全氧燃燒技術(shù)

1、*學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)(論文)題目系 別專 業(yè)班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師 年 月 目 錄第1章 緒論.1第2章 全氧燃燒概況.1 2.1 全氧燃燒的定義.1 2.2 全氧燃燒對(duì)比空氣燃燒的區(qū)別.1 2.3 全氧燃燒的意義.2第3章 燃燒在窯爐的結(jié)構(gòu)中控制.3 3.1 全氧燃燒窯爐的概述.3 3.2 窯爐結(jié)構(gòu)的規(guī)則 .3 3.2.1 窯池池壁的設(shè)計(jì).3 3.2.2 流液洞.4 3.3 火焰空間.4 3.3.1 大碹的控制.4 3.3.2 胸墻的確定.4 3.4 燃燒器的放置.4 3.4.1 燃燒器放置的重要性.4 3.4.2 確定位置的規(guī)則.4 3.5 耐火材料的運(yùn)用.5第4章燒槍的選擇.5 4

2、.1 氧槍的選用機(jī)理.6 4.2 氧槍的分類.6 4.3 氧槍的注意事項(xiàng).7第5章 全氧燃燒的氧源.7 5.1 氧氣的制備.7 5.1.1 真空變壓吸收法（VPSA)制氧.7 5.1.2 低溫（深冷）氧氣分離法制氧.8 5.1 3 罐裝液態(tài)氧.8 5.2 氧氣制備與使用安全 .9第6章 小結(jié).9全氧燃燒的窯爐控制及概況 摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，玻璃生產(chǎn)技術(shù)也飛速進(jìn)步。玻璃生產(chǎn)在追求高質(zhì)量同時(shí)，對(duì)玻璃生產(chǎn)環(huán)保，高效益也有極高的要求。相對(duì)傳統(tǒng)的熔制過程不能滿足，現(xiàn)代時(shí)局的要求。因而全氧燃燒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，全氧燃燒技術(shù)的玻璃窯爐的出現(xiàn)無疑成為解決行業(yè)降低成本，減少污染獲取環(huán)保的有效途徑。本文論述

3、了全氧燃燒技術(shù)的定義、優(yōu)點(diǎn)意義、窯爐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制要求、工業(yè)制氧的方法及其使用時(shí)安全、燃燒器的選擇 、安裝方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的綜述。關(guān)鍵詞：*第1章 緒 論 礦物是大自然賦予人類的魁寶，玻璃則是人類智慧的結(jié)晶。改革開放以來,玻璃工業(yè)(平板玻璃、電子玻璃、玻璃纖維、日用玻璃、光學(xué)玻璃等)相應(yīng)得到迅速發(fā)展，在行業(yè)高速發(fā)展的光環(huán)下，環(huán)境也成重要缺口。據(jù)了解，目前中國(guó)的溫室氣體排放量已高居世界第二，嚴(yán)格控制大氣污染、降低溫室氣體排放的新法規(guī)、新技術(shù)已是目標(biāo)方針。因而對(duì)玻璃生產(chǎn)的核心“玻璃熔窯”的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了不斷地探索和改進(jìn)，燃燒系統(tǒng)也不例外，并有了可喜的成效。采取“全氧+燃料”燃燒的方式來解決。本文將以

4、熔窯全氧燃燒的慨念,燃燒的窯爐結(jié)構(gòu)控制及制氧方案進(jìn)行分析并在前輩的研究為指導(dǎo)下進(jìn)行綜述。 第2章 全氧燃燒概況2.1 全氧燃燒的定義 玻璃熔窯大規(guī)模生產(chǎn)一直以空氣作為助燃媒介。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)的分析研究，認(rèn)為采用空氣助燃是導(dǎo)致高能耗、高污染、高成本的重要因素。空氣中21%氧，78%氮和0.93氬及其它組分含量甚微。因而只有21%的氧氣參與助燃，78%的氮?dú)獠粌H不參與燃燒，還攜帶大量的熱量排入大氣，導(dǎo)致熱量大量的浪費(fèi)。通過長(zhǎng)期反復(fù)地試驗(yàn)研究認(rèn)為，采用純度85%的氧氣作為助燃介質(zhì)，對(duì)于節(jié)約能源，改善環(huán)境效果十分顯著。因而，采用純度85%的氧氣參與燃燒的系統(tǒng),稱之為全氧燃燒。2.2全氧燃燒對(duì)比空氣

