壽命周期理論在浮法玻璃熔窯管理中的應用

呂應成

(中國耀華玻璃集團有限公司,秦皇島 066000)

我國第一條浮法玻璃生產線于1971年建成投產，經過25年的發展，1996年浮法玻璃產量首次超過普通平板玻璃，之后持續在平板玻璃總產量中占據主導地位。特別是近年來，國家化解產能過剩，優化產業結構，不斷淘汰落后產能，浮法玻璃已成為玻璃行業發展的主流。浮法玻璃生產線具有一次性投資，連續性生產的特點。一旦生產線建成投產，如沒有特殊情況，至少要運行6年時間。熔窯是浮法玻璃生產過程中最重要的熱工設備之一,人們把它比喻為浮法玻璃生產線的“心臟”。熔窯的運行穩定直接決定著該浮法玻璃生產線產品產量及質量；而熔窯的壽命則直接決定了該生產線的冷修時間[1]。正因如此，浮法玻璃企業總是期待用最優的前期性價比投入，加上使用及維護過程中的精細化管理，最大限度地延長熔窯壽命周期，以降低成本獲取最佳的回報率。

1 壽命周期相關概念

壽命周期是指產品從開始設計到投入使用,直至產品因功能完全喪失而最終退出使用的總時間長度。設備壽命周期管理則以生產經營為目標，通過一系列的技術、經濟、組織措施，對設備的規劃、設計、制造、選型、購置、安裝、使用、維護、維修、改造、更新直至報廢的全過程進行管理，以獲得設備壽命周期費用最經濟、綜合產能最高的理想目標。通過設備壽命周期管理不斷提高產品質量，降低成本，以增強企業的市場競爭能力。

對于浮法玻璃熔窯而言，壽命周期主要涵蓋：設計、砌筑、烤窯、日常使用、維護及維修等幾個方面。浮法玻璃熔窯由耐火材料砌筑而成，是玻璃制造中用于熔制配合料的熱工設備。其主要功能是將按浮法玻璃設計成分配合好的砂巖等混合料在窯內經高溫熔化、澄清并形成符合成型要求的玻璃液。浮法玻璃熔窯經過近50年的發展，無論從結構設計、還是耐火材料的選擇使用，以及現場操作、運營管理等方面，都較過去有了大幅度的提高。國內浮法玻璃熔窯窯齡普遍可以達到6～8年，但與國際先進水平的8～10年相比還有很大差距。需要我們廣大科技人員繼續加強對熔窯的科學研究，改進熔窯結構、作業條件及規范操作，延長熔窯壽命周期。

2 影響浮法玻璃熔窯壽命周期因素分析

按照壽命周期理論，浮法玻璃熔窯的壽命周期大致可分為初始期、成熟期、穩定期以及衰退期四個階段。

2.1 初始期

浮法玻璃熔窯初始期主要涵蓋熔窯的設計、砌筑、烤窯至投產初期。浮法玻璃熔窯設計通常由具有相關資質的設計院(研究院)根據玻璃企業投資情況、產品定位(品種、板寬、厚度等)以及使用要求等內容，對浮法玻璃熔窯熔化能力、結構、耐火材料選用以及保溫等技術指標進行設計。設計中根據窯齡的要求選擇不同的耐火材料；熔窯砌筑是決定熔窯壽命周期的根基，浮法玻璃熔窯的砌筑是以熔窯縱向中心線、1#小爐中心線以及標高為基準。根據所選用耐火磚材質的不同，除要求干砌的部位外，均需用相應的耐火泥漿砌筑，砌體的膨脹縫按耐火磚的膨脹系數計算留設?？靖G則直接關系該座浮法玻璃熔窯所出產品的質量及壽命周期。務必事前制定合理的升溫曲線，并按照預定方案嚴格執行，切記盲目加速升溫。之后熔窯、設備和操作進入運行階段，熔窯的溫度、窯壓、液面等工藝參數需要不斷調試摸索優化，浮法玻璃的總成品率、一級品率、入庫產量等技術指標均受到影響。因此穩定工藝參數和合理的操作規程是加快進入成熟期的前提。

