全氧燃燒技術(shù)在玻璃行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展

引言全氧燃燒（又稱為純氧燃燒、Oxy-Fuelcombustion）技術(shù)的燃燒模式為燃料+氧氣，與傳統(tǒng)的空氣助燃技術(shù)相比，助燃介質(zhì)由空氣變?yōu)檠鯕?，減少了燃燒過程中約78%的氮?dú)鈳牒蛶С?，與傳統(tǒng)燃燒方式有著根本的區(qū)別。全氧燃燒技術(shù)在玻璃行業(yè)的應(yīng)用熔制玻璃的加熱方式。根據(jù)熔制玻璃的加熱方式可分為：全氧燃燒火焰空間和熱頂電加熱。目前多數(shù)全氧燃燒窯爐采用純粹的火焰空間燃燒方式熔化玻璃。根據(jù)生產(chǎn)需要選定燒槍的型號及數(shù)量，可以是單只燒槍也可是多只燒槍。通常情況下燒槍按照燃料每小時流量標(biāo)定或按照功率（kW、MMBTU標(biāo)定）。布槍方式。根據(jù)布槍的方式可分為:頂部燃燒（頂燒）、水平燃燒。其中水平方式布槍時，又分橫火焰和豎火焰模式。頂燒技術(shù)源于美國，在日本將這種技術(shù)得到快速應(yīng)用推廣。在我國，大多數(shù)的玻纖窯爐均采用頂燒技術(shù)。相比傳統(tǒng)的側(cè)燒技術(shù)，采用頂燒技術(shù)可以提高10%以上的熔化率、節(jié)約4%~8%的燃料，優(yōu)勢明顯。由于頂燒的燒槍安裝在窯爐的碹頂上，火焰直接對著玻璃液面加熱，所以熱效率相對較高。目前多用于無堿玻纖窯爐上，日用玻璃行業(yè)應(yīng)用相對較少，使用頂燒噴槍窯爐內(nèi)部燃燒狀況如圖1所示。圖1窯爐內(nèi)部燃燒情況玻璃行業(yè)全氧燃燒技術(shù)裝備窯爐控制系統(tǒng)。全氧燃燒技術(shù)對于燃燒額控制精度、安全等方面有著較高的要求。通常采用工控機(jī)+PLC控制柜或PLC控制柜+觸摸屏人機(jī)交互方式，完成對窯爐燃燒閥組的調(diào)整、安全控制、必備的閉環(huán)控制（液位、窯壓等）、環(huán)保設(shè)備以及窯爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲、相關(guān)性分析等功能。部分窯爐根據(jù)生產(chǎn)需要可選用高溫工業(yè)電視，用以監(jiān)控窯爐內(nèi)部情況。燃燒設(shè)備。燃燒設(shè)備是用于全氧燃燒玻璃窯爐燃料和氧氣流量控制的主要設(shè)備。常見的燃料為：天然氣、液化天然氣、焦?fàn)t煤氣、巖層氣、沼氣、煤焦油、重油和石油焦等。氧氣以液氧或氣氧為主。燒槍。全氧燃燒燒槍與傳統(tǒng)的空氣助燃燒槍比，由于多出了氧氣的通路，所以相對復(fù)雜一些。作為完成燃燒的設(shè)備，燒槍的優(yōu)劣直接決定全氧燃燒項目的能耗、安全及穩(wěn)定性。全氧燃燒消泡技術(shù)。消泡技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，它針對全氧燃燒過程中玻璃表面產(chǎn)生的泡沫，通過噴射霧化的消泡液消除或減輕泡沫層，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)約能源的效果。該技術(shù)一經(jīng)推出就很快在多數(shù)全氧燃燒窯爐上得到了應(yīng)用。由于全氧燃有別于空氣助燃窯爐，其燃燒后的尾氣中水蒸氣濃度會達(dá)到50%～60%。玻璃吸收水的能力特別強(qiáng)，容易形成OH﹣，使玻璃液的黏度降低，微小氣泡更容易地從熔體中排出，同時水也使更多硫酸鹽分解出SO2排放到火焰空間中。特別是部分全氧燃燒窯爐使用芒硝作為澄清劑時，熔窯中產(chǎn)生大量SO2小氣泡與尾氣中的水反應(yīng)，生成硅羥團(tuán)Si-OH，相鄰的兩個Si-OH之間有時還會產(chǎn)生氫鍵，Si-OH還可以吸附H2O，玻璃表面富集的硅羥團(tuán)能牢固的吸附大量氣體。消泡系統(tǒng)通過消泡槍將消泡液以霧狀噴入至窯爐內(nèi)，通過正鈦酸丁酯與表面泡沫的化學(xué)反應(yīng)作用，減小異質(zhì)玻璃液膜表面張力，破壞硅羥團(tuán)，刺破氣泡，消除玻璃液表層的泡沫。