華窯恒賓--在馬蹄焰玻璃窯爐上的應(yīng)用富氧助燃技術(shù)一、膜法富氧原理： 膜法富氧技術(shù)是利用高分子材料的一些本征特性，如對不同氣體分子具有不同的選擇滲透性能，以及高分子材料的特殊加工性能，科技人員將一些特殊的高分子材料研究加工成為具有工業(yè)應(yīng)用價值的氣體分離膜和膜原件。 選用高分子材料，經(jīng)特殊工藝加工成復(fù)合膜和膜原件，可以將空氣中的氧從21%富集到30%，且具有超高氣體透量（與玻璃態(tài)高分子膜相比），單位面積/單位時間/單位壓力可產(chǎn)富氧（30%）4Nm3/m2 ?h?bar,與深冷法制氧和變壓吸附法制氧（折合成相同濃度）相比，膜法的制氧成本最低。 二、富氧燃燒原理： 富氧燃燒目的就在于使燃料充分燃燒，并有效地充分利用燃燒生成的數(shù)量。燃燒的工藝與爐窯效率有著至關(guān)重要的關(guān)系。燃燒是由于燃料中可燃分子與氧分子之間發(fā)生高能碰撞而引起的，所以氧的供給情況決定了燃燒過程完成的是否充分。在常規(guī)空氣助燃的燃燒系統(tǒng)中，這種高能碰撞作用受到占空氣成份近五分之四不助燃的氮分子阻礙，減少了氧分子與燃料可燃分子之間的碰撞機會，直接影響燃燒效率的提高，不僅如此，氮還在爐窯中吸收大量的熱量在廢氣中排掉造成熱損失，浪費能源。采用比常規(guī)空氣含氧量高的空氣助燃稱富氧燃燒，它有提高火焰溫度、加快燃燒速度、降低燃料燃點溫度、增加熱量利用率的特點。 三、馬蹄焰玻璃窯爐描述： 馬蹄焰玻璃窯爐以價格低廉的發(fā)生爐煤氣（油或天燃氣）為燃料，不但提高了熔化質(zhì)量，且大大節(jié)約了燃料成本。該爐型設(shè)有合理的蓄熱室結(jié)構(gòu)，提高了熱能利用率和工作效率。在蓄熱室設(shè)計時，是讓煙氣直接通過蓄熱室進入煙道，而蓄熱室是一個用耐火材料砌成的空心格子的加熱室。當發(fā)生爐煤氣和空氣通過蓄熱室時預(yù)熱空氣和煤氣，一起進入小爐內(nèi)相互混合和預(yù)燃。使燃料釋放出更多的熱量。煙氣在蓄熱室反復(fù)上升與下沉的過程中，熱量被格子磚充分吸收并蓄積，有部分熱量被廢氣所帶走，大部分熱量被充分利用到工作中去。 四、富氧燃燒技術(shù)在發(fā)生爐煤氣馬蹄焰璃熔窯爐上的應(yīng)用 馬蹄焰玻璃窯爐局部富氧助燃是很有必要的，也是可行的。在一般的玻璃熔窯火焰空間中，火焰下部總是最缺氧的部位，燃燒不完全，溫度較低。如果富氧噴管以一定的角度和速度將氧氣引入窯爐空間，沖擊火焰底部，這樣就會在靠近玻璃液面一側(cè)形成一個含未燃燒碳粒較少的富氧層，使之燃燒充分，溫度提高較大。這種不對稱火焰，可靠垂直的溫度梯度，在靠近玻璃料液的一側(cè)形成一個高溫帶，使火焰底部增加向玻璃料液內(nèi)部的熱輻射和熱對流。而在靠近窯碹的一側(cè)溫度并不升高，使窯頂免受由此帶來的侵蝕加重。同時由于火焰強度增加，火焰變短，有助于控制熔窯內(nèi)溫度分布。此外，可防止在蓄熱室內(nèi)燃燒。這對蓄熱式熔窯來說，格子磚的壽命也可以得到改善。 由于馬蹄焰窯是側(cè)面加料，正面噴火，因此其料層長度相對來說比較短，為了加強熔化，火焰長度也要求短些，一般宜采用短焰燃燒。只有這樣，火焰熱量才會集中于配合料熔化區(qū)，起到增強熔化部位熔化能力的作用。火焰長短，也可通過控制氧流量來調(diào)節(jié)。當氧流量增至100m3/h時，火焰長度將有明顯的縮短。 在馬蹄焰窯火焰空間內(nèi)，富氧助燃同樣可造成不均衡的火焰輻射，使熱流離開碹頂向下移動，窯頂附近空間溫度顯著下降。結(jié)果導(dǎo)致澄清區(qū)液面附近的冷氣層基本上被消除，玻璃液內(nèi)部熱均勻性有所提高，最終使成形制品質(zhì)量得到改善。 （一）、燃發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃窯爐富氧助燃系統(tǒng)的設(shè)計： 為了使池爐內(nèi)的火焰能形成梯度燃燒，即使近玻璃液面處的火焰溫度比上部的高，若趕上停爐維修，可以將富氧噴嘴直接設(shè)計在小爐底唇磚上，這樣不但先擇了富氧最佳使用位置，而且徹底解決了中途更換富氧噴管的難題。