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連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)路線選擇 王寶琛 王飛凌 目前,，我國自主開發(fā)的連續(xù)玄武巖纖維制備技術(shù)分為兩種,，分別為火焰法與全電熔法。 ????一、火焰法 在以耐火磚為主結(jié)構(gòu)的玄武巖窯爐內(nèi),，通過爐頂天然氣純氧（或熱空氣）燃燒或其他物理方法產(chǎn)生的火焰（如等離子焰）把熱能直接送到玄武巖熔體上表面，或以這種加熱方式為主再輔以底部電極加熱，進(jìn)行熔制、澄清以及成形的生產(chǎn)過程及其技術(shù)就是火焰法,。 火焰法小型單元爐沒有底部輔助電極，只有爐頂天然氣燃燒加熱,。這種小型單元爐,，目前在業(yè)內(nèi)是主流。但是,，由于能耗高,、生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品性價(jià)比低,，采用這種技術(shù)的絕大多數(shù)企業(yè)都處于嚴(yán)重虧損,、瀕臨破產(chǎn)狀態(tài)。發(fā)展方向是火焰法池窯,，頂部采用純氧天然氣燃燒,，底部輔助電極加熱，這種“氣電結(jié)合”方法,。目前這種火焰法池窯技術(shù)是制備玻璃纖維的絕對主流技術(shù),，這些玻纖窯爐的運(yùn)行都非常成熟與成功的,，特別是單元窯,，幾乎成為玻纖池窯拉絲窯型設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。人們致力于把這種技術(shù)移植到連續(xù)玄武巖纖維制備上,，經(jīng)過有限次的試錯,，至今未能取得成功。近兩年,，有人另辟蹊徑,，一改純天然火山石原料為配方原料（即摻入大比例的非火山石）,，實(shí)現(xiàn)了1萬噸/年和3500噸/年火焰法池窯生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行。 ????二,、全電熔法 在以耐火磚為主結(jié)構(gòu)的玄武巖窯爐內(nèi),，通過電極（如石墨、鉬,、二氧化錫等）或（和）其他物理方法（如等離子法等）把電能直接送到高溫的玄武巖熔體內(nèi),，進(jìn)行熔制、澄清以及成形的生產(chǎn)過程及其技術(shù)就是全電熔技術(shù),。 我國連續(xù)玄武巖纖維全電熔法制備技術(shù)始于2002年的國家863計(jì)劃,，完成了全電熔法小型單體爐拉絲裝置。直到2016年,，在連續(xù)玄武巖纖維全電熔法拉絲制備技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展,，完成了千噸/年全電熔法池窯技術(shù)中試，采用多排推進(jìn)式電極,，熔體液面深度可達(dá)1300mm,，產(chǎn)品單絲直徑集中在9-22μm之間，綜合單位電耗為3.0-3.5kwh/kg,，表現(xiàn)出良好的節(jié)能效果,；在當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.51元/度的情況下，制備成本下降到6000元/噸,。2018年1200噸/年電熔法池窯生產(chǎn)線（“一拖八”,，采用400孔漏板）正式投產(chǎn)運(yùn)行，平穩(wěn)運(yùn)行3年多,，驗(yàn)證了窯爐壽命可達(dá)到3年以上,。 迄今為止，連續(xù)玄武巖纖維制備技術(shù),，對于純天然火山石原料僅保留在年產(chǎn)千噸級池窯技術(shù)水平上,，而且僅為全電熔法。 三,、兩種技術(shù)路線的比較 玄武巖高溫熔融體的特點(diǎn)是導(dǎo)熱性差,、粘度大，料性短,，也是制備連續(xù)玄武巖纖維的難度所在,。 （一）火焰法 火焰法技術(shù)比較成熟，直接從前蘇聯(lián)（現(xiàn)俄羅斯和烏克蘭）引進(jìn),，經(jīng)玻纖人結(jié)合國情稍加改進(jìn),，就投入使用。在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中暴露出的最大問題是生產(chǎn)成本高、性價(jià)比低,。很大程度上,，這是方法本身物理結(jié)構(gòu)缺陷造成的。 1,、熱利用率低 此法,，天然氣從爐頂噴入燃燒，其火焰直接加熱玄武巖熔體表面,，絕大部分熱量（60%以上）通過熔體表面反射被尾氣帶走,。由于玄武巖高溫熔體導(dǎo)熱系數(shù)較低，僅為玻璃高溫熔體的1/10,，熱傳導(dǎo)速度極慢,，小型單元爐熔體液面深度僅能保持15cm左右；萬噸/年的火焰法玄武巖配料池窯采用底部電極輔助加熱,，液面深度能保持到50cm,。