新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)淺析

楊靜 劉亞丹 符敬慧 鞠麗 王林

(1.中國絕熱節(jié)能材料協(xié)會，北京 100035；2.中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100831)

泡沫玻璃是以富含玻璃相的物質(zhì)為主要原料，添加適量的發(fā)泡劑和助劑，經(jīng)過粉磨，形成配合料；然后將配合料放入耐熱模具中，經(jīng)過預熱、燒結(jié)、發(fā)泡、冷卻和退火等工藝生產(chǎn)而成的輕質(zhì)無機多孔狀玻璃態(tài)材料[1]。因其具有重量輕、導熱系數(shù)小、不燃燒、不霉變、耐腐蝕、無毒、物理化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點，閉孔型泡沫玻璃被廣泛應用于石油、化工、地下工程、國防軍工和建筑等領域，以實現(xiàn)其防腐防水絕熱保溫的功能。開孔型泡沫玻璃被廣泛應用于生物、環(huán)保、建筑等領域，以實現(xiàn)其吸聲、過濾、蓄排水、耐水耐腐蝕等功能。泡沫玻璃作為一種性能優(yōu)良、用途廣泛的保溫隔熱材料，在我國建筑節(jié)能的政策的推動下，必將大有作為。

截至2022年，泡沫玻璃產(chǎn)能約為100萬m3，生產(chǎn)線30多條，產(chǎn)量60萬m3，產(chǎn)能分布主要在河北、江蘇、浙江、河南、安徽等。受益于國內(nèi)石油煉化容器管道保溫的市場需求，目前行業(yè)發(fā)展情況較好，管材的需求量較大(見圖1)，產(chǎn)品應用技術研究和領域拓展得到進一步重視[2]。

中國研究泡沫玻璃最早開始于20世紀50年代初，但是由于理論研究和技術研發(fā)等方面的限制，獨創(chuàng)性和頂層設計缺乏。目前中國絕熱節(jié)能材料行業(yè)推廣的新一代巖棉技術裝備創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)示范線取得了初步成功，泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)近些年來生產(chǎn)規(guī)?？焖偬嵘?，產(chǎn)業(yè)工藝裝備技術進步明顯，已經(jīng)形成了各個產(chǎn)品類型的全面國產(chǎn)化替代。為了踐行新發(fā)展理念，服務新發(fā)展格局，需要繼續(xù)推廣新一代先進工藝技術，鼓勵泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)加快高水平高質(zhì)量發(fā)展，推廣優(yōu)秀絕熱材料普及應用。行業(yè)協(xié)會與國內(nèi)先進企業(yè)聯(lián)手，共同創(chuàng)新研發(fā)新一代泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)的工藝技術裝備等，促進泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)的技術進步，由點及面，帶動整個絕熱節(jié)能材料行業(yè)的綠色、低碳、安全高質(zhì)量發(fā)展，從而達到建筑和工業(yè)節(jié)能降碳的目的。

1 新一代泡沫玻璃生產(chǎn)技術及裝備創(chuàng)新研發(fā)簡介

新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)與新一代巖棉技術裝備創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)示范線路線相同，亦是通過改進和提升泡沫玻璃的生產(chǎn)工藝、設備運行效率等，建造高效、低碳生產(chǎn)的示范線，新一代泡沫玻璃技術及裝備創(chuàng)新研發(fā)將瞄準國際領先水平，并結(jié)合我國應用市場的特點，通過提高產(chǎn)品質(zhì)量和各項性能指標，降低能耗和污染物排放等達到國際領先水平。重點提升原料系統(tǒng)的技術水平、精準控制配料自動化系統(tǒng)；打造智能化的工藝技術生產(chǎn)線，窯爐控制系統(tǒng)；高效環(huán)保治理等。逐步形成智能化、信息化管理與服務體系，改進傳統(tǒng)的經(jīng)營模式，提升行業(yè)綠色發(fā)展水平。

新一代泡沫玻璃項目的推廣與應用，能夠提升建筑節(jié)能和工業(yè)節(jié)能等領域的節(jié)能效果和技術提升，延長工業(yè)和建筑使用壽命，較大地提升工程使用功能，保障工程質(zhì)量的提升，推動施工方式的進步。

2 新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)項目必要性

新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展增勢賦能。我國經(jīng)濟從高速增長轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展，隨著經(jīng)濟發(fā)展方式不斷轉(zhuǎn)變、經(jīng)濟結(jié)構不斷優(yōu)化，發(fā)展動力進入攻關期，居民消費升級，消費能力提高，創(chuàng)新依然是主旋律。泡沫玻璃材料是絕熱節(jié)能材料主要產(chǎn)品之一，是建筑及工業(yè)節(jié)能不可或缺的材料，經(jīng)過多年快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構和產(chǎn)品質(zhì)量已基本穩(wěn)定，需要進一步推進、引領行業(yè)技術提升。新一代泡沫玻璃技術的研發(fā)符合行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需求，主要通過提質(zhì)增效、清潔生產(chǎn)、節(jié)能降耗等提升泡沫玻璃行業(yè)安全綠色高質(zhì)量發(fā)展水平，提升產(chǎn)品國際競爭力，契合新時代的發(fā)展要求，是實現(xiàn)建材行業(yè)碳達峰、碳中和發(fā)展目標的重要實施路徑。

1)實現(xiàn)國家“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略目標的需要。提升泡沫玻璃行業(yè)的工藝技術裝備水平，能夠顯著降低行業(yè)的生產(chǎn)能耗，同時通過產(chǎn)品質(zhì)量提升，提高其應用領域的節(jié)能水平，大大降低工業(yè)設備管道和建筑的能源消耗，減少工業(yè)和建筑設施設備的碳排放，從而對國家的“雙碳”目標順利完成，具有重要作用。