5、燃燒的區(qū)別 空氣燃燒反應(yīng)：CH4+O2+8N2CO2+2H2O+8N2全氧燃燒反應(yīng)： CH4+O2CO2+2H2O全氧助燃相對(duì)于空氣助燃來說，由于氮?dú)獾拇罅繙p少，在玻璃液上方的燃燒產(chǎn)物中主要是水與二氧化碳，燃燒后的煙氣體積比空氣助燃煙氣減少70-80%，使得熔窯在結(jié)構(gòu)上大大簡(jiǎn)化。 采用空氣或全氧作為助燃介質(zhì),其傳熱過程差異也較大【1】?？諝?燃料其特點(diǎn)輻射氣體(H2O、CO2)、濃度低、氣體熱輻射系數(shù)低、氣體停留時(shí)間短、熱煙道口位置受到限制、傳熱好的關(guān)鍵在于大量明亮火焰及玻璃熔體表面的良好覆蓋、需換火,間斷燃燒,空氣蓄。而氧氣+燃料輻射氣體濃度高,氣體輻射系數(shù)高、氣體停留時(shí)間長(zhǎng),平均窯容積約3

6、0s、燃燒器可以放至任何需要熱量的位置,不論燒嘴類型都可達(dá)到優(yōu)良的總體傳熱,局部熱源仍取決于燒嘴類型與配置、不需換火,連續(xù)燃燒、燃燒穩(wěn)定。 傳統(tǒng)的空氣助燃,需要通過定時(shí)換火進(jìn)行煙氣與助燃空氣的熱交換,回收部分熱能。但是,換火過程窯內(nèi)瞬間失去火焰,玻璃液必然失去熱源,導(dǎo)致窯溫波動(dòng),受到換火過程的沖擊,窯內(nèi)氣壓波動(dòng)也是必然的結(jié)果。2.3全氧燃燒的意義1、全氧燃燒火焰溫度高，加速了玻璃熔化過程，故可以大幅度的提高生產(chǎn)能力達(dá)以上。同時(shí)由于爐內(nèi)溫度制度改便、可控性提高、可明顯提高玻璃熔化的質(zhì)量。、由于助燃為純氧而無空氣中的氮?dú)?，與空氣助燃相比廢氣排放量（氮化物）減少，有利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)還節(jié)省了加熱氮?dú)?/p>

7、所需的大量熱能損失約以上。、由于廢氣總排放量的減少，大大減少了廢氣排放過程中夾帶粉塵的損失，經(jīng)驗(yàn)表明可以降低粉塵排放量約。從而降低了損失成本，近而可保證了玻璃成份的準(zhǔn)確。有利于提高玻璃成分的穩(wěn)定和環(huán)保。、采用全氧燃燒技術(shù)后，不再需要龐大的蓄熱室、小爐、換向系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，大大減少了窯爐的一次性投資可達(dá)，同時(shí)由于窯爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，實(shí)際上就是一個(gè)熔化部的單體構(gòu)成，占地面積大為減少，有利于改善窯爐的操作環(huán)境和維修。、窯爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大大減去了蓄熱室、小爐等處的散熱損失，十分有利于節(jié)約能源。、由于全氧燃燒技術(shù)的優(yōu)越性和窯內(nèi)溫度制度科學(xué)合理的可控和穩(wěn)定性，減輕了對(duì)碹頂（火焰空間加高即高碹頂窯爐）、池壁等處耐火材料

8、的侵蝕，有利于延長(zhǎng)窯爐的壽命。、全氧燃燒技術(shù)完全符合我國(guó)節(jié)能降耗、環(huán)保型企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。 第3章 燃燒在窯爐結(jié)構(gòu)中控制3.1 全氧燃燒窯爐的概述全氧燃燒構(gòu)造非常簡(jiǎn)單（如圖1）。氧槍內(nèi)合成部分混合燃燒過程，代替了小爐。氧氣不需要預(yù)熱，省掉了蓄熱室或換熱器。因而，只剩下單一的窯體，窯體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)便相當(dāng)關(guān)鍵。熔化部窯體內(nèi)除了熔化池和火焰空間外，其它還有氧槍、排煙口、加料口和流液洞，煙氣和玻璃液通常都作逆向流動(dòng)。 圖1 全氧燃燒窯爐簡(jiǎn)圖3.2 窯爐結(jié)構(gòu)的規(guī)則 3.2.1窯池池壁的設(shè)計(jì) 池窯的深度關(guān)系到玻璃質(zhì)量的好壞。玻璃液熱性差，透熱性更差，因此窯爐越深，玻璃液溫度越低，流動(dòng)性越差，因此，靠近池底的玻

