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全氧燃烧概况
2019-04-04

1.1  全氧燃烧的定义
      玻璃熔 窑大规模生产一直以空气作为助燃媒介。经过对 现有燃烧系统的分析研究,认为采 用空气助燃是导致高能耗、高污染、高成本的重要因素。空气中21%氧,78%氮和0.93%氩及其 它组分含量甚微。因而只有21%的氧气参与助燃,78%的氮气 不仅不参与燃烧,还携带 大量的热量排入大气,导致热量大量的浪费。通过长 期反复地试验研究认为,采用纯度≥85%的氧气作为助燃介质,对于节约能源,改善环 境效果十分显著。因而,采用纯度≥85%的氧气 参与燃烧的系统,称之为全氧燃烧。

1.2全氧燃 烧对比空气燃烧的区别
    空气燃烧反应: 
CH4+2O2+ 8 N2→ CO2 + 2 H2O+8 N2  
 全氧燃烧反应: 
      CH4+2O2  →  CO2 + 2 H2O 
  全氧助 燃相对于空气助燃来说,由于氮气的大量减少,在玻璃 液上方的燃烧产物中主要是水与二氧化碳,燃烧后 的烟气体积比空气助燃烟气减少70-80%,使得熔 窑在结构上大大简化。采用空 气或全氧作为助燃介质,其传热 过程差异也较大。空气+燃料其特点辐射气体(H2O、CO2)、浓度低、气体热辐射系数低、气体停留时间短、热烟道 口位置受到限制、传热好 的关键在于大量明亮火焰及玻璃熔体表面的良好覆盖、需换火,间断燃烧,空气蓄。而氧气+燃料辐射气体浓度高,气体辐射系数高、气体停留时间长,平均窑容积约30s、燃烧器 可以放至任何需要热量的位置,不论烧 嘴类型都可达到优良的总体传热,局部热 源仍取决于烧嘴类型与配置、不需换火,连续燃烧、燃烧稳定。 传统的空气助燃,需要通 过定时换火进行烟气与助燃空气的热交换,回收部分热能。但是,换火过 程窑内瞬间失去火焰,玻璃液必然失去热源,导致窑温波动,受到换火过程的冲击,窑内气 压波动也是必然的结果。

1.3 全氧燃烧的意义
1.全氧燃烧火焰温度高,加速了玻璃熔化过程,故可以 大幅度的提高生产
能力达25%以上。同时由 于炉内温度制度改便、可控性提高、可明显 提高玻璃熔化的质量。
2.由于助 燃为纯氧而无空气中的氮气,与空气 助燃相比废气排放量(氮化物)减少80-90%,有利于环境保护,同时还 节省了加热氮气所需的大量热能损失约25%以上。
3.由于废 气总排放量的减少,大大减 少了废气排放过程中夹带粉尘的损失,经验表 明可以降低粉尘排放量约70%。从而降低了损失成本,近而可 保证了玻璃成份的准确。有利于 提高玻璃成分的稳定和环保。
4.采用全氧燃烧技术后,不再需 要庞大的蓄热室、小炉、换向系统等结构,大大减 少了窑炉的一次性投资可达l/3,同时由 于窑炉结构简化,实际上 就是一个熔化部的单体构成,占地面积大为减少,有利于 改善窑炉的操作环境和维修。
5.窑炉结构简单,大大减去了蓄热室、小炉等处的散热损失,十分有利于节约能源。
6.由于全 氧燃烧技术的优越性和窑内温度制度科学合理的可控和稳定性,减轻了对碹顶(火焰空 间加高即高碹顶窑炉)、池壁等 处耐火材料的侵蚀,有利于 延长窑炉的寿命。

7.全氧燃 烧技术完全符合我国节能降耗、环保型 企业的发展目标。
2.1  氧枪的选用机理
氧喷枪 (燃料器)是全氧 燃烧窑炉的关键设备之一,它对火焰状况湿度布、传热效果、窑炉耐 火材料的寿命长短起着很重要的作用。在选择氧喷枪时,应考虑的因素主要有:火焰覆盖面大,可控制 炭黑形成黑度大,Nox最小可以用代压氧(一般低 0.5大气压而不需升压),高调节比,不需水冷,低噪音,维修量小,并可兼用气、液体燃料 ,价廉,耐久性好等。
2.2 氧枪的分类
由 于玻璃 熔 窑 燃 烧 的 (油 、 气 )燃 料 不 同 ,在采用氧 燃 烧时 ,对 输 入 熔 窑 的 纯 氧 方 式 的不 同所 采用 的 氧 喷 枪 也 随 之 不 同 。例 如 当 玻 璃 熔 窑 烧 天 然 气或 煤气 时 , 由于 氧 气 直 接 输 入 到 喷 枪 内 ,对 燃 烧 时特 性 影 响 较 大 。因而,目前采用两种喷枪(A型喷枪和密闭式喷枪)。
1、A型喷枪(如图2-1)
 这种喷 枪的喷嘴设计独特,在喷氧燃烧时,能使熔窑加热均匀,其特点是火力大 、火焰长度短 、温度高 
 
