP i a n1(1.C h i n aT r i u m p hI n t e r n a t i o n a lE n g i n e e r i n gC o,L t d,S h a n g h a i 2 0 0 0 6 3,C h i n a;2.S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e r i n t r o d u c e st h er e s e a r c ha n dd e s i g no fu l t r a-l a r g es o l a rr o l l e dg l a s sf u r n a c ec h a n n e l,p r o p o s e st h ed e s i g np r o c e s so f t h ec h a n n e l a n dt h ec o n f i g u r a t i o no f r e f r a c t o r ym a t e r i a l s f o r t h ec h a n n e l,a n ds u mm a r i z e s t h ea d-v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fv a r i o u s l a y o u t f o r m s.K e yw o r d s:g l a s s f u r n a c e;c h a n n e l;s o l a r r o l l e dg l a s s收稿日期:2 0 2 3-0 8-1 8.作者简介:邓永财(1 9 7 0-),高级工程师.E-m a i l:d y c c t i e c.n e t随着社会的发展和国家能源政策的变化,晶硅光伏太阳能发电量逐年大幅增加,晶硅光伏太阳能电池板的尺寸也越来越大,规格型号不断增加,逐渐由单玻组件向双玻组件发展。随着晶硅光伏太阳能发电行业的发展,超白压延玻璃的用量越来越大,规格型号越来越多,厚度逐渐减薄。晶硅光伏太阳能电池板的基板一般使用超白压延玻璃,单玻组件使用的超白压延玻璃厚度一般为3.2mm。为减轻双玻组件质量并降低成本,双玻组件使用的超白压延玻璃厚度一般为2.0mm,最薄的甚至可以达到1.6mm1。提高玻璃熔窑的熔化量可以起到降低玻璃单位能耗的效果2。例如日熔化量6 0 0t的玻璃熔窑,玻璃单位能耗13 3 016 1 0k c a l/k g玻璃;日熔化量10 0 0t的玻璃熔窑,玻璃单位能耗12 5 014 0 0k c a l/k g玻璃3。因此,日熔化量千吨以上的玻璃熔窑具有低能耗的优势。为了满足市场需求并降低玻璃的单位成本,超白压延玻璃熔窑逐渐向大吨位、多支线和宽板线方向发展。1 太阳能压延玻璃熔窑通路太阳能压延玻璃工艺的通路是指卡脖末端到成形室的横通路、支通路等熔窑部分。它的作用是保证熔化部熔化好的玻璃液能继续均化并冷却到成形所必需的温度和黏度。生产规模不同,所需玻璃液的成形温度不同,通路面积也不相同。熔窑的生产能力越大、产量越大,玻璃液流入通路愈多,需要的冷却面积也就愈大4。目前超白压延玻璃新建生产线熔窑的拉引量基本都大于(或等于)12 0 0t/d,支线数量有4线、5线、6线和8线。支线又分为两分板(单线拉引量2 0 02 3 0t/d)的窄板线和三分板(单线拉引量3 0 03 2 0t/d)的宽板线。根据不同业主的需求和工厂的地形等情况,近几年超大规模光伏太阳能玻璃熔窑的通路主要有以下几种窑型。1)窑型一如图1所示,为一窑四线。此窑型支线数量最少,若要保证总拉引量大于(或等于)12 0 0t/d,四条支线需全为宽板线。现在有12家企业使用此窑型。87建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期2)窑型二如图2所示,为一窑五线。根据总拉引量的不同,可选择多种宽板线和窄板线的组合。总拉引量12 0 013 0 0t/d,可采用两宽三窄,两侧边部(1#、5#)两条支线为宽板线,中间三条(2#、3#、4#)支线为窄板线。总拉引量13 0 014 0 0t/d,可采用三宽两窄,1#、3#、5#三条支线为宽板线,2#、4#两条支线为窄板线。总拉引量14 0 015 5 0t/d,可采用5条支线全为宽板线。现在采用两宽三窄窑型的企业最多,约占6 0%左右。现在有12家企业采用五条支线全为宽板线窑型。3)窑型三如图3所示,为一窑六线。根据总拉引量的大小,可选择以下两种宽板线和窄板线的组合。总拉引量12 0 013 5 0t/d,六条支线全为窄板线。总拉引量13 5 015 0 0t/d,可采用两宽四窄,1#、6#两条支线为宽板线,2#、3#、4#、5#四条支线为窄板线。现在约9 0%的企业采用六条支线全为窄板线窑型。4)窑型四如图4所示,为一窑六线。这种一窑六线的熔窑熔化部的中心线、卡脖的中心线及主通路的中心线相重合,支通路的中心线与主通路的中心线相垂直,能有效保证玻璃液由玻璃熔窑熔化部通过卡脖流动至主通路及支通路过程中更加顺畅,降低了能耗,且此种布置形式使得该压延玻璃窑多支线结构整体更加紧凑,减少了占地面积5。5)窑型五如图5所示,为一窑八线。