熔體在爐內(nèi)呈盤狀結(jié)構(gòu)，熔體比表面積大,，散熱大,，通過保溫材料流失的熱量大于10%。如此,，實(shí)際熱利用率不到30%,。 2、熔煉質(zhì)質(zhì)量不高 由于火焰法熔體液面淺,，澄清與均化段不能得到充分均化,，熔煉質(zhì)量不高。 3,、廢氣排放 天然氣燃燒產(chǎn)生硫化物,、氮化物等廢氣排放。 4,、溫室氣體排放 天然氣作為化石能源燃燒有大量CO2溫室氣體排放,。 5、設(shè)備投資較大 由于天然氣燃燒廢氣排放,，需要治理措施,。熱利用率低需要采取余熱利用措施。此外,，純氧燃燒還需要制氧設(shè)備,。此三項(xiàng)大大增加了設(shè)備投資?；鹧娣ǖ膯挝煌顿Y大約在1.1-2.0萬元/噸,。 （二）全電熔法 與火焰法相比，全電熔法有比較突出的優(yōu)勢,。 1,、熔煉質(zhì)量高 由于電熔技術(shù)是基于熔體在高溫熔融狀態(tài)下具有導(dǎo)電性的原理，將電能輸入熔體內(nèi)部加熱,，電極垂直布局就實(shí)現(xiàn)了垂直熔化,，年產(chǎn)千噸級的全電融法池窯池深可達(dá) 1.2 m以上，因而有較長的澄清與均化段,，池內(nèi)高溫等溫區(qū)較深,，玄武巖的熔制與均化質(zhì)量較好。 2,、節(jié)能 由于在熔體內(nèi)部直接加熱,、垂直熔化、池深以及液面冷料覆蓋原因,，熔化率高,、熱效率高。首先,，電極直接插入熔體內(nèi)部加熱,，焦耳熱能得到充分利用。其次,，熔體液面深,，其深度接近熔爐內(nèi)直徑，熔體比表面積較小,，且接近最小值,。這種幾何結(jié)構(gòu)較之火焰法盤狀結(jié)構(gòu)散熱面積小很多。再其次,，熔體液面冷料覆蓋,，形成冷爐頂，減少了熱散失,。 3,、低碳 全電熔技術(shù)沒有火焰法燃燒天然氣的碳排放，其碳排放只決定于電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu),。如果使用水電或其他可再生能源,，就可以實(shí)現(xiàn)零碳排放。 4,、投資少 由于沒有火焰法純氧燃燒天然氣,，就不需要投資尾氣環(huán)保治理設(shè)備和制氧設(shè)備；并且全電熔法液面冷料覆蓋,，也不需要投資余熱利用設(shè)備,。全電熔法的單位投資大約為0.8萬元/噸,。 5、成本優(yōu)勢 由于節(jié)能效果明顯以及固定資產(chǎn)折舊較少,，具有顯著的成本優(yōu)勢,。 四、連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)選擇 （一）技術(shù)選擇的依據(jù) 首先是,，在市場競爭中可存續(xù)發(fā)展的問題,。我在《連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考》中指出了，連續(xù)玄武巖纖維面臨性能相當(dāng)?shù)腅-CR玻纖的激烈競爭,，處于十分不利的劣勢狀態(tài),，制造成本的玻纖化是實(shí)現(xiàn)連續(xù)玄武巖纖維在市場中可存續(xù)發(fā)展即產(chǎn)業(yè)化的必要充分條件。因此,，我們的選擇應(yīng)該是投資最小,、制造成本最低的技術(shù)路線。 其次是,，節(jié)能環(huán)保問題,，選擇能耗強(qiáng)度最低、“三廢”排放最少的技術(shù)路線,。 再其次,，溫室氣體排放問題，選擇CO2排放最少的低碳或零碳技術(shù)路線,。 （二）技術(shù)選擇的路徑依賴 企業(yè)的路徑依賴是企業(yè)的慣性依賴,，也是一種惰性，使我們思維固化,，阻擾我們思維轉(zhuǎn)換做出新的選擇,。 由于連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)流程與連續(xù)玻璃纖維的生產(chǎn)流程有著幾何的相似性，因此不少人極力引用目前流行的,、十分成熟的玻纖的生產(chǎn)技術(shù),，這就是純氧燃燒池窯技術(shù)。 自從1988年珠海玻纖廠全套引進(jìn)日本以單元爐為窯型的池窯拉絲生產(chǎn)線以來,，玻纖行業(yè)沿著這條技術(shù)路徑奔跑了30多年,，從引進(jìn)時(shí)的4000噸/年生產(chǎn)線，發(fā)展到10多萬噸/年生產(chǎn)線,，把玻纖的價(jià)格做成了“白菜價(jià)”,，成績斐然。這些窯爐技術(shù)的運(yùn)行都非常成熟與成功,，特別是單元窯,，幾乎成為玻纖池窯拉絲窯型設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。