在玻璃窑炉中使用全氧燃烧

式中矾、、‰……空气、全氧燃烧的火焰传播速度
Ｎ２、ｃ０２～一一混合气体中Ｎ。、Ｃ（ｈ所占的百分数
２、
全氧燃烧需要的氧气
全氧燃烧技术最早是在热效率较低的小型玻璃窑上使用。全氧燃烧带来的热效率的提高，降低了窑炉的
能耗，但需要消耗一定量的氧气，其节能效果会被燃烧中的氧气成本所抵消。因此，氧气的价格也直接影响 到玻璃液的熔化成本。寻找经济合适的氧源，对于能否推广使用全氧燃烧是～个十分关键的问题。 目前，每立米氧气的价格美国约合Ｐ４ＩＢＯ．７８元，日本企业自制氧的成本约为Ｐ，ＭＢＯ．６５元，而北京管道氧 气价格为１．２８元，液氧价格为１．５０’１．６０元，自制氧价格为１．００元左右。显然，在中国，氧气的高价格制 约着全氧燃烧的应用，开发低成本的氧气是推广应用全氧燃烧必须解决的问题。 合适的氧源有以Ｆ ３种： （１）真空变压吸收法（ＶＰＳＡ） 合成分子筛分离也和Ｎ。，它可以安装在生产现场，制氧成本低，产量
２５
４、
窑炉结构简单全氧燃烧窑结构近似单元窑．且比单元窑还简单，不需要金属换热器，实际上熔化
部只有熔化池单体，占地小，建窑费用低。圈ｌ为全氧燃烧炉示意图。
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圈Ｉ全氧燃烧炉示意闰
５、
窑炉寿命长，大修时间短
全氧燃烧窑窑体都用电熔锆刚玉砖，窑内温度分布均匀，加上窑顶内
表面温度通常比空气助燃时要低２５—５０。Ｃ，故炉龄均在４年以上，而且没有蓄热室或换热室等砌筑工程，修 炉时间大大缩短。
一．
在玻璃熔窑中的使用全氧燃烧的情况
１、全氧燃烧的历史：１９８２年美国康宁公司首先开始试验，１９８３年第一座烧天然气的全氧燃烧窑在美国
康１ｊ。公司诞生。１９８９年第一座烧油的全氧燃烧窑在美国康宁公司诞生。到九十年代末期全氧燃烧已遍及美国、
法国、比利时、葡萄牙、西班牙、墨西哥、巴西、韩国、德国、日本等国。在中国，全氧燃烧起步较晚，九 十年代以节能为目的，在少量窑炉上试验富氧燃烧，之后氧辅助燃烧开始在一些玻璃窑炉中投入使朋。
２、
使用全氧燃烧熔化的玻璃品种：
目前己复盖大部分玻璃，如钠钙玻璃、铅晶质玻璃、硼玻璃、高硼硅玻璃、高铅玻璃、乳白玻璃、微晶 玻璃等。
３、
全氧燃烧窑炉生产的玻璃制品：
有瓶罐、器皿、仪器、玻管、玻壳、泡壳、灯片、镜片、平板、玻纤、显象管用颈管及其他电子玻璃产品等。
二．玻璃熔窑使用全氧燃烧的优越性
１、
排放的烟尘量少，符合环保要求
可调性好，适用于中等用量（１０－２００ ｔ／ｄ）、０２纯度小于９５％、用低压氧的场合。（普莱克斯公司新 一代单床ＶＰＳＡ系统，设备能力９－２７ｔ／ｄ，２４０／７１０Ｎｍ３／ｈ，（ｋ纯度９０％－９４％，设备规格１２ｍ＊１２ｍ，计 算机控制．操作全自动。） （２）低温氧气分离法（ＩＣＯ） 生产纯度达９８９６的低压如，还可同时生产Ｎ２。
在玻璃窑炉中使用全氧燃烧
（根据有关资料整理编写）
北京玻璃仪器厂
杨厚德
玻璃行业是一个高耗能的行业，燃料燃烧后排放在大气中烟尘含有二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物（ＮＯＯ、 氟化物、石英粉尘等有害物质，严重污染环境。为了保护人类的生存环境和自然资源，各国对污染源、大气 污染排放都制定了严格的标准，因此，玻璃行业必须严肃对待和解决这个问题。 降低能耗、减少有害物的排放量有各种方案，用氧气—燃料组成的全氧燃烧系统成为在玻璃熔窑中取代空 气一燃料组成的常规燃烧系统的优选方案之一，它不仅能大大降低Ｎｍ、Ｃ０２、ｓ如、粉尘等污染物的排放，而 且在节能、提高玻璃熔化质量、减少设备投资都有良好的作用。随着氧气成本的鬻鲜氐，加上全氧燃烧在环境 和经济上的优势，促进了全氧燃烧技术的全面研究和试验，使它在研究成功后很快在世界各地推广应用。
