日产250吨太阳能玻璃熔制车间设计
无机非金属材料064班：### 指导教师：### 陕西科技大学材料科学与工程学院 陕西 西安 710021
摘要：针对太阳能用光伏玻璃生产，从节能环保、提高制品质量与生产效率的角度出发，采用全氧燃烧、池底鼓泡以及配合料预热等三项关键技术。对玻璃成分的确定，熔制车间设备选型，玻璃窑炉结构，生产工艺流程及工厂的平面布置等进行了具体的设计。经过计算验证基本达到了预期的要求。 关键词：太阳能玻璃，熔制车间，全氧燃烧，工艺设计
The Design of Melting Workshop of solar glass Plant for Producing
250T solar Glass a day
ABSTRACT: For solar photovoltaic glass production, in order to save energy，improve product quality and production efficiency, in this design oxy-fuel technology and the Pulse-bubbling technique were used. Combine the technology, following the design principles of the glass factory to determine the glass composition, production process, glass machinery and equipment, glass furnace，structure and layout of factories, etc. Through the calculation we can know that this design achieved the desired verification purposes. KEY WORDS：solar glass，melting shop，full oxy-fuel furnace，process design
1.文献综述
太阳能玻璃主要是指用于太阳能光伏发电和太阳能光热组件的封装或盖板玻璃。其中，太阳能光伏发电组件用太阳能玻璃又分为晶体硅太阳能电池组件用和薄膜太阳能电池组件用两类。前者主要是使用太阳能超白压花玻璃，为目前太阳能光伏发电的主要形式，而后者主要是使用超白浮法玻璃。
作为未来清洁、高效、永不衰竭的绿色能源技术之一，太阳能技术近年应用越来越广泛，太阳能产业已经成为能源市场中成长速度最快的领域。在与太阳能技术应用相配套的过程中，太阳能玻璃是必不可少的，随着太阳能产业的发展，我国太阳能玻璃产业也取得长足的进步，在未来还有很大的发展空间。
2.工厂设计
本设计基于玻璃工厂设计原则，力争做到较为合理。以熔制车间为中心展开布置，保证熔制车间采光通风、供水供电等的要求，努力改善工人工作环境，另外，充分考虑风向对工厂布置的影响，保证原料不受污染，其他辅助车间尽量靠近生产车间保证其能提供更为方便的服务，道路宽敞运输方便。办公楼，停车场，食堂等位于上风向，一方面能够方便联系事宜，另一方面能保证工人良好的工作生活环境。
3.玻璃成分设计
（1）从玻璃的原料选择入手，尽量减少铁的引入，提高玻璃的透光率，满足生产的需要。
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（2）提高机速，CaO能使料性变短，MgO的引入可以保证压花玻璃经过压延机以后条纹迅速硬化。 （3）在满足要求的条件下，尽可能的选用价格比较低廉的原料。 （4）玻璃的成分数据见表1-1。
表1-1玻璃的成分数据见表（mass%）
名称 参考玻璃组成 设计玻璃组成
差值
SiO2 71.8 72.0 0.2
Al2O3 1.2 1.1 -0.1
CaO 11.0 11.5 0.5
MgO 1.5 1.5 0
Na2O 13.8 13.6 -0.2
K2O 0.4 0.3 -0.1
Fe2O3 ≤0.01 ≤0.01
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4.工艺流程
总流程为：
配料车间→ 熔制→压延→退火→钢化→检验包装→成品库→运输出厂
5.窑炉设计
太阳能玻璃的生产首先就要从原料的选择入手，控制原料的COD值和配合料REDOX值，控制玻璃液中铁含量的比例，确保太阳能超白玻璃的低铁和高透过率。其次要采用国际最先进的熔窑结构和熔制技术，结合窑炉的三维数学动态计算机模拟，以国际高水平生产线实践验证的操作软件为依托，结合太阳能超白玻璃的特性，制定合理的熔制工艺制度，提高玻璃液的熔制质量，满足了太阳能超白玻璃特种原料的熔化。最后就是要注意使用可靠的控制系统，从玻璃液的熔制到产品的退火、钢化切装最好都能实现全程的监控，在生产线的核心部位设置中央控制室，可实现近程和远程操作、控制。对各个环节进行分散控制，集中监视、管理。实现设备的过程参数检测、采集、数据处理和自动控制、操作。本设计采用了全氧燃烧技术，可以提高和改善玻璃的质量，降低燃耗，降低NOx、CO的排放量。降低玻璃工厂的建设投资。 （1）玻璃池窑设计
