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发表人:lcueng 发表时间:2011/1/3 16:47:00  

 

 本栏论题: 富氧助燃技术在玻璃工业上的应用  [1922]

    玻璃工业是能耗大户,我国目前有玻璃窑炉数千座,热效率及热能利用率比较低,而且产品单耗大;成本高,也可以说,玻璃市场的竞争大多取决于能源。因此,节能已成为窑炉改造的中心任务,并已列入“十一五”国家节能环保的重点工程。
   
    回顾我国玻璃工业的发展历史,不难发现,富氧助燃技术早在20世纪50年代初就有人提出过,但鉴于当时制氧技术本身要消耗大量的电能,因此,这种技术与电助熔相比就有“多此一举”之嫌。所以,在没有完全解决氧源问题前,用“电能-制氧-富氧助燃”的间接节能途径,不易为人们所接受,到了20世纪70年代,随着新型聚合物的出现,制膜技术的提高,国外在富氧助燃方面做过大量的工作,取得了许多可喜的进展,为该技术的推广应用打下了有利的基础。
   
    一、富氧助燃技术在国外工业中的应用
   
    早在1982年,美国、日本、英国、法国等国家就从事膜法富氧技术的研发和运用。 他们从膜材料、成膜技术、组件和装置等方面进行了产品试制、生产放大、流程设计、过程优化和燃烧应用等研究工作,并进行了分析检测手段和分析仪器的开发等,最终开发出氧浓度为28%--40 %富氧空气,装置,产气量从几升/分至1000m 3/h不同规格的产品,并进行了工业应用试验,在燃气、燃油和燃煤的不同场合下试验,证实了30 %浓度的富氧空气,即可用于工业助燃,其中用23% 的富氧空气助燃可节能10% -- 25% 。到20世纪80年代末,日本相继有近20家大小公司推出了膜法富氧装置。在富氧助燃方面,日本大阪煤气公司和松下电器公司合作,在钢坯加热试验炉、陶瓷烧成炉、玻璃窑炉上进行了实际应用,并取得了良好的节能效果。美国一家玻璃厂把助燃空气的含氧量只增加到23% ,就得到了节约燃料8 %- 10 %的好结果,而且成品率提高3 %- 10 %,产量由106t/d提高到119t/d,灰泡数量下降40 %,炉龄延长5 - 6个月。法国一玻璃厂在池炉上采用富氧助燃,使窑炉下部火焰温度提高了100 0C ,顶部温度下降了300 C 。产量由120t/d提高到150t/d。
   
    二、 局部增氧技术的基本特点
   
    目前把氧气引入玻璃熔窑有氧气-燃料喷枪、空气-氧气-燃料喷枪、二次空气预混合和喷枪下局部喷氧等四种基本方法。其中前三种属整体增气措施,后一种为局部增氧。
   
    在设计一座玻璃熔窑的燃烧系统时,必须考虑以下5个因素。
   
    (1).将燃料的热能最大限度地传递到玻璃中;
    (2).将燃烧的热能最小地传递到熔窑的上部结构中;
    (3).燃料的燃烧只限制在炉内熔化区中;
    (4).尽量避免火焰冲刷到耐火材料的表面上;
    (5).燃料和助燃空气有效的混合,以减少烟道中因空气过剩而造成的热损失。
   
    三、富氧助燃技术节能和治理污染的机理
   
    1.提高火焰温度:
   
    富氧空气参于燃烧后,氮气量相对减少,从而使氧分子迅速地与可燃物混合达到充分燃烧,使火焰温度随着富氧空气中的氧分子比例的增加而提高,并加快了辐射、传导、对流三种形式的热传率。
   
   
    2.加快燃烧速度
   
    燃料在富氧空气中燃烧速度加快的原因:是由于增加氧含量后,使火焰温度提高所致,如天然气在氧气中的燃烧速度比在普通空气中的燃烧速度能提高10倍。燃烧速度的提高,导致燃料在炉膛内迅速完全燃烧。
   
    3.降低燃料的燃点温度
   
    燃点温度明显受到反应速率和热损耗的影响。富氧空气比普通空气有助于降低“燃点”温度的特点,并增加火焰单位体积的热释放量。对于劣质燃料效果更为突出。
   
    4.减少燃烧后的排气量
   
    使用含氧量为29%的富氧空气参加燃烧,与普通空气燃烧比较,当过剩空气系数a=1时,则排气体积减少20%,其排烟热损失也减少20%,从而提高热效率而节能。
   
    5.增加热量利用率
   
    当加热温度为1300ºC时,用普通空气燃烧。其热利用率为42%,而用含氧量26%的富氧空气燃烧,则利用率增加到56%,随着加热温度增加,节能效果更显著。
   
    6.降低空气过剩系数
   
    富氧燃烧能有效地降低空气过剩系数,使排烟热能损失大幅度降低,从而提高窑炉的热效率而节能。
   
    四、膜法富氧技术的原理:
   
    膜法富氧技术研究成果是利用高分子材料的一些本征特性,如对不同气体分子具有不同的选择渗透性能,以及高分子材料的特殊加工性能,科技人员将一些特殊的高分子材料研究加工成为具有工业应用价值的气体分离膜和膜原件。
   
    选用硅橡胶和与其相配伍的高分子材料,经特殊工艺加工成复合膜和膜原件,可以将空气中的氧从21%富集到30%,且具有超高气体透量(与玻璃态高分子膜相比),单位面积/单位时间/单位压力可产富氧(30%)4Nm3/m2 ·h·bar,与深冷法制氧和变压吸附法制氧(折合成相同浓度)相比,膜法的制氧成本最低,为0.06-0.08KW。如下图所示
   

富氧助燃技术在玻璃工业上的应用


    燃烧目的就在于使燃料充分燃烧,并有效地充分利用燃烧生成的数量。燃烧的工艺与炉窑效率有着至关重要的关系。燃烧是由于燃料中可燃分子与氧分子之间发生高能碰撞而引起的,所以氧的供给情况决定了燃烧过程完成的是否充分。在常规空气助燃的燃烧系统中,这种高

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