o富氧助燃技術(shù)在玻璃池爐上的應(yīng)用

1、膜法富氧技術(shù)在玻璃窯爐上的應(yīng)用 （江蘇貝瑞特富氧科技有限公司） 袁堃峰 程湘榮摘 要：文中闡述了膜法富氧的原理，介紹了富氧燃燒技術(shù)在玻璃池窯中的設(shè)計和應(yīng)用情況，指出富氧燃燒技術(shù)在節(jié)能和環(huán)保方面的重要意義。并結(jié)合公司在膜法富氧燃燒的施工實例，證明該技術(shù)在節(jié)能及環(huán)保方面將有廣闊的前景。關(guān)鍵詞：玻璃窯爐 富氧助燃 節(jié)能環(huán)保一、膜法富氧原理： 膜法富氧技術(shù)是利用高分子材料的一些本征特性，如對不同氣體分子具有不同的選擇滲透性能，以及高分子材料的特殊加工性能,經(jīng)過科技人員的研究，加工成為具有工業(yè)應(yīng)用價值的氣體分離膜和膜原件，如圖1所示。它具有超高氣體透量（與玻璃態(tài)高分子膜相比），可以將空氣中的氧分子從21

2、%富集到30%，其在單位面積，單位時間，單位壓力的條件下可產(chǎn)生氧分子為30%的富氧空氣為4Nm3/m2 hbar,與深冷法制氧和變壓吸附法制氧（相同濃度）相比，膜法制氧的成本為最低1。 圖1 富氧膜示意圖二、富氧燃燒技術(shù)在發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃熔窯上的應(yīng)用在玻璃窯爐熔化池的火焰空間中，其燃燒過程的進行，空氣總在火焰的上部，燃料在火燃的下部， 因此火焰下部相對是缺氧的部位，燃燒不充分，相對溫度較低。如果將富氧噴管以一定的角度將富氧空氣以一定的速度引入窯爐空間，沖擊火焰底部，這樣便在靠近玻璃料液面的一側(cè)形成一個富氧層，使火焰底部充分燃燒，在靠近玻璃料液的一側(cè)形成一個高溫帶，增加火焰向玻璃料液的熱輻射

3、。但在火焰的上側(cè)溫度并不升高，這樣可使窯爐的碹頂免受由此帶來的侵蝕加重。同時由于火焰強度增加，提高了火焰燃燒速度，火焰變短，有助于控制熔窯內(nèi)溫度分布，可防止火焰過長延遲到蓄熱室內(nèi)燃燒。這對蓄熱式熔窯來說，格子磚的壽命也可以得到延長。 由于馬蹄焰窯是側(cè)面加料，正面噴火，為了加強熔化，火焰長度要求短些，把火焰熱量集中于配合料熔化區(qū)，以起到增強熔化部位熔化能力的作用。火焰長短，可通過控制富氧空氣的流量來調(diào)節(jié)。當(dāng)氧流量增至100m3/h時，火焰長度將有明顯的縮短。在馬蹄焰窯火焰空間內(nèi)，富氧助燃可使熱流離開碹頂向下移動，窯頂附近空間溫度顯著下降。同時澄清區(qū)液面附近的冷氣層顯著被消除，玻璃液內(nèi)部熱均勻性有

4、所提高，使成形制品質(zhì)量得到提高。（一）、發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃窯爐富氧助燃系統(tǒng)的設(shè)計：為了使池爐內(nèi)的火焰上下方向能形成梯度燃燒，即是使近玻璃液面處的火焰溫度高于火焰上部的溫度，將富氧噴嘴設(shè)在小爐底板磚上，富氧空氣隨火焰下部同方向噴出，如圖2所示，在池內(nèi)與火焰下部混合，使火焰在熔化池靠近加料囗處形成高溫的底層火焰，從而加速化料，提高熔化率，克服跑料堆現(xiàn)象，且能保證馬蹄焰的回火不致帶料粉進入蓄熱室，利于格子磚延長壽命。 圖2 富 氧 燃 燒 示 意 圖 在運行中的窯爐按裝富氧助燃時，是在不停產(chǎn)狀態(tài)下進行施工的，利用火焰換向時間，分別在兩小爐預(yù)混室的外惻墻上打孔將富氧噴嘴插入，貼近小爐底面，噴嘴角度隨

5、煤氣走向。噴嘴的富氧空氣隨火焰下部同向噴出，使富氧空氣在池內(nèi)與火焰下部混合，形成富氧助燃的效果。（二）、燃油（或天然氣）馬蹄焰玻璃窯爐富氧助燃設(shè)計：燃油窯爐在設(shè)計富氧助燃時，是將富氧噴嘴設(shè)計在每支油槍下部，見下圖3： 圖3 燃油窯爐的富氧助燃系統(tǒng)設(shè)計圖我公司自主研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)的全套富氧燃燒設(shè)備，于2008年5月在青島榮泰玻璃制品有限公司一號馬蹄焰玻璃窯爐上運用，節(jié)能效果顯著，隨即又在二號爐進行使用，節(jié)能效果更有提高，二個窯爐能耗情況作了二個月考核，結(jié)果如下：一號爐：99m2富氧前出料量190T/日，燃煤45T/日 (單耗237Kg/T玻液 ) 富氧后出料量198T/日，燃煤40T/日 （單耗

