座节能灯管纯氧燃烧玻璃窑炉的设计运行总结

唐秀凤，李卫军，丁明龙

（中材科技股份有限公司江苏南京210012）

摘要：介绍了一座生产节能灯管的纯氧燃烧玻璃窑炉，对窑炉具体结构的设计和实际 运行参数加以说明，并总结了设计纯氧燃烧窑炉应注意的主要技术环节。

关健词：纯氧燃烧；节能灯管窑；设计；运行；总结

Summaries on Design and Running of Pure Oxygen
Combustion Furnace Producing Fluorescent Lamps

Tang Xiufeng, Li Weijun, Ding Minglong

（Sinoma Science & Technology Co.Ltd,Nanjing 210012）

Abstract： a pure oxygen combustion furnace producing the energy-saving lamp was introduced. Through the discussion of actual structure design of furnace and practical running parameter, the main technical aspects were summarized which should be noted in the design of pure oxy-fuel fired furnace.

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一、 刖3

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。因 为矿物燃料的不可再牛性，从而燃料价格迅速上升，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少或不用无效加热氮气。纯氧（全氧）燃烧技术就应愠而生。 1990年开始.因环保要求，美国少数玻璃厂率先在玻璃熔宇上采用纯氧燃烧技术。

纯氧燃烧技木是玻璃熔化技术的第一次革命（玻璃熔化技术的第一次革命是蓄热式玻 璃窑的建造）。

近二十年来，此项技术的工业化应用方面取得了较大进展和推广。首先是制氧技术的 进步，从空气屮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 丄业化应用创造了很好的条件。节能灯管相对于普通平板、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较高，熔化热效率亦较低，更需要和更适合采用纯氧燃 烧技术。

受某公词委托我们设计了一座生产节能灯管的纯氧燃烧窑炉，于2010年9月底顺利 投产，二月后达到设计指标、日产节能灯管60吨以上。

二、 采用纯氧燃烧的主要优点：

1、减少N0,排放

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烟气量少，烟气中N0、含量大为减少（比空气助燃时降低85〜90%）

2、 配合料损耗量少

烟气中粉尘排放量减少70〜80% （配合料挥发份降低，烟气夹带走的配合料量减 少）

3、 节能，热效率高

比空气助燃时烟气的黑度大得多，纯氧燃烧火焰传播速度快，火焰温度高（280（） 笆），对玻璃液的传热量增加，热效率高，熔化率提高10〜20%

（纯氧燃烧火焰，波长短，玻璃的穿透性很好，池深方向温度梯度小）

4、 玻璃熔化质量好

烟气成份中水汽含量高达53%,玻璃液与水汽反应增强，玻項液中OK量增多，导 致粘度降低，有利于澄清和均化，可提高玻璃液质量。

三、生产节能灯管的纯氧燃烧窄炉设计简介

1、节能灯管玻璃主要成分

2、窑炉采用单元窑形式，熔化部面积40平方米，长宽分别为III5O及3600毫米， 玻璃液深1500毫米，熔化部布置了 6支纯氧燃烧器，纯氧燃烧器采用 AIRLIQUIDE公司生产的，油、气两用型燃烧器。窑炉的大致布局如下图：

图1:窑炉结构示意图

3、熔化部二侧投料，采用螺旋投料机密封加料。池底设置两排鼓泡，流液洞为上倾

斜式，防止产生冋流。因纯氧燃烧产生废气量少，没有采用余热利用设备。废气

-135 - 经钢血囱直接排放到厂房外，则在水平烟道上设置了模具烘干设施。前墙设有工 业电M便于观察窑内燃烧和熔化情况。料道上设置24工位吹泡机3台，丹纳法玻 璃管生产线2条，

4、窑引采用全氧燃烧后，上部空间所处气氛的化学组成发生了变化，其中 水蒸汽的体积浓度约增大3倍，碱挥发物的体积浓度增至3~6倍。高体积 浓度的碱挥发物不利于上部结构硅砖的使用，形成的大量低粘度钠硅酸盐 熔体吊硅砖造成严重的侵蚀，由于水蒸气的体积浓度高，该熔体在高温下 极易;形成，加重了碱挥发物及冷凝物对硅砖的侵蚀作用。因此，窑炉火焰 空间［耐火材料的选择非常重要。

