玻璃熔窑的全氧燃烧文档格式.docx

玻璃熔窑的全氧燃烧文档格式.docx

《玻璃熔窑的全氧燃烧文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃熔窑的全氧燃烧文档格式.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

熔化玻璃采用煤、煤焦油、重油、天然气、或电（少量）作燃料。

目前我国熔化一公斤玻璃液（平板玻璃）平均指标在1500-1800大卡。

按此单位能耗测算，玻璃工业无疑是重要能耗大户之一。

当今世界石油价格上涨，我国进口石油逐年增加（中国生产力发展研究报告研究表明；

中国石油进口率测算到2010、2015和2020年进口率下限将分别达到55.4%、57.4%、59.7%。

大大超过30%理论上控制指标，按国际能源组织今年预测2030年中国石油对外依存度将达到74%的进口率）。

玻璃熔窑大部分采用重油做燃料，因此，对于玻璃工业的总量控制，尤其是高能耗玻璃熔窑的能耗限制，从节能、成本考虑采用新燃烧技术已是当务之急。

2005年2月16日“京都协议书”生效、2005年7月27日美国、澳大利亚、中国、印度、韩国在万象签订了亚太地区清洁能源开发及气候变化研究伙伴关系的协议“万象协议”，都在呼吁保护全球环境。

目前中国的温室气体排放量已高居世界第二，并预计将会超过美国升至第一（美国纽约时报10月30日文章：

中国下一个剧增的可能是污染空气）。

根据粗略统计，中国有1/3的地区受到酸雨侵蚀。

中国政府现在必须认识到，在环境方面，它既有国内责任，也有国际责任。

党和国家提出的“十一五”规划纲要，已将节能、环保列为“十一五”规划着重解决的课题。

严格控制大气污染、降低温室气体排放的新法规、新技术已是既定方针。

随着玻璃工业的发展，人们对产品质量要求的不断提高，燃料成本的不断增加，使得科技工作者对玻璃生产的核心——“玻璃熔窑”的各个环节进行了不断地探索和改进，燃烧系统也不例外，至今已有了可喜的成效。

人们除了关注全球日益紧缺的能源供应，探索种种节约能源的措施之外，还关注着人类的生存环境，针对熔窑排放的各种废气，采取必要的措施进行处理。

除燃烧高硫燃料产生的“SOx”已引起重视外，在以空气助燃的燃烧中所产生的废气含有大量的NOx，它造成光化学大气污染、温室效应，影响全球人类生存环境，其更应予以关注。

有史以来，玻璃熔窑一直都是以空气作为助燃介质。

经过对现有燃烧系统的分析研究，认为采用空气助燃是导致高能耗、高污染、温室效应高的重要因素。

空气中只有21%的氧气参与助燃，78%的氮气不仅不参与燃烧，还携带大量的热量排入大气。

通过长期反复地试验研究认为；

采用纯度≥85%的氧气作为助燃介质，对于节约能源，改善环境效果十分显著：

能耗可降低12.5%-22%，未来可望降低30%以上（见图二），废气排放量减少60%以上，废气中“NOx”下降了80-90%、烟尘也降低50%以上。

图一

这种采用纯度≥85%的氧气参与燃烧的系统，我们称之为全氧燃烧、玻璃熔窑中，部分设置全氧燃烧系统（浮法玻璃熔窑俗称的“0”号小炉助熔）称之谓全氧助燃。

由于燃烧系统的改变，引起玻璃熔窑结构的变革，全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉、换火系统，如同单元窑（见图一）。

