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纯氧燃烧技术在无碱玻璃纤维池窑上的应用

DOI:10. 13354/j.cnki.cn32- 1129/tq.2008.03.002

 

姜肇中,等:纯氧燃烧技术在无碱玻璃纤维池窑上的应用

 

 

中图分类号:TQ171.77+ 7. 11        文献标识码:A

纯氧燃烧技术在无碱玻璃纤维池窑上的应用

 

姜肇中,唐秀凤,付良恩

( 南京玻璃纤维研究设计院 ,南京  210012 )

 

 要:介绍了纯氧燃烧技术的发展情况,纯氧燃烧技术有别于传统空气助燃的特点,该特点带来的窑炉熔制特点。论述 了纯氧燃烧技术在池窑上应用的主要技术环节,包括氧气源及燃烧器的选择,完善燃烧及控制系统。通过不断追求纤维池 窑节能降耗新技术,在综合熔窑整体设计中确定燃烧器配置,利用现代数模技术验证和修正熔窑技术,将纯氧燃烧技术纳 入最佳熔窑燃烧熔制配置系统。

关键词:纯氧燃烧技术;无碱玻璃纤维池窑;助燃

 

APPLICATION OF OXY-FUEL COMBUSTION

TECHNOLOGY IN E-GLASS FURNACES

 

JIANG ZhaozhongTANG XiufengFU Liangen          ( Nanjing Fiberglass Research & Design Institute ,Nanjing  210012 )

 

AbstractThe developments,  technical  features and key points of application of oxy-fuel  combustion technology in E-glass furnaces are presented. This novel technology is to be included in the best firing and melting system for E-glass furnaces by constantly working at new energy-saving techniquesoptimizing burner deployment in the integral design of furnaces and verifying and revising melting technologies using modern mathematical models.

Key wordsoxy-fuel combustion technologyE-glass fiber furnacecombustion support

 

1  纯氧燃烧技术应用

1.1  纯氧燃烧发展简况

维玻璃的熔化,主要依靠空气助燃下燃料燃 产生火焰辐射传递的热量。实际上燃烧过程是一

 

个氧化反应过程。传统的空气助燃,空气中只有21% 氧气参与助燃,78%的氮气不仅不参与燃烧还携带 热量并生成有害的氮氧化物 (NOX ) 排出,从而浪费 源和污染大气。

近代工业的发展,对燃料需求越来越大,相应 燃烧产对环境的污染亦越来越重。矿物燃料的不 可再生,导致燃料价格迅速上升,迫使人们从经 济可续发展的角度出发,在燃烧领域积极设法减

收稿日期:2007-06-06

作者简介:姜肇中,男,1940年生,南京玻璃纤维研究设计院顾 问,全国玻璃纤维专业情报信息网高级顾问,教授级高工

玻璃纤维》 2008年 第3期


姜肇中,等:纯氧燃烧技术在无碱玻璃纤维池窑上的应用

 

或不用无效加热氮气。纯氧 (全氧) 燃烧技术就

应运生,近20年来,此项技术的工业化应用方面

取得了较大进展和推广。

先是制氧技术进步,从空气中分离制氧的各

种方法技术都有进步,从而使制氧能耗成倍降低,

给氧气工业化应用创造了很好的条件。传统的低

温制生产量大,氧气和氮气的纯度高,电耗低,

是当世界上广泛应用的制氧方法。这种制氧方法

日渐熟,正向着超低节能大型化全自动方向发展。

变压吸附法 (PSA) 基于分子筛对空气中的氧、氮组

分选性吸附,从空气中分离获得氧气。这种制氧

法能够生产氧气纯度达93%,它的流程简单常温运

行,可以在用氧现场快速而便捷地生产廉价氧气,

完全自动化。近10年来在灵活少量多变化的用

氧场合很有竞争力被迅速普及。世界一些知名气

公司如美国的AIR PRODUCTS公司、PRAXAIR公司、

德国的林德公司和法国的AIR LIQUIDE公司为制氧技

术的发做出了贡献。我国也有大型企业 (如:杭

制氧机厂等) 以及一些专业气体公司 (如:华西

科技北大先锋等) ,这些企业积极推动着我国制

氧技术的发展。

制氧技术进步的同时,氧气制造公司和应用

门紧密结合,氧气的工业应用也被积极开发。冶

、化工等领域对氧气的需求量剧增,一些专业燃

烧公司如美国CTI公司和MAXON公司等也加快了开发

推广纯氧燃烧技术,就玻璃行业而言,据不完全

纯氧燃烧窑炉已有200多座。

于纤维玻璃相对普通平板、器皿玻璃而言,

温度较高,对玻璃液的熔化质量和稳定性要求

高,相应采用单元熔窑和液、气态燃料及优质耐

材料,熔化热效率也较低,更需要和更适合采用

氧燃烧技术。所以玻纤池窑采用纯氧燃烧技术在

个玻璃行业位居先列,就全世界而言已有40%的池

采用了纯氧燃烧技术。我国近几年新建的大型玻

池窑也大多采用了纯氧燃烧技术,该技术先应用

熔化池,后应用于通路。

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姜肇中,等:纯氧燃烧技术在无碱玻璃纤维池窑上的应用

 

