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玻璃熔窑的全氧燃烧

徐嘉麟

原

摘 妥 本文论述 了玻瑞窑炉的全氧助然 、 全氧燃烧机理及因助然介质的改变引起的熔窑结构革命

性进步

关艘闷 全孰助燃 “ 号O小 炉” , 全氧姚烧, 温室效应、 “ Nox ” , 硅砖破顶性变, 单元窑 , 耐火材料

1 概论

玻瑞熔窑一直 以来都是以煤气 、 天然气或重油作为嫩料 , 空气作为助燃介质. 随着玻璃工业的

发展 , 人们对产品质t 要求的不断提高 , 然烧能源的供应紧张及价格上涨 , 使得科技工作者对玻璃

生产的核心— 玻璃熔窑的各个环节进行 了不断地探索和改进 , 燃烧系统也不例外 , 至今也有了可

喜的成效.

人们除 了关注全球日益紧缺的能源供应 , 探索种种节约能源 的措施 以外 , 还关注着人类的生存

环境. 从熔窑排放的废气中来采取必要措施进行处理, 除燃烧高硫燃料产生 “ 5 0 : ” 己引起重视之外 ,

一般姗料 以空气助燃的废气含有大量的 N O : , 它造成大气污染、 温室效应 , 以致影响全球人类生存

环境

为了节约能源 , 减少环境污染 , 经过对现有燃烧系统的分析研究, 认为采用空气助燃是导致高

能耗、 高污染、 温室效应高的重要因素。 空气中只有 12 % 的氧气参与助燃 , 78 % 的氮气不仅不参加

姗烧 , 还带着大t 的热t 排出.

通过长期反复地试验研究, 认为采用含有 ) 85 % 氧气作为助燃介质 , 对于节约能源 , 改替环境

效果十分显着: 能耗可降低 12. 5% 一 2 % ( 见图一 ) , 废气排放t 减少 06 % 以上, 废气中 “ N O : ” 下

降了 09 % 以上。 这种采用氧含量 多58 % 气体参与燃烧的系统 , 我们称之为全氧燃烧。 由于燃烧系统的改变, 引起玻璃熔窑结构的变革 , 全氧窑炉取消了蓄热室、 小炉无需换火。 就浮法玻璃厂而言 ,

熔化部厂房跨度可缩小 扔 , 生产线投资减少约 02 % 。

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图 1 全氧燃烧的能耗 比较

全氧燃烧使得玻璃熔化更加稳定 , 熔化过程飞料大幅度降低 , 澄清区气泡释放比较彻底 , 玻璃

熔化质t 明显提高。

采用 空气或全氧作为助燃介质 , 其传热过程差异很大, 见表

表 1 空气 +燃料 、 氟气 + 淇料传热过程差异

号
空气 +
燃料
氧气 +
燃
料

序

1 辐射气体 ( 珑O 、 C O Z ) 浓度低 , 气体 辐射气体浓度高, 气体辐射系数高。热辐射系数低。

2气体停留时间短
气体停留时间长
火焰轴 向 ( 横火焰 ) 仅为望 1 秒 , 平均
平均窑容积约 3 0 秒
炉窑容积约 8 秒

3 废热烟道 口 位置受到限制 , 传热好的 燃烧器可以放至任何需要热量的位里 , 不关键在于大量明亮火焰及玻璃熔体表 论烧嘴类型都可达到优 良的总体传 热, 局

面的良好搜盖 部热源仍取决于烧嘴类型与配里

4
豁换火
,
空

,
不
需换火
,
燃
稳

气蓄热

烧
定

传统的空气助燃 , 需要通过定时换火进行烟气与空气的换热 , 可回收部分热能 , 但是 , 火焰在

窑中停留的时间短 , 换火过程窑内瞬间失去火焰 , 熔液必然失去热源 , 窑温 、 窑压波动 。 而全氧燃烧不用换火 , 燃烧极 为稳定。 这是理想的提高玻璃熔化质量的熔化过程。