使用消泡設(shè)備噴射消泡液的成本，在一般情況下與節(jié)約的燃料費(fèi)用基本相當(dāng)，但是生產(chǎn)的穩(wěn)定性會大大提高。發(fā)展與展望由于全氧燃燒技術(shù)在節(jié)能、環(huán)保等方面的先進(jìn)性，使其在玻璃行業(yè)得到較快的發(fā)展，其技術(shù)創(chuàng)新主要集中在以下幾個方面：燃料及氧氣預(yù)熱技術(shù)。為節(jié)約能源、降低成本、服務(wù)社會、綠色生產(chǎn)的目標(biāo)下，催生了預(yù)熱技術(shù)，通過利用較高溫度的尾氣將即將進(jìn)入窯爐燃燒的燃料和氧氣進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到降低能耗的目的。目前已知的公開技術(shù)有：林德的熱化學(xué)蓄熱室技術(shù)和法液空的HEAT-OX熱態(tài)全氧燃燒技術(shù)。（1）Optimelt熱化學(xué)蓄熱室系統(tǒng)OPTIMELTTM系統(tǒng)通過蓄熱室、煙氣再循環(huán)管道、鼓風(fēng)機(jī)、氧槍和專用自動化等設(shè)備，將燃料和部分回收煙氣轉(zhuǎn)化為高溫合成氣，利用尾氣和余熱最終實(shí)現(xiàn)高效的蓄熱式純氧燃燒。與常規(guī)的空氣燃燒玻璃熔爐相比，OPTIMELTTM系統(tǒng)可以節(jié)省高達(dá)30%的燃料消耗，不僅極大地改善了玻璃窯爐的能源效率，還可以有效減少氮氧化物和二氧化碳的排放，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重收益。此外，OPTIMELTTM系統(tǒng)只需常規(guī)空氣蓄熱室體積的33%就能實(shí)現(xiàn)以上效果，使得生產(chǎn)裝置更加緊湊靈活。（2）HEAT-OX熱態(tài)全氧燃燒法液空的HEAT-OX熱態(tài)全氧燃燒技術(shù)，是利用交換器把較高溫度的尾氣中的熱能加熱即將進(jìn)入窯爐的燃料和氧氣，通過預(yù)熱來達(dá)到節(jié)能的目的。目前該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)的實(shí)體工廠獲得的應(yīng)用。（3）雙燃料熱氧燃燒器燃燒器結(jié)合了熱氧燃燒和燃料靈活性來優(yōu)化燃料（天然氣、重油、石油焦、氫氣）切換的運(yùn)行成本，具備一個優(yōu)秀的適應(yīng)不同功率和反應(yīng)物溫度的操作區(qū)間。這種技術(shù)使客戶有了更多的選擇。燒槍的改造（1）三層槍技術(shù)在經(jīng)歷了圓槍、扁平槍后，業(yè)內(nèi)迎來了三層燒槍的普及。有別于兩層扁平槍技術(shù)，三層燒槍技術(shù)是兩層燒槍技術(shù)的升級版。通過在原有氧氣、燃料混合腔上方增加專門的氧氣通道，調(diào)整氧氣在燒槍不同管路的流量，達(dá)到一槍多能的效果，結(jié)構(gòu)示意見圖2。（2）低動能燒槍低動能燒槍的優(yōu)點(diǎn)在于火焰更佳柔和，對配合料料山和窯爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的沖擊更輕，對配合料有效成分揮發(fā)和窯爐壽命延長有明顯的效果。低動能燒槍技術(shù)較傳統(tǒng)燒槍要求的系統(tǒng)壓力更低，這也使供氧系統(tǒng)的氧壓成本降低成為可能。圖2三層槍技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖其中：A+B

還原模式；B正常燃燒模式；B+C

節(jié)能模式。結(jié)語全氧燃燒技術(shù)經(jīng)過30多年的發(fā)展，技術(shù)已日趨成熟，在玻璃行業(yè)的運(yùn)用已經(jīng)得到越來越多的認(rèn)可和支持。隨著我國減能減排、綠色發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動，企業(yè)在發(fā)展的過程