富氧空氣隨火焰下部平行噴出，并在池內(nèi)與火焰下部混合，使火焰在熔化池靠近加料處形成高溫的底層火焰，從而加速化料，提高熔化率，克服跑料堆現(xiàn)象，且能保證馬蹄焰的回火不致帶料粉進入蓄熱室，利于格子磚延長壽命。 我們在運用富氧助燃時，一般都是在不停產(chǎn)狀態(tài)下進行施工的，利用換向時間，將富氧噴嘴分別在兩小爐預(yù)混室的外惻打孔插入，并貼近小爐底面，噴嘴角度應(yīng)隨煤氣走向。兩噴嘴的富氧空氣隨火焰下部平行噴出，同樣使富氧空氣在池內(nèi)與火焰下部混合，而形成富氧助燃的效果。 （二）、燃油（或天燃氣）馬蹄焰玻璃窯爐富氧助燃設(shè)計： 由于熔窯采用重油作為燃燒，而重油粘度較大、燃點高，在燃燒過程中需要通過加溫、霧化助燃等手段才能使重油充分燃燒。局部增氧技術(shù)主要是增加空氣中的氧濃度，減少助燃空氣，降低煙氣生成量（既減少煙氣帶走的熱量）從而降低NO2生成物，改善了環(huán)境；在熔窯內(nèi)局部增氧可以相應(yīng)使火焰溫度增高，燃燒速度加快，增加配合料，玻璃液輻射傳熱和對流傳熱，提高熔化率；局部增氧助燃使燃料在火焰區(qū)域燃燒完全，大碹溫度降低，大碹向外散熱熱量減小，單位玻璃液能耗降低。在設(shè)計富氧助燃時，它與燃發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃窯爐不同的是將富氧噴嘴設(shè)計在每支油槍下部。 五、節(jié)能、環(huán)保等特點： 1.提高火焰溫度： 由于富氧空氣的參與，氮氣含量相對減少，相應(yīng)減少廢氣吸熱量。據(jù)有關(guān)資料介紹，火焰溫度隨空氣中氧氣含量的增加而顯著提高，當使用一般空氣爐膛加熱溫度為1300℃時，可以利用的熱量僅為42%，而用28%最佳經(jīng)濟濃度的富氧空氣進行助燃時，可利用的熱量高達56%，熱量利用率提高了33%。給爐膛局部增加富氧空氣，目的就是集中提高該燃燒區(qū)空氣中氧氣濃度百分比，達到提高爐膛火焰溫度和熱量利用率的目的。 火焰溫度隨著助燃空氣中的氧含量增加而迅速上升，從圖一可以看出，火焰溫度隨著空氣中氧的提高而提高；隨著富氧空氣濃度逐漸提高，火焰溫度增加的幅度逐漸下降。因此為了有效地利用富氧空氣，其濃度不宜選得過高。按過剩系數(shù)a=1.1-1.5組織燃料時，富氧濃度取25-27為宜，且以空氣含量從21-25時效果最明顯。 2.加快燃燒速度 燃料在富氧空氣中燃燒速度加快的原因：是由于增加氧含量后，使火焰溫度提高所致，如天然氣在氧氣中的燃燒速度比在普通空氣中的燃燒速度能提高10倍。燃燒速度的提高，導(dǎo)致燃料在爐膛內(nèi)迅速完全燃燒。2 最大燃燒速度cm/s對比表 燃料 空氣（21%O2）范 圍 最大可能 氧氣（100%）范圍 最大可能 氫氣 250-360 280 890-1175 天燃氣 33-44 37 325-480 395 丙烷 40-47 42 360-400 375 丁烷 37-46 41 335-390 355 乙烷 110-180 160 950-1280 1130 3.降低燃料的燃點溫度 燃點溫度明顯受到反應(yīng)速率和熱損耗的影響。富氧空氣比普通空氣有助于降低“燃點”溫度的特點，并增加火焰單位體積的熱釋放量。對于劣質(zhì)燃料效果更為突出。 燃料的燃點溫度在一定條件下不是常數(shù)。如CO在空氣中為609℃，而在純氧中僅為 388℃。富氧助燃就是利用這一現(xiàn)象，將少量的富氧空氣，集中地供給火嘴燃料剛剛霧化（或固體燃料剛剛汽化）噴出點燃部位，使該區(qū)氧氣量驟然增加，可以起到降低燃料點燃溫度，提前點燃，相對延長燃料在爐膛中燃燒時間，增加燃料釋放熱量的作用。 4.減少燃燒后的排氣量 使用含氧量為23-24%的富氧空氣參加燃燒，與普通空氣燃燒比較，當過剩空氣系數(shù)a=1時，則排氣體積減少10-20%，其排煙熱損失也減少10-20%，從而提高熱效率而節(jié)能。 