本窑|炉各部分耐火材料的应用如下：

• I胸墙、前墙、后墙：骨料型错英石砖+部分再烧结电熔莫来石砖

I

•大硝：再烧结刚玉莫来石砖

•烟道：电熔错刚玉砖

•池底、池壁：电熔错刚玉砖

四、运行状况

在生4初期发现节能灯管出现气泡偏多现象，由于采用纯氧燃烧后，窑内气氛变 化较大;窑内的温度制度完全不同于空气燃烧，经过二个月的摸索调整后，才完全 达到设3产量。窑炉的实际运行参数见下表：

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拉管池帘采用纯氧燃焼后，与空气助燃相比节能40%以上。

五、纯氧燃烧技术的应用需注意的主要技术环节

1、 氧源的选择

根据对氧气的需求量（含规划）和企业所处的环境，氧气源可有远管道供应、 槽车供液氧和就地自建氧站。自建氧站又有深冷低温制氧和变压吸附制氧二种选 择。基于玻璃窑炉长年稳定运行的要求，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290%±1

进入埒制车间的压力Nl. Okg/cm² ±0. 1

⑵、长年持续不间断供应，因此制氧设备配制要考虑轮修和备用气源。

⑶、自建氣站，用氧气量小（W4000NM3/H）,采用变压吸附法制氧；用氧气量大 （N4000NM3 /H）,采用深冷分离法制氧。

⑷、最佳的经济性，主要看氧气费用和燃料炎用的比价，在中国氧气成本在 0. 4〜1元曆之间（变压吸附法电耗:0, 3-0. 6KWH/NM³ 0₂,深冷分离法电 耗：0. 5-0.8KWH/NM³ 0₂）,要精心核算，力求费用最低。

2、 纯氧燃烧器的选择

纯氧燃烧燃烧器是关键装置，-些燃烧公司都精心专门开发，已有成熟的产品。 选择它要考虑儿个要素：

⑴、适应使用燃烧，底至适应油、气燃料，方便更换。

⑵、提供要求的热容量的能力，并有足够的调节范围和实现自动控制的可能。

⑶、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。

⑷、有足够的安全性和使用寿命，包括氧枪砖。

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3、 燃烧器的布置

⑴、首先要了解基本要求和基本条件：包括玻璃成分、熔化能力、所用原料和 燃料以及要达到的技术指标等，以此为基础，根据理论计算和经验积累拟定熔 窑大体结构和运行热工参数，再结合纯氧燃烧器的运行特征布賞燃烧器。

⑵、纯氧燃烧相对于空气燃烧，窑内的热能量分布不同，火焰空冋的热点位置 也不一样，纯氧燃烧器的定位时必须考虑这因素。

4、 建立完善的燃烧及控制系统

-由于纯氧燃烧比空气助燃强度大，火焰传播速度快，要实现坡佳稳定地燃 r

烧状态就需要完善的系统和精密的控制。为保证安全，系统必须采用先进精密的 自控仪表，实现氧气/燃料精确的比例控制。根据窑炉熔制温度要求，调整控制 氧气和燃料的流量，并进行安全和稳定性监视。典型的系统控制如下图所示：

¹

图2：典型的纯氧燃烧系统检测控制流程图

5、纯氣燃烧窑炉设施丁运行要点

⑴、燃气氧气输送系统均需按规范要求施工。特别是氧气系统应尽量选用低碳 钢管，并进行脱脂处理，用前需仔细净化，保证无油脂、灰尘和杂物。

(2) 、窑炉砌筑应严格密封不漏气

纯氧燃烧含有较高的水蒸汽(〉60%H₂0),烟气低温腐蚀性较大。

(3) 、纯氧燃烧烟气过氧相对较高，窑内残氧量控制在2.5-5% ,要控制好蜜内 气氛，一般要求熔化区强氧化气氛，澄清区为弱氧化气氛。

⑷、纯氧燃烧烟气量减少了 70%〜80%,密内温度制度(温度布置)有别于空气 燃烧，火焰空间热点后移，60%的热量用在熔化区。

(5)、熔制工艺稳定，控制精度要求更高。

幺吉

"随着社会经济的迅猛发展，能源日趋紧张，节能减排已成为人们最关注的话题，纯 氧燃烧技术作为节能减排新技术,在玻璃行业的应用将越来越广。

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