9、璃液雖說具有一定的溫度但卻不會(huì)流動(dòng)，形成不動(dòng)層。窯爐內(nèi)溫度變化時(shí)，不動(dòng)層有可能帶到成型影響玻璃液質(zhì)量。所以深度必須使?fàn)t內(nèi)不得不形成不動(dòng)層。即玻璃液黏度為104pa【1】例如，平板玻璃的池深為1.5M，綠色玻璃瓶的深度則為0.8M等。3.2.2 流液洞 流液洞的設(shè)計(jì)是為了讓澄清好的玻璃液迅速冷卻，擋住液面上未熔化沙粒浮渣以及調(diào)節(jié)玻璃液流。流液洞的寬度控制著流過玻璃液的均勻性，越寬越均勻；流液洞的高度控制著玻璃液的質(zhì)量，越低質(zhì)量越好，流液洞的長(zhǎng)度控制著玻璃液的降溫程度，越長(zhǎng)降溫越多。流液洞的設(shè)計(jì)以流液洞內(nèi)玻璃的液流情況為依據(jù)。常用的流液洞形式有平底式、下沉式和上傾式。3.3 火焰空間 火焰空間分別

10、由胸墻和大碹構(gòu)成。來自熱源的一部分熱流氣體，會(huì)在熱流氣體將自身熱量傳給玻璃液、胸墻和大碹，火焰空間的大小應(yīng)使燃料完全燃燒。以此，來保證熔化以及澄清所需熱量，并且減少溫度的散失。3.3.1 大碹的控制 大碹（窯頂）的作用有兩點(diǎn)：一是使輻射線沿整個(gè)玻璃液面均勻分布，二是作為輻射熱的反射器。大碹越接近液面，反射給玻璃液的輻射能越多。從以上兩點(diǎn)可以看出，大碹的設(shè)計(jì)需要碹股盡量小，同時(shí)，窯頂?shù)母叨冗€必須窯頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度相符。3.3.2 胸墻的確定 窯頂高度確定后，胸墻的高度就決定了火焰空間的容積。火焰空間不僅是一個(gè)傳熱與散熱的空間，還是一個(gè)燃燒空間，火焰空間有一定的容積以備燃料完全燃燒?；鹧婵臻g的容積可根

11、據(jù)火焰空間的熱負(fù)荷值進(jìn)行核算，根據(jù)各個(gè)窯爐的情況不同，熱負(fù)荷不能采用固定數(shù)據(jù)，否則窯爐壽命將大大縮短。所以，確定胸墻高度時(shí)必須要考慮燃料種類、熔化率、熔化耗熱量、窯爐規(guī)模等因素。3.4 燃燒器的放置3.4.1 燃燒器放置的重要性置胸墻上設(shè)計(jì)有燒槍、排煙口、觀察孔等。在全氧窯爐中最重要的部分是全氧燒嘴和其他孔洞等的位置布置。排放的位置來說，布置的要求是要使其能充分提供玻璃熔化所需的熱量，保證窯爐寬度方向上溫度的均勻性，防止在液面上形成不必要的熱點(diǎn)，避免窯頂和胸墻過熱，優(yōu)化火焰空問內(nèi)氣流的流型（能減少對(duì)耐火材料沖蝕、減少攜帶出的粉塵、延長(zhǎng)煙氣停留的時(shí)間）。3.4.2 確定位置的規(guī)制全氧燃燒的窯爐中

