低氮燃烧技术在光伏压延玻璃熔窑的应用

低氮燃烧技术在光伏压延玻璃熔窑的应用

摘要：本文简要分析了光伏压延玻璃熔窑氮氧化物的产生，低氮燃烧技术的

原理及在玻璃熔窑的应用，及其可能存在问题，以期对低氮燃烧技术的应用提供

进一步的借鉴

关键词：氮氧化物低氮燃烧光伏压延玻璃

一、低氮燃烧技术的应用背景

目前，光伏玻璃发电产业取得了前所未有的进步，新建项目的熔窑吨位越来

越大，玻璃窑炉在燃料的燃烧过程中，氮氧化物排放总量也越来越大。大气中的NOx溶于水后生成为硝酸雨，会对环境树木和农作物带来广泛的危害；NOx还对

人的身体健康有直接损害，浓度越大其毒性越强。NOx经太阳紫外线照射与汽车

尾气中的碳氢化合物生成光化学烟雾,对人体、植物、金属、各种器物、材料和

建筑物等造成损坏。目前玻璃工业窑炉，特别是蓄热室式玻璃窑炉具有极高的燃

烧温度，通常在1400-1600°C的范围内，由于窑炉内部和火焰温度较高，产生

大量的NOx排放，为了解决越来越严格的排放限值，很多窑炉工艺是通过修改空

气过剩系数来抑制NOX的形成，或者通过富氧燃烧，但是投资大成本高，也有采

用射流火焰比传统更低的NOX排放，即在燃烧器的本体上配置手动速度调节机构，通过改变火焰出口面积，从而改变流速，但是火焰长度调节稳定后，无法实现火

焰覆盖面积的扩大。为了克服现有技术的不足，低氮燃气燃烧技术应用而生，通

过低氮技术的选择与组合，可以有效实现氮氧化物NOx的超低排放。

二、光伏压延玻璃的主要生产工艺流程

原料车间将制备好的配合料由带式输送机输送到熔窑窑头料仓，窑头料仓下

设置大型毯式投料机进行连续投料，将料推入熔窑，熔窑以天然气作为燃料，配

合料经过高温熔化、澄清、均化、冷却后形成符合成型要求的玻璃液流入料道出

口（溢流口），从溢流口流入压延机。压延机把玻璃液压制成不同厚度的玻璃板

进入退火炉，然后经自动缺陷检测、切割、堆垛等，进入深加工。

三、光伏玻璃熔窑氮氧化物的产生与主要控制手段

1、玻璃熔窑氮氧化物的产生

光伏压延玻璃熔窑排放的废气成分主要有氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧

化硫、氮气、一氧化氮、二氧化氮等，其中氮氧化物的影响最大。氮氧化物主要

是指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其产生主要来源于三方面：

1）原料中少量硝酸盐(主要是KNO3)分解；

2）燃料中含氮物质经过化学反应氧化，即燃料型NOx；

3）空气中氮的氧化，即热力NOx（温度型NOx）。热力型NOx是空气中的氧(O2)和氮(N2)在燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的NO和NO2的总和。

2、影响氮氧化物生产的主要因素有：影响燃料型NOX生成因素较多，与温度、氧含量、反应时间，及燃料的物理和化学特性有关。

温度的升高对燃料型NOx生成量有促进作用。当燃烧区域的温度低于1000℃时，NOx的生成量很小，而温度在1300～1500℃时，NOx的浓度大约为500～

1000ppm，而且随着温度的升高，NOx的生成速度呈指数规律增加。因此，温度对

热力型NOx的生成具有决定作用。玻璃熔窑废气中的氮氧化物初始90-95%为一氧

化氮，但在排放过程中，随着温度的下降而逐渐转化为二氧化氮，例如一个

1000T/d的玻璃窑炉，氮氧化物的初始排放浓度一般在3000-3500mg/nm3

氧含量的增加，可以形成或强化窑炉内燃烧的氧化气氛，增加氧的供给，促

进燃料中N向NOx的转化。燃料型NOx随过剩空气系数的降低而降低，在a<1时，NOx生成量急剧降低。在a>1时，热力型NOx含量下降，燃料型NOx上升, 过剩

空气系数越大，NOx转化率越大。

反应时间：对于燃料型NOx，燃料中氮越高、氧浓度越高、反应停留时间越长，NOx生成量越大。热力型NOX生成是个缓慢过程，在高温区域，反应时间与NOx生成量呈线性关系。

3、对氮氧化物的控制手段

玻璃熔窑废气中的NOx治理措施大致可分为一次措施和二次措施：一次措施

突出污染源控制（炉内脱氮），限制NOx的形成，主要包括纯氧助燃技术、富氧

燃烧技术、分级燃烧技术和低氮燃烧技术。二次措施是指对熔窑废气中产生的

NOx进行脱硫脱硝（尾部脱氮），从而降低废气排放时的NOx浓度和排放量。在

此只分析低氮燃烧技术的原理及应用。

四、低氮燃烧器的原理与实际运用

炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低

氮燃烧技术。低氮燃烧技术主要是针对NOx的生成机理，从降低窑炉内温度来减

少NOx生成，改变窑炉内部气氛来达到抑制NOx的生成或促进NOx向N转变。而

低氮燃烧器是目前在玻璃窑炉采用比较多的燃烧技术。

玻璃窑中的热力型NOx主要是由窑头燃烧产生的，相关资料显示，窑头燃烧

排放的氮氧化物主要是NO，约占90-95%。某1000T/d光伏玻璃窑炉使用的燃烧器，是一种低NOx燃气燃烧器，包括主管体、内芯管、外芯管，在燃气进气量一

定的前提下，通过第一位置调节机构来改变内芯管头部与主体管之间的间隙大小，来改变燃烧器总的出口大小，从而改变流速，控制火焰的喷出长度。在流速一定

的情况下，通过第二调节机构来改变分别进入到内芯管和主体管内腔的燃气量，

从而对热点在流焰中位置调节，可以快速调整火焰长度而产生更低的NOx的排放，同时能方便调整射流火焰中热点释放的位置，改进了火焰的稳定性和射流渗透性。

内芯管：其穿设与主管体的内腔，内芯管的头部对应设置于主管体头部区域，其头部为锥形面。

外芯管：其穿设于主管体的内腔且套设在内芯管外周，外芯管的头部设于主

管体内腔且远离主管体头部区域，外芯管的管身上设有第一开孔，主管体内腔延