富氧燃烧技术在玻璃池窑上的实践.pdf

富氧燃烧技术在玻璃池窑上的实践卫德沛中国硅酸盐学会玻璃专业委员会全国玻璃窑炉组燃烧设备的目的就在于使燃料充分燃烧，并有效地充分利用燃烧生成的热量燃烧的工艺与炉窑效率有着至关重要的关系燃烧是由于燃料中可燃子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的，所以氧的供给情况决定了燃烧过程完成的是否充分在常规空气助燃的燃烧系统中，这种高能碰撞作用受到占空气成份近五分之四不助燃的氮分子阻碍，减少了氧分子与燃料可燃分子之间的碰撞机会，直接影响燃烧效率的提高，不仅如此，氮还在炉窑中吸收大量的热量在废气中排掉，造成热损失，浪费能源采用比常规空气吉氧量高的空气助燃称富氧燃烧，它有提高火焰温度、加快燃烧速度、降低燃料燃点温度、增加热量利用率的特点笔者十几年来潜心研究、应用富氧燃烧技术，已在发生炉、工业锅炉、加热炉、水泥窑及2 0多座玻璃池窑上实施取得了节能、增产、环保、提高熔化质量及窑炉寿命的功效为了顺利的推广这项技术，让使用单位不走弯路，无论从富氧发生器的设计制造及富氧空气的生产工艺、预热及富氧燃烧的调试等经过多年实践和不断地改进后，已得到完善和定型，达到价廉、耐用、便于操作( 自动的) 、维护、运行费用低的目的现将在玻璃池炉上应用富氧燃烧技术的节能分析及根据和具体实践分述如下。

一、富氧燃烧技术的节能分析( ”火焰温度随着助燃空气中的氧古量增加而迅速上升从图一中可以看出：①火焰温度随着空气中氧的浓度的提高而提高：②随着富氧空气浓度逐渐提高火焰温度增加的辐度逐渐下降因此为了有效地利用富氧空气，其浓度不宜选高按过剩空气系数a = 1 ．1 ．1 ．5 组织燃烧时，富氧空气浓度取2 3 —2 7 ％为宜且以空气含氧量从2 l ％增加到2 3 ％时．效果最明显从图中还可以看出：在绝热状态下．燃烧的火焰温度提高了近2 0 0 ' 1 2 ( n = 1 ) ，空气含氧量从2 3 ％增加到2 5 ％．火焰温度增加1 0 0 “ C ，空气古氧量从2 5 ％增加到2 7 ％时，同样是增加2 ％的含氧量，火焰温度的增加却只有约3 0 ℃③过剩空气系致不能大，否则同样浓度的富氧空气助燃，火焰温度较低，因此我们组织燃一2 , 7 7 —烧时一般对过剩空气系数都控制在1 ．0 5 一l火 焰强 腰燃烧宅气的镊浓度罔一．1 ．以获得较高的火焰温度又能完全燃烧由于增加氧气后火焰温度提高，加快了辐射、传导和对流三种形式的传递速度这三种热传递形式中哪一种作用摄大要取决于下列因索，1 ．火焰类型和形状；2 ．加人的氧的比例；3 ．熔窑的周围情况等。

然而，由：于热传递速率与温度的四次方成正比，所以辐射是最起作用的形式增氧后，火焰发光明显增加，发光火焰的大部分热量是靠辐射传递给熔窑物料的这种火焰的辐射能量比不发光火焰的能量要高2 0 ％，而且辐射热可占燃料热值的( 大约)％4 0 ％由于空气中台氧最的提高，而致使火焰温度上升，加强了传导、对流和辐射三种形式的热传递将热量迅速传递给窑炉物料，增加化料能力图二是日本井藤博达、浓部正树根据高温炉试验所作的炉温和节能率关系曲线从曲线可以看到：炉温越高．应用富氧燃烧技术节能效果越明显炉温1 6 0 0 ℃时，用2 3 ％氧浓度空气助燃，可节能2 5 ％从图三“空气中氧浓度与节能( ％) 的关系各曲线”中，可以得到节约能源，降低费用的效果从图三中又可以表明，节能的百分比与富氧空气中含氧的浓度成正比，即在同一个燃烧温度下浓度越高，节约能源越多但当浓度为6 0 ％左右节能 星炉瀑1 3 0 01 4 0 01 5 0 01 6 0 0 ：时，节约能源的数量增加较少；另一方面，在同一个含氧浓度下，燃烧温度越高，节约能源越多因此在需要燃烧温度较高的玻璃熔窑中采取富氧燃烧，对节约能源会有其显著效果 2 ) 燃烧速度加快燃烧速度实际上是一种定性的说法。