2.2 成熟期

浮法玻璃熔窯成熟期階段，對熔窯的溫度、窯壓、液面等指標，原料、燃料、設備等工藝參數均已摸索出一定的經驗，控制及操作得當。此時要重點關注偶發事件的影響，尤其是偶發事件對熔窯造成的后續問題。要減少黑天鵝事件，一是用記錄正確評估和衡量風險；二是不遺余力地尋找任何看似毫不相關的風險之間可能存在的相關性，在熔窯使用中適當用技改去延長成熟期。特別是應注意生產計劃的合理性，包括轉產變化、拉引量調整等，都會影響熔窯壽命周期。

2.3 穩定期

對熔窯的溫度、窯壓、液面等指標，原料、燃料、設備、工藝參數等控制相對穩定。此時因長期使用，但設備及熔窯系統逐漸老化，問題漸顯，帶有普遍性和規律性，如解決不當有可能由小問題轉化成大問題，使熔窯進入衰退期。要杜絕灰犀牛事件，就必須用制度去保證。杜絕得過且過造成的問題延誤，杜絕手忙腳亂解決問題。此階段用制度規范運行、穩定拉引量等工藝參數、科學診斷和養護是延長熔窯壽命的保證。

2.4 衰退期

熔窯運行晚期，問題不斷增多，窯壓不穩，出現熔洞及池壁磚有透紅等現象。該階段應制定排查隱患的措施并及時對熔窯進行日常維護、維修及熱修補，適當降低拉引量，增加風機降低溫度，以延長熔窯的壽命周期。

3 延長浮法玻璃熔窯壽命周期管理建議

對于不同熔化能力、生產不同產品品種的浮法玻璃熔窯而言，延長壽命周期的管理方法也各不相同。該文以國內某設計窯齡8年的浮法玻璃熔窯為例，分享浮法玻璃熔窯在投入使用后的初始期、成熟期、穩定期以及衰退期的使用管理經驗。

3.1 浮法玻璃熔窯實例存在問題

該座浮法玻璃熔窯設計窯齡8年，于2011年點火投產。熔窯全部使用國產耐火材料，設計熔化量500 t/d。主要產品有茶玻、灰玻等顏色玻璃。該熔窯在投產前就存在一定設計缺陷，直接影響到了玻璃產量和質量。如該熔窯噴嘴磚設置靠后，氣槍火焰的噴射對掛鉤磚燒損嚴重；熔窯池底沒有采用階梯型池底結構，給玻璃熔化質量和節能造成了較大困難；熔窯冷卻部池底保溫不好，導致微氣泡難以消除。在投入使用后，由于客觀原因也對熔窯造成一定的損害。如在生產過程中，由于轉色頻繁；由于外網供電線路突發故障，造成全廠停電24 h；投產初期使用油氣混合燃燒，燃燒系統沒有采取單槍控制，不能精確控制油流曲線及火焰長度，對熔窯燒損嚴重。

3.2 浮法玻璃熔窯初始期管理建議

浮法玻璃熔窯初始期，即熔窯工藝設備磨合階段。此階段機械處于磨合過程，嚙合不順，潤滑油污染快，緊固件也容易松動，電氣系統處于元件的初始“時效老化”時期。容易出現電參數的漂移或偏差，加上操作的熟練度不夠，出現故障的頻率較高。此時設備管理采取措施主要包括對設備的檢查、記錄、緊固、調整、潤滑、磨合期的油品替換、控制生產負荷逐漸達到設計值。熔窯通過記錄、觀察、檢測等手段逐漸將原料、料堆、泡界線、熱點、窯壓、火焰長度等控制在合理的范圍內。同時對操作人員進行嚴格的技術培訓，制定合理的操作規程，規范操作。

