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1、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
2、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
3、 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,
4、 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 % 。 生OL.3 `口匕O乙户1人占`二 ǎ哥划罗T名à司切。" 的1 以刘3 凡 UT . 吻 . 沈 口助 只 c 一” 、 v 一 — — 一一一
5、一一一一一一一一一一一公二几目 门 匕 衬 戈 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
6、 ) 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
7、 , 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
8、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
9、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 )。
10、 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、
11、 “ 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、
12、 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 )
13、 、 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
14、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
15、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
16、 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
17、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
18、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
19、 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 . 1 0 3
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