最新氧气——燃料燃烧方法.doc

最新氧气燃料燃烧方法2001年第2期中国玻璃39最新氧气一燃料燃烧方法本文讨论了玻璃熔窑氧气一燃料燃烧技术运用的一些最新发展,包括:最近两座平板玻璃熔窑转换成100%奎氧燃烧;玻璃工业对氧气助熔技术的很快的接受;使用氧气一燃料喷抢时的蓄热室热修.氧气一燃料燃烧技术现在已运用于各种玻璃行业的熔窑中.玻璃料生产厂家在70年代和8O年代率先采用氧气一燃料燃烧技术.在此期间,许多小的特种玻璃熔窑也开始采用氧气一燃料燃烧技术.在这些熔窑中使用氧气常常是合理的,因为这些熔窑没有热回收系统,因此,用所节约的燃料费用足以抵消氧气的费用.直到90年代初,氧气一燃料燃烧技术才用于大型玻璃熔窑.政府的法令,法规;如美国的”清洁空气法”,加速了氧气一燃料燃烧技术的开发和运用.因为氧气燃料燃烧技术还能降低NOx排放量.虽然采用氧气一燃料燃烧技术可以降低NOx排放量但在已采取控制NOx排放措施的空气燃料熔窑上却不宜使用.这对玻璃行业来说是很重要的,因为人们感觉到氧气一燃料熔化比空气一燃料熔化成本高.但在采用100%全氧燃烧,降低了成本之后,这种认识改变了这种情况叉激发人们对空气燃料燃烧技术的革新和改进.在空气一燃料熔窑中同时采用的有效控制NOx排放的技术有:电助熔;氧气一燃料辅助燃烧;富氧空气分级技术和皮尔金顿3R技术等.现在,采用氧气燃料燃烧的熔窑和采用空气一燃料燃烧的熔窑都可达到现有法令,法规的要求,但只有氧气一燃料燃烧的熔窑才可以降低成本并将NOx排放控制在0.5公斤NOx/吨/玻璃的水平上.氧气一燃料燃烧技术的挑战为了进一步发展氧气一燃料熔化技术,氧气供应厂家被迫改进氧气一燃料喷枪技术和降低氧气成本.由于英国空气产品公司的Cleanfire0系列喷枪的投入市场和氧气生产技术的改进,英国空气产品公司已接受挑战,在全玻璃行业推广使用垒氧燃烧技术.图I所示的是Cleanfire0陬喷枪.在大型熔窑上采用英国空气产品公司的Cleanfire0H喷枪的好处是比传统的蓄热式侧烧空气一燃料熔窑每年节约达400万美元.玻璃行业中的许多部门已采用氧气一燃料燃烧技术生产优质玻璃,未来的挑战就是在平板玻璃和瓶罐玻璃部门进一步推广使用氧气燃料燃烧技术.现在美国大约有30%的玻璃是采用氧气燃料燃烧技术熔化的.英国空气产品公司及其子公司在全世界的近100个玻璃纤维,瓶罐玻璃,显像管玻璃,照明玻璃,玻璃料,特种玻璃和浮法玻璃熔窑中改用了全氧燃烧系统.40中国玻璃2001年第2期氧气助熔在现有的采用空气一燃料喷枪的熔窑中加装氧气一燃料喷枪可提高熔化率和全面改进熔化质量氧气燃料助熔已用于所有一过程和减少胸墙损耗,可.窑内气氛中的水分浓度的加大也可能会加速熔化过程.?采用氧气一燃料助熔,由于延长澄清蚀,已观察到一些浮法玻璃熔窑,特别是在窑后期安装氧气助熔系统的熔窑,胸墙磨蚀和侵蚀减少了.?可降低熔窑总体温度.特别是氧气一燃料喷枪承担更多的熔化负荷的情况下.还具有恢复形成正确温度曲线的能力,这有助于设定理想的玻璃液对流.?可降低NOx排放量(在重量和体积两方面).氧气助熔也可适用于纵火焰窑.采用英国空气产品公司的氧气助熔系统可使负荷增加30%以上(与只采用空气燃料燃烧系统的同种窑型相比).