玻璃熔窑卡脖出口与纵通路连通,纵通路的两端分别与一分配料道连通,每一分配料道上均设有若干支通路,每一支通路上各设有一溢流口,每一分配料道的轴向中心线分别与纵通路的轴向中心线垂直,每一支通路的轴向中心线分别与一分配料道的轴向中心线垂直6。该窑型具有降低能耗、提高产品质量和提高窑炉使用寿命的特点。八条支线全为窄板线。总拉引量14 0 0 16 0 0t/d。现在有1家企业采用此窑型。2 通路的设计首先根据玻璃熔窑总拉引量和业主的要求确定支线的总数量以及宽板线和窄板线各自的数量。然后根据建设场地的地形情况确定各支线的分布位置。一般情况下,为保证各支线的温度均匀性和操作方便性,各支线均沿熔窑中心线对称布置。若受地形和场地的限制,各支线也可以沿熔窑中心线非对称布置。支通路的间距根据最大原板宽度、压延机检修区大小、退火窑宽度、退火窑传动位置和冷端设备位置等确定。97建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期通过溢流口的宽度来确定支通路的宽度。溢流口的宽度由最大原板宽确定。根据业主的要求和压延机的资料确定溢流口的深度。得到支通路的间距和支通路宽度后就可以确定横通路的长度尺寸。根据热工测试数据和数学模拟获得的横通路和支通路每米的温降数据,通过计算初步确定各条支通路的长度。根据各条支通路溢流口处的总温降,调整横通路的宽度,必要时也可调整支通路的长度和宽度。通过热工测试数据和数学模拟获得的数据确定横通路的池深以及支通路池深。为了使两侧边部两条支通路的温降小一些,其池深一般与横通路的池深相同,中间通路的池深一般比横通路的池深浅1 0 0 1 5 0mm。3 通路耐材的配置1)池底。池底使用大型粘土砖砌筑。一般大型池窑多用厚3 0 0mm、宽4 0 06 0 0mm、长9 0 010 0 0mm规格的粘土土砖,采用干砌法,砖缝中不抹泥浆。池底粘土砖上面的铺面砖通常采用电熔-刚玉砖。池底粘土砖下用硅钙板和硅酸铝纤维毡对池底进行保温。2)池壁。由于玻璃熔窑拉引量的增加,超白玻璃透热性好的特性以及为了满足压延机成型所需的温度,卡脖出口区域的温度超过13 5 0。建议卡脖出口附近横通路及中间支通路入口使用3 3#电熔锆刚玉砖(无缩孔浇铸)。其他区域由于温度低同时为了不污染玻璃液,因此池壁砖一般都采用电熔a-刚玉砖(普通浇铸)砌筑。压延工艺的生产线横通路、支通路池壁砖通常采取高铝保温砖+硅钙板保温方式,在保温时要预留出砖缝。3)通路上部结构。为了减少散热,使玻璃液缓慢降温,通路胸墙高度和碹股高度应尽量低一些。横通路和支通路间可通过矮碹连接以降低横通路胸墙高度。通路胸墙和大碹均用优质硅砖砌筑,通路胸墙和大碹间用硅质上间隙砖进行密封。胸墙和碹顶根据生产需要加不同厚度的保温材料保温,以降低冷却速度,维持较高的玻璃液温度。支通路末端山墙是出口端火焰、气流分隔设备的结构墙体,全部由硅砖砌筑而成。4)溢流口碹。溢流口碹支撑整个支通路末端山墙,下部留有玻璃液进入成形口的通道。材质选用抗侵蚀、耐剥落的烧结锆莫来石砖,按一类砌体的技术标准和要求砌筑。5)挡焰砖。由钢挂件和砖材组合吊挂在溢流口玻璃液火焰空间上方。因挡焰砖的内侧长期接触高温,受火焰和气流的冲刷,而外侧则暴露在空气中,与内侧的温差较大,生产中有时需要进行上下调整的操作,所以挡焰砖的耐急冷急热性能要好,表面要光滑不剥落、不掉渣、机械强度高。材质一般是硅线石或锆莫来石。6)保温盖板砖。吊挂在溢流口上部,起到保温和反射热量的作用,以减少溢流口玻璃液热量的散失,缩小溢流口的横向温差。保温盖板砖的耐火材料要选择抗压强度大、抗侵蚀性能好、不剥落、热稳定性好的材料,如硅线石或锆莫来石。通路主要部位的耐火材料如表1所示。表1 通路主要部位的耐火材料部位耐火材料池底铺面砖电熔-刚玉砖(无缩孔浇铸)密封火泥电熔-刚玉火泥池底砖粘土大砖(B N-4 0 a)池底保温低气孔粘土砖(D N-1 7)无石棉硬硅钙板+陶瓷纤维毯池壁池壁砖卡脖出口附近横通路及中间支通路入口:3 3#电熔A Z S砖(无缩孔浇铸)中间支通路入口拐角:4 1#电熔A Z S砖(无缩孔浇铸)中间支通路入口拐角:电熔-刚玉砖(无缩孔浇铸)其他:电熔-刚玉砖(普通浇铸)池壁保温高铝保温砖+无石棉硬硅钙板上部结构优质硅砖保温轻质硅砖+保温涂料流道出口烧结锆莫来石砖挡焰砖/盖板砖烧结锆莫来石砖/烧结硅线石08建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第4期4 结 论a.大吨位一窑四线,支线数量最少,总投资和运行费用最低,缺点是产品的规格型号少,对压延机和操作人员的技术要求较高。b.大吨位一窑五线支线数量适中,通过多种宽板线和窄板线的组合,熔窑的产量可在12 0 015 5 0t/d之间调整。产品的规格型号较多,总投资和运行费用适中,能满足绝大部分企业的需求。c.大吨位一窑六线数量较多,总投资和运行费用较高,优点在于产品的规格型号多,各条支线可同时生产2.0mm以下的产品。d.大吨位一窑八线支线数量最多,通路的总长度最长,总投资和运行费用高,生产线的投资回报率低。优点在于产品的规格型号多,各条支线可同时生产2.0mm以下的产品。参考文献1 彭 寿,杨京安.太阳能压延玻璃工艺学M.北京:化学工业出版社,2 0 1 9.2 左泽方.大型浮法玻璃熔窑熔制技术J.玻璃与搪瓷J.2 0 1 7,4 5(1):1 9-2 3.3 张世港,吴琼辉,游 俊.千吨级大跨度玻璃