玻璃行业的全氧燃烧与污染减排

　　国际性油价逼近每桶100美元，无疑对工业能耗大户面临着巨大的压力。节能是当务之急，而减少废气污染的排放，确保环境空气的净化，是各工业企业的重中之重。作为一种高能耗产业的玻璃工业朝着高效率、高质量、低成本、环保化的发展。玻璃熔窑由传统的空气助燃改造（或新增）为全氧助燃就成为其主要的发展方向。

一．　全氧助燃与空气助燃的区别：

　　空气助燃燃烧反应：
　　　　CH₄+２O₂+ 8 N₂→ CO₂ + 2 H₂O+8 N₂
　　全氧助燃燃烧反应：
　　　　CH₄+２O₂  →  CO₂ + 2 H₂O
　　全氧助燃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。全氧燃烧是玻璃行业节能减排的最佳选择。近年来PSA  VPSA新技术的应用大大降低了制氧成本。这是我国玻璃行业未来实现节能减排的最经济、最有效的措施。

二．获取氧气的方法

　　作为工业气体的氧，主要产品来源于大气，经过空气分离的手段获得。 上海空气之星工业气体设备有限公司是专业制氧、制氮设备的厂商。在多年V／PSA制氧设备生产的基础上、引进国外先进的制氧技术、采用cms－p1.3型、vop进口分子筛、进口切换阀门、配以先进的制氧循环流程、在常温的条件下，加压吸附、减压解吸的循环工艺、从大气中提取90-93的氧气。

V/PSA系列制氧机参数

 　　 从变压吸附中提取的氧气在玻璃熔窑上进行全氧燃烧其优点是：
　1.改造燃烧效率节能25-40%。　
　2.污染减排显著，ＮＯx排放量降低80%以上，粉尘排放量减少70-80%。
　3.投资成本低，窑炉结构简短，筑炉时间短，占地小，维修量少，不需要蓄热室、格子砖、减少了维修费用。
　4.可以提高火焰底部温度，提高玻璃熔化量，燃烧无换向，窑炉废气的减少，使烟道系统规模大大缩小，NOx排量大大降低，其清除系统规模也缩小，消除了熔炉换向带来的对炉　　　压及玻璃液面的不稳定，使温度和氧气分布更加重要稳定。有助于减少条纹和小气泡，改善玻璃质量。
　5.降低碹顶温度，延长熔炉寿命。由于采用全氧燃烧，燃烧相对完全，火焰长度相对缩短，火焰上部温度降低，降低了碹顶的热负荷，既减轻对其的侵蚀，熔窑寿命相应延长。
　6.节约能源，提高热效率。空气中含氧量约21%，而氮气的含量为78%,氦、氩、氢等为1%。采用空气助燃的燃烧过程中，只有氧气参加燃烧的反应，大量的氮气吸收了大量的燃烧反应放出的热，并从烟道排走，造成极大的浪费。采用全氧助燃后的排烟量仅是空气助燃的1/3-1/4，排出炉外的热量大为降低，同时火焰温度高，辉度高，辐射传热强。

　　三.  全氧燃烧与空气助燃的经济性比较

全氧助燃给生产带来了很大的优点，但与空气助燃相比助燃空气来自大气，所付的代价甚微，而氧气则要从大气中分离，制取需进行设备投资及支付运行费用。但全氧助燃直接带来的经
济效益就是能够节约燃料，减少熔窑投资费用，减少熔窑占地面积，减少脱硝设备的投入，减少ＮＯx氮氧化物的排放，达到净化环境的要求。
通过热力学计算表明，90-93%的氧气纯度燃烧反应产生的有效热量高（完全燃烧的热量，减少烟气带走的热量约40%）我们以甲烷为燃烧介质，与不同氧气浓度的空气进行燃烧反应，得到相同的有效热量的比较完全燃烧后的烟气温度为1600℃。经过蓄热室换热，使得所有气体（包括甲烷、空气、富氧，纯氧）的温度为600℃

 全氧燃烧的范围，适用于玻璃熔窑中以重油、煤焦油，天然气及煤转炉的煤气的助燃。

　　四.  全氧燃烧的燃烧器

　　适用于玻璃熔窑的燃烧器与重油燃烧器，煤焦油燃烧器，天然气燃烧器，煤气燃烧器，适用各种熔化炉的燃烧器的结构。
采用氧气引射与气体=相流混合技术，独特的喷孔设计，使得燃气能完全燃烧，火焰明亮，其火焰的长度火焰锥角及火焰形状，根据用户要求和熔窑型，燃料介质设计的专用燃烧器，配有调整机构装置及安全装置不回火、不脱火、燃烧效率达到99.5%。具有耐高温性能的特点，使燃烧器能经久耐用。据资料介绍国外一座蓄热式横火焰瓶罐玻璃池窑在1997年大修时改造全氧熔窑后的对比情况。
法国Gerreshciner玻璃公司2#窑改造前后对比

