昆山锦程气体设备有限公司

全氧燃烧概况

发布日期:2017-12-14 作者: 点击:

1.1  全氧燃烧的定义

      玻璃熔窑大规模生产一直以空气作为助燃媒介。经过对现有燃烧系统的分析研究,认为采用空气助燃是导致高能耗、高污染、高成本的重要因素。空气中21%氧,78%氮和0.93%氩及其它组分含量甚微。因而只有21%的氧气参与助燃,78%的氮气不仅不参与燃烧,还携带大量的热量排入大气,导致热量大量的浪费。通过长期反复地试验研究认为,采用纯度≥85%的氧气作为助燃介质,对于节约能源,改善环境效果十分显著。因而,采用纯度≥85%的氧气参与燃烧的系统,称之为全氧燃烧。

1.2全氧燃烧对比空气燃烧的区别

    空气燃烧反应: 

CH4+2O2+ 8 N2→ CO2 + 2 H2O+8 N2  

 全氧燃烧反应: 

      CH4+2O2  →  CO2 + 2 H2O 

  全氧助燃相对于空气助燃来说,由于氮气的大量减少,在玻璃液上方的燃烧产物中主要是水与二氧化碳,燃烧后的烟气体积比空气助燃烟气减少70-80%,使得熔窑在结构上大大简化。采用空气或全氧作为助燃介质,其传热过程差异也较大。空气+燃料其特点辐射气体(H2O、CO2)、浓度低、气体热辐射系数低、气体停留时间短、热烟道口位置受到限制、传热好的关键在于大量明亮火焰及玻璃熔体表面的良好覆盖、需换火,间断燃烧,空气蓄。而氧气+燃料辐射气体浓度高,气体辐射系数高、气体停留时间长,平均窑容积约30s、燃烧器可以放至任何需要热量的位置,不论烧嘴类型都可达到优良的总体传热,局部热源仍取决于烧嘴类型与配置、不需换火,连续燃烧、燃烧稳定。 传统的空气助燃,需要通过定时换火进行烟气与助燃空气的热交换,回收部分热能。但是,换火过程窑内瞬间失去火焰,玻璃液必然失去热源,导致窑温波动,受到换火过程的冲击,窑内气压波动也是必然的结果。

1.3 全氧燃烧的意义

1.全氧燃烧火焰温度高,加速了玻璃熔化过程,故可以大幅度的提高生产

能力达25%以上。同时由于炉内温度制度改便、可控性提高、可明显提高玻璃熔化的质量。

2.由于助燃为纯氧而无空气中的氮气,与空气助燃相比废气排放量(氮化物)减少80-90%,有利于环境保护,同时还节省了加热氮气所需的大量热能损失约25%以上。

3.由于废气总排放量的减少,大大减少了废气排放过程中夹带粉尘的损失,经验表明可以降低粉尘排放量约70%。从而降低了损失成本,近而可保证了玻璃成份的准确。有利于提高玻璃成分的稳定和环保。

4.采用全氧燃烧技术后,不再需要庞大的蓄热室、小炉、换向系统等结构,大大减少了窑炉的一次性投资可达l/3,同时由于窑炉结构简化,实际上就是一个熔化部的单体构成,占地面积大为减少,有利于改善窑炉的操作环境和维修。

5.窑炉结构简单,大大减去了蓄热室、小炉等处的散热损失,十分有利于节约能源。

6.由于全氧燃烧技术的优越性和窑内温度制度科学合理的可控和稳定性,减轻了对碹顶(火焰空间加高即高碹顶窑炉)、池壁等处耐火材料的侵蚀,有利于延长窑炉的寿命。

7.全氧燃烧技术完全符合我国节能降耗、环保型企业的发展目标。

2.1  氧枪的选用机理

氧喷枪 (燃料器)是全氧燃烧窑炉的关键设备之一,它对火焰状况湿度布、传热效果、窑炉耐火材料的寿命长短起着很重要的作用。在选择氧喷枪时,应考虑的因素主要有:火焰覆盖面大,可控制炭黑形成黑度大,Nox最小可以用代压氧(一般低 0.5大气压而不需升压),高调节比,不需水冷,低噪音,维修量小,并可兼用气、液体燃料 ,价廉,耐久性好等。

2.2 氧枪的分类

由 于玻璃 熔 窑 燃 烧 的 (油 、 气 )燃 料 不 同 ,在采用氧 燃 烧时 ,对 输 入 熔 窑 的 纯 氧 方 式 的不 同所 采用 的 氧 喷 枪 也 随 之 不 同 。例 如 当 玻 璃 熔 窑 烧 天 然 气或 煤气 时 , 由于 氧 气 直 接 输 入 到 喷 枪 内 ,对 燃 烧 时特 性 影 响 较 大 。因而,目前采用两种喷枪(A型喷枪和密闭式喷枪)。

1、A型喷枪(如图2-1)

 这种喷枪的喷嘴设计独特,在喷氧燃烧时,能使熔窑加热均匀,其特点是火力大 、火焰长度短 、温度高 。

 

 

图2-1   A型喷枪

2、密闭式喷枪(如图2-2)

   这是一种用于纯氧助熔的密闭式喷枪烧嘴 其特点是密闭性能好,无水冷系 统、火焰热量分布均匀 (美国某公司生产 )。

 