3.3 浮法玻璃熔窯成熟期管理建議

浮法玻璃熔窯成熟期熔窯的控制方法主要包括：通過記錄去評估風險，通過技改解決問題，實現提質增效。在經過設備磨合及工藝的調整后，熔窯逐漸進入成熟期。此時，為了穩定生產并維護好熔窯，主要采取以下措施：

3.3.1 用數據記錄保障熔窯安全

為了保證熔窯及生產設備的合理使用，適應生產需要，便于進行技術分析，在原有的熔窯日常運行記錄的基礎上，建立完善了熔窯技術檔案。包括設計任務書、設計計算書、設計圖、竣工驗收資料、熔窯所用耐火材料技術資料。主要設備明細及維護保養記錄，熱工測量、控制系統和燃燒系統使用和維護保養要求，熔窯運行工藝規程等一系列技術檔案，保證做到熔窯的每一階段都有檔案可查，進行技術分析，做到了有“癥”必查，治“病”有依，對熔窯的安全運行提供依據。

3.3.2 用電子檔案促進熔窯健康

為了保證熔窯安全運行，生產更加優質的玻璃，建立了熔窯內窺檢查電子檔案，做到了數據可對比、可分析化。依托專業的技術、專業人員操作，根據實際需求對熔窯進行檢查并建檔，根據電子檔案，提前規避風險，保障了熔窯安全運行，全面延長熔窯使用壽命。

3.3.3 用環保技術延長熔窯壽命

環保指標具有一票否決權，只要熔窯煙氣中二氧化硫和氮氧化物等污染物不滿足國家排放標準，無論熔窯的窯齡長短，隨時都面臨著停產的可能性。為了保證達標排放，該熔窯進行了全方位的保溫，定期檢測各小爐余氧含量；控制配合料，水分在4%左右；優化原料配方，硫酸鹽用量保持下線，減少燃燒時產生的顆粒物。在不影響生產的情況下優化風火比，減少燃油的用量，減少煙氣中的硫化物含量。同時為了保證煙氣實現超低排放，將燃料混燒改為純天燃氣，減小燃料中的硫含量；加強煙道密封，減少煙氣含量，降低廢氣處理量；加強對熔窯壓力和火焰的控制，減少熔化部高窯壓對耐火磚的燒蝕，減少熱損失；保持冷卻部窯壓高于熔化部，防止堿性氣體經過卡脖進入工作部，堿性氣氛會侵蝕工作部的硅質大碹和胸墻，從而產生鱗石英結石；實時跟蹤煙氣在線排放監測數據，定期檢查各部廢氣排放治理工作，減少熔窯廢氣的產生，降低對環境的污染[2]。

3.3.4 用工藝調整提升熔窯效率

1)為保證廢氣充分利用，將生產中的煙氣用于余熱發電，減少外部供電。同時加強內部管理，嚴格控制原料及能耗，科學制定精細的水、電、天然氣等使用指標。做到有效降低能耗的使用成本，提高能源利用率。

2)為保證降低能耗同時提高熔窯產量，定期測定每個小爐廢氣中氧含量來確定各個小爐的燃燒情況，分析風火配比是否合理，精確調整火焰燃燒。

3)為了保證參數準確性，定期對儀表進行校正，減少因檢測參數不準確帶來錯誤的工藝調整?？刂茻犭娕济扛?周進行校正，碹頂熱電偶每隔12周進行校正。

4)增加鼓泡系統加快玻璃液對流，使配合料更容易熔化，還有助于玻璃液的均化和澄清，減少助熔劑和澄清劑的使用，提高熔化效率。

5)改變氣槍噴嘴擴散角度，降低火焰噴射角度對掛鉤磚的損害，解決困擾產品升級的色道缺陷[3]。

3.4 浮法玻璃熔窯穩定期管理建議

浮法玻璃熔窯穩定期采取制度規范運行、科學診斷方法延長熔窯壽命周期。這個階段看似穩定，實際上潛在的隱患非常多，小問題很有可能轉換成大問題，因此一定用制度規范運行，實行精細化管理。