12、燒嘴間距和燒嘴數(shù)量的確定，根據(jù)實(shí)際窯爐規(guī)模、燃燒溫度曲線、所選燒嘴的類型，燒嘴噴出火焰特性等因素綜合考慮制定。 安裝燃燒器的方式一是把燃燒器水平地安裝在玻璃液面之上，窯爐的寬度方向上都被火焰覆蓋。二是噴嘴磚要內(nèi)縮安裝，噴嘴磚一般縮進(jìn)3070mm【3】，防止沿胸墻內(nèi)壁流下的碹滴分散火焰或堵塞噴口。三是嚴(yán)密封閉安裝縫隙，避免火焰氣體逸逸引起燒損氧槍等事故。四是燒搶可錯(cuò)排或順排如圖3-1 圖3-1 燃燒器布置：左為順排，右為錯(cuò)排一般情況下，在窯爐寬度小于時(shí)錯(cuò)排【4】，以避免相對(duì)的火焰碰撞，致使氣流沖向窯項(xiàng)，造成大碹溫度過高，同時(shí)有可能影響玻璃質(zhì)量。一般要求噴出火焰的可見火焰部分達(dá)到或稍超過窯中心線，

13、此時(shí)，料流曲折、流程較長(zhǎng)、化料好。窯爐寬度在以上時(shí)應(yīng)順排，以避免窯寬上溫度不均勻。五是氧槍安裝要具有科學(xué)性，高度應(yīng)為玻璃液面以上460mm為佳?？杀苊飧邷鼗鹧嬖陧撁婧透G頂處出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，可利用煙氣對(duì)熱輻射的緩沖作用。3.5耐火材料的運(yùn)用窯頂材料要優(yōu)選耐材和精心砌筑 因采用全氧燃燒后，窯內(nèi)排出煙氣組分中，不僅H2O和CO含量增大，同時(shí)堿蒸氣濃度也猛增。所以國(guó)外全氧燃 燒池窯以往采用硅磚時(shí)，其窯齡都較短 。所以硅磚不適用于全氧燃燒窯碹頂 材料，而是選用電熔類的磚材，主要有電熔鋯剛玉磚、電熔鋯磚及電熔剛玉磚【5】等。第4章 燒槍的選擇4.1 氧槍的選用機(jī)理氧噴槍 (燃料器)是全氧燃燒窯爐的關(guān)鍵設(shè)

14、備之一，它對(duì)火焰狀況濕度布、傳熱效果、窯爐耐火材料的壽命長(zhǎng)短起著很重要的作用。在選擇氧噴槍時(shí)，應(yīng)考慮的因素主要有：火焰覆蓋面大，可控制炭黑形成黑度大，Nox最小可以用代壓氧(一般低 0.5大氣壓而不需升壓)，高調(diào)節(jié)比，不需水冷，低噪音，維修量小，并可兼用氣、液體燃料 ，價(jià)廉，耐久性好等。 4.2 氧槍的分類由 于玻 璃 熔 窯 燃 燒 的 (油 、 氣 )燃 料 不 同 ，在采用 氧 燃 燒時(shí) ，對(duì) 輸 入 熔 窯 的 純 氧 方 式 的不 同所 采用 的 氧 噴 槍 也 隨 之 不 同 。例 如 當(dāng) 玻 璃 熔 窯 燒 天 然 氣或 煤 氣 時(shí) ， 由于 氧 氣 直 接 輸 入 到 噴 槍

15、內(nèi) ，對(duì) 燃 燒 時(shí)特 性 影 響 較 大 。因而，目前采用兩種噴槍（A型噴槍和密閉式噴槍）。1、A型噴槍（如圖4-1） 這種噴槍的噴嘴設(shè)計(jì)獨(dú)特，在噴氧燃燒時(shí)，能使熔窯加熱均勻 ，其特點(diǎn)是火力大 、火焰長(zhǎng)度短 、溫度高 。圖4-1 A型噴槍2、密閉式噴槍（如圖4-2） 這是一種用于純氧助熔的密閉式噴槍燒嘴 其特點(diǎn)是密閉性能好,無水冷系 統(tǒng)、火焰熱量分布均勻 (美國(guó)麥克森公司生產(chǎn) )。圖4-2 密閉式噴槍4.3 氧槍的注意事項(xiàng) 對(duì)運(yùn)行中燒槍的檢查與維護(hù)時(shí)，將燃燒使用過的燒槍，從熔爐中燒嘴磚固裝板上拆下，并進(jìn)行以下檢查： 1、 檢查燒嘴磚有無大的裂痕；2、燒嘴磚有無堆灰和火焰過熱形成痕跡的現(xiàn)象，燒