燃料在一般空氣與在純氧中燃燒速度相差甚大，如天然氣在純氧中比在空氣中的燃燒速度高達10.7倍，因此富氧助燃，不僅提高燃燒強度，還能加快燃燒速度，更有利于燃燒反應(yīng)完全，可以改善排煙質(zhì)量，減少未燃物質(zhì)對環(huán)境的污染。 若使用氧濃度為21%的常規(guī)空氣，按理論空氣量燃燒的排氣量為1計算時，隨著含氧量的增加，排氣量有減少的傾向。使用含氧量為27%的富氧空氣燃燒與氧濃度為21%的空氣燃燒比較，過剩系數(shù)a=1時排氣體積減少21%，排煙熱損失也相應(yīng)減少而節(jié)能。 5.增加熱量利用率 當加熱溫度為1300oC時，用普通空氣燃燒。其熱利用率為42%，而用含氧量24%的富氧空氣燃燒，則利用率增加到30%以上，隨著加熱溫度增加，節(jié)能效果更顯著。 6.降低空氣過剩系數(shù) 富氧燃燒能有效地降低空氣過剩系數(shù)，使排煙熱能損失大幅度降低，從而提高窯爐的熱效率而節(jié)能。當a值為1.1時，燃料只增加4%，當a值為1.4時，燃料增加到16%，在高溫熔爐中加熱溫度越高，則a值的增加使熱量的損失就越大。 爐膛燃燒完全，降低了空氣過剩系數(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹：日本節(jié)能中心在工業(yè)窯爐節(jié)能措施中，著重于降低空氣過剩系數(shù)的研究，他們在一臺熱處理爐中經(jīng)多次試驗，將空氣過剩系數(shù)從1.7降到1.2，降低29.4%,平均節(jié)能達13.3%。我們試驗爐子的實測結(jié)果是煙囪排煙處過剩空氣系數(shù)，普遍降低12—14%左右。 六、富氧助燃工程的設(shè)計與安裝： 以膜系統(tǒng)為例：為滿足高度含塵量的惡劣運行環(huán)境，膜組件自帶過濾，膜堆也可安裝在相對封閉的室內(nèi)空間，空氣經(jīng)通往室內(nèi)的預(yù)置過濾器初步過濾后進入室內(nèi)，相對潔凈的新鮮空氣在膜組件自帶的廢氣排放風機的引導(dǎo)下進入膜分離器進行氧氮分離，其中，富氧空氣經(jīng)真空泵機組抽取輸送到用氣點，廢氣則經(jīng)過廢排風機集中排放到室外； 為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，動力設(shè)備——真空泵是系統(tǒng)唯一可能的故障點，可設(shè)計采取備機形式以保證系統(tǒng)的可靠性； 為最大限度的節(jié)約投資以及節(jié)約能源消耗，真空泵機組可采用多臺套真空泵機組并聯(lián)使用，備機采用變頻，開、停、切換、降負荷使用變頻機組，以具備良好的故障策略導(dǎo)向，建議設(shè)計采用單臺真空泵滿足要求。 真空泵機組單獨安裝在泵房，設(shè)隔音降噪措施； 系統(tǒng)設(shè)計以滿足用戶運行環(huán)境極端條件為目標，考慮對高溫、低溫、海拔條件的校核，以保證系統(tǒng)最終安裝地性能指標與運行穩(wěn)定的達成； 控制水平：中央集控/自動控制、無人值守、智能報警、遠傳接口 七、系統(tǒng)主要技術(shù)性能特點（膜系統(tǒng)） 1.工藝簡單：負壓流程捲式膜制氧工藝，以真空動力自膜堆直接抽取富氧空氣； 2.安裝簡便：膜堆模塊化設(shè)計，安裝簡單，連接方便； 3.公用工程集約化：占地面積小巧，對廠房要求低； a) 系統(tǒng)穩(wěn)定可靠：任何動力設(shè)備均存在一定的故障率，采用備用機形式輔以自動控制系統(tǒng)在故障發(fā)生時切換到備機是最安全的解決方案，本系統(tǒng)可選擇對多級泵組采用1臺備機的配置形式，并采取變頻技術(shù)，充分考慮到系統(tǒng)的故障策略導(dǎo)向以及最大節(jié)約投資與能源消耗； b) 操作方便：單鍵開停機，操作簡單方便；采用變頻技術(shù)為基礎(chǔ)的過程控制全自動完成； c) 維護簡便：可對故障發(fā)生的羅茨真空泵機組進行不停機檢修， d) 可擴展性：膜堆與真空泵組可方便的實現(xiàn)生產(chǎn)的簡便擴展
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