图2-2    密闭式喷枪

2.3  氧枪的注意事项

     对运行中烧枪的检查与维护时,将燃烧使用过的烧枪,从熔炉中烧嘴砖固装板上拆下,并进行以下检查:

  1、 检查烧嘴砖有无大的裂痕;2、烧嘴砖有无堆灰和火焰过热形成痕迹的现象,烧枪燃烧状态不应有堆灰现象,只有在烧枪不燃烧时才会产生;

  3、 烧嘴砖过热可导致烧枪或烧枪安装板变形,密封垫未装或严重损坏也可能导致烧嘴砖过热;

  4、天然气喷嘴有碳斑点形成,烧嘴砖火焰端底部碳斑点的存在是正常的。确认燃油喷嘴上有无积碳,积碳会影响烧枪的喷射方位(角度);

  5、 如果烧枪安装板机械损坏或由于过热变形,将引起气体泄漏,在这种情况下应及时更换新的固定板;

  6、 如果烧枪本体机械损坏或由于变形引起的泄漏,喷嘴不重合,安装面不平或燃烧状况不良。烧枪应停止使用。不要试图自己修理此类烧枪。

 

3.1  氧气的制备

   在空气中21%氧,78%氮和0.93%氩及其它组分含量甚微。由于工业中只需要氧气,因此要剔出氮等多余的气体,压缩氧气以此来提高氧气的浓度。来满足工业燃烧需求。目前采用的制氧方法三种方法真空变压吸收法、低温(深冷)氧气分离法、灌装液态氧。

3.1.1 真空变压吸收法(VPSA)—— 制 氧

    它是利用分子筛对空气中的氧(O2)、氮 (N2 )组分的选择性吸收,分离空气中的 O2和 N2而获得氧 。该工艺又分为单床吸附和多床吸附式两类其工艺装置结构紧凑而简单,设备运行可靠 ,维护操作简便 ,节能效果显著 。可直接安装在生产现场制氧 ,免除氧源运输费用 。制氧成本低。产量可调性好。它适用 于中等用量 (10000m³/h)、氧 (O)纯度 < 95% 。与传统的空分技术相比,有以下优势:工艺流程简单,不需要复杂的预处理装置;

产品氧气纯度可达93%以上,氮气含量小于1%(一般推荐氧气纯度不小于93%。当然,纯度也不是越高越好,相同的VPSA设备如果纯度做到93%以上就意味着能耗的急剧上升,综合经济性反而不好);

制氧规模多适用于10000NM3/h以下时,制氧电耗更低、投资更小;

装置运行自动化程度高,开停车方便快捷;

装置运行独立性强,安全性高;

装置操作简单,操作弹性大(部分负荷性优越,负荷转换速度快);

装置运行和维护费用低;

土建工程费用低,占地少。

    目前有昆山锦程气体设备有限公司VPSA制氧系统已经实现 模块化设计,用户可选择性更强。

   能耗指标:0.36KWh/Nm³

 

 


 

 

3.1.2  低温 (深冷 )氧气分离法 —— 制氧

该方法是将空气压缩,再降温 、冷却后液化 ,然后利用专用设备 一一 精 馏塔得以实现将空气分离为氧 (O2)和氮 (N2)。其特点是不但可生产纯度达99%的低压氧(O2),还可同时生产氮 (N 2)。其设备噪声低、安全性好 ,但装置系统较为复杂 ,维护较困难。适用于大规模制氧(一般主打10000NM3/H以上的氧气制备,目前最大可提供60000NM3/H的成套设备)。 目前国内主要提供空分技术的有杭氧、开空、川空、哈氧等。国外品牌如:林德、普莱克斯、法液空、AP均有涉足,这些跨国公司的设备可靠、单位能耗较低,但价格较国内品牌昂贵。制氧成本:中小型制氧电耗高,约为0.5~1.0KW/Nm3(非典型数据,但是一般情况下回获得相应数量的氮气)

 

3.1.3  罐装液态氧

液态氧,它适用于现场制造氧源有困难的企业 ,如用于规模较小的特种及轻工日用玻璃厂和小型玻璃纤维制造厂 。罐装的液态氧是纯度高达99.5% 的

高压氧(O2)。

 

3.2  氧气使用安全

  大多数可燃物质在富氧条件下燃烧加速,易导致设备损害和人员伤害。

  1、使用氧气或氧化剂时,应遵循其安全条例。氧气含量超过25%时,对人及设备的爆炸危险性明显增大。空气中的可燃物质,在富氧条件下可加速燃烧及爆炸。

  2、纯氧系统只能使用氧用部件。使用不合适的材料会增加管道和控制器的着火危险性。管道尺寸设计必须满足氧气、氧化剂融合速度的要求。不要不考虑以上危险因素而随意更换氧气系统的元器件及配件。

  3、保持氧气系统的清洁。所有与氧气接触的设备、管道、配件等必须进行清洁处理,否则会增加着火的危险性。

  4、氧气设备周围严禁明火、吸烟、产生火花等5、不要用氧气替代压缩空气。用氧气替代压缩空气是非常危险的。当氧气替代压缩空气时将发生爆炸。仪表空气设备与氧气设备不能互换。


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