0引言

当前，作为玻璃工业燃料用的重油价格居高不下，同时随着国内炼油工业技术水平的提高，适合于电子工业用优质重油品质越来越难以得到保证。由于电子工业用超薄浮法玻璃附加值高，燃料质量坏好直接影响企业产量质量、经济效益。由于西气东输二线天然气管道在本地区通气，为公司玻璃熔窑使用管道天然气作为燃料替代重油提供便利条件。我公司在2012年10月熔窑运行将近7年时，顺利完成了清洁燃料管道天然气替代重油的改造。

1使用管道天然气与重油对比

1．1天然气是一种优质的清洁能源，玻璃工业的理想燃料

天然气是地层内自然存在的以碳氢化合物为主体的可燃性气体，是一种无色、无毒、无味的优质气体燃料。其主要成分是甲烷（CH₄） 85％～98％，还含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及其他气体成分（如二氧化碳、硫化氢、有时还含有微量的氢）。爆炸极限为5％～15％。根据气体成分，天然气可分为干气和湿气。干气是指甲烷气含量很高（一般定义为甲烷含量大于95％，重烃含量小于5％），在常温常压下不含易液化组分的天然气，有时也称为贫气。根据国家标准GB17820—1999规定，天然气的高位发热量＞ 31.4 MJ / M³ ，总硫含量一类≤100（mg/m³），二类≤200（mg/m³），三类≤460（mg/m³），要求气输送管道在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中无游离水，即天然气经机械分离设备分不出游离水。

1.2管道天然气（干气）

我公司使用的是国家西气东输二线所提供的管道天然气（干气）。与管道天然气相比，重油价格高，使用时预处理程序多，并且杂质含量高（有些杂质很难检测出来），燃烧产物中SO₂含量偏高，环保压力大。2012年出厂价格一度达到5000元/吨，并且需要长途运输、装卸、加热、静置、保温，到浮法主线还要二次加热等，在使用中喷枪易发生结焦、堵塞，甚至会出现大面积喷枪堵塞现象，造成熔化工况的不稳定，进而影响产量质量。

1.3天然气的优点

清洁环保；经济实惠；安全可靠；优质高效。

1.4管道天然气优点

多气源供应；气质稳定；气量充足；三城镇燃气门站供应；气量调配能力强。

燃气公司提供的西气东输二线天然气有关数据如下表：

1.5 使用管道天然气的效果

使用管道天然气替代重油作为玻璃熔窑燃料，能够提升企业产品品质，降低企业运营成本，促进企业快速健康发展。

2本次改造的难点

2.1在线热态下将熔窑的燃料由重油全部改为天然气，而不是国内其他厂家的部分替代。

2.2新增燃气管道及燃烧系统要在不影响现有生产的前提下进行热态施工，而不是向有些厂家那样利用冷修进行改造。其组织施工、人员的劳动强度、如何保证管道的气密性的难度大。

2.3由于燃料燃烧特性不同，对原有的喷嘴砖全部进行热态更换，需要解决喷嘴砖的更换与燃料替代之间的衔接问题。

2.4本工程主气源为西气东输二线管道天然气，为保证生产线的安全运行以及节约成本，原有的重油系统作为应急系统，作为备用燃料，故原有重油燃烧系统、控制系统均予以保留。需要解决重油的有效循环、热备问题。

2.5需要解决在燃料替换过程中如何保证产量、质量的稳定，建立一套适合于天然气的熔化工艺参数。

2.6省去新建LNG应急储配站。根据测算，新建1座LNG应急储配站将直接增加投资达767万元以上，并要建立相应的消防水池，还需要进行程序繁琐安全影响评价。

3本工程具体实施

3.1经与当地燃气公司协商，新建两条DE250中压燃气管道至厂区，长度合计5.9km。厂区内配套建设中压燃气管道约0.5km，浮法生产线配套建设低压燃气管道约0.3 km。调压计量柜1座，调压计量柜具备过滤、调压、计量、气量分配及调节、安全放散等功能。过滤器上安装有差压计，可以十分方便检查出过滤器是否堵塞，配备具有超压切断功能的调压阀，两路供气一路计量一路旁通，两条供气管路上均安装有带体积修正仪的涡轮流量计（附带有远传功能，可将流量等数据及时远传给当地燃气公司）。

天然气系统设计参数：进口至总管压力调节阀最高工作压力为0.25MPa，设计压力0.45MPa。总管压力调节阀至流量控制器间工作压力0.15—0.18MPa， 设计压力0.45MPa。流量控制器至燃烧器间最高工作压力：0.10MPa， 设计压力0.25MPa。

3.2建设熔窑燃气换向室、总管阀门、过滤、计量、压力调节、流量调节、换向等装置，从调压柜至南北各小炉的天然气管道、安装喷枪支架。

3．3因原有喷嘴砖为烧油用，不适合烧气，喷嘴砖全部进行更换。

3.4熔窑原有重油的换向系统及燃烧控制系统要保留，同时要新增燃气换向及燃烧控制系统。也就是说天然气与重油换向同步，天然气控制与重油控制同时都在正常运行中，以确保一旦出问题可以从容地进行重油切换天然气，维持生产的正常进行。这中间存在一个对接过程，此对接过程不能对生产造成不利影响。