全氧助熔玻璃熔窑，在窑炉热点等局部特定部位能用纯氧喷枪加热，促进玻璃熔化和澄清，其优点是：
① 可提高5-15%出料量
② 提高热效率可节能2-10%
③ 有助于减少气泡和条纹，改善玻璃质量
④ 减少污染排放5-20%
⑤ 可克服蓄热室的限制，延长窑炉寿命
增加产量的主要条件是给增加玻璃的热量，追加热能，可凭借氧气助燃提高燃烧火焰的强度。不仅能提高溶液率，还会提高玻璃液的温度。增强火焰与玻璃液体之间的热交换率，并且由此而改善澄清效果，促进杂质的熔融。
在研究提高熔窑熔化率可能性的时候，要重视给定的作业参数，
1.窑炉型号、炉膛面积、燃烧温度、热效率、熔化率；
2. 碹顶所能承载的最高温度；　
3. 上部结构的保温等级
4. 助燃空气的预热温度和被焰覆盖的熔体面积；
5. 熔窑保温、吸热与热损失；
6. 耐火材料的等级；
7. 燃烧介质及需求量Nm3/d；
8. 燃烧器型式及数量；
9. 产品原料；
10. 产品产量；
其他因素熔窑玻璃液对流模式中的速度、温度的关系，玻璃液在熔窑中停留的时间，优化玻璃的配合料，尤其是选用合适的澄清剂。

　
　　五．减少废气中的污染物的排放

玻璃熔窑废气中污染物主要有烟尘，二氧化碳，二氧化硫及氮氧化物。　
二氧化碳是地球表面气温升高的因素，脱硫技术的应用是玻璃熔窑降低成本能耗，减少二氧化碳排放最有效的措施。
脱硫技术，主要是对烟尘、二氧化碳、二氧化硫从烟道中排放废气的处理。据资料统计，目前已安装了除尘，脱硫设备的玻璃厂约占玻璃企业的3%。
因此玻璃熔窑的废气污染物的治理，必须采用脱硫和脱硝治理技术。
脱硫技术是国内已有很成熟的技术，目前，石灰石(CaCo3)脱硫技术比较成熟。燃煤发电厂一般都采用石灰石脱硫技术。　
采用石灰石脱硫技术以石灰石作为脱硫剂。其主要设备：GGH（烟气换热器）吸收塔，浆液循环泵，增压风机，石膏排出泵，石膏浆液泵，皮带脱水机，皮带输送机等。
以石灰石作为脱硫剂，将caco3配制成浓度为20%左右的浆液，灌入吸附塔，依靠浆液循环泵在吸收塔内呈雨淋状，经过GGH换热器后，原烟气进入吸收塔与浆液充分反应，生成石膏Cao42H2o，石膏经泵送至脱水机，除尘其中水份，质量合格的石膏落入皮带输送机送入石膏仓，而脱去硫的净烟气通过GGH换热器后排入大气。
烟气通过脱硫后，大部分硫化物被除去，烟气中的粉尘再一次得到净化。
脱硝主要是对玻璃熔窑中排放的氮氧化物。(ＮＯx)它是导致区域环境质量恶化的重要因素：
1.是造成酸雨的主要因素。
2.生成光学烟雾，降低大气能见度。
3.可导致人体呼吸系统功能紊乱。
4.腐蚀材料及对有助于吸收二氧化碳的植物和树木造成伤害。
玻璃熔窑废气中氮氧化物产生主要来源：
①原料中的硝酸盐分解
②燃料中含氮物质的燃烧
③空气中氮的燃烧。氮氧化物ＮＯx主要是一氧化氮ＮＯ和二氧化氮ＮＯ2　。玻璃熔窑中氮氧化物ＮＯx初始90-95%ＮＯ，但在排放过程中，随着浓度的下降逐渐转为ＮＯ2。一座50T／d的器皿玻璃熔窑炉的ＮＯx排放相当于6000-12000辆汽车的排放量，一座300T／d的平板玻璃窑炉的排放量相当于18000-36000辆汽车尾气的排放量．由此可见玻璃熔窑炉氮氧化物的排放量是不可忽视的。
玻璃熔窑炉废气中NOx排放浓度

六．如何降低废气排放时的NOx浓度和NOx的排放量。改造玻璃熔窑炉结构采用全氧燃烧是最佳的选择。

１．玻璃熔窑型适应全氧燃烧窑炉的要求及耐火材料的选用。如采用高铬砖，电熔ＡＺＳ砖等，其优点：
①污染减排显著
②延长熔窑寿命2-3年，一座30m2玻璃熔窑可直接减少投资约100万元以上。
③不须采用3R、SCR和SNC脱硝技术，可减少NxO污染减排设备的投入和费用
２．采用变压吸附制氧机，产出90-93的氧气浓度的全氧燃烧，配备使用AGB-2型系列燃气，燃油的燃烧器，将燃料＋氧气＝相混合流，一起进入窑内，熔窑内辐射热大大增强，促使玻璃液吸收热量快，减少烟道带走的热损失约40%，使整个燃烧过程变得更加重要有效。