采用全氧燃烧, 窑内的温度更趋合理 , 由于燃烧器不同于小炉 , 它不会因为小炉结构的需要必

须 占据池壁沿长度方向较宽的位置, 因此 , 喷枪的合理布置不受限制。 全氧燃烧系统可以按照熔化

曲线自动控制温度, 并不是无法控制火焰温度,烧坏窑体。 实际结果是热点温度下降了02 ℃ , 而原料

预熔区的温度上升65 O C 。 其结果是预熔区的原料受高温气体传热很快形成薄壳, 从而阻止 了粉料的

飞扬。 同时, 泡界线明显的前移, 澄清面积增加 , 更有利于原料化学反应产生的气体释放。

全氧助燃用于浮法玻璃熔窑, 俗称 O 号小炉技术, 是在 l 号小炉与前脸样之间两侧脚样上各安

装一支 “ 氧+ 嫩料 ” 燃烧器 , 用于熔窑的后期投运 , 以提高预熔区的温度 , 减少飞料 . 将泡界线前移 , 可提高产 t 约 1压巧% , 大幅度减少玻璃中的气泡 , 提高产 品质量 。

2 “ 全饭 + 燃料” 燃烧的技术成果

到本世纪初 , 全世界已有 2加多座全氧燃烧窑炉 , 北美现有的 5 50 座包括小型特种玻璃窑中约

有 104 座为全氧燃烧窑炉 . 欧洲现有的 3 05 座窑炉中己有 03 余座为全氧燃烧窑 ( 不包括玻璃棉及特种玻璃窑 ) , 亚洲 己有 02 多座全氧燃烧窑炉 , 近几年在中国己开始推行全氧燃烧 , 如玻璃纤维池窑、

薄壳电子窑及浮法窑增设’,0 号小炉” 全氧助燃已相继建成投运 ( 见图 2、 3 )。

图 3 全氟燃烧窑在欧洲的分布

十五年来, 全氧燃烧技术逐步完善, 世界上有燃烧试验装 置的公司取得了许多成功经验. 诸如, 全

氧燃烧窑炉的结构设计 , 提供包含数学模型等技术软件在内的设计依据资料 ,包含供氧系统、 燃烧器 、

支承燃烧器的耐火砖材、 燃料 ( 重油、 煤焦油、 天然气) 自供系统、 “ 氧气 + 燃料” 的自控系统在内的各项装备 以及各种不 同类型制氧装备等。

美国 “ 竹联rai 公司” 在这方面还拥有多项专利, 如硅砖 高破结构设计技术、 “ 氧气 + 燃料” 的燃

烧器专利等。 到目前为止 , 全氧燃烧已经是一项成效显著的成熟技术成果。

3 未来玻璃熔窑发展的动力

2 的5 年 2 月 61 日 《 京都议定书》 生效 , 2 0 5 年 7 月 72 日美国、 澳大利亚、 中国、 印度、 韩国

在 万象签订了 “ 亚太地区清洁能源开发及气候变化研究伙伴关系” 的协议 ( 万象协议 ) 。 目前中国的

温室气体排放量 己高居世界第二 , 但 是, 至今尚未见到严格控制大气污染、 降低温室气体排放 的新

法规。

当今世界石油价格上涨 , 我国进 口石油逐年增加 , 玻璃熔窑大部分采用重油做燃料 , 因此 , 从节约能源、 降低成本 、 环境保护等方面来分析研究采用新燃烧技术 己是当务之急。

综上所述 , 许多年来, 面对能源价格上升, 我国在不断提高熔窑的热效率 , 对燃烧废气的余热

加以利用 , 将废气进行净化处理排放等方面作了大量的工作 , 取得 了很大的进展 , 使能耗下降 , 玻

璃质量提高 , 窑龄延长。 但是,如何面对现实存在的节能 ( 能源短缺 ) 、 环保 ( 执行京都协议书 、 万

象协议 ) 、 市场竞争 ( 高质量玻璃市场需求增加 ) 、 降低成本 ( 料燃价格上涨、 环保费、 税增大 ) 等 ,

严酷的要求给未来玻璃窑技术发展产生了推动力。 解决问题的办法在于寻求新技术革命 , 《氧气 + 燃

料》 应该是引导窑炉技术革命的办法之 一。

4 全氧燃烧技术经济分析

1 、 全氧助燃 “ 0 号小炉 ” 投入成本低 , 日用氧气量少 , 效果明显 . 在浮法窑炉投运的中、 后期

可增加产量、 提高玻璃质量、 无需再支付蓄热室等热修费用 , 其经济效益是十分明显的。

2 、 全氧姗烧的技术经济比较 ( 见表 2 )

