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
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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 ) 摘 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 Zhaozhong，TANG Xiufeng，FU Liangen ( Nanjing Fiberglass Research & Design Institute ，Nanjing 210012 ) Abstract：The 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 techniques，optimizing burner deployment in the integral design of furnaces and verifying and revising melting technologies using modern mathematical models. Key words：oxy-fuel combustion technology；E-glass fiber furnace；combustion support |
1 纯氧燃烧技术应用 1.1 纯氧燃烧发展简况 纤维玻璃的熔化，主要依靠空气助燃下燃料燃 烧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% 的氧气参与助燃，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 能源和污染大气。 近代工业的发展，对燃料需求越来越大，相应 燃烧产物对环境的污染亦越来越重。矿物燃料的不 可再生性，导致燃料价格迅速上升，迫使人们从经 济可持续发展的角度出发，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
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少或不用无效加热氮气。纯氧 (全氧) 燃烧技术就 应运而生，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。 首先是制氧技术进步，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， 给氧气的工业化应用创造了很好的条件。传统的低 温制氧生产量大，氧气和氮气的纯度高，电耗低， 是当今世界上广泛应用的制氧方法。这种制氧方法 日渐成熟，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 分选择性吸附，从空气中分离获得氧气。这种制氧 方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， 并可完全自动化。近10年来在灵活少量多变化的用 氧场合中很有竞争力被迅速普及。世界一些知名气 体公司如美国的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 术的发展做出了贡献。我国也有大型企业 (如：杭 州制氧机厂等) 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。 在制氧技术进步的同时，氧气制造公司和应用 部门紧密结合，氧气的工业应用也被积极开发。冶 金、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 和推广纯氧燃烧技术，就玻璃行业而言，据不完全 统计纯氧燃烧窑炉已有200多座。 由于纤维玻璃相对普通平板、器皿玻璃而言， 熔化温度较高，对玻璃液的熔化质量和稳定性要求 也高，相应采用单元熔窑和液、气态燃料及优质耐 火材料，熔化热效率也较低，更需要和更适合采用 纯氧燃烧技术。所以玻纤池窑采用纯氧燃烧技术在 整个玻璃行业位居先列，就全世界而言已有40%的池 窑采用了纯氧燃烧技术。我国近几年新建的大型玻 纤池窑也大多采用了纯氧燃烧技术，该技术先应用 于熔化池，后应用于通路。 |
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3 纯氧燃烧在玻纤池窑上应用的主要技术 环节 3.1 氧气源的选择 根据对氧气的需求量 (含规划) 和企业所处的 环境，氧气源分为：管供、供液氧和就地自建氧站。 自建氧站又有低温制氧和变压吸附制氧多种选择。 基于池窑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 元/m2之间，要精心力求最低。 3.2 燃烧器的选择 纯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 烧坏 (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 由于纯氧燃烧比空气助燃强度大，火焰传播速 度快，要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。 符合要求的燃气、氧气进入池窑车间后，要分 别经过过滤、减压、流量控制调节、流量计量、安 全检测等环节后，再接入燃烧器的两个接口。燃烧 器还需嵌在特制的耐火材料内。为保证安全，燃气 氧气输送系统均需按规范要求设计施工。特别氧气 系统应尽量选用低碳钢管，用前需仔细净化，保证 |
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温度显示 到窑炉左 侧燃烧器 厂区氧气供应管道 ~200 KPa 流量计 流量控制阀 到窑炉右 侧燃烧器 到其他燃烧器 流量计 流量控制阀 到窑炉左 侧燃烧器 厂区天然气(重油) 供应管道 ~250 KPa 流量计 流量控制阀 到窑炉右 侧燃烧器 到其他燃烧器 图2 纯氧燃烧检测控制系统图 |
料和燃料以及要达到的技术指标等。以此为基础， 根据理论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。 虽然纯氧燃烧可取得熔制玻璃的好效果，我们 还是要尽量综合考虑，吸取其他技术措施的特点， 力求综合最佳。如采用电助熔进一步提高热效，采 用鼓泡器促进窑内玻璃液更加合理的流动，取用更 高质量的玻璃液等。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%。 在综合考虑的基础上，以所需投入热量为主线， 结合窑炉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。 图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，并经过不断的应用和验证，使得数模技术在玻 璃熔窑的验证改进设计及诊断状态等方面起着越来 越有效的作用。已有不少专门从事这方面工作的技 术公司和专家。在采用一些新技术时，不妨采用这 | 投料口 电极 电极 烟气流向 投料口 鼓泡器 纯氧燃烧器 图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 个花费不是很高的办法来验证、修改熔窑设计。这 里将图3所示的池窑配置和预定运行参数的主要模拟 结果，显示于图4、图5和图6，图5中火焰最高温度 为2,690, ℃。 3.4.3 不断追求纤维池窑节能降耗新技术 面对节能减排的更高要求，玻纤行业还在不停 顿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“对流式玻 璃熔制” (CGM) 技术，将纯氧燃烧器安装在玻璃 熔窑大碹上来改善玻璃熔窑内的传热， 比在侧墙安 装纯氧燃烧器更能提高熔窑熔制能力，改进玻璃质 量。在OC公司已在多座池窑上运用。另外，NGM潜底 |
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图4 熔化池喷枪中心面温度分布图 |
图6 熔化池玻璃流动示图 但还有一定热量。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 份,对无碱玻璃而言主要是F和S、B。在当前环境保 护要求越来越高的情况下，一些企业从改变玻璃成 份来解决，如采用无硼无氟成分。多数企业则在不 断改进干、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。 |
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图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，池窑排热虽有减少， |
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