2)規(guī)范行業(yè)發(fā)展的需要。近幾年泡沫玻璃行業(yè)發(fā)展產(chǎn)量越來越大，但還普遍存在企業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)不集中，和不規(guī)范競爭導致的行業(yè)生產(chǎn)秩序混亂等問題，需要對行業(yè)進行規(guī)劃和標準化生產(chǎn)引領。因此，推出新一代泡沫玻璃項目是規(guī)范行業(yè)發(fā)展的需要，也是引領行業(yè)發(fā)展義不容辭的責任。應將新一代泡沫玻璃項目與《泡沫玻璃絕熱制品》(JC/T 647—2014)和《燒結(jié)墻體材料和泡沫玻璃單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 30526—2019)等標準結(jié)合，規(guī)范發(fā)展，推進行業(yè)技術進步。

3)滿足市場對高品質(zhì)絕熱材料的需要。泡沫玻璃作為綜合性能優(yōu)秀的絕熱材料，其A級阻燃、不吸水、性能穩(wěn)定不衰減、能與建筑同壽命等特點，都是目前綜合性能優(yōu)秀的建筑圍護絕熱材料。隨著雙碳目標的提出，市場建筑品質(zhì)的提升，急需綜合性能穩(wěn)定的量化產(chǎn)品供應市場。

3 新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)目標和任務

按照“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念理，對標國際領先泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)技術、裝備技術、產(chǎn)品工藝技術，凝聚行業(yè)力量，通過提升泡沫玻璃產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)線能耗、減少化石能源消耗、降低污染物排放總量、智能化管理、生產(chǎn)線人員定額標準、降低可比生產(chǎn)成本、固廢的零排放等措施，促使各項指標全面達到、部分超越國際領先水平，以滿足國內(nèi)對高質(zhì)量節(jié)能材料的需求。

我國泡沫玻璃行業(yè)是通過對引進技術及裝備的消化、吸收及再創(chuàng)造而發(fā)展起來的，我國科研設計、裝備制造及泡沫玻璃制品骨干企業(yè)通過對其工藝、裝備和產(chǎn)品等方面開展大量的創(chuàng)新性工作而取得了一些突破性進展，并形成了現(xiàn)有的核心技術，應用上，泡沫玻璃裝飾板等新產(chǎn)品處于探索、試驗階段，農(nóng)用泡沫玻璃研發(fā)處于關注階段(見表1)。

表1 國內(nèi)泡沫玻璃技術與國際技術對比表

4 泡沫玻璃產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)指標和路徑

4.1 研發(fā)技術裝備的標準

新一代泡沫玻璃技術裝備屬于新一代研發(fā)項目，單線生產(chǎn)規(guī)模超過8萬m3/年，或達到10萬m3/年；單位產(chǎn)品綜合能耗指標優(yōu)于GB 30526中規(guī)定的各型號泡沫玻璃產(chǎn)品單位能源消耗限額值；自動化及智能化控制、數(shù)字化管理大于95%；環(huán)保水平接近超低排放水平；產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于國家標準和行業(yè)標準。

4.2 研發(fā)內(nèi)容和路徑

1)通過研發(fā)配料系統(tǒng)，以提高裝備的控制精度及原料的均勻性；2)對生產(chǎn)工藝和爐體結(jié)構進行設計優(yōu)化，完善自動化控制系統(tǒng)；3)根據(jù)玻璃在高溫下的物料特性改善退火工藝，進而減短退火時間加大產(chǎn)量的同時提升產(chǎn)品性能；4)優(yōu)化成型工藝，簡化工藝流程，進而降低能耗，降低工作量，減少顆粒排放；5)優(yōu)化生產(chǎn)線整體設計，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；6)研究制定新一代泡沫玻璃技術裝備有關規(guī)范、裝備等。

5 新一代泡沫玻璃技術裝備的技術指標參數(shù)和裝備要求

5.1 新一代泡沫玻璃技術裝備生產(chǎn)線技術指標

新一代泡沫玻璃技術裝備生產(chǎn)線技術指標是根據(jù)行業(yè)標準《泡沫玻璃絕熱制品》(JC/T 647—2014)并結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀進行提升[3](見表 2)。

表2 技術指標表

5.2 新一代泡沫玻璃技術及裝備要求

泡沫玻璃設備的研發(fā)是生產(chǎn)工藝技術創(chuàng)新的體現(xiàn)，為實現(xiàn)領先于國際的新一代泡沫玻璃技術提供了實質(zhì)性的指導與引領，基于本次新一代指標的建立，必將為下一次提升打下良好基礎。表3展示新一代泡沫玻璃生產(chǎn)線設備的參數(shù)，對比之前有所提高。

表3 新一代泡沫玻璃主要工藝設備參數(shù)表(8萬m3/年)

6 結(jié)語

新一代泡沫玻璃創(chuàng)新研發(fā)的關鍵性技術是生產(chǎn)工藝及設備的創(chuàng)新，包括設備加工能力、生產(chǎn)線工藝參數(shù)設置、自動化水平等。要加大設備研發(fā)和應用兩個系統(tǒng)的配合，在《新一代泡沫玻璃技術裝備創(chuàng)新研發(fā)方案》方案后，生產(chǎn)企業(yè)和設計院所根據(jù)方案內(nèi)容進行改進、提升，突破技術瓶頸，研發(fā)出滿足工藝技術參數(shù)的新裝備，并通過產(chǎn)品應用領域?qū)Ξa(chǎn)品性能的要求進行不斷的工藝技術的創(chuàng)新。