3.4.1 建立實施四級巡檢制度

為了保證玻璃熔窯的穩定及安全運行，建立實施熔窯四級巡查制度(即班組每班巡查；工段進行日常巡檢；車間每周進行檢查；公司每月進行由生產、技術、槽窯等熔窯專家、技術人員和一線管理者參加的聯合查窯制度)，時時關注熔窯變化情況，從生產控制上嚴格落實各項工藝管理制度。巡檢重點放在熔化部、投料池拐角、熔化部池壁、胸墻、小爐、卡脖拐角、吊墻、蓄熱室等部位，關注熔化部大碹、冷卻部大碹、池底等。發現問題及時按照公司制定的應急預案或應急處置措施處理和上報，把隱患消除在萌芽狀態。

3.4.2 適時優化調整工藝參數

根據熔窯使用情況，分析熔窯運行狀態，不斷優化調整工藝指標，包括溫度曲線、窯壓、液面、料堆、泡界線及燃燒工藝操作參數，根據不同的燃料品種、質量制定相應的燃燒工藝參數，跟蹤反饋，持續改進。

3.4.3 問題專業治理

為了保證對熔窯的狀況進行實時監控，建立熔窯維護專業隊伍，堅持隱患抓小抓早。在工段設立專業保窯人員，專人專治，對日常巡檢發現的隱患和問題及時處理。如根據火焰的情況，判斷格子體的堵塞情況并及時清理。采用風冷措施對池壁進行保護，通過對池壁液面以下100 mm左右的外側吹風冷卻，使池壁磚內部的局部溫度下降，延緩料堆及玻璃液對池壁磚的侵蝕。通過檢測科學設置吹風位置和吹風量，減少池壁磚侵蝕速度，防止池壁風控制不穩定引起池壁磚受急熱急冷而炸裂。

3.5 浮法玻璃熔窯衰退期管理建議

浮法玻璃熔窯衰退期應及時采取熱修、熱補等維護措施，同時適當降低拉引量，熔窯內部保溫、外部冷卻等方式，延長熔窯壽命周期。

3.5.1 對風險進行辨識，分級管控，提升熔窯安全保障

為全力保障熔窯安全運行，制定全面排查熔窯運行風險的工作計劃，車間組織具體實施方案，將辨識的風險進行分級管控。對風險隱患窯體鋼結構、拉條進行檢查加固。對易燒損部位進行加強巡查，對池壁根據各部位溫度變化和侵蝕程度不同，分層次進行綁磚和加強冷卻處理，對堵塞的蓄熱室格子體進行疏通、維修，保證蓄熱暢通及燃料充分燃燒。大碹、胸墻有熔洞，及時進行封堵和焊補[4]。

3.5.2 制定搶修應急預案，定期進行模擬演習

為了防止出現突發狀況，制定熔窯應急處理預案并定期進行演練，保證應急隊伍處理各種事故的反應速度。通過應急演練，強化員工的操作能力和處理突發事件應對能力，防止大事故發生。

3.5.3 以質量監督安全體系為紐帶促進熔窯安全管理

建立和完善企業內部的安全生產責任制度。明確各崗位的生產權利和職責，積極抓落實，保證各項工作的順利開展。為了調動企業工作人員的生產和工作的積極性、主動性和創造性，將薪酬和工作表現掛鉤。

應用壽命周期理論，通過實施上述管理措施，該設計窯齡為8年的熔窯目前已平穩運行9年時間，且預計仍可繼續運行1年。

4 結 論

該文應用壽命周期理論，通過實例分析，摸索出一整套相對完整的，在浮法玻璃熔窯初始期、成熟期、穩定期以及衰退期等不同時期的管理措施和經驗，對延長浮法玻璃熔窯窯齡具有一定的指導性意義。