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最新氧氣燃料燃燒方法2001年第2期中國玻璃39最新氧氣一燃料燃燒方法本文討論了玻璃熔窯氧氣一燃料燃燒技術(shù)運用的一些最新發(fā)展,包括:最近兩座平板玻璃熔窯轉(zhuǎn)換成100%奎氧燃燒;玻璃工業(yè)對氧氣助熔技術(shù)的很快的接受;使用氧氣一燃料噴搶時的蓄熱室熱修.氧氣一燃料燃燒技術(shù)現(xiàn)在已運用于各種玻璃行業(yè)的熔窯中.玻璃料生產(chǎn)廠家在70年代和8O年代率先采用氧氣一燃料燃燒技術(shù).在此期間,許多小的特種玻璃熔窯也開始采用氧氣一燃料燃燒技術(shù).在這些熔窯中使用氧氣常常是合理的,因為這些熔窯沒有熱回收系統(tǒng),因此,用所節(jié)約的燃料費用足以抵消氧氣的費用.直到90年代初,氧氣一燃料燃燒技術(shù)才用于大型玻璃熔窯.政府的法令,法規(guī);如美國的”清潔空氣法”,加速了氧氣一燃料燃燒技術(shù)的開發(fā)和運用.因為氧氣燃料燃燒技術(shù)還能降低NOx排放量.雖然采用氧氣一燃料燃燒技術(shù)可以降低NOx排放量但在已采取控制NOx排放措施的空氣燃料熔窯上卻不宜使用.這對玻璃行業(yè)來說是很重要的,因為人們感覺到氧氣一燃料熔化比空氣一燃料熔化成本高.但在采用100%全氧燃燒,降低了成本之后,這種認識改變了這種情況叉激發(fā)人們對空氣燃料燃燒技術(shù)的革新和改進.在空氣一燃料熔窯中同時采用的有效控制NOx排放的技術(shù)有:電助熔;氧氣一燃料輔助燃燒;富氧空氣分級技術(shù)和皮爾金頓3R技術(shù)等.現(xiàn)在,采用氧氣燃料燃燒的熔窯和采用空氣一燃料燃燒的熔窯都可達到現(xiàn)有法令,法規(guī)的要求,但只有氧氣一燃料燃燒的熔窯才可以降低成本并將NOx排放控制在0.5公斤NOx/噸/玻璃的水平上.氧氣一燃料燃燒技術(shù)的挑戰(zhàn)為了進一步發(fā)展氧氣一燃料熔化技術(shù),氧氣供應(yīng)廠家被迫改進氧氣一燃料噴槍技術(shù)和降低氧氣成本.由于英國空氣產(chǎn)品公司的Cleanfire0系列噴槍的投入市場和氧氣生產(chǎn)技術(shù)的改進,英國空氣產(chǎn)品公司已接受挑戰(zhàn),在全玻璃行業(yè)推廣使用壘氧燃燒技術(shù).圖I所示的是Cleanfire0陬噴槍.在大型熔窯上采用英國空氣產(chǎn)品公司的Cleanfire0H噴槍的好處是比傳統(tǒng)的蓄熱式側(cè)燒空氣一燃料熔窯每年節(jié)約達400萬美元.玻璃行業(yè)中的許多部門已采用氧氣一燃料燃燒技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玻璃,未來的挑戰(zhàn)就是在平板玻璃和瓶罐玻璃部門進一步推廣使用氧氣燃料燃燒技術(shù).現(xiàn)在美國大約有30%的玻璃是采用氧氣燃料燃燒技術(shù)熔化的.英國空氣產(chǎn)品公司及其子公司在全世界的近100個玻璃纖維,瓶罐玻璃,顯像管玻璃,照明玻璃,玻璃料,特種玻璃和浮法玻璃熔窯中改用了全氧燃燒系統(tǒng).40中國玻璃2001年第2期氧氣助熔在現(xiàn)有的采用空氣一燃料噴槍的熔窯中加裝氧氣一燃料噴槍可提高熔化率和全面改進熔化質(zhì)量氧氣燃料助熔已用于所有一過程和減少胸墻損耗,可.窯內(nèi)氣氛中的水分濃度的加大也可能會加速熔化過程.?采用氧氣一燃料助熔,由于延長澄清蝕,已觀察到一些浮法玻璃熔窯,特別是在窯后期安裝氧氣助熔系統(tǒng)的熔窯,胸墻磨蝕和侵蝕減少了.?可降低熔窯總體溫度.特別是氧氣一燃料噴槍承擔(dān)更多的熔化負荷的情況下.還具有恢復(fù)形成正確溫度曲線的能力,這有助于設(shè)定理想的玻璃液對流.?可降低NOx排放量(在重量和體積兩方面).氧氣助熔也可適用于縱火焰窯.