3.5需要对熔窑换向等电气、控制系统改造及DCS进行重新编程、调试，主要涉及新增控制模块、天然气参数的监控、调节。

3.6专家系统自主研发改造

原用于重油燃烧引进国外的ESⅢ专家系统通过自主研发改造使之适用于天然气的燃烧。ESⅢ专家系统的控制参数是在当初购进该系统时外国专家现场测试并调试的，我们根据几年来的使用经验，在深入理解其控制理念的基础上，对改气后经过一段时间的摸索，修改了其内部控制参数，使这一系统成功地应用于燃气的控制上。

3．7重油的有效循环、热备

经过多次分析研究，我们对原有重油管路进行了局部技术改造，使之仍然能够保证重油能够到达枪前，并从枪前回到加热室，进而能够回到重油库去，形成了一个完整的重油循环，保证了重油随时处于备用状态。

为便于紧急情况下的应急燃料替换操作，每支备用油枪上都安装了与燃气喷枪支架相配套的转换器，从而使得燃气喷枪支架同样适用于燃重油喷枪。

3．8天然气喷枪选用国内某公司产品，规格一致。按照厂家提供的资料，压缩空气只起到冷却喷枪的作用，并不参与燃烧，我们经过多次讨论、论证，认为压缩空气参与燃烧更有利于火焰的组织，燃烧的稳定，将其改造为参与燃烧。每支喷枪上都安装了相应的压力表，以便根据火焰的燃烧情况进行调整。

4管道天然气替换重油

4.1替换前的准备工作

4.1.1原则：积极稳妥、循序渐进，充分考虑安全、玻璃质量、人员安排、温度制度。

4.1.2根据燃气公司的管道天然气转换进度来确定熔窑的燃料替换进度。

4.1.3在天然气替代工作开始前需合理安排熔窑喷嘴砖的更换进度，同时包括天然气喷枪支撑架的安装，同步进行的还有电气控制系统的替代。同时考虑对设备进行全面检修，集中消化改气所带来的不利影响，

4.1.4替换前根据天然气与重油的热值，测算出各小炉的燃料用量，替换初期适当高出测算值，待窑内工况稳定下来后根据情况适当下调用量。重油热值为9300kcal/kg，管道天然气热值为8770 kcal/m³，以此为基准进行测算。

4.1.5提前3天组织人员对天然气系统进行全面检查，查看所有设备是否达到使用要求，确认是否具备替换条件，如有问题，及时整改，确保没有隐患存在。

4.1.6确定替换时间后，人员提前2小时全部到位做替换前的准备与检查工作。

4.2替换过程

4.2.1替换首先从1#小炉开始，从前往向进行，每替换完一对小炉先观察玻璃质量的变化情况一到三天，根据实际情况再进行下一对小炉的换烧。

4.2.2为确保替换期间玻璃质量，熔化温度适当提高，结合熔窑池底温度的变化情况调整各小炉热负荷。

4.2.3在替换过程中，熔化操作加强观察，同时安排技术人员与生产骨干跟班作业，发现问题及时采取相应的措施，及时调整燃料用量、风气比、风油比来保证窑内温度、熔化工艺制度。

4.2.4在替换过程中采用残氧分析仪对废气进行分析，以此作为调整分支风比的依据。

5替换过程中出现的问题

5.1在替换过程中，为保证料山的位置与正常熔化，1#小炉温度较烧重油时提高了将近40℃。

5.2由于天然气的黑度低，导致辐射传热效果不如重油，为此各小炉垛温度均有不同幅度的提高。

5.3蓄热室顶碹温度和分支烟道温度大幅度升高，随之对工艺制度进行了调整。

6经济与社会效益

6．1玻璃熔窑进行天然气改造，利用清洁能源符合国家未来发展的方向。降低了燃料成本，改气后对比烧重油每年可以节约1200万元以上的燃料成本。由于生产作业稳定，熔化工况十分稳定，提高了熔化质量，黑色杂物明显减少。

6．2改善环保状况。天然气几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧较为完全，热效率较高，减少主要污染物二氧化硫等排放，节省脱硫系统运行维护，减低排污费，对环境保护好处十分明显。按2011年全年用油量计算可减少SO₂排放量620吨/年（按重油含硫量2％计算），从而降低了污染物排放量，从根本上改善环境质量。

6．3玻璃实物质量得到提高，满足电子显示器对基板玻璃的要求，同时迫使国外产品降价，为国家节约了外汇支出，并带动了国内电子产品出口。提高了国内电子显示器产品的国产化程度，进一步降低成本和价格，使百姓得到更多实惠，社会效益巨大。

参考文献：

（1）彭寿，杨京安，平板玻璃生产过程与缺陷控制[M]，武汉，武汉理工大学出版社，2010

（2）贺永德，天然气应用技术手册[M]，北京，化学工业出版社，2010