英国空气产品公司及其子公司在世界范围内已安装了5O多个氧气助熔系统.转换全氧燃烧系统最近完成的两座浮法熔窑的重建采用英国空气产品公司的Cleanfire0HR燃烧系统,无蓄热室,但燃料效率提高了,没有烟气处理系统,但NOx排放量更低了.Cleanfire0HR喷枪已证明是一种非常有效的技术.采用这种喷枪可将污染物排放量降低到以前必须花费额外费用购买辅助清洁装置所达到的程度.采用这种技术可改进环境,达到日益严格的环境法规要求,而又不导致投资成本和操作成本的全面上升.事实上,经济研究已经证明,在浮法,显像管和2001年第2期中国玻璃41瓶罐大型熔窑上使用全氧燃烧比使用空气一燃料燃烧成本要低采用CeafireHR喷枪技术控制排放可从根本上解决问越Cleanfire0HR喷枪的设计气流速度是全玻璃行啦内速度最低的.喷枪的气流速度低,配合料扬起的少,粉尘排放就少.这种喷枪的设计亮度高,火焰覆盖面大,变速分级,因而热传输量大,维修量很小.热传输量犬可降低粉尘排放,因为对玻璃液输入同样的热量需要较少的燃料和氧化剂,这反过来叉进步降低了每种气体的流速.流速的降低意味着二氧化碳排放减少由于喷枪设计的分级特性导致混合控制延迟,所以火焰达到最高温度时的体积减小了.这样可消除玻璃液面上的局部热点,降低挥发量和产生粉尘排放的冷凝物.火焰温度低,再加上局部富火焰区和喷枪设计的冲力低,可使NOx排放量比其它氧气燃料喷枪低40%.在几座钠钙硅玻璃熔窑上使用CleantireHR喷枪,NOx排放量不到0453公斤:.Cleanfire0HR喷枪有三种型号,燃烧范围为l895o4Kcal单位时(图I)也有使用液化石油气和其它液态燃料的喷枪.采用这种燃烧技术可降低废物排放,节约燃料以及降低从空气一燃料燃烧转换成氧气一燃料燃烧的风险.例如,到目前为止只有两座浮法熔窑转换成全氧燃烧,他们采用的就是英国空气产品公司的Cleanfire0HR喷枪由于其较低的NOx排放量;所有玻璃生产厂家可能很快会在熔窑重建时采用这种唯一的选择备用系统和CleanfireAOF喷枪由于玻璃熔窑在整个窑期内是连续操作的,停窑代价昂贵,所以在玻璃行业通常采用备用措施.例如,电力供应以柴油发电机为备用,天然气以燃油为备用.采用氧气一燃料燃烧技术的熔窑,现场制氧以储存的液态氧为备用.在大多数情况下,储存在厂里的液态氧可在现场制氧装置发生故障或进行正常维修时作为备用.采用大型保温储罐储存液态氧需要时,液态氧通过热交换器蒸发成气态氧供生产使用.图2所示的是液态氧储罐和蒸发设备.这种备用方法的成功与否取决于储罐的大小和补充液态氧的能力(需要卡车,司机以及附近有没有空分制氧设施).在大多数情况下.液态氧备用适用于中小型熔窑.但是,如在一个场地有若干大型熔窑,如浮法熔窑和组合式熔窑转换成氧气一燃料燃烧,人们就会越来越担心,液态氧备用的方法在经济上和技术上是否可行.解决氧气后备的另一个办法是采用空气助燃.但是,在大多数氧气一燃料燃烧系统中,空气不能简单代替氧气.熔窑从空气一燃料燃烧转换成氧气燃料燃烧后,熔窑没有蓄热室等热回收系统和空气输送系统.