就采用横火焰窑炉的玻璃厂而言，熔化部厂房跨度可缩小2/5，主生产线投资减少30%左右。

鉴于采用全氧燃烧的熔窑，无需“传统换火工艺”使得玻璃熔化更加稳定，近乎达到理想境界。

熔化过程飞料大幅度降低，澄清区气泡释放非常彻底，玻璃熔化质量显著提高。

图二：

全氧燃烧的能耗比较

采用空气或全氧作为助燃介质，其传热过程差异很大（见表一）。

传统的空气助燃，需要通过定时换火进行烟气与助燃空气的热交换，回收部分热能。

但是，换火过程窑内瞬间失去火焰，玻璃液必然失去热源，导致窑温波动，受到换火过程的冲击，窑压瞬间波动也是必然的结果。

通常空气助燃，因为小炉结构的需要，必须占据沿池壁长度方向较宽的位置，因此，喷枪的合理布置受到限制。

采用全氧燃烧，由于燃烧器不同于小炉，外形结构尺寸相对较小，它可以按照熔化温度曲线合理分布，“燃烧器”或对烧、或交叉燃烧。

完全可以按照熔化温度曲线自动控制窑内温度，不致烧坏窑体。

就浮法窑而言，一般反而使热点温度下降，原料预熔区温度上升，其结果是预熔区的原料受高温气体传热很快形成薄壳，从而阻止了粉料的飞扬。

用于浮法玻璃熔窑的全氧助燃，俗称“0号小炉”，是在“1号小炉”与前脸墙之间两侧胸墙上各安装一支“氧+燃料”燃烧器，用于熔窑的中、后期以及生产特种深色玻璃时投运，以提高预熔区的温度，将泡界线前移，减少飞料，可提高产量约10-15%，并大幅度减少玻璃中的气泡，提高产品质量，以便恢复熔窑前期功能，而无需进行蓄热室热修，节约了人力、物力、热修费用。

二、“全氧+燃料”燃烧的技术成果

到本世纪初，全世界已有200多座全氧燃烧窑炉，北美拥有的550座包括小型特种玻璃窑在内,其中约有140座为全氧燃烧窑炉，欧洲现有的350座窑炉中已有30余座为全氧燃烧窑（不包括玻璃棉及特种玻璃窑），亚洲已有20多座全氧燃烧窑炉。

近几年在中国已开始推行全氧燃烧，如玻璃纤维池窑、薄壳、玻锥电子窑及在浮法窑增设“0号小炉”的全氧助燃已相继建成投运，（见图三、图四）。

图三：

全氧燃烧窑在北美的分布图

图四：

全氧燃烧窑在欧洲的分布图

美国Praxair、AirProduct等公司为了开发气体市场，长期进行全氧燃烧技术的开发研究。

十五年来，全氧燃烧技术逐步完善,世界上有燃烧试验装置的公司取得了许多成功经验。

诸如：

提供包含数学模型等技术软件在内的设计依据资料、全氧燃烧窑炉的结构设计，还包含供氧系统、燃烧器、支撑燃烧器的耐火砖材、燃料（重油、煤焦油、天然气）自供系统、“氧气+燃料”的自控系统在内的各项装备以及各种不同类型制氧装备等。

美国Praxair公司在这方面还拥有多项专利，如硅砖高碹结构设计技术、“氧气+燃料”的燃烧器专利等。

到目前为止，全氧燃烧已经是一项成效显著的成熟的科技成果。

三、全氧燃烧的有关问题

在此仅就玻璃窑全氧燃烧氧气纯度（富氧、全氧）、浮法窑内温度场、窑内气氛、全氧助燃“0号小炉”的氧气用量、高碹等的有关问题进行讨论。

1、氧气纯度：

空气中只有21%的氧气，氧气大于21%，如22%就是富氧，所以，通常提到的“富氧燃烧”没有定量，易混淆含义。

试验证明，含氧量≥85%作为助燃介质，燃烧效果才显著，一般全氧燃烧含氧量≥91-92%，含氧量<

85%燃烧效果不好，因此将供给一条浮法线锡槽用氮所采用的空分设备产出的含氧尾气，作为助燃介质是不够的，燃烧效果甚微。

2、浮法窑内温度场：

由于燃烧器外形结构尺寸相对较小，“氧气

图五

+燃料燃烧器”可以按照熔化温度曲线合理分布，与空气助燃相比，一般浮法窑预熔区温度（投料口至一号小炉间），上升65℃，热点温度下降20℃（见图五），实践证明这对玻璃熔化过程：

预熔、熔化、澄清及调节窑内气氛，减缓对耐火材料的侵蚀是有利的。

3、窑内气氛：

全氧燃烧窑内气氛变化较大，在玻璃熔体表面碱（NaOH）的挥发反应，碱蒸气（NaOH）浓度增加数倍，造成碹顶硅砖侵蚀加剧（见图六）。

图六

4、全氧助燃“0号小炉”的氧气用量：

氧气用量可按全窑助燃氧气用量≧15%或按增加玻璃产量计算。

5、高碹：

为了防止硫酸钠（Na2SO4）等物质造成碹顶硅砖侵蚀，美国Praxair公司采取了高碹顶技术，提高碹顶高度、将加料段温度升高、抬高燃烧器，降低了碱蒸气（NaOH）挥发浓度，减低了对碹顶硅砖的侵蚀，延长了窑龄，实际效果很好（见图六、图五、图七）。

