全氧燃烧技术在玻璃行业的应用与发展

引言全氧燃烧（又称为纯氧燃烧、Oxy-Fuelcombustion）技术的燃烧模式为燃料+氧气，与传统的空气助燃技术相比，助燃介质由空气变为氧气，减少了燃烧过程中约78%的氮气带入和带出，与传统燃烧方式有着根本的区别。全氧燃烧技术在玻璃行业的应用熔制玻璃的加热方式。根据熔制玻璃的加热方式可分为：全氧燃烧火焰空间和热顶电加热。目前多数全氧燃烧窑炉采用纯粹的火焰空间燃烧方式熔化玻璃。根据生产需要选定烧枪的型号及数量，可以是单只烧枪也可是多只烧枪。通常情况下烧枪按照燃料每小时流量标定或按照功率（kW、MMBTU标定）。布枪方式。根据布枪的方式可分为:顶部燃烧（顶烧）、水平燃烧。其中水平方式布枪时，又分横火焰和竖火焰模式。顶烧技术源于美国，在日本将这种技术得到快速应用推广。在我国，大多数的玻纤窑炉均采用顶烧技术。相比传统的侧烧技术，采用顶烧技术可以提高10%以上的熔化率、节约4%~8%的燃料，优势明显。由于顶烧的烧枪安装在窑炉的碹顶上，火焰直接对着玻璃液面加热，所以热效率相对较高。目前多用于无碱玻纤窑炉上，日用玻璃行业应用相对较少，使用顶烧喷枪窑炉内部燃烧状况如图1所示。图1窑炉内部燃烧情况玻璃行业全氧燃烧技术装备窑炉控制系统。全氧燃烧技术对于燃烧额控制精度、安全等方面有着较高的要求。通常采用工控机+PLC控制柜或PLC控制柜+触摸屏人机交互方式，完成对窑炉燃烧阀组的调整、安全控制、必备的闭环控制（液位、窑压等）、环保设备以及窑炉运行数据的存储、相关性分析等功能。部分窑炉根据生产需要可选用高温工业电视，用以监控窑炉内部情况。燃烧设备。燃烧设备是用于全氧燃烧玻璃窑炉燃料和氧气流量控制的主要设备。常见的燃料为：天然气、液化天然气、焦炉煤气、岩层气、沼气、煤焦油、重油和石油焦等。氧气以液氧或气氧为主。烧枪。全氧燃烧烧枪与传统的空气助燃烧枪比，由于多出了氧气的通路，所以相对复杂一些。作为完成燃烧的设备，烧枪的优劣直接决定全氧燃烧项目的能耗、安全及稳定性。全氧燃烧消泡技术。消泡技术是近年来发展起来的一种新型技术，它针对全氧燃烧过程中玻璃表面产生的泡沫，通过喷射雾化的消泡液消除或减轻泡沫层，达到稳定生产、节约能源的效果。该技术一经推出就很快在多数全氧燃烧窑炉上得到了应用。由于全氧燃有别于空气助燃窑炉，其燃烧后的尾气中水蒸气浓度会达到50%～60%。玻璃吸收水的能力特别强，容易形成OH﹣，使玻璃液的黏度降低，微小气泡更容易地从熔体中排出，同时水也使更多硫酸盐分解出SO2排放到火焰空间中。特别是部分全氧燃烧窑炉使用芒硝作为澄清剂时，熔窑中产生大量SO2小气泡与尾气中的水反应，生成硅羟团Si-OH，相邻的两个Si-OH之间有时还会产生氢键，Si-OH还可以吸附H2O，玻璃表面富集的硅羟团能牢固的吸附大量气体。消泡系统通过消泡枪将消泡液以雾状喷入至窑炉内，通过正钛酸丁酯与表面泡沫的化学反应作用，减小异质玻璃液膜表面张力，破坏硅羟团，刺破气泡，消除玻璃液表层的泡沫。使用消泡设备喷射消泡液的成本，在一般情况下与节约的燃料费用基本相当，但是生产的稳定性会大大提高。发展与展望由于全氧燃烧技术在节能、环保等方面的先进性，使其在玻璃行业得到较快的发展，其技术创新主要集中在以下几个方面：燃料及氧气预热技术。为节约能源、降低成本、服务社会、绿色生产的目标下，催生了预热技术，通过利用较高温度的尾气将即将进入窑炉燃烧的燃料和氧气进行预热，达到降低能耗的目的。目前已知的公开技术有：林德的热化学蓄热室技术和法液空的HEAT-OX热态全氧燃烧技术。（1）Optimelt热化学蓄热室系统OPTIMELTTM系统通过蓄热室、烟气再循环管道、鼓风机、氧枪和专用自动化等设备，将燃料和部分回收烟气转化为高温合成气，利用尾气和余热最终实现高效的蓄热式纯氧燃烧。与常规的空气燃烧玻璃熔炉相比，OPTIMELTTM系统可以节省高达30%的燃料消耗，不仅极大地改善了玻璃窑炉的能源效率，还可以有效减少氮氧化物和二氧化碳的排放，实现了经济和环保的双重收益。此外，OPTIMELTTM系统只需常规空气蓄热室体积的33%就能实现以上效果，使得生产装置更加紧凑灵活。（2）HEAT-OX热态全氧燃烧法液空的HEAT-OX热态全氧燃烧技术，是利用交换器把较高温度的尾气中的热能加热即将进入窑炉的燃料和氧气，通过预热来达到节能的目的。目前该技术已经在国内的实体工厂获得的应用。（3）双燃料热氧燃烧器燃烧器结合了热氧燃烧和燃料灵活性来优化燃料（天然气、重油、石油焦、氢气）切换的运行成本，具备一个优秀的适应不同功率和反应物温度的操作区间。这种技术使客户有了更多的选择。烧枪的改造（1）三层枪技术在经历了圆枪、扁平枪后，业内迎来了三层烧枪的普及。有别于两层扁平枪技术，三层烧枪技术是两层烧枪技术的升级版。通过在原有氧气、燃料混合腔上方增加专门的氧气通道，调整氧气在烧枪不同管路的流量，达到一枪多能的效果，结构示意见图2。（2）低动能烧枪低动能烧枪的优点在于火焰更佳柔和，对配合料料山和窑炉内部结构的冲击更轻，对配合料有效成分挥发和窑炉寿命延长有明显的效果。低动能烧枪技术较传统烧枪要求的系统压力更低，这也使供氧系统的氧压成本降低成为可能。图2三层枪技术结构示意图其中：A+B

还原模式；B正常燃烧模式；B+C

节能模式。结语全氧燃烧技术经过30多年的发展，技术已日趋成熟，在玻璃行业的运用已经得到越来越多的认可和支持。随着我国减能减排、绿色发展的内在驱动，企业在发展的过程