采用英國空氣產(chǎn)品公司的氧氣助熔系統(tǒng)可使負荷增加30%以上(與只采用空氣燃料燃燒系統(tǒng)的同種窯型相比).英國空氣產(chǎn)品公司及其子公司在世界范圍內(nèi)已安裝了5O多個氧氣助熔系統(tǒng).轉(zhuǎn)換全氧燃燒系統(tǒng)最近完成的兩座浮法熔窯的重建采用英國空氣產(chǎn)品公司的Cleanfire0HR燃燒系統(tǒng),無蓄熱室,但燃料效率提高了,沒有煙氣處理系統(tǒng),但NOx排放量更低了.Cleanfire0HR噴槍已證明是一種非常有效的技術(shù).采用這種噴槍可將污染物排放量降低到以前必須花費額外費用購買輔助清潔裝置所達到的程度.采用這種技術(shù)可改進環(huán)境,達到日益嚴格的環(huán)境法規(guī)要求,而又不導(dǎo)致投資成本和操作成本的全面上升.事實上,經(jīng)濟研究已經(jīng)證明,在浮法,顯像管和2001年第2期中國玻璃41瓶罐大型熔窯上使用全氧燃燒比使用空氣一燃料燃燒成本要低采用CeafireHR噴槍技術(shù)控制排放可從根本上解決問越Cleanfire0HR噴槍的設(shè)計氣流速度是全玻璃行啦內(nèi)速度最低的.噴槍的氣流速度低,配合料揚起的少,粉塵排放就少.這種噴槍的設(shè)計亮度高,火焰覆蓋面大,變速分級,因而熱傳輸量大,維修量很小.熱傳輸量犬可降低粉塵排放,因為對玻璃液輸入同樣的熱量需要較少的燃料和氧化劑,這反過來叉進步降低了每種氣體的流速.流速的降低意味著二氧化碳排放減少由于噴槍設(shè)計的分級特性導(dǎo)致混合控制延遲,所以火焰達到最高溫度時的體積減小了.這樣可消除玻璃液面上的局部熱點,降低揮發(fā)量和產(chǎn)生粉塵排放的冷凝物.火焰溫度低,再加上局部富火焰區(qū)和噴槍設(shè)計的沖力低,可使NOx排放量比其它氧氣燃料噴槍低40%.在幾座鈉鈣硅玻璃熔窯上使用CleantireHR噴槍,NOx排放量不到0453公斤:.Cleanfire0HR噴槍有三種型號,燃燒范圍為l895o4Kcal單位時(圖I)也有使用液化石油氣和其它液態(tài)燃料的噴槍.采用這種燃燒技術(shù)可降低廢物排放,節(jié)約燃料以及降低從空氣一燃料燃燒轉(zhuǎn)換成氧氣一燃料燃燒的風(fēng)險.例如,到目前為止只有兩座浮法熔窯轉(zhuǎn)換成全氧燃燒,他們采用的就是英國空氣產(chǎn)品公司的Cleanfire0HR噴槍由于其較低的NOx排放量;所有玻璃生產(chǎn)廠家可能很快會在熔窯重建時采用這種唯一的選擇備用系統(tǒng)和CleanfireAOF噴槍由于玻璃熔窯在整個窯期內(nèi)是連續(xù)操作的,停窯代價昂貴,所以在玻璃行業(yè)通常采用備用措施.例如,電力供應(yīng)以柴油發(fā)電機為備用,天然氣以燃油為備用.采用氧氣一燃料燃燒技術(shù)的熔窯,現(xiàn)場制氧以儲存的液態(tài)氧為備用.在大多數(shù)情況下,儲存在廠里的液態(tài)氧可在現(xiàn)場制氧裝置發(fā)生故障或進行正常維修時作為備用.采用大型保溫儲罐儲存液態(tài)氧需要時,液態(tài)氧通過熱交換器蒸發(fā)成氣態(tài)氧供生產(chǎn)使用.圖2所示的是液態(tài)氧儲罐和蒸發(fā)設(shè)備.這種備用方法的成功與否取決于儲罐的大小和補充液態(tài)氧的能力(需要卡車,司機以及附近有沒有空分制氧設(shè)施).在大多數(shù)情況下.液態(tài)氧備用適用于中小型熔窯.但是,如在一個場地有若干大型熔窯,如浮法熔窯和組合式熔窯轉(zhuǎn)換成氧氣一燃料燃燒,人們就會越來越擔(dān)心,液態(tài)氧備用的方法在經(jīng)濟上和技術(shù)上是否可行.解決氧氣后備的另一個辦法是采用空氣助燃.但是,在大多數(shù)氧氣一燃料燃燒系統(tǒng)中,空氣不能簡單代替氧氣.熔窯從空氣一燃料燃燒轉(zhuǎn)換成氧氣燃料燃燒后,熔窯沒有蓄熱室等熱回收系統(tǒng)和空氣輸送系統(tǒng).