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—刘２～
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娴道住艘在屑墙 赴侧墙
图３烟道位置图：左图在后胸墙上，右图在两侧胸墙上
烟道位置的布置可以在池窑后胸墙上，也可以在池窑的两侧胸墙上。布置在后胸墙上的单烟道对压力控 制有利，建炉费用也小，但加料口要放在池窑侧面。位于两侧胸墙上的双烟道布置方式，两侧压力不易平衡， 建炉费ｊ＝Ｉｊ也较高（圈３）。 烟道面积全氧燃烧时的烟气量比空气助燃时要少８册多，但不能按此值缩小排烟口面积，＿般按空气
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燃烧器顺排 燃烧；Ｉｊ｝错排
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、
图２燃烧器布置：左为顺排，右为错排
，４、窑体结构 窑炉设计时要全面考虑，许多因素是互相有联系的，其中特别重要的是窑炉尺寸的确定、各部分材料的 使用、燃烧器的选型和烟道的位置。全氧燃烧窑结构十分简单。熔化部窑体内除了熔化池和火焰空间外，其 他还有燃烧器、排烟口、加料口和流液洞，烟气和玻璃液通常都作逆向流动。 烟道位置烟道位置的选择要考虑到熔化工艺的合理性。对不同的玻璃，工艺上有不同的要求，以取得 最隹的玻璃液流动路线。烟道位置的选择还牵涉到建炉费用，并影响到池窑的压力控制。
氧气与天然气的燃烧反应为：ｃ阮＋２毡～２也Ｏ＋∞
（２）燃烧温度
Ｔｕ。＝（‰＋ｃｆＴｃ＋Ｖ。帆一Ｑｌｌ。）／ｖＣ 式中‰～…～燃料的低位热值 Ｔｒ、Ｔ。…～～燃料、空气进入燃烧室的温度
Ｖ．、Ｖ－－～一实际空气量，烟气鼍
Ｃｒ…Ｃ
Ｃ－～燃料、空气、烟气从零度至各自温度下的平均比热
ｍｉ－－－－－－一…Ｈ２０、ｃＯｚ分解吸收热，一般视为零
６、
维修量小
全氧燃烧窑体简单，没有了清扫和更换格子砖的繁重劳动，窑的自动化程度高，操作
环境改善，可做到文明生产。
三．
有关全氧燃烧的几个问题
１、燃烧反应和燃烧温度
全氧燃烧的核心就是把空气一燃料燃烧系统变为氧气一燃料燃烧系统。
（１）燃烧反应 以天然气为例 空气与天然气的燃烧反应为：ｃＨ４＋２如＋７．５Ｎ２－－２［ＩｚＯ＋Ｃ０２＋７且烟气内Ｎ０，含量约比空气助燃时降低８５％－９０％。燃烧空间气氛中挥发份浓度 大大增多，抑制了配合料中挥发份的挥发速度（如碱、硼），粉尘排放量减少７０—８０％，污染大为减少，符合 环保要求。Ｃｏｒｎｉｎｇ公司４０座全氧燃烧玻璃窑的运行数据看，全氧燃烧后的Ｎ吸降低都在８５％以上，有的甚
廉，耐久性好。 采刚两段燃烧法（或叫两段供氧法）的燃烧器基本上能符合上述选型要求。所谓两段燃烧法是：第一阶 段在火根。少量如与油中Ｎ元素接触，使Ｎ元素聚合成№分子，局部ｏ：浓度降低，可抑制燃料ＮＯｘ的形成， 还使火根温度较低，并产生较多碳黑。第二阶段在火梢。０ｚ与油焰接触面大，传热均匀，温度均匀，因而火 梢温度也较低，可抑制热Ｎ０ｘ形成。所以分阶段供氧可延缓燃烧，增大火焰覆盖面，提高火焰亮度，抑制Ｎｏｘ 的形成。美国麦克森公司（ＭＡＸＯＮ）的ＬＥ型燃烧器和美国燃烧技术公司（ＣＴＩ）的ＨＲ型燃烧器都属于分段燃 烧燃烧器。 