图七

四、全氧燃烧技术经济分析

1、全氧助燃“0号小炉”投入成本低，日用氧气量少，效果明显。

在浮法窑炉投运的中、后期可增加产量、提高玻璃质量、无需再支付蓄热室等热修费用，其经济效益十分明显。

2、全氧燃烧的技术经济比较（见表二）

表二：

“空气+燃料”、“氧气+燃料”的可比成本比较

注：

a.本表以700T/d浮法玻璃窑为例

b.熟料（碎玻璃）占配合料比例为15%；

c.重油按3000元/吨；

d.氧气按0.35元/标立方米

e.未考虑“环保”要求支付、奖励的收支；

f.未列入“空气+燃料”窑炉维修支出；

g.“氧气+燃料”土建、换向工艺设备节省的投资未列入。

上述700T/d浮法生产线氧气供应站投资，由供气方投资。

氧气价格为含电价。

从简略的测算可以看出，由于能源（重油）价格上涨，两者可比成本仅差1.85元/箱，如果考虑“氧气+燃料”熔化玻璃的质量提高，使得质量从建筑级提高到汽车级，则5毫米玻璃每平米售价可增加1-1.5元的因素，同时国家对新的环保、节能技术的应用实施政策倾斜，采用全氧燃烧的经济效益是好的。

五、如何应用全氧助燃、全氧燃烧

应用“氧气+燃料”的方案实际上有两种选择：

第一，采用全氧助燃安装“0号小炉”。

原则上国内现在运行的浮法窑都可以安装，特别对于已运行3-4年的中、后期熔窑，增加“0号小炉”，运行之后，它可以恢复窑前期产量，而且玻璃质量明显提高。

对新投运的窑，施工前预留“0号小炉”安装位置，在运行之后安装更加合理。

对于某些大型玻璃集团公司，在一地有三条以上浮法线，可以合用一套制氧设备，节省设备投资。

第二，设计全氧燃烧熔窑。

由于制备氧气的成本比空气高，因此，在选择应用全氧燃烧方案时应做可行性分析，选择可靠性高的制氧机组（如真空变压吸附法可制造浓度为90-91%以上的制氧气设备）,同时也要考虑附近是否有“液氧气源”，作为应急备用氧气供应基地，一般在高速公路连接处，距液氧工厂300-400公里之内为宜。

对现有浮法玻璃公司的浮法线冷修改造，如采用全氧燃烧方案也可以节约用于蓄热室、小炉的投资，并减低换火系统维修费用，提高产品质量、产量。

测算运营成本：

测算时应逐项考虑，氧气支出费用、燃料节省费用、增加的收益、玻璃产品质量等级提升增加的产品收益，投资节约减低的财务费用收益以及窑龄延长摊销的费用等。

从运行效益考虑，对于马蹄焰窑，单元窑、横火焰窑等，应选择产品附加值高的窑炉实行全氧燃烧。

对于浮法玻璃熔窑应选择附加值高的超薄玻璃、超透明玻璃的熔窑以及大、中型生产中、高档浮法玻璃的熔窑。

从长远的观点看，一旦能源价格继续上涨，玻璃污染费征收额度增加，国家施行减排烟气的奖励办法得以落实，全氧燃烧的推行势在必行。

六，政策导向是推动“全氧燃烧”的动力 

总结过去十个五年计划的经验，如何面对现实存在的节能（能源匮乏）、环保（执行“京都协议书”、“万象协议”）、市场竞争（高质量玻璃市场需求增加）、降低成本（燃料价格上涨、环保费、税增大）等，给未来玻璃窑技术发展提出了严酷的要求。

第“十一个五年规划”提出的建设能源节约型、环境友好型的目标，并明确提出到第十一个五年规划末，按GDP测算能源消耗降低20%的目标。

政策导向给予玻璃窑技术发展有力的推动。

综上所述，“全氧燃烧”已经是一项成效显著的成熟技术。

为此，应该引导窑炉这场技术革命，制订相应的指导性政策是非常必要的，建议如下：

1、普查全国玻璃工业能耗、大气排放、大气污染现状，制订相应措施,鼓励采用“全氧燃烧”及其它节能、环保新技术。

2、依据“京都协议书”、“万象协议”及我国相关法规制订切实可行的节约能源，控制大气污染、降低温室气体排放的新法规。

3、制订对采用新燃烧技术、节能、减少大气排放技术的奖励制度,实施定额减免税管理办法，技改贴息贷款优惠信贷等政策。

4、制订对发明创造、推广、设计节能、环境保护新技术的个人、单位进行奖励的政策。