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    新一代巖棉技術裝備創新研發攻關行動方案

    來源:中國建筑材料聯合會(官網)  撰稿人:  發布時間:2020年04月27日 瀏覽:
    摘要:

    【中國建筑材料聯合會(官網)】中國建筑材料聯合會高度重視行業科技創新、轉型升級、高質量發展工作,多次強調新一代技術裝備創新研發攻關的重要性和緊迫性,中國絕熱節能材料協會按照中國建筑材料聯合會的統一安排和要求,編制了《新一代巖棉技術裝備創新研發攻關行動方案》。

    新一代巖棉技術裝備創新研發攻關行動方案

    中國建筑材料聯合會  中國絕熱節能材料協會

      中國建筑材料聯合會高度重視行業科技創新、轉型升級、高質量發展工作,多次強調新一代技術裝備創新研發攻關的重要性和緊迫性,中國絕熱節能材料協會按照中國建筑材料聯合會的統一安排和要求,編制了《新一代巖棉技術裝備創新研發攻關行動方案》。

      一、新一代巖棉技術裝備創新研發項目背景

      創新驅動轉換新的動能,新的動能改變發展方式,新的發展方式提升產業進步。作為中國建材行業之一的絕熱節能材料行業同樣處于結構調整、轉型升級的重要發展時期。

      中國建筑材料聯合會推廣的第二代水泥及玻璃生產工藝技術取得了初步成功,冀望建材行業內各個產業,吸取水泥、玻璃二代的成功經驗,并在各自產業內推動行業工藝技術進步,推廣新一代的先進工藝技術,提高行業發展質量,滿足我國高質量經濟發展需求,滿足人民群眾對高質量產品的需求,對高品質生活的需求。絕熱節能材料行業門類較多,行業內各產業工藝技術水平發展參差不齊,但是都存在新一代技術裝備的提升需求,其中巖棉行業目前是行業中工藝技術水平發展較好的產業,總的產業規模大,工藝技術裝備水平有進一步提升迫切需求,所以絕熱節能材料產業的新一代裝備技術以巖棉產業為突破口,首先進行新一代的裝備技術研發工作,以點帶面,從而帶動整個絕熱節能材料行業的高質量發展。

      中國的巖棉生產線最早從歐洲引進,巖棉及其制品也多用于工業保溫,隨著我國建筑節能的不斷推進,具備A級防火功能的保溫材料巖棉產品進入建筑外墻外保溫的領域,建筑保溫的需求量大,催生了巖棉產業的快速發展,截止2019年底,我國巖棉產能750萬噸,產量320萬噸,隨著建筑節能市場的開拓,建筑市場對巖棉產品的功能和性能也提出新的要求,從巖棉最初的A級保溫材料,拓展到A級保溫、長壽命、高效、安全,以及進一步提高產品物理性能、產品的部品化等。巖棉材料更高發展要求主要通過提高巖棉的工藝技術裝備研發水平,同時在降低能耗、降低污染物排放量的同時實現巖棉產業的高質量發展。目前巖棉行業還存在單線生產規模小、生產線自動化程度及智能化水平不高的問題。基于時代進步、科技進步的要求,行業產品的轉型升級需求及高質量發展需求,并依據中國建筑材料聯合會《關于組織制定新一代技術裝備創新研發攻關行動方案的通知》,我會提出在巖棉行業推動新一代巖棉生產技術及裝備研發項目,提高行業規模化水平、提高智能化制造水平,提高污染物治理水平,對新一代巖棉生產技術及裝備研發項目(簡稱:新一代巖棉技術),并聯合國內科研機構、設備制造、自動化控制機構、環保治理企業,對新型巖棉技術進行研發,并在行業內推廣,提升行業的整體發展水平。