ＭＡＸＯＮ－ＬＥ型燃烧器用压缩空气雾化，雾化油喷咀的结构与常用的相同。雾化喷咀外套供氧铜套。第一次 供氧在喷咀砖内，通过环形氧分配板从４个ｆ ｌｍｍ的小孔切向喷出。第二次供氧在喷咀砖外，由喷咀砖４角 的４个ｆ ２ｍｍ的小孔平行喷出。 美国ＢＯＳ公司全氧燃烧系统的油燃烧器，外套管通入１Ｐａｓ压力纯氧（占总氧量的８０％），内套管通过油 氧混合体（０。ｌ！ｉ总氧２０％）。 喷咀砖必须与燃烧器配套。｝／＃ＬＸＯＮ公司喷咀砖的内形呈喇叭状，喷出火硬、商速、高冲量、短焰。ｃ＇ｒｉ 公司喷咀砖的内形呈直筒状，喷出火焰软、低速、低冲量、长焰。 ＣＴＩ公司研究开发出一种平焰燃烧器（Ｐｒｉｍｅｆｉｒｅ３００型）。火焰呈扇形状，覆盖面要增大２“３倍，火焰 宽度可达到１．２Ｍ，热辐射增强约１倍。靠近喷咀的火焰稳定在原始状态，有利于油热裂解禾Ｉ碳黑形成，井藉 油流和氧流的动量差，使火焰贴近液面。平焰燃烧器已在许多玻璃池窑上使用。 燃烧器的安装要点有： （１）水平安装。不能有上倾或下倾。全氧火焰较短，温度高，需严格防ｆｌ上扬烧坏碹顶耐火材料或Ｆ 倾造成玻璃液局部过热。（有的文章介绍燃烧器安装时应稍有下倾）， （２）喷咀砖要缩进胸墙内壁３０～７０ｍｍ，以防沿胸墙内壁流下的碹滴影响火焰喷山。 （３）燃烧器安装高度要避免高温火焰在液面和窑顶处局部过热，要充分利用烟气对热辐射的缓冲作 用。故麻在液面以上３７５ｍｍ～５３３．４ｍｍ处安装燃烧器。 （４）喷咀砖四周与胸墙问的缝隙（约３ｍⅢ）要封严，防止火焰气体逸出烧坏燃烧器外壳， 燃烧器布置的要求是：分区供给熔化所需的热量，保证窑宽上温度的均匀性，防【Ｅ在液面上形成不必要 的热点，避免窑顶和胸墙过热，优化火焰空间内气流的流型（能减少对耐火材料的冲蚀、减少携带出的粉尘、 延长烟气仃留的时间）。 火焰的３０％’３５％。 需要注意的是：燃烧器喷山的火焰有可见和不可见两部分，不可见的暗焰部分占总
（３）液氧能供应纯度达９９．５％的高压如，生产费用高，每吨液氧产生７００Ｎｍ３的魄。 ３、燃烧器 燃烧器是全氧燃烧的关键设备。燃烧器起着雾化和燃烧双重作用。它对火焰状况、温度分布、传热效果、 窑炉耐火材料寿命等都很重要。要根据所使用的不同燃料、流基（ｉＥ常生产时的使用景和最大使用量）、窑炉 结构选用不同的燃烧器。 选用燃烧器要考虑的因素是：火焰覆盖面大。可控制碳黑形成、黑度大、Ｎｎ量小，可以用低压氧（一般 低于０．０５ＭＰａ即０．５大气压），高调节比，不需水冷，低噪音，维修量小，寿命长，可兼用气、液体燃料，价
至高达９０％，粉尘减少与玻璃配合料种类有关，钠钙玻璃粉尘减少３０％以上，硼硅玻璃粉尘减少３０’５０％，铅
玻璃粉尘减少６０’７０％。
２、 ３、
节髓烟气量少，带走热量少，可节能２０—３０％。对高６ｌ｜｛｝硅玻璃．节能会更多些。 全氧燃烧可以提高玻璃的熔化质量。
全氧燃烧中烟气成份中主要是Ｇ嘎和Ｈ２０，比空气助燃时烟气的黑度大得多（约提高２．３倍），加上全氧 燃烧中火焰传播速度快，故对上下调整玻璃液中传热餐增多，熔化率可提高１０％－２０％。加上烟气成份中的水 汽含量可达５３％．玻璃液与水汽反应增强，玻璃液中的ＯＨ－量增多．导致玻璃液粘度降低，粘度降低有利于 澄清和均化，可提高玻璃质量。国外在熔化面积１４Ｍ２、熔化温度１５００。Ｃ、熔化率１ｔ／ｍ２幸ｄ的熔窑中采朋空气 燃烧和全氧燃烧进行废气成分和计算火焰黑度比较，全氧燃烧时废气中的Ｎ２量由空气燃烧时的７２．２％降为３％， ｝ｈ０由１７．２％增至６４％，Ｃ（ｈ由８．６％增至３２％，魄由２．１％降为１％，计算火焰黑度由０．１２９增至０．２９３。