玻璃纤维行业能效：重点用能行业能效技术指南
玻璃纤维行业的能源效率 商标 “玻璃纤维行业节能-主要耗能行业节能技术指南”报告是在“中德工业节能示范项目”框架内发布的。该示范项目作为德国联邦经济事务与气候行动部（BMWK）与中国国家发展和改革委员会（NDRC）之间的中德能源合作伙伴关系的一部分，由德国国际合作公司（GIZ） GmbH和国家能源效率中心（NECC）联合实施，旨在通过提供节能措施和最佳实践，加强私营部门合作，以减少中国主要耗能行业的碳排放。该报告由“江苏省低碳发展支持项目（第三阶段）”共同资助，该项目由BMWK的国际气候倡议（IKI）资助，并由江苏省生态环境厅和GIZ共同实施。作为德国联邦企业，GIZ支持德国政府在国际可持续发展合作中实现其目标。 这份报告是系列出版物中的第四份，旨在概述和分析包括机场在内的重点行业以及纸浆和造纸、水泥、陶瓷和玻璃纤维制造业的能效措施，借鉴了德国和国际经验及最佳实践。 出版 由 赫尔穆特·贝格尔，ALLPLAN GmbH，施温德加斯街道10号，1040维也纳，奥地利 中德工业节能示范项目，作为中德能源合作的一部分，由德国联邦经济事务和气候行动部委托 作者 努希恩·沙希里，托马斯·艾森胡特，曼努埃拉·法尔加达恩 ALLPLAN GmbH 台源外交办公大楼2-5，14梁马河南路，朝阳区100600北京，中国P.R. c/o 德国国际合作公司（GIZ）股份有限公司托尔斯坦·弗里茨凯特纳斯特路2 10963柏林 图片 如文件所述；Adobe Stock/Banana Republic（封面）Adobe Stock/Cozyta（P9）Adobe Stock/Cozyta（P13）Adobe Stock/Banana Republic（P19）Adobe Stock/Mynaral Kazakhstan（P31）Shutterstock/Hannu Rama（P66） 项目管理 马克西米利安·里塞尔，袁振德国国际合作公司 (GIZ) GmbH © 北京，2022年9月 本报告的全文受版权保护。所含信息是根据良好科学实践的准则，尽我们知识和信念 compiled。作者相信本报告中的信息是正确的、完整的和最新的，但对于任何错误，明示或暗示的，均不承担责任。本文件中的声明不一定反映客户的意见。 前言 尽管面临重大全球挑战，我们见证了德国和中国在过去几年能源转型方面的实质性进展。中国仍然是全球可再生能源装机容量最大的国家，而在德国，可再生能源在净发电量中的占比首次超过了50%。但尽管可再生能源的推广和发展在我们全球减缓气候变化负面影响措施中发挥着重要作用，但仅凭这一点不足以保护人类的宜居未来。为了完成必要的能源转型，提高能源效率以减少工业、建筑和交通中的温室气体排放至关重要。特别地，专注于提高工业生产中的能源效率非常有效，因为工业是全球主要的耗能领域之一，约占全球总终端能源消耗的29%。 作为其能源转型的一部分，德国联邦政府已设定目标，要在2045年前实现所有行业的碳中和。到本世纪中叶，德国的目标是将其一次能源消耗与2008年相比减少50%。为达此目标，德国采用了“效率优先”原则，旨在尽可能优先考虑能源效率。 类似地，中国已将能源效率作为其能源革命战略（2016—2030）的一部分加以强调。中国政府提出的第十四个五年计划旨在2021—2025期间将能源强度降低13.5%，碳排放强度降低18%。这些目标是在实现碳排放在2030年前达到峰值、2060年实现碳中和的背景下设定的。为实现这些雄心勃勃的目标，需要对产业进行综合改革。 马丁·霍夫曼 玻璃纤维行业是一个高耗能行业，其单位能源消耗范围为每吨玻璃产品7.2至12.6吉焦。有多种措施——从玻璃回收到使用绿氢、余热回收和电气化——可用于减少该行业的化石燃料消耗和二氧化碳排放。值得注意的是，玻璃生产中15-25%的整体二氧化碳排放是工艺排放，即它们源于原料本身的化学反应，并且无法通过传统方式避免。