      二、新一代巖棉生產技術及裝備研發項目必要性

      (一)巖棉行業高質量發展的需要

      我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段。經濟在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期,居民消費加快升級,創新進入活躍期。絕熱節能材料是建筑及工業節能不可或缺的材料,行業發展必須契合國民經濟的方式,由高速增長向高質量發展轉變,優化發展結構,不斷創新發展。巖棉材料是絕熱節能材料的重要組成部分,經過多年快速發展,行業規模擴大,迫切需要行業的轉型升級。新型新一代巖棉技術的研發符合了巖棉高質量發展的需求,也是響應新時代的發展要求。巖棉高質量發展主要體現為產品質量不斷提高、生產過程清潔高效、經濟效益和社會效益保持在較高水平、國際競爭力不斷提高。

      (二)整合提升巖棉行業技術發展水平

      我國巖棉工業基礎理論研究滯后,致使技術裝備研發創新與拓展難以突破,總體上缺乏獨創與超越,自主創新能力較弱,雖然也在進步,但缺乏長期發展的頂層設計。由于研發缺乏理論指導和創新研發投入不足,自主知識產權較少、技術儲備少,一些共性、前瞻性、基礎性關鍵技術缺乏突破與拓展,如熱耗常常由原料、燃料的品位不同和配置不當而隨之波動,污染物的排放未能從本質上得到有效解決。新型巖棉技術的研發是對行業技術發展的頂層設計,能夠提升行業的理論知識和創新發展技術,能夠整體提升巖棉行業的技術發展水平。

      (三)規范行業發展的需要

      隨著巖棉行業量產越來越大,行業發展缺少整體規范和標準化,還存在較多的小、散企業,不規范競爭導致行業生產秩序混亂,產品質量不能保證,企業效益下滑等問題,行業協會具有協調、引領、服務行業發展的職能。因此,協會推出新型巖棉技術項目是規范行業發展的需要,也是行業協會引領行業發展義不容辭的責任。協會將新一代巖棉技術研發項目與巖棉工廠設計標準(GB51379-2019)結合起來,共同推進巖棉行業技術進步,規范行業發展。

      三、新一代巖棉生產技術及裝備研發的定義與內涵

      新一代巖棉技術裝備創新研發是指巖棉生產過程中通過完善和提升工藝技術、提高設備運行效率及智能化、產品物流智能化從而達到低耗綠色生產的巖棉制造示范線,重點在于高效率熔制、成纖、成型系統技術;精準控制配料自動化系統;以及高效環境治理、余熱利用等行業核心技術;高性能的成套技術裝備。

      著力研發推進互聯網、云計算、大數據在巖棉行業的應用,逐步實現巖棉個性化定制產品配送系統;建立巖棉產品應用試點工程數據庫。發展電子商務,建立巖棉供應、采購電子商務和服務平臺,提升巖棉物流信息化和供應鏈系統,構建“互聯網+行業”的管理服務體系,改變傳統經營模式、積極探索巖棉行業互聯網、大數據應用新的發展模式,推動行業經營模式的轉變。

      新一代巖棉技術及裝備創新研發將同時推進巖棉裝備制造業的技術提升,著力推動巖棉工業整裝裝備制造水平的提升,瞄準國際領先水平,實現巖棉質量、產品性能及應用功能達到世界一流,綜合能耗和污染物排放以及各項技術經濟指標達到或超越國際領先水平。

      新一代巖棉技術及裝備創新研發項目能夠提升巖棉產業的整體裝備技術上一個新臺階,巖棉產業性能也有顯著提高,有利于整個建筑節能領域的技術提升,增加建筑保溫層的使用壽命,從而減少由于建筑保溫失效帶來的二次投資、減少建筑物由于安全問題帶來的不良影響,大大提升建筑物的使用功能,促進建筑質量的提升,推動建筑施工方式的進步,從而滿足人民日益增長的美好生活需要,促進社會和諧發展。

      四、新一代巖棉技術裝備創新研發目標和任務

      (一)指導思想

      確立“創新提升、超越引領、資源善用”指導思想,以瞄準國際領先水平為研發目標和目的,組織全行業的力量、凝聚智慧實施研發和創新提升,使巖棉行業新一代巖棉技術裝備創新研發總體上有較大的提高,實現新的跨越。

