最新氧气——燃料燃烧方法

最新氧气——燃料燃烧方法 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 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Cleanfire0 H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C[ea~fireHR喷枪技术控制排 放可从根本上解决问越Cleanfire0HR喷 枪的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l89—5o4Kcal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Cleanfire AOF(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C]eanfire 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C]eanfireHR(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:%4.46.3 CmHn%0.5O.5 O2%0.2O.2 C0%28.726.7 CH%2.652.65 H2%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100多万元,建设投资在2年内即可全 部收回.因此利用地方煤掺配大同粉煤加工 气化用工业型煤,经济效益十分可观. 6.结论 气化用配煤型煤技术的开发和工业生 产的成功应用,为各种粉煤的利用找到了一 条很好的出路,可以缓解国内优质块煤短缺 的问题,为全国各地利用粉煤就地成型供煤 气发生炉使用,降低煤气成本.减少因处理 粉煤而产生的污染,找到了一条现实的途 径.因此,该技术推广应用,对我国国民经济 的发展,对节约和充分利用能源,都具有十 分重要的意义.