表 “ 空气+ 堪料 ” 、 “ 叙气+ 供料 ” 的可比成本力

序号

项目
空气+ 然料
氧气+ 嫩料

备注

窑
龄

年

年

全氧
烧窑龄长

燃

产
勿
全窑期
万吨
万吨
熔化玻
璃
液
量

总

氧气总成本

万元

重油总成本
《 洲

(洲

】万元

】 万元

窑炉投资
以犯
万元
级犯
万元
中
、

浮

窑

高档

法

总成本

加万元
以刃万元
可比成本铸全成本

位
成本
元
吨

吨

单

元

注
表二以 加
浮法玻璃窑为例

a

熟料(碎玻瑞 占配合料 比例为
重油按 以 】元吨

氧气按 元标立方米

未考虑 “ 环保 ” 要求支付、 奖励 的收支

未列入 “ 空气+ 然料 ” 窑炉维修支出

未列入 “ 氧气+ 嫩料 ” 土建、 换向工艺设备节省的投资。

从简略的测算可以看出, 由于能源( 重油)价格的上涨 , 两者可比成本仅差 1名5 元嘴 , 如果考虑”
载气刊狱料,铭化玻瑞的质t 提高, 使得质t 从建筑级提高到汽车级 , 则 5 毫米玻璃每平米售价可增

加 1一 l j 元的因素, 采用全氧滋烧的经济效益是好 的。

5 如何应用全饭助燃、 全饭燃料

应用 “ 氧气 + 燃料” 的方案实际上有两种选择 , 其一是采用全氧助嫩安装 “ 0 号小炉 ” 。 原则

上 国内现在运行的浮法炉窑都可安装 , 特别对于已运行 3 4 年的中、 后期熔穷, 增加 “ 。 号小炉 ” ,

运行之后 , 它可 以恢复窑前期产童 , 而且玻璃质量明显提高。 对新投运的窑, 施工前预留 “ O 号小

炉” 安装位! , 在运行之后安装更加合理。 对于某些大型玻璃集团公司, 在一地有三条以上浮法线,

可 以合用一套制氧设备 , 可以节省设备投资。

第二种方案 设计全氧燃烧熔窑。 由于氧气的成本比空气高, 因此: , 在选择应用全氧燃烧方案

时应做可行性分析:
1. 选择可靠性高的安装在玻璃厂现场的制氧机组 (如真空变压吸附法制造浓度为外9 1% 的氧气),

同时也要考虑附近有否供液氧源 , 以备做应 急备用氧气供应基地 , 一般有高速公路连接处, 距基地

公里之内为宜。

.2 做运营成本测算, 测算时应逐项考虑 , 氧气支出费用 、 然料节省费用 、 增加的收益、 玻瑞产

品质量等级提升增加的产品收益 , 投资节约减低的财务费用收益以及窑龄延长摊销的费用等.

.3 从运行效益考虑 , 对于马蹄焰窑 , 单元窑、 横火焰窑等 , 应选择产品附加值商的窑炉实行全氧嫩烧。 对于浮法玻璃熔窑应选择附加值高的超薄玻璃、 超透明玻瑞的熔窑以及大、 中型生产中、

高档浮法玻劝的烙窑。 从长远 的观 点看, 一旦能源价格继续上涨, 玻璃污染费征收额度增加 , 国家

施行减排烟气的奖励办法得 以落实, 全氧燃烧的推行势在必行 .

6 结束语

全 氧燃烧是一种行之有效的技术,应予以推广. 全氧燃烧是玻璃窑的一次革命性变革 .

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