      (二)目標定位

      滿足國內對高質量節能材料——巖棉產品的需求,通過工藝技術水平提升、裝備的精細化制造銜接,達到智能化高水平制造。技術經濟、環保水平指標全面達到或超越國際領先水平。

      (三)總體目標

      以行業發展問題為導向,借助中國高質量發展的機遇,以世界巖棉工藝與設備制造技術為目標,全面提升我國巖棉的工藝技術與裝備水平,使巖棉工藝技術與裝備達到世界領先水平。到2022年底取得成效,建設新型巖棉技術示范生產線1-2條,單線生產規模3或5萬噸,生產線的產品質量和穩定性顯著提高、產品生產效率明顯優化、智能化水平明顯提升、單位產品綜合能耗及污染物排放能夠有效降低。

      (四)主要任務

      按照巖棉行業生產工藝,分為兩個層面研發設計,一是提升關鍵技術工藝水平和裝備質量,淘汰落后裝備。以單體關鍵設備(如原料系統、熔制爐、離心機、成型機組、固化爐、輔助系統、環保治理設備等)為標的,進行關鍵設備的研發設計;二是整條生產線成套技術優化升級設計研發,提高行業的綠色化生產水平,完善巖棉生產標準化體系。

      1、主要任務分解目標:

      (1)提升巖棉產品質量

      通過對巖棉成型機理及工藝技術的研究,根據工藝參數研發和設計核心設備,優化升級生產線成套裝備,通過提升巖棉纖維質量,提高和穩定產品質量和耐候性等性能指標。

      (2)降低生產線能耗

      降低生產線重點工段能耗水平:熔制工段能耗(電爐熔制工藝、立式熔制爐工藝分別提出降低指標);減少固化工段能耗;廢氣焚燒工藝技術提升余熱利用減少化石能源消耗。

      電力能耗水平指標:通過電氣智能化改造、變頻電機應用減低單位產品電耗。

      通過上述技術提升顯著降低生產線能耗。

      (3)通過減少化石能源消耗,顯著降低污染物排放水平;污染物排放指標:提升環保設備治理水平,降低顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放量。

      (4)應用高效的數字化管理系統,提高生產的智能制造水平;大幅度提升勞動生產效率,管理成本降低10%-30%。

      (5)生產線人員定額標準:30000 t/年,生產線操作員工30人。

      (6)可比生產成本降低10%~20%。

      (7)增加生產線固廢處理設施,達到固廢的零排放水平。

      2、發展重點:對標國內外巖棉產業主要技術、裝備、產品主要技術,發力主要差距,提升行業整體水平

      我國巖棉行業的生產技術主要是在引進國外二流技術及裝備的基礎上發展起來的,通過對這些引進技術及裝備的消化、吸收及再創造,形成了現有的技術裝備水平及設備制造能力。近年來,國內科研設計、裝備制造及巖棉制品骨干企業在工藝技術、裝備加工與產品制造等方面做了大量的創新工作,取得了一些突破成績,并形成了一定的核心技術。

      但總體來看,無論是工藝技術裝備還是巖棉制品生產和應用的創新開發,仍處在引進、消化、吸收、模仿和追趕階段,自主創新不足,在一些方面與國外相比存在較大差距,例如:國外已成功開發運用雙離心機,甚至三離心機技術,不僅單線規模大,生產效率高,生產過程穩定,可控性好,產品質量優質穩定。而我國目前巖棉生產的關鍵設備運行穩定性差,故障率高,需長時間調試才能生產出高質量巖棉產品并且質量不穩定,造成生產運行不暢、效率低。此外,在設備研發、設備精加工、生產線自動控制、生產能耗、環保及運行管理水平等方面與國外有很大差距。

      同時在應用開發方面,國外非常注重巖棉制品的性能及應用領域的開發,如國外某公司,除了生產用于建筑及工業領域的保溫隔熱產品外,還開發生產了農用巖棉、吸音吊頂板、巖棉裝飾板、摩擦材料、道路減振材料等產品,此業務的營業額已占公司總營業額的23%。我國對巖棉產品及用途的創新開發力度不夠,目前,對農用巖棉研發還處于探索、試驗階段,巖棉裝飾板等新產品還處于關注階段。

