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            全氧燃燒概況
            2019-03-25

            1.1  全氧燃燒的定義
                  玻璃熔窯大規模生產一直以空氣作為助燃媒介。經過對現有燃燒系統的分析研究,認為采用空氣助燃是導致高能耗、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%的氮氣不僅不參與燃燒,還攜帶大量的熱量排入大氣,導致熱量大量的浪費。通過長期反復地試驗研究認為,采用純度≥85%的氧氣作為助燃介質,對于節約能源,改善環境效果十分顯著。因而,采用純度≥85%的氧氣參與燃燒的系統,稱之為全氧燃燒。
            1.2全氧燃燒對比空氣燃燒的區別
                空氣燃燒反應: 
            CH4+2O2+ 8 N2→ CO2 + 2 H2O+8 N2  
             全氧燃燒反應: 
                  CH4+2O2  →  CO2 + 2 H2O 
              全氧助燃相對于空氣助燃來說,由于氮氣的大量減少,在玻璃液上方的燃燒產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%,使得熔窯在結構上大大簡化。采用空氣或全氧作為助燃介質,其傳熱過程差異也較大。空氣+燃料其特點輻射氣體(H2O、CO2)、濃度低、氣體熱輻射系數低、氣體停留時間短、熱煙道口位置受到限制、傳熱好的關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,氣體輻射系數高、氣體停留時間長,平均窯容積約30s、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到優良的總體傳熱,局部熱源仍取決于燒嘴類型與配置、不需換火,連續燃燒、燃燒穩定。 傳統的空氣助燃,需要通過定時換火進行煙氣與助燃空氣的熱交換,回收部分熱能。但是,換火過程窯內瞬間失去火焰,玻璃液必然失去熱源,導致窯溫波動,受到換火過程的沖擊,窯內氣壓波動也是必然的結果。
            1.3 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
            能力達25%以上。同時由于爐內溫度制度改便、可控性提高、可明顯提高玻璃熔化的質量。
            2.由于助燃為純氧而無空氣中的氮氣,與空氣助燃相比廢氣排放量(氮化物)減少80-90%,有利于環境保護,同時還節省了加熱氮氣所需的大量熱能損失約25%以上。
            3.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,經驗表明可以降低粉塵排放量約70%。從而降低了損失成本,近而可保證了玻璃成份的準確。有利于提高玻璃成分的穩定和環保。
            4.采用全氧燃燒技術后,不再需要龐大的蓄熱室、小爐、換向系統等結構,大大減少了窯爐的一次性投資可達l/3,同時由于窯爐結構簡化,實際上就是一個熔化部的單體構成,占地面積大為減少,有利于改善窯爐的操作環境和維修。
            5.窯爐結構簡單,大大減去了蓄熱室、小爐等處的散熱損失,十分有利于節約能源。
            6.由于全氧燃燒技術的優越性和窯內溫度制度科學合理的可控和穩定性,減輕了對碹頂(火焰空間加高即高碹頂窯爐)、池壁等處耐火材料的侵蝕,有利于延長窯爐的壽命。
            7.全氧燃燒技術完全符合我國節能降耗、環保型企業的發展目標。
            2.1  氧槍的選用機理
            氧噴槍 (燃料器)是全氧燃燒窯爐的關鍵設備之一,它對火焰狀況濕度布、傳熱效果、窯爐耐火材料的壽命長短起著很重要的作用。在選擇氧噴槍時,應考慮的因素主要有: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),高調節比,不需水冷,低噪音,維修量小,并可兼用氣、液體燃料 ,價廉,耐久性好等。
            2.2 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 ,對 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 玻 璃 熔 窯 燒 天 然 氣或 煤氣 時 , 由于 氧 氣 直 接 輸 入 到 噴 槍 內 ,對 燃 燒 時特 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2-1)
             這種噴槍的噴嘴設計獨特,在噴氧燃燒時,能使熔窯加熱均勻,其特點是火力大 、火焰長度短 、溫度高 。


            圖2-1   A型噴槍
            2、密閉式噴槍(如圖2-2)
               這是一種用于純氧助熔的密閉式噴槍燒嘴 其特點是密閉性能好,無水冷系 統、火焰熱量分布均勻 (美國某公司生產 )。