通过图2液氧储罐液氧可用作现场制氧设备的后备42中国玻璃2001年第2期图3CleanfireAOF喷枪用作空气一燃料燃烧的后备图4向CleanfireAOF喷枪供风的风机氧气燃料喷枪输送空气时,可达到同样量的氧气,空气压力要求很高,需要价格昂贵的空气输送系统.出于安全考虑,不应使用氧气管道输送压缩空气.空气燃料燃烧与氧气一燃料燃烧相比需要更高的燃烧率,因为在空气一燃料燃烧时需要加热和排出氨气.从而造成额外的能量损失.另外,采用空气助燃,通常不会将其预热作为后备,否则就会使这种熔窑的效率低于普通的空气燃料熔窑为了解决用空气一燃料燃烧作为后备的问题,可采用专门为玻璃行业开发的CleanfireAOF(空气一氧气一燃料)喷枪.这种喷枪产生的火焰如图3所示.通向喷枪的空气管道如图4所示.这种喷枪属Cleanfire喷枪系列产品.这种喷枪的设计可供空气一燃料燃烧和富氧空气一燃料燃烧.第一代Ceanfire喷枪是90年代初投人市场的,这是玻璃行业用的第一种无水冷却的氧气一燃料喷枪,后经逐步改进.在Cleanfire喷枪之后投人市场的是CeanfireHR(高辐射)喷枪.CleanfireHR喷枪可产生极光亮和宽大的火焰.CleanfireHR喷枪已安装在世界各地各种类型的熔窑上,包括显像管熔窑和浮法熔窑.至今,只有CleanfireHR喷枪用于浮法熔窑的100%氧气一燃料燃烧.能量回收:空气一燃料熔窑如将任何燃烧过程烟气中的有用热用于在燃烧前预热燃料和氧化剂,那么该燃烧过程的燃料效率就会提高.在玻璃生产过程中采用蓄热式热交换器或换热式热交换器来完成这项工作.但是,燃料和助燃空气的预热的原来目标不是提高效率.而是提高熔窑温度熔化优质玻璃.热交换系统发生故障时,预热也就不能进行了.如换热器壁破裂或格子体堵塞或坍塌,热交换效率就会降低.长时间热交换造成的损失,如不进行窑中期维修,必然2001年第2期中国玻璃43氧气图5氧气可通过喷射器喷入助燃风管内氧气喷嘴LANCE图6氧气可通过喷嘴直接喷入熔窑的关键部位内会导致产量下降.业已证明,如熔窑换热系统损坏.采用全氧燃烧能在熔窑达到预期的窑期中发挥关键性的作用.采用几种氧气技术可减少换热系统发生故障.一种办法是将氧气通过喷射器喷人助燃空气管道内(图5).当助燃空气中的氧气含量增大时,惰性气体氮气的体积就会减少另外一种办法就是将氧气通过喷枪直接喷人窑内关键部位(图6).由于喷入的氧气取代了一定量的助燃空气,可提高换热系统的效率(在燃耗相同的情况下).换热式喷枪系统可直接以氧气一燃料喷枪替换空气燃料喷枪.一般来说,可将氧气一燃料喷枪直接穿过空气一燃料喷枪的喷嘴砖即可.由于需要的氧气一燃料喷枪比空气燃料喷枪少,因而必须仔细考虑选择替代哪些空气一燃料喷枪.当换热系统进行维修时,可将氧气燃料喷枪取出,生产仍可正常进行.另外,在蓄热式熔窑中采用穿过小炉的水冷式喷枪可使蓄热室格子体的维修得以进行.水冷喷枪可穿过小炉底的铺面砖.采用这种喷枪可直接代替该小炉的空气一燃)2000年第l1期(上接12页1表2煤气质量测试结果项目单住大同块煤型煤CO:%4.46.3CmHn%0.5O.5O2%0.2O.2C0%28.726.7CH%2.652.65H2%13.2414.12煤气热值MJ/6.3386.192友渣台碳量%5.525.82如果每年使用2万吨型煤,可节约燃料费用1