因此，玻璃纤维行业的完全脱碳也需要部署碳捕集与封存等创新技术。 在此，中德之间的国际合作可以发挥积极作用。本报告作为德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）、中国国家发展和改革委员会（NDRC）以及中国国家能源局（NEA）之间的中德能源伙伴关系的一部分发布，该项目是得到德国联邦政府国际气候倡议（IKI）资助的“支持江苏省低碳发展第三阶段”。 该报告是该系列关于重工业部门能效措施报告中的第四份。它重点介绍了玻璃纤维生产这一高耗能过程中的工艺相关措施——重点关注连续纤维丝的生产——并根据其实施潜力和有效性对此进行讨论。 我想向所有参与专家和实施合作伙伴表达我的感谢，特别是中国节能中心（NECC）和江苏省生态环境厅，感谢他们的持续支持。我真诚地希望这项研究能够激发灵感，并为寻找更节能的解决方案、引领我们走向更清洁的未来做出贡献。 内容 3.1 生产流程及工序描述203.2 行业节能现状与发展233.2.1 能源统计和基准——玻璃（纤维）行业233.2.2 能量与物质流263.2.3 能源密集型工艺27 4.7 低碳燃料 4.8 基于模型的预测控制（MBPC）474.8.1 基准情况描述及能耗474.8.2 改进建议措施484.8.3 潜在节能与温室气体减排504.9 压力损失最小化514.9.1 基线情况描述及能耗514.9.2 改进建议措施514.9.3 潜在节能和温室气体减排534.10 对未来发展的展望54 图列表 图1：选定措施的能量节约潜力（kWh/t）11图2：选定措施的单位CO2减排潜力（kg CO2/t）11图3：TFC股票：左上欧盟，右上世界，右下中国13图 4：TFC 股份 / 行业14图 5：ODEX 指示器-欧盟工业部门15图6：ODEX指标-德国工业部门15图7：玻璃熔炉的组件21图8：玻璃纤维成型方法22图9：欧洲玻璃生产子部门的生产份额（%）23图 10：不同玻璃类型的单位能耗 (GJ/吨)，(Leisin, 2019)25图11：欧洲连续玻璃纤维温室气体排放强度统计数据26图12：玻璃生产步骤26图13：带/不带余热回收（HR）炉的高氧燃料与再生式空气-燃料炉（4.0 GJ/t，适用于300 t/d、50%边角料熔炉）的比燃料消耗量对比34图 14：不同的热化学余热回收（TCR）工艺：(a) - 基准；(b) TCR + 蒸汽锅炉；(c) - TCR + 废料预热器；(d) - TCR + O2-再生器；RFG：回收烟气35图15：用于富氧燃烧炉的Eco-HeatOx工艺37图16：玻璃熔炉（Wallenberger，Watson，& Li，2001）39图17：电熔和增氧（Stormont，2010）40图 18 Batch 预热系统 Nienburger 型的基本概念 (Barklage-Hilgefort, 2009)42图19：电解的过程与应用45图20：一种典型的前炉控制系统（Grega，Pilat，&Tutaj，2015）47图21：熔炼炉玻璃调节过程高级控制系统MPC——模型预测控制（Grega, Pilat, & Tutaj, 2015）49 表格列表 表1：欧洲玻璃产量（吨）（欧盟28国，不含隔热玻璃纤维，2020年）23表2：2005年欧盟连续玻璃纤维安装和熔炉24表3：产品基准25表4：单位能耗及各子流程能耗占比27表5：玻璃纤维行业节能措施29表6：措施关键事实 - 优化助熔剂30表7：德国玻璃生产原料31表8：措施关键事实——玻璃纤维回收33表9：措施——氧燃料——TCR关键事实36表10：措施的关键事实——蓄热式氧燃料炉（Eco-HeatOx）38表11：措施——电动助力关键事实41表12：措施的关键事实 - 批次和碎料预热43表13：电解和甲烷化的现状与发展46表14：措施——低碳燃料的关键事实46表15：措施的关键事实——基于模型的预测控制（MBPC）50表16：措施要点——压降最小化53表17：玻璃制造中减少排放的技术潜力56表18：概述关键事实57 缩写 （这些是后续措施的先决条件）到设备变更、工艺集成和替代工艺的应用。