6、202kg/T玻液）二號爐：104m2 富氧前出料量200T/日，燃煤46T/日 (單耗230Kg/T玻液) 富氧后出料量218T/日，燃煤41T/日 （單耗188kg/T玻液） 這兩套裝置是我公司從富氧膜、富氧組件生產(chǎn)、富氧設(shè)備制造、設(shè)計安裝為一體的系列工程。經(jīng)測定，該富氧燃燒技術(shù)及裝置不但節(jié)能效果可觀，而且改變了窯爐工況，當(dāng)富氧空氣輸入后，火焰長度明顯縮短，加料口部位火焰底部亮度明顯增強，爐頂溫度降低，燃料節(jié)約達10%以上，產(chǎn)量提高5%左右。三、節(jié)能、環(huán)保等特點：1.提高火焰溫度：由于富氧空氣的參與，氮氣含量相對減少，相應(yīng)減少了廢氣中由氮氣帶走的熱量。有關(guān)資料介紹，火焰燃燒溫度隨空氣中氧氣

7、含量的增加而顯著提高，如使用一般空氣助燃， 爐膛加熱溫度為1300時，可以利用的熱量僅為42%，而采用氧含量為28%的最佳經(jīng)濟濃度的富氧空氣進行助燃時，可利用的熱量高達56%，熱量利用率提高了33%。圖4 火焰溫度與燃燒空氣中氧濃度的關(guān)系從上圖4可以看出，火焰溫度隨著空氣中氧含量的提高而提高；但隨著富氧空氣濃度不斷提高，火焰溫度增加的幅度逐趨平穩(wěn)。因此為了有效地利用富氧空氣，其濃度不宜選得過高。按過剩系數(shù)a=1.11.5組織燃料時，富氧含量在2530時效果最明顯2。 2.加快燃燒速度燃料在富氧空氣中燃燒速度加快的原因：是由于增加氧含量后，使火焰溫度提高所致。如表1所示，天然氣在氧氣中的燃燒速度

8、比在普通空氣中的燃燒速度能提高10倍。燃燒速度的提高，能夠使燃料在爐膛內(nèi)燃燒得迅速完全。表1 燃料在空氣和氧氣中最大燃燒速度對比表（cm/s）燃 料空氣（21%O2）氧氣（100%）范 圍最大可能范圍最大可能氫氣250-360280890-1175 天燃氣33-4437325-480395丙烷40-4742360-400375丁烷37-4641335-3903553.降低燃料的燃點溫度燃料的燃點溫度在一定條件下不是常數(shù)。如CO在空氣中的燃點溫度為609，而在純氧中僅為 388。富氧助燃就是利用這一現(xiàn)象，將少量的富氧空氣，集中地供給燃料剛剛噴出的點燃部位，使該區(qū)氧氣量增加，降低燃料點燃溫度，使燃

9、料提前點燃，這樣相對延長燃料在爐膛中燃燒時間，延長燃料釋放熱量的流程，增加火焰單位體積的熱釋放量。4.減少燃燒后的排氣量使用含氧量為23-24%的富氧空氣參加燃燒，與普通空氣燃燒比較，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)a=1時，則排氣體積減少10-20%，其排煙熱損失也減少10-20%，從而提高熱效率而節(jié)能。燃料在一般空氣與在純氧中燃燒速度相差甚大，如天然氣在純氧中的燃燒速度是在空氣中的10.7倍，因此富氧助燃，不僅提高燃燒強度，還能加快燃燒速度，更有利于燃燒反應(yīng)完全，可以改善排煙質(zhì)量，減少未燃物質(zhì)對環(huán)境的污染。圖5排出廢氣的容積比與燃燒空氣中的氧濃度的關(guān)系(a為空氣過剩系數(shù))從圖5中可以看出，若使用氧濃度為21

10、%的常規(guī)空氣，按理論空氣量燃燒的排氣量為1計算時，隨著含氧量的增加，排氣量有減少的趨勢。使用含氧量為27%的富氧空氣燃燒與氧濃度為21%的空氣燃燒比較，過剩系數(shù)a=1時排氣體積減少21%，排煙熱損失也相應(yīng)減少。5.降低空氣過剩系數(shù)富氧燃燒能有效地降低空氣過剩系數(shù)，使排煙熱能損失大幅度降低，從而提高窯爐的熱效率而節(jié)能。當(dāng)a值為1.1時，燃料只增加4%，當(dāng)a值為1.4時，燃料增加到16%，在高溫熔爐中加熱溫度越高，則a值的增加造成過?？諝鈳ё叩臒崃康膿p失就越大。爐膛燃燒完全，降低了空氣過剩系數(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹3：日本節(jié)能中心在工業(yè)窯爐節(jié)能措施中，著重于降低空氣過剩系數(shù)的研究，他們在一臺熱處理爐中經(jīng)