    國內巖棉技術與國際技術對比表

    序號

    類別

    與國際水平對比

    其他

    1

    技術水平

    基本同步

      

    2

    生產裝備

    制造精度欠缺

    國內加工制造限制

    3

    產品質量

    質量穩定性差

      

    4

    從業人員

    差距大,產業工人職業化程度低

      

    5

    產品應用

    差距較大,應用領域尚需開發

      

    6

    設備研發

    差距較大

      

    7

    生產能耗

    有差距

      

      針對行業差距,組織行業攻關;針對生產裝備問題,協調相關科研院所、生產企業,提升整體裝備水平,降低生產能耗;培訓從業人員,促進人員技術交流,增加行業技術人員數量和技術水平。

      3、企業自選課題

      鼓勵企業根據新一代巖棉技術裝備創新研發的總體要求,根據企業的創新資源優勢,以達到和超越世界先進水平為目標開展研究開發工作,對于研發中所取得的優秀成果同樣予以認可和擇優選擇,對于需要國家進一步支持的或者需要作為示范工程建設的,需要申請的政策性支持的可申報專題資金。

      五、巖棉產業創新研發的技術、裝備的達標標準,對應的研發內容和研發路徑

      (一)研發技術、裝備的標準

      新一代巖棉技術裝備單線生產規模達到3或5萬噸;單位產品綜合能耗不大于390千克標準煤;自動化及智能化控制數字化管理大于95%;環保水平接近超低排放水平;產品質量優于國家標準。

      (二)研發內容

      關鍵的單體設備的研發:

      1、原料系統自動化配制系統和提高控制精度及原料均勻性技術裝備;

      2、根據熔體性能及熔制工藝,優化設計爐體結構,同時完善流股溫度、流量的自動控制系統;

      3、CO焚燒量自動控制技術,實現煙氣處理系統穩定運行;

      4、根據流股熔體的熱力學和動力學性能,研制離心機成纖設備,穩定高效運行,成形纖維細長離散度小,降低產品的導熱系數;

      5、整體生產線優化升級設計,實現生產線自動化、智能化,全面提高產品質量和生產效率;

      6、制定新一代巖棉技術裝備的技術規范,工藝技術及裝備,按照規范條件來研發配套。

    巖棉生產工藝流程圖

      (三)研發路徑

      (1)在行業內組織企業參加設備研發和工藝研發,以科研設計院所牽頭,遴選幾家技術力量雄厚的企業協同研發,組織技術攻關。在具體研發工作中引入競爭機制、協同機制、分享機制,共同攻克關鍵技術難題。

      (2)依托設計院、科研單位,研發整條生產線的工藝技術,對廠區總圖、工藝布置、自控系統、廠區管網等進行設計優化。

      (3)生產線的研發路徑

      新一代巖棉技術裝備是提高巖棉生產水平的關鍵,也是巖棉生產技術載體。裝備水平提升才能生產出高質量的巖棉產品,同時注重原材料的開發、配比,以技術裝備合理配置、生產工藝參數設置為突破點,并配備高水平生產技術人員,建設新一代巖棉技術裝備研發生產線。

      六、新一代巖棉技術裝備的能耗指標、排放指標、人均產量、勞動生產率、資源綜合利用水平、信息化、智能化水平達到國際領先水平或國際先進水平

      (一)新一代巖棉技術裝備生產線技術指標

    序號

    指標名稱

    指標要求

    1

    原料區揚塵

    ≤20mg/m3

    2

    原料庫密閉

    70%

    3

    配料精度

    ≥±1%

    4

    固廢用量

    鼓勵不使用天然礦石,生產過程中的固廢自我消化(批料含30%的固廢)

    5

    噪音

    ≤50分貝

    6

    系統動態偏差度

    2/1000

    熔制

    7

    噸熔體能耗

    ≤180公斤標煤

    8

    流股流量波動性

    ≤±5%

    9

    流股溫度波動性

    ≤±30℃

    成纖

    10

    成纖率

    ≥80%

    11

    粘結劑有效利用率

    ≥80%

    集棉

    12

    一次氈面密度

    ≤350g/㎡

    13

    面密度波動性

    ≤±5%

    14

    自清潔

      