即，一种燃烧速度快的燃料，如乙炔，其火焰小而密实，释放出一定的热量，而燃烧速度慢的天然气的火焰是大火焰层，它也释放出同样的热量％燃烧速度加快的原因基本上都是由于空气中辛【浓度加人氧气后提高了火焰温度因此增加了 图三燃烧速度这样，附加氧气将减小火焰而获得较大的燃烧强度为了获得最大的热一2 7 8 —传导选择正确的加氧方法是很重要的表中示出各种燃料用空气和氧气助燃的燃烧速度比较情况各种气体燃料在空气中和氧气中的 最大燃烧速度∞以对比情况空气( 2 1 ％o z )氧气(0 0 ％) 燃料 范围最大可能范围最大可能氢气2 5 0 —3 6 02 8 08 9 0 一1 1 7 5天然气3 3 —4 43 73 2 5 —4 舳3 9 5丙烷4 0 —4 74 23 6 0 一4 0 0”5丁烷3 7 —4 64 13 3 5 —3 9 03 5 5乙炔H 0 一1 8 01 6 09 5 0 一1 2 8 01 1 3 0( 3 ) 降低燃料的燃点温度燃烧反应在“燃点”温度下即可进行燃点”温度明显受到反应速度和热损耗的影响周此，加入氧气将有助于降低燃点”温度而且能减小火焰尺寸并增加单位体积的热释放量。

空气和氧气的“燃点”温度列于下表各种气体燃料在空气中和氧气中的“燃点”温度( ℃) 对比情况燃料空气( 2 1 ％0 2 )氧气( 1 0 0 ％’)氢气5 7 25 6 0天然气6 3 25 5 6丙烷4 9 34 6 8丁烷4 0 82 8 3一氧化碳6 0 9 ．5 8 8( 4 ) 使燃烧后的排气置减少从图四中看出，若使用氧浓度为2 1 ％的常规空气，按理论空气置燃烧的排气量作为l 计算时，随着含氧量的增加，排气量有减少的倾向使用含氧量为2 7 ％的富氧空气燃烧与氧浓度为2 l ％的空气燃烧比较过剩空气系数“= l 时则排气体积减少2 0 ％排烟热损失也相应减少丽节能 5 ) 热量利用率增加富氧燃烧，对热量的利用率会有提高，用通常空气( 含氧2 1 ％) 燃烧，加热温度为1 3 0 0 ℃时，其可利用的热量为4 2 ％，而用舍氧2 6 ％的富氧空气燃烧时，则可利用的热量增大到5 6 ％( 图4 ) 所增大的数值，随着加热温度的提高而增大因此加热温度越高节能效果就越好 6 ) 采用富氧燃烧可以降低空气过剩系数，从而达到节约能源的目的：下面曲线图又可看出：空气过剩系数越大，则燃料消耗增加率就越高当a 值为】．1 对，燃料只增加4 ％，当a 值为1 ．4 对则燃料增加率为1 6 ％。

在高温熔炉中，一2 7 9 —加热温度越高则a 值的增加使热量的损失就越大热 最 钉 雯5 0圈d0鹤衄燃烧空气中氧的浓度f ％' ， 一8 ) 哥通空气h ) 禽氯2 6 ％富氧空气S 0 01 0 0 02 0 0 0℃ l S 0 02 5 0 0加热滴度一珈一鼙醛谁妒越豸辕哲h0苫妒烈零HN醇窆K韶2 0船1 6瑟： 1 ．f l ／．0 51 ．11 ．／5 1 ．2 I ；．2 5 1 3 i 3 s 1 4鲨气过翻系数二、富氧燃烧在燃油( 气) 玻璃池窑上应用富氧燃烧可使燃料在炉中充分燃烧，能避免使用过量的空气助燃，而且可以改变火焰特性例如在玻璃池窑内，可以使火焰下部获得高温这是常规空气助燃很难达到的目的，因此用常规空气助燃时．必须加大空气量( 二次风) ，否则就达不到完全燃烧，大量的过剩空气虽然能达到完全燃烧的目的，却造成了相当可观的热损失例如在燃油的玻璃池炉中，二次空气的出口速度为9 —1 1 米／秒；重油喷出速度为4 5 —6 0 米／秒；雾化介质喷出速度为3 0 0 ．4 C 0 米／秒，虽然雾化粒度小于5 ％( 微米) 这种油雾流股喷射的动量很大，它比二次空气的流股的初量太得多。