但是,，行業(yè)的原創(chuàng)性技術(shù)是什么,？就只有一項(xiàng),，就是用純氧助燃代替了熱空氣助燃。沒有基本的原創(chuàng)性技術(shù)就靠這條引進(jìn)的技術(shù)跑了30年,，企業(yè)已經(jīng)形成了路徑依賴,，必然要面臨困境。這個(gè)困境就是碳排放問題,。國內(nèi)外碳稅政策的實(shí)施,，以及國家對碳排放的總量與強(qiáng)度的雙控政策落實(shí),，這條技術(shù)路線的發(fā)展前景并不樂觀,。 很多人想把玻纖行業(yè)的這種成熟的技術(shù)路線移植到連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)上來，實(shí)際上移植的是路徑依賴,，這不是明智的選擇,。 （三）產(chǎn)業(yè)化技術(shù)路線的選擇 根據(jù)以上分析，很清楚,，連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路線選擇,，就是全電熔技術(shù)路線。這個(gè)技術(shù)路線是投資最小,、成本最低,、綠色環(huán)保、低碳的技術(shù)路線,。采用這種技術(shù)路線生產(chǎn)出來的連續(xù)玄武巖纖維才是21世紀(jì)綠色纖維,，實(shí)至名歸。 全電熔法與可再生能源結(jié)合可實(shí)現(xiàn)零碳發(fā)展,，完全實(shí)現(xiàn)CDM（清潔發(fā)展機(jī)制）,。其中有幾種組合模式可供參考。 1,、小水電群+全電熔 在水網(wǎng)發(fā)達(dá)的地區(qū),，如四川的雅安和樂山等地，小水電群成了地區(qū)性電網(wǎng),，又有豐富的玄武巖礦石,，非常適合采用這種技術(shù)模式發(fā)展連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)。 2,、（光伏+儲能）+全電熔 ????在日照時(shí)長的地區(qū),，如新疆、內(nèi)蒙以及四川西部等地區(qū),，可以“光伏+儲能”模式發(fā)展分布式能源,，加之這些地區(qū)玄武巖礦豐富，可就地取材,，非常適合采用這種技術(shù)模式發(fā)展連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè),。 3,、（風(fēng)電+儲能）+全電熔 在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，如新疆,、內(nèi)蒙,、黑龍江、沿海以及四川西部等地區(qū),，可以“風(fēng)電+儲能”模式發(fā)展分布式能源,，加之這些地區(qū)有玄武巖礦資源，可就地或就近取材,，適合采用這種技術(shù)模式發(fā)展連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè),。 4、（風(fēng)光互補(bǔ)+儲能）+全電熔 在光伏資源和風(fēng)力資源都豐富的地區(qū),，如新疆,、內(nèi)蒙、黑龍江以及四川西部等地區(qū),，可以“風(fēng)光互補(bǔ)+儲能”模式發(fā)展分布式能源,，加之這些地區(qū)有玄武巖礦資源，可就地或就近取材,，適合采用這種技術(shù)模式發(fā)展連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè),。 （四）關(guān)于全電熔法 關(guān)于全電熔法技術(shù)，按產(chǎn)業(yè)化要求,，目前還不成熟,，還需要在現(xiàn)有年產(chǎn)千噸級中試基礎(chǔ)上，集中優(yōu)勢的人力資源,，采取小步快跑策略,，加快產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)。根據(jù)我們模擬計(jì)算,，年產(chǎn)5000噸全電熔池窯,，原料本地化，采用1200孔漏板,，供電電價(jià)0.35元/度（四川某地電價(jià)）,，就可使生產(chǎn)成本達(dá)到0.4元/噸以下，基本具備成本領(lǐng)先優(yōu)勢,。如果池窯規(guī)模擴(kuò)大到年產(chǎn)1萬噸,，供電價(jià)格0.7+元/度，生產(chǎn)成本也可以達(dá)到0.3+元/噸,，加上低碳優(yōu)勢,，完全具備成本競爭優(yōu)勢。
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