    固化

    15

    噸產品能耗

    ≤37公斤標煤

    制品加工

    16

    長度精度(巖棉板)

    -3mm~+10mm

      

    長度精度(巖棉條)

    -3mm~+10mm

    17

    寬度精度(巖棉板)

    -3mm~+5mm

      

    寬度精度(巖棉條)

    -3mm~+3mm

    18

    厚度精度(巖棉板)

    -3mm~+3mm

      

    厚度精度(巖棉條)

    -2mm~+2mm

    19

    平整度偏差

    ≤6mm

    20

    容重偏差

    ±8%

    21

    抗拉強度(TR100巖棉條)

    ≥100kPa

      

    抗拉強度(TR15巖棉板)

    ≥15kPa

      

    抗拉強度(TR10巖棉板)

    ≥10kPa

    22

    抗壓強度(巖棉條)

    ≥80kPa

      

    抗壓強度(厚度<50mm巖棉板)

    ≥20kPa

      

    抗壓強度(厚度≥50mm巖棉板)

    ≥40kPa

    23

    剪切強度(巖棉條)

    ≥20kPa

    24

    剪切模量(巖棉條)

    ≥1.0MPa

    25

    密度均勻性

    ±8%

    自控

    26

    數字化運行

    全線數字化系統執行率>90%

    27

    數字化管理

    全線生產及管理運行執行率>95%

    28

    生產過程控制參數采集率

    1

    29

    生產全系統最優參數運轉率

    >98%

    30

    能源管理系統投入率

    1

    31

    智能控制技術

    原料、熔制、成纖、成型、固化、后加工及各輔助生產系統全部實現計算機智能控制,并具備通訊功能

    綜合消耗

    32

    噸產品綜合能耗

    ≤390公斤標煤

    33

    噸產品原料消耗

    ≤1.4t

    環保

    34

    顆粒物排放

    ≤20mg/m3

    35

    SO2 排放

    ≤50mg/m3

    36

    NOx排放(以NO2 計)

    ≤200mg/m3

    37

    游離酚

    15mg/m3

    38

    游離醛

    20mg/m3

    39

    車間粉塵濃度

    10 mg/m3

    40

    噪音

    50分貝

    41

    勞動生產率

    ≥0.5噸/時*人

      (二)新一代巖棉技術及裝備要求

      巖棉生產工藝技術的創新是設備研發的依據,支撐新一代巖棉技術的實際建造,并不斷完善。

      新一代巖棉主要工藝設備參數表(年產3萬噸)

    序號

    工藝設備名稱

    設備功率(Kw)

    設備能力(t/h)

    最大運行效率(%)

    1

    原材料輸送設備

    20

    8

    98

    2

    熔制爐(立式熔制爐或電爐)

    120

    6

    95

    3

    離心機

    510(含風機)

    4.5

    95

    4

    集棉設備

    100

    6

    95

    5

    打褶機

    50

    6

    95

    6

    固化爐

    420

    6

    98

    7

    切割設備

    260

    6

    98

    8

    包裝設備

    100

    8

    98

    9

    環保設備(立式熔制爐)

    230

    6

    100

    10

    環保設備

    600(含濕電)

    6

    100

    11

    控制系統

    10

    6

    100

    12

    智能包裝碼垛系統

    120

    8

    100

    13

    智慧物流系統

    15KW

    3-5公里/小時

    95

      七、新一代巖棉創新研發的關鍵技術與瓶頸,實施與措施及支撐點,工作分工、責任分解

      (一)關鍵技術  

      新一代研發關鍵技術是生產工藝技術的創新及設備研發能力、設備加工能力、生產線工藝參數設置、自動化水平等。

      (二)技術瓶頸

      新一代巖棉技術裝備研發項目方案發布后,關鍵生產設備的研發、新一代生產線示范線選取、生產技術人員的操作水平及新產品的市場推廣是研發項目目標的技術瓶頸和難題。

      受制于設備研發能力弱,設備研發與設備運轉水平存在瓶頸,國外先進的設備均依托于工藝技術,通過產品應用領域對產品性能的要求不斷進行工藝技術的創新,研發出滿足工藝技術參數的新裝備,提高設備的應用水平,迅速完善設備的不足,提高設備運轉效率。