二次空气设在油雾的上方，它们喷射的动量又相差如此之大，所以很难使火焰下方得到理想的高温，而池炉化料正是贴近液面处的火焰需要高温解决这个技术问题，应用富氧空气助燃，是个好措施具体的办法是将富氧空气( 已经事先经过预热的) 喷嘴设在重油喷枪的下方．以可控制的富氧流速喷入炉内助燃，可在火焰下面获得高温，非常利于化料，能有效地减少过剩的助燃二次空气量，确保空气过剩系数达到理想的数值而节约燃耗设计一座玻璃池窑的燃烧系统，必须考虑下列五个因素：①将燃料的热能最大限度地传递到玻璃中；②将燃料热量最小限度地传递到上部结构中；③燃料的燃烧只限制在池内熔化区中；④尽量避免火焰冲刷耐火材料的表面；⑤燃料与助燃空气有效的混合，以减少排烟中过剩空气造成的热损失在玻璃熔窑中采用“富氧燃烧”可以改进目前玻璃池窑燃烧系统的状况，以满足上述五因素的要求，从而开辟节能的新途径现分析如下：首先从火焰强度、火焰温度、热效率来分析是否能达到作为较佳地符合玻璃熔炉“五因素”一2 8 1 —要求的基础a ．火焰强度：由于燃烧时氧气浓度较大，如前文所述可使燃烧速度加快．导致火焰强度增加使燃烧在熔池内就完成了，防止在蓄热室内继续燃烧，并有助于熔池温度分布的控制。

园而能较充分地利用燃料b ，火焰温度：困火焰强度增加( 即在较小的体积内释放出相同的总热爨) ，叉由于减少了氮气的含量使火焰温度提高，增强了火焰靠辐射和对流向周围的热传导多次的实践证明使用富氡空气强化燃烧，不仅除能获得节能效果还可以获得高温如燃烧重油时，空气中的氧浓度由2 1 ％增加到2 6 ％，实际燃烧温度提高8 0 ℃c ．热效率：如上所述火焰下部用富氧空气助燃可使下部火焰温度增加增强向炉内料面的热传导，提高熔化率实践结果表明，这样做不仅能节省油( 气) 耗，还可使池窑上部结构( 大砖、胸墙) 的温度降低，减少这部份的散热损失，从而提高热效率，并能延长池窑寿命若将富氧空气通进二次风的进口处，则使火焰在池炉火焰空间中对称的提高，并因各个方向都增强了热传导，这种特点在玻璃池窑中是不理想的，因为火焰在池窑大拱液面之间水平通过，只有在朝下的方向增强热传导才是需要的为此将富氧空气喷人火焰的下部才是正确的一般都在燃烧喷嘴和玻璃液之间加入富氧空气，( 如图五) 使得靠近玻璃液的火焰温度升高，加大了玻璃液邻近处的温度，因而强化了火焰对玻璃液的传热，这样做可产生一个不对称的火焰( 温度) ，使它有一个垂直的温度梯度，即上部( 大拱) 温度没有火焰近玻璃液面处的温度高。

近玻璃液处的温度提高取决于喷入的富氧空气量和流速综上所述，为了在燃油玻璃熔炉中正确使用富氧空气达到强化燃烧和节约能源的目的设计富氧的喷头位置确实是个关键所在在火焰下部喷人，虽然流量较小，其综台的效果是将火焰分成三个不同的区域；可保护顶、胸墙的上层火焰层；几乎完全燃烧的高辐射的中间火焰层；富氧较多并已达完全燃烧的下层火焰层下层火焰与上层火焰相结台，增加了总的辐射热同时由于火焰扫过配合料，增加了与配合料的对流交换面达到加速熔化的目的但是必须说明：玻璃液温度升高程度，不仅仅只与空气中含氧量多少有关，还与火焰覆盖情况，燃料喷嘴喷射的燃气混合物的流场形态、雾化状态，燃料与富氧气体、助燃风的分布有紧密的关系譬如说，燃料雾化不好，火焰黑根长．富氧吹出后不能及时与燃料混合燃烧．富氧气体实际上在火根部分只起了冷却玻璃液的作用，因此我们希望燃料从喷猎吹出后能及时与富氧空气混台并燃烧，为了达困互富氧嗜嘴位置目一2 8 2 —到这个目的，除了要求油喷嘴保证良好的雾化效果外，对富氧喷嘴的技术要求也十分重要，对不同大小的池炉，其喷嘴也不同富氧空气由喷嘴的喷出速度和喷出量对富氧燃烧，改善火焰特性有着至关重要的作用富氧喷嘴的水平扩散角度与池炉的熔化池宽度有密切关系。

三、工艺流程和技术指标( 1 ) 工艺流程在玻璃池窑上应用富氧燃烧所需的富氧发生器，应采用真空膜法富氧发生器．它能耗低寿命长( 五年以上) ，操作方便，总投资少，其工艺流程如下：( 2 ) 技术指标1 ．富氧浓度：2 7 —3 0 ％2 ．富氧流量：1 0 —1 0 ，0 0 0 N 井／h3 ．设备占地面积：4 —5 m 24 ．电耗：0 ．0 8 ～0 1 K w h 。