浮法玻璃全氧燃烧技术

浮法玻璃全氧燃烧技术姜宏12(1.海南省特种玻璃重点实验室海南大学海口市570228;2.特种玻璃国家重点实验室澄迈县571924)摘要玻璃熔窑的全氧燃烧技术被称为是玻璃工业熔制技术的“第二次革命”。

介绍了对全氧燃烧技术的发展现状、优 点及其在浮法玻璃工业应用中遇到的问题；结合全氧燃烧技术在600 t/d浮法玻璃生产线成功应用的经验，对全氧玻璃熔窑 的设计、全氧燃烧对玻璃性能的影响，以及实际生产过程中玻璃液表面泡沫多、澄清困难等关键工艺技术难题进行了系统 研究分析；并对该技术在浮法玻璃中的节能减排、运行成本等进行了分析及前景展望。

关键词全氧燃烧浮法玻璃节能减排应用前景中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：1003-1987(2017)12-0003-17Oxy-Fuel Combustion Technology for Float GlassJIANG Hong1，2(1. Hainan Provincial Special Glass Key Lab,Hainan University,Haikou, 570228;2.State Key Laboratory f or Special Glass,Chengmai, 571924)Abstract:The development of the oxy-fuel technique is known as the second revolution of glass melting technology.In this paper,the advantage and development of Oxy-fuel combustion technology and its problems in the float glass industry are introduced.Based on the successful practice of the technology in the600 t/d float glass line,the design of the furnace,the effect of the oxy-fuel combustion on the properties of glass,and the problems of the key process and technology,such as too many bubbles on glass melt surface,and the difficulties in clearing,were systematically studied and analyzed.The energy saving and emission reduction and operation cost of the technology in float glass are analyzed and the prospect is discussed.Key W ords:oxy-fuel combustion,float glass,energy saving and emission reduction,application prospect〇引言改革开放30多年以来，中国国民经济迅速发 展举世瞩目，玻璃工业也得到迅速发展。

仅以浮 法玻璃为例，“十二五”末浮法生产线总计325条，浮法玻璃产能51 935万t,连续22年居世 界之首。

但是我国平板玻璃行业依然存在着能耗 大、排放高等问题，与国际先进水平仍存较大的 距离。

玻璃熔制的髙能耗带来燃料的大量消耗，也对环境造成了前所未有的压力；同时玻璃燃料 在玻璃制造成本中所占的比例也越来越大，严重影响了行业的经济效益。

因此，节约能耗、降低 污染物排放以及降低生产成本成为平板玻璃行业面临的的两大核心问题[1]。

长久以来，玻璃熔窑都是以空气作为助燃气 体，采用空气助燃是导致髙污染、高能耗的重要 原因[2]。

空气中氧气含量只有21%，其余约 78%的氮气在玻璃熔化过程中被无效率的加热，并在高温下排出窑体，造成了很大的能源浪费，据统计，这部分热量损失占能耗的30%以上。

而 且队在高温下与02反应生成N0X气体，N0X气体排入大气层会造成严重的环境污染。

另外，在空3气一燃料燃烧系统中，大量的含氮烟气流过蓄热 室、烟囱等设备也容易冲蚀这些设备缩短熔炉的 使用寿命。

在工艺上，传统空气助燃玻璃熔窑还 需要通过定时换火进行烟气与空气的热交换，在 换火的期间会使窑温与窑压产生波动，会影响到 产品的质量。

为了解决空气助燃所带来的这些问题，全氧 燃烧技术逐渐引起各国的关注和重视。

全氧燃烧 技术就是用纯氧来代替传统的空气作助燃气体，与燃料按预定燃料比混合，以更精确的方式燃烧 的技术。

全氧燃烧工艺原理和产物与空气助燃系 统存在显著的区别，全氧技术燃烧产物主要以 (]〇2和1120为主，生成NOx比例显著降低，大气污 染得到有效缓解；同时玻璃熔化率和玻璃质量也 会提高，全氧燃烧无论是在节能减排上或是在产 品质量上都较之空气助燃有着显著的优势。

1998年在美国召开的第18届国际玻璃会议上，全 氧燃烧技术被誉为玻璃熔化技术发展历史上的第 二次革命。

1全氧燃烧技术的发展1983年，美国康宁公司率先开发成功全氧燃 烧技术，并建成第一座天然气全氧池窑。

然后一 些小型的特种玻璃窑也开始向全氧燃烧转化。

进 入80年代后期，欧美发达国家对环境保护及节能 的要求日趋严格，全氧燃烧技术也因此逐渐引起 了人们越来越多的重视并得到了更快的发展。

到 90年代，大型的工业玻璃熔窑开始采用全氧燃烧 技术。

全氧燃烧技术投人大型玻璃熔窑生产也只 有短短十几年，相比发展了半个多世纪的空气助 燃浮法工艺，全氧燃烧技术正处于一个迅速发展 和成长的关键阶段。

玻璃熔窑全氧燃烧技术在欧美国家得到了较 广泛的研究与应用，美国康宁玻璃公司、PPG玻 璃集团公司已拥有先进的全氧燃烧技术，其中美 国在全氧技术研究和应用方面居世界先进水平。