通過圖2液氧儲罐液氧可用作現(xiàn)場制氧設(shè)備的后備42中國玻璃2001年第2期圖3CleanfireAOF噴槍用作空氣一燃料燃燒的后備圖4向CleanfireAOF噴槍供風(fēng)的風(fēng)機氧氣燃料噴槍輸送空氣時,可達到同樣量的氧氣,空氣壓力要求很高,需要價格昂貴的空氣輸送系統(tǒng).出于安全考慮,不應(yīng)使用氧氣管道輸送壓縮空氣.空氣燃料燃燒與氧氣一燃料燃燒相比需要更高的燃燒率,因為在空氣一燃料燃燒時需要加熱和排出氨氣.從而造成額外的能量損失.另外,采用空氣助燃,通常不會將其預(yù)熱作為后備,否則就會使這種熔窯的效率低于普通的空氣燃料熔窯為了解決用空氣一燃料燃燒作為后備的問題,可采用專門為玻璃行業(yè)開發(fā)的CleanfireAOF(空氣一氧氣一燃料)噴槍.這種噴槍產(chǎn)生的火焰如圖3所示.通向噴槍的空氣管道如圖4所示.這種噴槍屬Cleanfire噴槍系列產(chǎn)品.這種噴槍的設(shè)計可供空氣一燃料燃燒和富氧空氣一燃料燃燒.第一代Ceanfire噴槍是90年代初投人市場的,這是玻璃行業(yè)用的第一種無水冷卻的氧氣一燃料噴槍,后經(jīng)逐步改進.在Cleanfire噴槍之后投人市場的是CeanfireHR(高輻射)噴槍.CleanfireHR噴槍可產(chǎn)生極光亮和寬大的火焰.CleanfireHR噴槍已安裝在世界各地各種類型的熔窯上,包括顯像管熔窯和浮法熔窯.至今,只有CleanfireHR噴槍用于浮法熔窯的100%氧氣一燃料燃燒.能量回收:空氣一燃料熔窯如將任何燃燒過程煙氣中的有用熱用于在燃燒前預(yù)熱燃料和氧化劑,那么該燃燒過程的燃料效率就會提高.在玻璃生產(chǎn)過程中采用蓄熱式熱交換器或換熱式熱交換器來完成這項工作.但是,燃料和助燃空氣的預(yù)熱的原來目標不是提高效率.而是提高熔窯溫度熔化優(yōu)質(zhì)玻璃.熱交換系統(tǒng)發(fā)生故障時,預(yù)熱也就不能進行了.如換熱器壁破裂或格子體堵塞或坍塌,熱交換效率就會降低.長時間熱交換造成的損失,如不進行窯中期維修,必然2001年第2期中國玻璃43氧氣圖5氧氣可通過噴射器噴入助燃風(fēng)管內(nèi)氧氣噴嘴LANCE圖6氧氣可通過噴嘴直接噴入熔窯的關(guān)鍵部位內(nèi)會導(dǎo)致產(chǎn)量下降.業(yè)已證明,如熔窯換熱系統(tǒng)損壞.采用全氧燃燒能在熔窯達到預(yù)期的窯期中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用.采用幾種氧氣技術(shù)可減少換熱系統(tǒng)發(fā)生故障.一種辦法是將氧氣通過噴射器噴人助燃空氣管道內(nèi)(圖5).當(dāng)助燃空氣中的氧氣含量增大時,惰性氣體氮氣的體積就會減少另外一種辦法就是將氧氣通過噴槍直接噴人窯內(nèi)關(guān)鍵部位(圖6).由于噴入的氧氣取代了一定量的助燃空氣,可提高換熱系統(tǒng)的效率(在燃耗相同的情況下).換熱式噴槍系統(tǒng)可直接以氧氣一燃料噴槍替換空氣燃料噴槍.一般來說,可將氧氣一燃料噴槍直接穿過空氣一燃料噴槍的噴嘴磚即可.由于需要的氧氣一燃料噴槍比空氣燃料噴槍少,因而必須仔細考慮選擇替代哪些空氣一燃料噴槍.當(dāng)換熱系統(tǒng)進行維修時,可將氧氣燃料噴槍取出,生產(chǎn)仍可正常進行.另外,在蓄熱式熔窯中采用穿過小爐的水冷式噴槍可使蓄熱室格子體的維修得以進行.水冷噴槍可穿過小爐底的鋪面磚.采用這種噴槍可直接代替該小爐的空氣一燃)2000年第l1期(上接12頁1表2煤氣質(zhì)量測試結(jié)果項目單住大同塊煤型煤CO:%4.46.3CmHn%0.5O.5O2%0.2O.2C0%28.726.7CH%2.652.65H2%13.2414.12煤氣熱值MJ/6.3386.192友渣臺碳量%5.525.82如果每年使用2萬噸型煤,可節(jié)約燃料費用1