3  纯氧燃烧在玻纤池窑上应用的主要技 

3.1  氧气源的选择

根据对氧气的需求量 (含规划) 和企业所处

境,氧气源分为:管供、供液氧和就地自建氧站。

自建氧站又有温制氧和变压吸附制氧多种选择。

基于池长年稳定操作的要求,对氧源的基本要求

有以下几点:

(1) 达到质和量的要求并有很高的稳定可靠性,

氧的纯度 (90%~93%) ±1%,送到车间压力≥ (1.5

±0.1) kg/cm2

(2)  长年持续不间断供应,因此设备配制要考

虑轮修和备用,甚至要考虑备用气源。

(3)  最佳的经济性,在中国氧气成本在0.4~1

/m2之间,要精心力求最低。

3.2   燃烧器的选择

氧燃烧燃烧器是关键装置,一些燃烧公司都

精心专门开发。选择它要考虑几个要素:

(1)  适应使用燃烧,甚至适应液、气燃料,方

便更换。

(2)  提供要求的热量的能力,并有足够的调节

范围和实现自动控制的可能。

(3)  有最佳的氧燃比,保证完全燃烧并有好的

火焰形状,提高火焰覆盖率。

(4)  有足够的安全性和使用寿命,不易回火和

(含烧嘴和炉腔耐火材料) 。 以下图示几种典

型纯氧燃烧器

3.3  构筑完善燃烧及控制系统

于纯氧燃烧比空气助燃强度大,火焰传播速

度快,实现最佳稳定的燃烧状态就更需要完善的

系统和精密的控制。

要求的燃气、氧气进入池窑车间后,要分

经过过滤、减压、流量控制调节、流量计量、安

全检测环节后,再接入燃烧器的两个接口。燃烧

器还需在特制的耐火材料内。为保证安全,燃气

氧气输系统均需按规范要求设计施工。特别氧气

应尽量选用低碳钢管,用前需仔细净化,保证

玻璃纤维》 2008年 第3期


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度显示

炉左

侧燃烧器

区氧气供应管道

~200 KPa

 

量计 流量控制阀

炉右

侧燃烧器

到其他燃烧

 

流量 流量控制阀

炉左

侧燃烧器

厂区天然气(重油)

供应管

~250 KPa

 

流量 流量控制阀

炉右

侧燃烧器

到其他燃烧

2  纯氧燃烧检测控制系统图

料和燃以及要达到的技术指标等。以此为基础, 根据理计算和积累经验拟定熔窑大体结构和运行 热工参数,再结合纯氧燃烧的特点做出方案设计。

然纯氧燃烧可取得熔制玻璃的好效果,我们 还是要量综合考虑,吸取其他技术措施的特点, 力求综最佳。如采用电助熔进一步提高热效,采 用鼓泡促进窑内玻璃液更加合理的流动,取用更 高质量玻璃液等。当前综合先进的燃烧熔制技术 可使E纤维玻璃熔化热效率超过40%。

综合考虑的基础上,以所需投入热量为主线, 结合窑结构和可以选用的纯氧燃烧器特征,确定 它在窑炉上的配置

3是一个无碱纤维池窑配置设计图。

3.4.2  利用现代数模技术验证和修正熔窑设计

随着计算技术的发展和一些专业技术人员的努

力,经过不断的应用和验证,使得数模技术在玻 璃熔窑验证改进设计及诊断状态等方面起着越来 越有效作用。已有不少专门从事这方面工作的技 术公和专家。在采用一些新技术时,不妨采用这

投料口

  电极

 

 

气流向

 

 

投料口          鼓泡器   纯氧燃烧器

3  3万t/a无碱池窑天然气纯氧燃烧配置改造设计示意图  花费不是很高的办法来验证、修改熔窑设计。这 3所示的池窑配置和预定运行参数的主要模拟 果,显示于图4、图5和图6,图5中火焰最高温度 2,690, ℃。

3.4.3  不断追求纤维池窑节能降耗新技术

对节能减排的更高要求,玻纤行业还在不停 地开发节能减排新技术。例如:

(1)  在燃烧熔制新技术方面,一种“对流式 璃熔制” (CGM) 技术,将纯氧燃烧器安装在玻 大碹上来改善玻璃熔窑内的传热, 比在侧墙安 纯氧燃烧器更能提高熔窑熔制能力,改进玻璃质 OC公司已在多座池窑上运用。另外,NGM潜底

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4  熔化池喷枪中心面温度分布图

6  熔化池玻璃流动示图

 

但还一定热量。特别大型池窑排气总量还不小。 中国不少池窑工厂还将这些废气换热成热风送烘干 原丝或者再通过余热锅炉产生蒸汽纳入热网使用

(3)  池窑烟气多少都含有燃料、原料的有害成 ,对无碱玻璃而言主要是FSB。在当前环境 护要求来越高的情况下,一些企业从改变玻璃成 份来解,如采用无硼无氟成分。多数企业则在不 断改进、湿法碱吸收处理废气的效果,以满足进

一步减少对周围环境的影响。

 

5  玻璃液面热流强度分布图

燃烧熔化炉和等离子火炬熔化技术已进入中间试验。

(2)  采用了纯氧燃烧后,池窑排热虽有减

 

《玻璃纤维》2008年 第3


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