4至今，北美（包括美国，加拿大和墨西哥），全 氧燃烧窑已有136个，占北美玻璃熔窑总数的 25%,尤其是有5座大型浮法玻璃窑采用了全氧燃 烧技术。

近几年，中国已开始关注全氧燃烧技术，国内学者和技术人员已经做了大量的研究及产业化 工作，一些全氧玻璃熔窑已相继建成投运。

例 如：曾经在生产玻壳窑炉应用全氧燃烧技术的有 安彩集团、彩虹集团和津京玻壳股份有限公司 等；玻璃纤维窑炉应用全氧燃烧的有巨石集团、泰山、重庆复材以及康宁在余杭的玻纤厂等，现 在国内绝大多数玻纤熔窑都采用了全氧燃烧；太 阳能压延玻璃已经有超过12条熔窑采用全氧燃 烧，最大单线规模达800 t/d;在轻工玻璃方面，有超过20座熔窑采用全氧燃烧；TFT基板玻璃熔 窑全部采用全氧燃烧；全氧燃烧在以上几个方面 均得到了较好的产业化应用和发展。

全氧燃烧在浮法玻璃方面的应用情况较为特 殊，遇到了技术及成本等方面的问题，产业化推 广进展不顺利。

“十一五”期间，国家曾将全氧 燃烧技术开发列入科技支撑计划，中国建材在蚌 埠利用安徽华光集团原500 t/d浮法线上改造的一 条吨位为580 t/d的浮法玻璃熔窑全氧燃烧生产 线，此生产线2011年2月18日投产，现已停产；山东金晶和海南中航特玻分别引进PPG全氧燃烧 技术，建设了600 t/d全氧燃烧浮法玻璃生产线，现均已停产；旗滨集团在醴陵建设了600t/d全氧 燃烧浮法玻璃生产线，今年刚刚停产；目前浙江 光明玻璃正在建设2条600 t/d全氧燃烧浮法玻璃生 产线，何时准备投产未定；南玻2011年12月在河 北廊坊投产的150 t/d全氧燃烧超薄电子玻璃生产 线、中建材在蚌埠今年投产的一条50 t/d高铝玻璃 生产线是目前仅有的两条正在运行的浮法玻璃全 氧燃烧生产线；重庆鑫景正在建设的50 t/d髙铝玻 璃生产线、河北东旭正在建设的浮法30 t/d TFT玻 璃基板生产线均采用全氧燃烧[w]。

2玻璃熔窑全氧燃烧的优势分析根据全氧燃烧的技术、工艺特点，结合其在 工业实际应用情况，全氧燃烧优势如下：2.1减少大气污染全氧燃烧是玻璃工业控制废气排放的有效技 术途径。

据报道，与空气助燃相比，全氧燃烧使 每吨玻璃NOI的排放由2.7 ~ 4.5 kg减少到0.25 ~ 0.7 kg,减少70%以上，SO#放降低40%，烟尘排放 量降低70%。

国内某公司600 t/d浮法熔窑采用全氧与另一 条600 t/d浮法熔窑采用空气助燃的实际烟气生成 量见表1,从表1中数据可见，全氧燃烧的烟气量 约为空气助燃烟气量的1/3,远小于空气助燃时的 空气需要量和烟气生成量；全氧燃烧烟气中呂02的含量仅为空气助燃的53%，N C^含量仅为空 气助燃的26%，大大减少了废气的排放尤其是 NO,的排放。

表1全氧燃烧与空气助燃排放指标对比（600 t/d浮法）燃烧方式烟气量烟气成分Z m g•rrf3 /m3 •h_1N0X S02空气助燃160000 2 300260全氧助燃64 000600139.32.2降低能耗在空气助燃作业中，必须把大量对加热过程 无益的氮气加热到熔窑操作温度而浪费大量能 量。

以甲烷天然气燃料燃烧为例：空气助燃：CH4+202+7. 5N2=C02+2H20+7. 5N2全氧燃烧：CH4+ 202= C02+ 2H20通常的空气燃烧只有占空气总量21%的氧气 参与燃烧，其余约占78%的氮气非但不助燃，反 而要带走大量热量，从烟气中排出。

在使用全氧 燃烧的情况下，燃料燃烧所需空气量减少，废气 带走的热量下降；燃烧完全充分，无小炉、蓄热 室，向外散热少，节能效果明显。

国内某公司600 l/d浮法熔窑采用全氧与另一条 600 t/d浮法熔窑采用空气助燃的能耗指标见表2。

从表2中数据可见，全氧燃烧的节能率达到18.4%〇表2全氧燃烧与空气助燃能耗指标对比（600 t/d浮法）项目空气助燃浮法玻璃熔窑全氧燃烧浮法玻璃熔窑节能率燃料天然气天然气助燃方式空气纯氧能耗 6 263 kj/kg 5 112 kj/kg18.4%2.3提高熔化率采用全氧燃烧时，燃料燃烧完全，火焰温度 高，产物主要为(：02和1120,比空气助燃黑度大，辐射能力强，火焰辐射温度可提高100丈左右，配合料熔融速度加快，可提高熔化率10%以上。

另外，全氧燃烧时的火焰传播速度〜。

2比空气助 燃时Wa快，根据经验式：Wa=界。

2 (1- 0.01N2- 0.012C02)[4]，故对玻璃液的传热量增多，熔化 率可提高10% ~ 20%。

水蒸气的含量增加以及全 氧燃烧时玻璃液表面温度提高，使得玻璃液黏度 降低，流速增大，这也有利于提高熔窑的产量。