技术应用

玻璃行业

2017-9-30 9:13:17

玻璃熔窯燃料的富氧燃燒

炉子的燃烧装置和鼓风系统,必须能保证一定的热负荷(燃料消耗量),满足工艺所需的温度、热量及压力。燃烧产物的生成量及成分取决于燃料成分和燃烧过程,并决定着排烟系统的设计,且牵涉环保问题。燃烧温度直接影响生产工艺,在实际条件下与燃料种类、燃料成分、燃烧条件和传热条件等各方面因素有关。所以,在进行炉子热工计算或热工分析时,常要求先进行助燃气需要量和燃烧产物生成量、成分及燃烧温度的计算。

现以气体燃料为例,进行炉子的热工分析:

气体燃料组分 CO, H 2 , CH 4 , C n H m , H 2 S, CO 2 , O 2 , N 2 及 H 2 O

则 1m 3 该气体完全燃烧的理论需氧量为:

如果在空气中燃烧,以空气中含氧 21% 计算,则理论空气需要量:

L 0 =4.76 L 0 . O2 ( m 3 / m 3 )

实际空气消耗量: L n =nL 0

n 为空气消耗系数,在设计炉子或燃烧装置时根据经验预先选取的,或根据实测确定的。

燃烧产物的生成量及成分,是根据燃烧反应的物质平衡进行计算的。实际燃烧产物包括 CO 2 ,SO 2 ,H 2 O,N 2 及并可能含有 C,CO 或 O 2 ,实际燃烧产物生成量 Vn ,不但舆燃料成分有关,且与空气消耗系数 n 有关, n 越大,带入的 N 2 越多,过剩 O 2 越多,则 V n 也越大。

炉内温度的高低是保证炉子工作的重要条件,决定炉内温度的最基本因素是燃料燃烧时燃烧产物达到的温度,即所谓燃烧温度。


实际燃烧温度:

Q低:燃料发热量﹔ Q空:空气带入的物理热;

Q燃 :燃料带入的物理热; Q供:燃烧产物供给周围物体的热量;

Q不:不完全燃烧热损失﹔ C 产 :燃烧产物的平均比热﹔

Vn :燃烧产物生成量。

从上式知,加大空气供给量,则 Vn ,Q 空会同时增大,综合比较, t 产 降低﹐因为进气为低温﹐排烟为高温。如果空气供给不足﹐则 Q 低、 Vn 同时降低﹐综合比较﹐ t 产 降低﹐这是一对矛盾﹐以往都是通过选择合理的完全消耗系数 n 及余热回收等措施进到最佳效果。

燃料在炉内有时是以完全燃烧为目的﹐但是由于设备或操作条件限制﹐并没有完全燃烧。这方面主要有两种情况:一是空气供给量不足﹐即 n < 1 ;另外就是空气与燃料在炉内的混合不充分。两种情况都会使燃烧产物中含有可燃气体和烟粒﹐造成燃料的消耗和排烟的超标。

若是空气供给量不足﹐造成不完全燃烧﹐解决途径最为简单的就是加大鼓风量﹐这有可能造成炉内温度的下降和排烟的困难。假如是空气过剩而燃烧又不充分﹐就可能是炉子设计上有缺陷或是操作不当﹐从而造成炉内燃料与空气混合不充分﹐燃料燃烧速率不够﹐从而造成排烟中含有可燃物质。

目前﹐国内玻璃行业与国外相比﹐能耗高﹐热效率低。欲达到燃料的完全燃烧﹐加强火焰对玻璃液的热辐射﹐提高热效率﹐采用富氧助燃是最有效的措施。富氧助燃既节能又可减少环境污染﹐因此﹐很多企业开始采用。

炉窑富氧技术的关键问题﹐在于炉窑增氧助燃方式﹐即富氧嗺入法。富氧嗺入玻璃炉窑的方法有三种: 1. 作为燃油雾化剂; 2. 富氧代替全部助燃空气嗺入炉窑; 3. 在火焰的适当位置提供少量富氧部分助燃。在玻璃炉窑中燃烧分为三个区域:火焰上部为缺氧区,以防止炉壁过热;中部为普通燃烧区,而火焰的下方应尽量形成高温区以加强玻璃原料的熔化。欲形成这种理想燃烧状态,应在烧嘴下方平行嗺入富氧,并使玻璃液面上形成一薄层富氧覆盖曾,第三种方式是理想的选择。

用氧气烧枪或喷射式燃烧喷嘴将氧气送至熔窑的作业空间,以便提高火焰对玻璃液的热传导.烧枪主要用于蓄热式或直接热式熔窑.这种燃烧嘴的定向火焰用于加热玻璃液表面一定的区域.现有定型的玻璃熔窑只能保证将所输送热能的 20-40 ﹪传给配合料和玻璃液,其余的热能就损失了﹔富氧燃烧火焰则可传导 90 ﹪的热能.

使用氧取代空气,可使燃料的燃烧速度提高 9 倍.由于燃烧带不存在惰性氮,从而大大提高了火焰能达到的最高温度.氧可用于降低各种类型的熔窑的燃料消耗量(一般可降低 10-20 ﹪).由于氧强化了燃料的燃烧过程,从而提高了传导效率,加快了熔制速度,使生产率得到了提高(可提高 10-40 ﹪),而燃料消耗量不会增加.

正确设计的使用系统对耐火材料的使用寿命没有影响.最重要的是氧的输送速度,及其输送位置和方向(角度).输氧系统应包括消耗消耗量调节器,闭塞装置和警报信号设备.

专向送氧是最节能,效果最明显,用氧最少的助燃工艺.但同时投资也高,它必须对现有炉窑进行改造.富氧助燃最简单的方法就是提高鼓风的氧浓度,即把氧加入鼓风进气中.这种方法虽然用氧量稍大,但简单方便,效果明显,也能加强炉内的燃烧和热传导,起到助燃及节能的目的.

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