16、槍燃燒狀態(tài)不應(yīng)有堆灰現(xiàn)象，只有在燒槍不燃燒時(shí)才會(huì)產(chǎn)生； 3、 燒嘴磚過熱可導(dǎo)致燒槍或燒槍安裝板變形，密封墊未裝或嚴(yán)重?fù)p壞也可能導(dǎo)致燒嘴磚過熱； 4、天然氣噴嘴有碳斑點(diǎn)形成，燒嘴磚火焰端底部碳斑點(diǎn)的存在是正常的。確認(rèn)燃油噴嘴上有無積碳，積碳會(huì)影響燒槍的噴射方位（角度）； 5、 如果燒槍安裝板機(jī)械損壞或由于過熱變形，將引起氣體泄漏，在這種情況下應(yīng)及時(shí)更換新的固定板； 6、 如果燒槍本體機(jī)械損壞或由于變形引起的泄漏，噴嘴不重合，安裝面不平或燃燒狀況不良。燒槍應(yīng)停止使用。不要試圖自己修理此類燒槍。第5章全氧燃燒的氧源5.1 氧氣的制備 在空氣中21%氧，78%氮和0.93氬及其它組分含量甚微。由于工業(yè)

17、中只需要氧氣，因此要剔出氮等多余的氣體，壓縮氧氣以此來提高氧氣的濃度。來滿足工業(yè)燃燒需求。目前采用的制氧方法三種方法真空變壓吸收法、低溫（深冷）氧氣分離法、灌裝液態(tài)氧。5.1.1 真空變壓吸收法(VPSA) 制 氧 它是利用分子篩對(duì)空氣中的氧 (O2)、氮 (N2 )組分的選擇性吸收，分離空氣中的 O2和 N2而獲得氧 。該工藝又分為單床吸收和多床吸收式兩類 其工藝裝置結(jié)構(gòu)緊湊而簡(jiǎn)單，設(shè)備運(yùn)行可靠 ，維護(hù)操作簡(jiǎn)便 ，節(jié)能效果顯著 ?？芍苯影惭b在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)制氧 ，免除氧源運(yùn)輸費(fèi)用 。制氧成本低。產(chǎn)量可調(diào)性好。它適用 于中等用量 (10 200td)、氧 (O)純度 95 、用低壓氧(O)的場(chǎng) 合

18、。5.1.2 低溫 (深冷 )氧氣分離法 制氧該方法是將空氣壓縮，再降溫 、冷卻后液化 ，然后利用專用設(shè)備 一一 精 餾塔得以實(shí)現(xiàn)將空氣分離為氧 (O2)和 氮 (N2)。其特點(diǎn)是不但可生產(chǎn)純度達(dá)98%的 低壓氧(O2)，還可同時(shí)生產(chǎn)氮 (N 2)。其設(shè)備噪聲低 、安全性好 ，但裝置系統(tǒng)較為復(fù)雜 ，維護(hù)較困難。如工廠氧用量較少時(shí) ，其成本較高 ，如用氧量增大時(shí)其成本降低 ，經(jīng)濟(jì)適用，氧產(chǎn)品純度高 。5.1.3 罐裝液態(tài)氧液態(tài)氧，它適用于現(xiàn)場(chǎng)制造氧源有困難的企業(yè) ，如用于規(guī)模較小的特種及輕工日用玻璃廠和小型玻璃纖維制造廠 。罐裝的液態(tài)氧是純度高達(dá)995% 的高壓氧(O2)。目前玻璃廠商采用三種方法可供選擇 ：一 、是用管道輸送氣態(tài)氧 ；二、是用車送達(dá)的罐裝液態(tài)氧 ；三、是工廠現(xiàn)場(chǎng)制造氧 。表5-1 不同玻璃品種經(jīng)濟(jì)供氧的參考 生產(chǎn)不同玻璃品種時(shí)需氧量t：玻璃液 經(jīng)濟(jì)供養(yǎng)方案玻璃品種氧量t:t玻璃液窯出料范圍td供氧方法典型的經(jīng)濟(jì)范圍td特種玻璃0.40.520180灌裝液態(tài)氧 30玻璃纖維0.20.340120現(xiàn)場(chǎng)vpsa法20200窯吹制玻璃0.250.35100350現(xiàn)場(chǎng)ICO法1752000浮法平板玻璃0.40.5100600管道送氧1570L.H支5.2 氧氣制備與使用安全 大多數(shù)可燃物質(zhì)在富氧條件下燃燒加速，易導(dǎo)致設(shè)備損害和人員傷害。 1、使用氧氣或氧化劑