以下指南着重于与工艺相关的措施。玻璃纤维行业. 这些措施的选择基于其可实现的潜力/适用性（重点关注中国）以及其有效性（与可实现的效益相比必要的改变/投资成本）。数据来源不仅包括国际和当地的研究/分析，还包括基于专家经验的估算。 考虑到以下事实，工业部门能效提升是减少总体能源消耗和温室气体排放的一种有力且高效的手段： ●TFC大部分（总最终能源消耗）归因于工业部门，相应于28.6%（世界平均水平）甚至48.3%（中国）（IEA，IEA数据与统计，2018），●流行的大多数份额工业能源消费中的化石燃料(TCF) – 既是全球范围（10%石油产品，20%天然气，近30%煤炭），又在中国（约5%石油产品，7%天然气，50%煤炭）（IEA，IEA数据统计，2018），●相当大的杠杆效应由于相对较少的参与者在工业领域（单个工业企业可以实现大量节能，这与针对其他领域的措施形成对比），●当前具有相当高水平的潜力未充分利用的能效, 和●额外好处: 提高了竞争力，生产更顺畅，停机时间减少，对效率产生积极影响，涵盖所有资源：水、空气、土壤和材料。 “的定义玻璃纤维该行业并非总是统一应用。它主要包括连续纤维（CFF），有时也包括玻璃棉和岩棉的生产。CFF以多种形式生产供应：纱带、片材、短切纤维、纺织品（纱线）、纸浆和磨碎纤维。其主要终端用途（约90%）是复合材料（玻璃纤维增强塑料，GRP）的生产，通过增强热固性和热塑性树脂进行。 本报告集中关注CFF的生产，同时也讨论了所有玻璃生产设施（包括平板玻璃和瓶玻璃生产）普遍存在的与能源相关的重大问题。在欧洲，仅大约80万吨产生的玻璃纤维占不到总体玻璃生产的3%。 在欧洲，最成功的能效提升措施范围包括基准值的适用，既适用于新装置的许可（另见所指的最佳可行技术）。BAT 文档),以及确定自由分配份额的参考值欧洲排放交易体系欧盟排放交易体系（EU ETS）自2005年起实施，目前涵盖约11,000家重能源用户，包括发电站、工业设施和航空公司，这些用户共同承担了参与国约40%的总碳排放量。初步结果表明，迄今为止，该机制已显著有助于整体减排，并在2005年至2019年期间促成了约35%的减排。为了实现欧洲绿色协议中定义的到2030年减少55%的温室气体总体目标，还需要进一步的努力。另一个重要的政策工具，通过该工具可促进行业（工业）流程的持续改进，是大企业有义务每四年进行一次外部能源审计，或根据要求实施能源或环境管理体系。能源效率指令(欧盟202/27/号指令及其2018年的修正案)。 单位能耗每吨欧洲玻璃纤维是2兆瓦时，其中大约80%可归因于熔化和澄清的子过程。 本指南涵盖生产玻璃纤维所执行的所有工艺步骤，包括配料制备、熔融及澄清、成型及精加工。 下列节能措施被认为是前景最广阔的，本指南将对其进行详细说明： ●优化助熔剂●玻璃纤维回收●富氧-合成空气●富氧燃烧炉再生式（Eco-HeatOx）●电熔，电提，●批量和碎料预热●低碳燃料（H2，O2）●基于模型的预测控制 (MBPC)●压降最小化。 评估终端能源消费（电力和热能）方面的能源效率潜力，必须始终与相关性紧密联系在一起温室气体排放减少这意味着实际温室气体减排影响强烈取决于实际燃油替代并且用于发电的能源来源。这一事实特别适用于所有燃料转换项目以及用电炉替换燃煤炉的措施。由于当前电网排放因子普遍较高，转换为电炉会导致负的二氧化碳平衡。然而，结果会随着低排放电力来源而发生较大变化。 需要付出努力才能实现更大规模的脱碳。从长远来看，碳捕获技术和氢气、合成气以及沼气的使用预计将对二氧化碳减排做出重大贡献。 根据特定假设（分别在第相应章节中显示）以及——如果未另行说明——气体（0.202吨CO2/兆瓦时）、煤炭（0.335吨CO2/兆瓦时）的IPCC排放因子，还基于从IGE