            圖2-2    密閉式噴槍
            2.3  氧槍的注意事項
                 對運行中燒槍的檢查與維護時,將燃燒使用過的燒槍,從熔爐中燒嘴磚固裝板上拆下,并進行以下檢查:
              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象,燒槍燃燒狀態不應有堆灰現象,只有在燒槍不燃燒時才會產生;
              3、 燒嘴磚過熱可導致燒槍或燒槍安裝板變形,密封墊未裝或嚴重損壞也可能導致燒嘴磚過熱;
              4、天然氣噴嘴有碳斑點形成,燒嘴磚火焰端底部碳斑點的存在是正常的。確認燃油噴嘴上有無積碳,積碳會影響燒槍的噴射方位(角度);
              5、 如果燒槍安裝板機械損壞或由于過熱變形,將引起氣體泄漏,在這種情況下應及時更換新的固定板;
              6、 如果燒槍本體機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。燒槍應停止使用。不要試圖自己修理此類燒槍。
             
            3.1  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、灌裝液態氧。
            3.1.1 真空變壓吸收法(VPSA)—— 制 氧
                它是利用分子篩對空氣中的氧(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附和多床吸附式兩類其工藝裝置結構緊湊而簡單,設備運行可靠 ,維護操作簡便 ,節能效果顯著 。可直接安裝在生產現場制氧 ,免除氧源運輸費用 。制氧成本低。產量可調性好。它適用 于中等用量 (10000m3/h)、氧 (O)純度 < 95% 。與傳統的空分技術相比,有以下優勢:工藝流程簡單,不需要復雜的預處理裝置;
            ?產品氧氣純度可達93%以上,氮氣含量小于1%(一般推薦氧氣純度不小于93%。當然,純度也不是越高越好,相同的VPSA設備如果純度做到93%以上就意味著能耗的急劇上升,綜合經濟性反而不好);
            ?制氧規模多適用于10000NM3/h以下時,制氧電耗更低、投資更小;
            ?裝置運行自動化程度高,開停車方便快捷;
            ?裝置運行獨立性強,安全性高;
            ?裝置操作簡單,操作彈性大(部分負荷性優越,負荷轉換速度快);
            ?裝置運行和維護費用低;
            ?土建工程費用低,占地少。
                目前有昆山錦程氣體設備有限公司VPSA制氧系統已經實現 模塊化設計,用戶可選擇性更強。
               能耗指標:0.36KWh/Nm3
             

            3.1.2  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 ,然后利用專用設備 一一 精 餾塔得以實現將空氣分離為氧 (O2)和氮 (N2)。其特點是不但可生產純度達99%的低壓氧(O2),還可同時生產氮 (N 2)。其設備噪聲低、安全性好 ,但裝置系統較為復雜 ,維護較困難。適用于大規模制氧(一般主打10000NM3/H以上的氧氣制備,目前最大可提供60000NM3/H的成套設備)。 目前國內主要提供空分技術的有杭氧、開空、川空、哈氧等。國外品牌如:林德、普萊克斯、法液空、AP均有涉足,這些跨國公司的設備可靠、單位能耗較低,但價格較國內品牌昂貴。制氧成本:中小型制氧電耗高,約為0.5~1.0KW/Nm3(非典型數據,但是一般情況下回獲得相應數量的氮氣)
             
            3.1.3  罐裝液態氧
            液態氧,它適用于現場制造氧源有困難的企業 ,如用于規模較小的特種及輕工日用玻璃廠和小型玻璃纖維制造廠 。罐裝的液態氧是純度高達99.5% 的
            高壓氧(O2)。
             
            3.2  氧氣使用安全
              大多數可燃物質在富氧條件下燃燒加速,易導致設備損害和人員傷害。
              1、使用氧氣或氧化劑時,應遵循其安全條例。氧氣含量超過25%時,對人及設備的爆炸危險性明顯增大。空氣中的可燃物質,在富氧條件下可加速燃燒及爆炸。
              2、純氧系統只能使用氧用部件。使用不合適的材料會增加管道和控制器的著火危險性。管道尺寸設計必須滿足氧氣、氧化劑融合速度的要求。不要不考慮以上危險因素而隨意更換氧氣系統的元器件及配件。
              3、保持氧氣系統的清潔。所有與氧氣接觸的設備、管道、配件等必須進行清潔處理,否則會增加著火的危險性。
              4、氧氣設備周圍嚴禁明火、吸煙、產生火花等5、不要用氧氣替代壓縮空氣。用氧氣替代壓縮空氣是非常危險的。當氧氣替代壓縮空氣時將發生爆炸。儀表空氣設備與氧氣設備不能互換。


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