A型喷枪
2、密闭式喷枪
   这是一 种用于纯氧助熔的密闭式喷枪烧嘴 其特点是密闭性能好,无水冷系 统、火焰热量分布均匀 (美国某公司生产 ).
 密闭式喷枪
2.3  氧枪的注意事项
     对运行 中烧枪的检查与维护时,将燃烧使用过的烧枪,从熔炉 中烧嘴砖固装板上拆下,并进行以下检查:
  1、 检查烧 嘴砖有无大的裂痕;2、烧嘴砖 有无堆灰和火焰过热形成痕迹的现象,烧枪燃 烧状态不应有堆灰现象,只有在 烧枪不燃烧时才会产生;
  3、 烧嘴砖 过热可导致烧枪或烧枪安装板变形,密封垫 未装或严重损坏也可能导致烧嘴砖过热;
  4、天然气 喷嘴有碳斑点形成,烧嘴砖 火焰端底部碳斑点的存在是正常的。确认燃 油喷嘴上有无积碳,积碳会 影响烧枪的喷射方位(角度);
  5、 如果烧 枪安装板机械损坏或由于过热变形,将引起气体泄漏,在这种 情况下应及时更换新的固定板;
  6、 如果烧 枪本体机械损坏或由于变形引起的泄漏,喷嘴不重合,安装面 不平或燃烧状况不良。烧枪应停止使用。不要试 图自己修理此类烧枪。
 
3.1  氧气的制备
   在空气中21%氧,78%氮和0.93%氩及其 它组分含量甚微。由于工 业中只需要氧气,因此要 剔出氮等多余的气体,压缩氧 气以此来提高氧气的浓度。来满足工业燃烧需求。目前采 用的制氧方法三种方法真空变压吸收法、低温(深冷)氧气分离法、灌装液态氧。

3.1.1 真空变压吸收法(VPSA)—— 制 氧
    它是利 用分子筛对空气中的氧(O2)、氮 (N2 )组分的选择性吸收,分离空气中的 O2和 N2而获得氧 。该工艺 又分为单床吸附和多床吸附式两类其工艺装置结构紧凑而简单,设备运行可靠 ,维护操作简便 ,节能效果显著 。可直接 安装在生产现场制氧 ,免除氧源运输费用 。制氧成本低。产量可调性好。它适用 于中等用量 (10000m^3/h)、氧 (O)纯度 < 95% 。与传统 的空分技术相比,有以下优势:工艺流程简单,不需要 复杂的预处理装置;
产品氧气纯度可达93%以上,氮气含量小于1%(一般推 荐氧气纯度不小于93%。当然,纯度也不是越高越好,相同的VPSA设备如果纯度做到93%以上就 意味着能耗的急剧上升,综合经济性反而不好);

制氧规模多适用于10000NM3/h以下时,制氧电耗更低、投资更小;
装置运 行自动化程度高,开停车方便快捷;
装置运行独立性强,安全性高;
装置操作简单,操作弹性大(部分负荷性优越,负荷转换速度快);
装置运 行和维护费用低;
土建工程费用低,占地少。
    目前有昆山锦 程气体设备有限公司VPSA制氧系统已经实现 模块化设计,用户可选择性更强。
   能耗指标:0.36KWh/Nm^3
 
3.1.2  低温 (深冷 )氧气分离法 —— 制氧
该方法是将空气压缩,再降温 、冷却后液化 ,然后利用专用设备 一一 精 馏塔得 以实现将空气分离为氧 (O2)和氮 (N2)。其特点 是不但可生产纯度达99%的低压氧(O2),还可同时生产氮 (N 2)。其设备噪声低、安全性好 ,但装置系统较为复杂 ,维护较困难。适用于大规模制氧(一般主打10000NM3/H以上的氧气制备,目前最大可提供60000NM3/H的成套设备)。 目前国 内主要提供空分技术的有杭氧、开空、川空、哈氧等。国外品牌如:林德、普莱克斯、法液空、AP均有涉足,这些跨 国公司的设备可靠、单位能耗较低,但价格 较国内品牌昂贵。制氧成本:中小型制氧电耗高,约为0.5~1.0KW/Nm3(非典型数据,但是一 般情况下回获得相应数量的氮气)
 
3.1.3  罐装液态氧
液态氧,它适用 于现场制造氧源有困难的企业 ,如用于 规模较小的特种及轻工日用玻璃厂和小型玻璃纤维制造厂 。罐装的 液态氧是纯度高达99.5% 的
高压氧(O2)。
 
3.2  氧气使用安全
  大多数 可燃物质在富氧条件下燃烧加速,易导致 设备损害和人员伤害。
  1、使用氧气或氧化剂时,应遵循其安全条例。氧气含量超过25%时,对人及 设备的爆炸危险性明显增大。空气中的可燃物质,在富氧 条件下可加速燃烧及爆炸。

  2、纯氧系 统只能使用氧用部件。使用不 合适的材料会增加管道和控制器的着火危险性。管道尺 寸设计必须满足氧气、氧化剂 融合速度的要求。不要不 考虑以上危险因素而随意更换氧气系统的元器件及配件。

  3、保持氧气系统的清洁。所有与 氧气接触的设备、管道、配件等 必须进行清洁处理,否则会 增加着火的危险性。
  4、氧气设 备周围严禁明火、吸烟、产生火花等5、不要用 氧气替代压缩空气。用氧气 替代压缩空气是非常危险的。当氧气 替代压缩空气时将发生爆炸。仪表空 气设备与氧气设备不能互换。



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