      我國設備研發和應用是兩個系統,設計院或設備制造企業研發設備,生產企業購買設備,設備研發與設備運行脫節,造成設備運行效率差。

      (三)實施與措施

      協會利用協會平臺組織引導,由行業內有科研隊伍的科研院所負責實施。把工藝設計、設備生產、生產線建設運營有機統一起來,提升設備加工精度,設備運行效率。工藝設計總結以往經驗,提升工藝設計水平,保障生產線的安全、高效運行,為建設單位提供技術支持、技術人員培訓交流,提升技術人員的設備操控能力,整體提高生產線的運轉效率,降低能耗,減少污染物排放,達到整體提高巖棉產品的制造水平。

      主要措施:

      (1)由中國絕熱節能材料協會組織行業力量成立聯

      合新型巖棉技術研發領導小組,并負責總體領導和組織聯絡。

      (2)由科研院所負責研發工作,并注意研發工作前

      移,在原材料的性能研發,工藝技術裝備的投入、實施、推進等。

      (3)編制新一代巖棉技術裝備方案標準規范,新一代

      技術有明確的量化標準及指標。

      (4)研發過程中產生的各項成果,可在生產線新建或

      改擴建應用,協會組織對該裝備技術進行技術鑒定巖棉新一代標識。企業新建或改擴建生產線,依據新一代巖棉技術規范實施建設,協會組織專家委員會按照標準規范技術鑒定或驗收,并頒發新一代巖棉技術裝備標識。

      專有設備生產企業可以投入資金研發新一代設備,在運    行安裝、達標投產后,協會可以組織對專有設備鑒定驗收,并頒發新一代技術裝備標識。

      (5)資金支持,協會向國家主管部門申請新一代巖棉設備專項研發資金,或者爭取國家固定資產投資資金補貼。協會組織聯合有實力企業、投行、產業基金,對研發裝備企業形成正向激勵機制,鼓勵研發投入。

      (6)行業協會負責在行業內推廣新型巖棉技術。

      (7)新型巖棉技術的知識產權保護。新一代技術是凝聚行業力量發展的新技術,凝聚了行業內企業、專家、學者的智慧,具有較高的應用價值,必須對其進行知識產權保護,有利于培養行業內技術研發的良好氛圍。

      (四)項目支撐點

      新一代巖棉技術以新建企業為支撐點,選擇一家意向新建生產線企業,協會聯合科研設計院所對設備制造、工藝設計、環保、自動化控制、建設企業共同謀劃并組織實施新建生產線的建設。

      (五)分工協作

      (1)協會通過研發小組,統領新一代巖棉的研發工作。

      (2)生產線建設單位委托協會對生產線的整體建設協調。跟蹤檢查督導示范線按照擬定技術方案進行建設,確保生產線建設項目達到新一代巖棉技術及裝備要求的各項技術經濟指標。

      (3)科研設計院所作為項目總體研發設計,對項目總體負責。完成工藝設計及設備選型企業,完善及優化工藝流程,研發自動化控制程序及設備。設備企業協同研發設備,確保設備制造精度和運行穩定性。

      (4)建設單位,做好廠區基礎設施完善工作。

      八、本產業新一代技術裝備研發啟動的時間和節點時間

      新一代巖棉技術啟動時間為2019年8月,分為四個階段完成。

      第一階段:成立新一代巖棉技術領導小組,編制新一代巖棉技術方案大綱及詳細方案,確定控制性技術參數,2019年12月完成;

      第二階段:科研院所開展新一代巖棉技術的研發試制工作,2020年3月底完成;

      第三階段:洽談采用新一代技術的建設單位,著手開展生產線的設計建設工作,設備安轉、調試、運行工作,2021年3月完成;

      第四階段:項目驗收階段,2021年6月底完成。

    責任編輯:單建慶
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