11、多次試驗，將空氣過剩系數(shù)從1.7降到1.2，平均節(jié)能達13.3%。四、富氧助燃工程的設(shè)計與安裝：為適應(yīng)高度含塵量的惡劣運行環(huán)境，膜組件自帶過濾，膜堆也可安裝在相對封閉的室內(nèi)空間，空氣經(jīng)過預(yù)置過濾器初步過濾后進入室內(nèi)，經(jīng)過濾后相對潔凈的空氣在膜組件自帶的廢氣排放風(fēng)機的引導(dǎo)下進入膜分離器進行氧氮分離，分離后的富氧空氣經(jīng)真空泵機組抽取輸送到用氣點，廢氣則經(jīng)過廢排風(fēng)機集中排放到室外；多機并聯(lián)形式示意圖為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，真空泵是系統(tǒng)唯一可能的故障點，我們設(shè)計采取備機形式以保證系統(tǒng)的可靠性；為最大限度的節(jié)約投資及節(jié)約能源消耗，真空泵機組我們采用多臺套真空泵機組并聯(lián)使用，備機采用變頻，開、停、切換、降

12、負荷使用變頻機組，以具備良好的故障策略導(dǎo)向。真空泵機組單獨安裝在泵房，設(shè)隔音降噪措施；系統(tǒng)設(shè)計以滿足用戶運行環(huán)境極端條件為目標(biāo)，考慮對高溫、低溫、海拔條件的校核，以保證系統(tǒng)最終安裝地性能指標(biāo)與運行穩(wěn)定的達成；控制水平：中央集控/自動控制、無人值守、智能報警、遠傳接口五、系統(tǒng)主要技術(shù)性能特點（膜系統(tǒng)）1.工藝簡單：負壓流程捲式膜制氧工藝，以真空動力自膜堆直接抽取富氧空氣；2.安裝簡便：膜堆模塊化設(shè)計，安裝簡單，連接方便；3.公用工程集約化：占地面積小巧，對廠房要求低；a) 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠：任何動力設(shè)備均存在一定的故障率，采用備用機形式輔以自動控制系統(tǒng)在故障發(fā)生時切換到備機是最安全的解決方案，本系統(tǒng)

13、可選擇對多級泵組采用1臺備機的配置形式，并采取變頻技術(shù)，充分考慮到系統(tǒng)的故障策略導(dǎo)向以及最大節(jié)約投資與能源消耗；b) 操作方便：單鍵開停機，操作簡單方便；采用變頻技術(shù)為基礎(chǔ)的過程控制全自動完成；c) 維護簡便：可對故障發(fā)生的羅茨真空泵機組進行不停機檢修，d) 可擴展性：膜堆與真空泵組可方便的實現(xiàn)生產(chǎn)的簡便擴展六、膜法局部富氧助燃在煤焦油雙碹玻璃窯爐上的應(yīng)用實例2008年11月江蘇省泰興市吉力玻璃制品有限公司委托我公司采用自發(fā)研制的膜法富氧裝置對其使用的燃煤焦油雙碹玻璃窯爐進行富氧助燃改造。在雙方的積極配合下，于2009年1月底設(shè)備安裝結(jié)束并投入使用，并對使用情況進行了富氧前后測試。經(jīng)過一個月的

14、跟蹤測試，結(jié)果表明：使用富氧燃燒后火焰溫度明顯增高，燃燒速度加快，燃料在火焰區(qū)域燃燒充分，大碹溫度降低，大碹向外散熱熱量減小，廢氣排放減少，燃料節(jié)約7%，產(chǎn)量提高11 %，產(chǎn)品合格率提高4%，綜合經(jīng)濟效益可觀。具體改善情況見下表2：表2 煤焦油雙碹玻璃窯爐上富氧助燃前后的對比情況測試項目單位富氧前富氧后差值玻璃液產(chǎn)量T/D17.519.52產(chǎn)品合格率%81854總耗油量T/D5.85.40.4耗油量/噸玻璃kg33127754二次助燃風(fēng)流量Nm3/h3625303359229%富氧空氣加入量Nm3/h150150池爐大拱外表溫度16815513熔化池火焰溫度1550158030煙道排煙溫度38033545煙氣中氧含量%862過?？諝庀禂?shù)1.61.40.2七、總結(jié)從理論和實踐證明，膜分離富氧燃燒技術(shù)能顯著節(jié)能和增產(chǎn)，且能提高玻璃質(zhì)量，延長窯爐壽命，減少煙塵排放，