玻璃熔窑燃烧技术的节能研究

1 全氧燃烧技术 

为了降低浮法玻璃窑炉烟气中的NOx污染，欧美国家开发推广出新型的全氧燃烧技术，主要 

是通过全氧来代替助燃空气，气体中不含有N2，只有极少量的NOx，浮法玻璃窑炉烟气污染的总体积可减少80%，并且会降低废弃带走的热量。全氧燃烧技术工艺的核心在于全氧燃烧喷枪，为加强燃料与氧气混合的接触面积，全氧燃烧喷枪整体成矩形，能更为精准地控制火焰覆盖率，在燃烧过程中进行分阶段全氧燃烧，能将燃烧喷枪的更多能量转化为热辐射，并产生更多碳黑，加强火焰亮度，充分利用浮法玻璃窑炉的传热均匀性，加强黑体辐射的传热效率，提高更短波段热辐射在玻璃液中的穿透效率。使用全氧燃烧技术的浮法玻璃窑炉能提高20%的热效率，但采用这项工艺时，需要重视对浮法玻璃窑炉耐火材料的选择，烟气中水蒸气的浓度会因全氧燃烧而增加，会在浮法玻璃生产过程中，产生浓度较大的碱性蒸汽，加速耐火材料的侵蚀，影响窑龄和生产规模。 

2 富氧燃烧技术 

(1)富氧燃烧技术的基本原理 

采用富氧燃烧技术生产浮法玻璃的基本原理，主要是原料通过富氧燃烧减少了烟气的产生，燃烧产物中二氧化碳和水蒸气的分压和含量增加，NOx的含量降低，火焰黑度加大，火焰温度提升，加快了原料的燃烧过程，提高了火焰在配合料与玻璃液之间的传热效率，从而提高了浮法玻璃窑炉的熔化效率。富氧燃烧技术对燃烧设备具有更高要求。燃料在燃烧过程中需要氧气， 

这些氧气通常来源于空气，但氧气在助燃空气中仅占21%的比重，而空气中其余的氮气并不会参加燃烧，反而会吸收大量的热量，阻碍燃烧效率的提高，增加燃料消耗。因此提高空气中的氧气含量，可以更好地保持热量，提高燃料利用效率。用28%的富氧空气进行燃烧试验时，热量损失减少25%，热量损失的减少也降低了燃料消耗。富氧燃烧能够较为完全地燃烧燃料，能够有效节约能源消耗。浮法玻璃窑炉的温度越高，越能强化富氧助燃技术的节能效果。如果能在大型窑炉的熔制过程中运用富氧燃烧技术来控制熔窑不同区域的温度曲线，就能够更突出熔窑热点，降低有害回流，减少能源消耗。 

(2)制备富氧的方法 

制备富氧的方法通常有膜分离法、低温空气分离法和变压吸附法。膜分离法是利用膜对于特定气体的选择性透过进行空气分离。虽然此方法仍处于开发阶段，但装置规模要求较小，并能同时产生富氮，设备的制造难度较低，使用操作方便，投资较少，能源消耗较低。而变压吸附法是目前技术非常成熟的制备富氧方式，主要是利用液化后的沸点差异来进行精馏分离，提取的富氧纯度极高，并能产生稀有气体和液氮等副产物，但装置的规模较大，设备制造精度和使用操作较为复杂。低温空气分离法则是利用吸附剂对氧气和氮气吸附性能的不同，从而达到氮氧分离的目的，技术较为成熟，中等装置规模，产品的制造难度和设备操作较为简单，虽然氧气纯度较低，耗电量较高，但能够实现自动化制备富氧。 

(3)富氧燃烧技术的运用 

充分利用富氧，能够提高熔化量，并适当降低生产成本。对富氧进行充分利用的方式，其中一种主要是通过富氧喷枪较高的火焰穿透力，将富氧空气化作雾化介质，让富氧能与燃料充分混合燃烧，提高浮法玻璃窑炉的热效率，起到节能降耗的作用。另一种则在燃油喷枪的下方安装富氧喷嘴，通过射流的方式，将富氧以高速射流喷入浮法玻璃窑炉，将火焰拉近玻璃液面。由于火焰下方的助燃介质与火焰上方的氧浓度较高，火焰能够充分燃烧，明显提升火焰下方的温度，并加大玻璃液面的热辐射，提高传热效率，降低浮法玻璃窑炉的烟气出口温度，提升浮法玻璃窑炉的热效率。富氧燃烧技术的第一种方法投资较大，并且结构较为复杂，节能效率在10%左右，我国也并未对这种燃烧器进行开发。第二种方法投资较少，结构简单，但节能效果仅在3%左右。 

(4)富氧燃烧技术对浮法玻璃的影响 

浮法玻璃熔窑采用富氧燃烧技术能够提高燃烧区的火焰温度，燃烧空气中氧气比例的增加能直接影响到火焰温度的上升，利用富氧燃烧技术能够增加火焰对配合料和玻璃液的加热效果，提高火焰温度。与传统的燃烧技术相比，富氧燃烧缩短了火焰根部的黑区，降低了燃料的燃点温度，改变了助燃气体与燃料的接触方式，从而使传热面积有效增加。重油作为燃料燃烧时，重油蒸发的气体主要是一氧化碳和氢气，燃点温度约为550 ℃，在富氧空气参与助燃的过程中，重油的燃烧条件明显改善，主要表现在：火焰强度和热量增强，火焰变短。特别是燃料在喷射燃烧的过程中，燃料喷枪往往位于助燃空气的下方，时常会出现不能及时混合的现象，从而在火焰根部形成低温区(黑区)，造成火焰在浮法玻璃窑炉内的覆盖区域减少，降低了窑炉的传热效率。而富氧燃烧技术能够减少黑区，并改善燃料的燃烧条件，减少了蓄热室中残余燃烧的环节，加大了燃料的利用效率。气体燃料在富氧空气中的燃烧速度大大加快，只要能够得到完全燃烧，就可以释放出大量热量，但燃料充分得到燃烧，需要将燃料与富氧空气进行充分接触。富氧燃烧还能减少燃烧过程中的空气量，降低废气排出时带走的热量，传统燃烧过程中，只有空气中总量1/5的氧气参与燃烧，其余气体并不能助燃，并通过烟气排出，反而会带走燃烧过程中产生的大量热量。但由于富氧空气中的含氧量增加，因此降低了废弃量，空气过剩系数减少，浮法玻璃窑炉能够更好地维持温度，不会因废弃排出而减少大量热量。富氧燃烧技术能够通过改变火焰形状、加大空气中的含氧量，从而让热传递速率与温度的四次方成正比，加强热辐射，提高浮法玻璃窑炉的燃烧温度。 

(5)富氧燃烧技术的前景 

随着浮法玻璃熔窑节能技术研究的不断深入，在节能玻璃开发、熔窑结构优化、控制技术改善、加强熔窑保温和余热利用等节能手段已经较为成熟，但进一步加强浮法玻璃热窑炉的节能降耗水平，可以改进浮法玻璃熔窑的燃烧技术。富氧燃烧技术在近些年来得到飞速发展，在玻璃熔化技术领域中具有重大意义。