a)熔化率的确定，对全氧燃烧窑炉来说；g的取值范围一般在2.2~2.5t/m2.d，本设计考虑到太阳能玻璃对质量要求比较高，所以取g=2.35t/m2.d。
b)长、宽的确定，早期单元窑的长宽比L/B一般在4~5。随着单元窑配合料微粉化及熔制工艺和鼓泡技术的发展与成熟，以及窑体耐火材料的质量提高和采用保温技术等措施，使得熔化池的长宽比逐渐缩小到了3以下，考虑到窑炉扩产的需要，本设计取长宽比L/B=2.3。 所以就有 L×B=106.38 L=15.65m
L/B=2.3 B=6.8m
则最终的熔化面积是S=L×B=15.65×6.8=106.42m2 熔化率g=250/106.42=2.349t/m.d
c)窑池深度，国内浮法玻璃窑在20世纪90年代以前池深一般为1.5m，90年代以后，逐渐出现了1.2米的池深，就目前国内外玻璃熔窑而言，绝大多数采用1.2m的池深，由于本设计中太阳能玻璃中铁含量的降低，玻璃液的热透过率增强，如果采用浅池技术，池底温度会增大，从而加剧池底耐火材料的侵蚀，本设计池深定为1.4m。 （2）工作池的设计
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参照国内浮法玻璃窑的冷却面积一般是熔化部面积的22.5%~31.2%之间，所以本窑炉根据需要确定F冷却部=30.8%×106.21m2=33m2 对于平板玻璃池窑，浮法窑、压延窑的冷却部一般都为矩形池窑，设计为长×宽=8.0×4.0=32m。
工作池的出口结构如图1-1。
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图1-1 工作池出口结构 图1-2 玻璃压延机结构图
6 .压延机的选择
本设计中选用的压延机适用于生产普通玻璃、压花玻璃、太阳能玻璃。新颖、坚固的结构和平稳精确的操作确保了高效率的生产。本机配备了可调节装置，可准确调节其相对于窑炉的高度和距离，以及压延部件与压延方向的平行度。
压延机结构如图1-2所示。 压延机的性能参数见表1-2。
1-下压延辊 2-上压延辊 3-辊子立柱 4-托板 5-支撑螺杆 6-水包 7-托辊 8-轴承 9-过渡辊 10-支撑轮 11-上机架 12-丝杠 13-啮合齿条 14-下机架 15-转动支撑螺杆 16-熔窑唇砖 17-玻璃液
表1-2 压延机的性能参数
型号
压延速度
玻璃厚度 3~12mm
玻璃原板宽 2400 mm
玻璃净板宽 2200 mm
外形尺寸 3000*2100*1600
产能 100~150吨/天
KMW200 0.4~9m/min
7.退火窑设计
退火原理；玻璃的退火就是把具有永久应力的玻璃制品重新加热到玻璃内部质点可以移动的温度，利用质点的位移使应力分散（称为应力松弛）来消除或减弱永久应力，应力松弛的速度取决于玻璃的温度，温度越高，松弛速度越快，退火温度上限与下限之间一般相差50~150℃,即为退火温度范围。
压延生产工艺部分中玻璃产品的退火、输送、切裁和装运与浮法玻璃是基本相同的，所以针对压延玻璃的生产特点，将浮法玻璃生产线上成熟的装备技术移植到压延玻璃的生产线上使用是完全可行的。
本设计中退火窑总长80.3m。 退火曲线如图1-3所示。
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8.生产辅助设施
（1）检验室
a）对进场原料进行定期的化学分析和质量检测 b）对玻璃配合料的水分和均匀度进行检测 c）测量玻璃液的比重
图1-3 退火曲线
d）检验成品的质量，每班抽样3次，每2小时一次. （2）VPSA制氧站
负责全厂氧气的供应。
9.车间人员配置
每班依次轮流作业。车间人员安排如表1-3。
表1-3 车间人员配置（人）
劳动组织 熔化工 测温工 投料工 上料工 维修工人 车间主任
一班 1 1 1 1 1 1
二班 1 1 1 1 1
三班 1 1 1 1 1
合计 3 3 3 3 3
总计 16
参考文献
［1］西北轻工业学院编.玻璃工艺学［M］．北京：轻工业出版社，1982 ［2］孙承绪著.玻璃工艺热工设备［M］．武汉：武汉工业大学出版社，1995
［3］Hisashi Kobayashi. Advances in Oxy-Fuel Fired Glass Melting Technology［J］. Kyoto, Japan：International Congress on Glass，2004
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