玻璃熔窑全氧燃烧技术的开发

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①电视玻璃现在应用全氧燃烧的玻璃池炉有： 安彩集团和荷兰菲利浦公司合资的安飞公司、 安彩集团的信益二期、赛格三星公司、福州 NEG公司、京津玻壳等。 ②玻璃纤维窑炉应用全氧燃烧的有：浙江桐 乡巨石集团、欧文斯－康宁公司（上海）、 重庆复合材料。 ③平板玻璃应用全氧燃烧技术的玻璃池炉有： 0＃小炉全氧喷枪助熔的玻璃窑炉有大连浮法 玻璃。 ④其它玻璃窑炉有：生产硼玻璃的北京玻璃 仪器厂。
①玻璃熔化质量好
②节能降耗
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全氧燃烧使燃烧所需空气量减少， 废气带走的热量下降。通常的空 气燃烧只有占空气总量1／5的氧 气参与燃烧，其余约占4／5的氮 气非但不助燃，反而要带走燃烧 产生的大量热量，从烟气中排出。 在使用全氧燃烧的情况下，燃料 燃烧完全充分，利用率高，所以 节能明显。
玻璃开辟新的途径。
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2.浮法玻璃熔窑全氧燃烧技术工艺简介及其优点
图1 全氧浮法玻璃熔窑生产工艺技术路线图
秦 皇 全氧燃烧时烟气中水汽含量较高， 岛 玻璃液与水汽发生反应，玻璃液中 玻 的OH含量增加，玻璃粘度降低，有 璃 工 利于澄清、均化，提高玻璃质量。 业 全氧燃烧火焰稳定，无换向，燃烧气 研 体在窑内停留时间长，窑内压力稳定 究 设 且较低，这些都有利于玻璃的熔化、 计 澄清，减少玻璃体内的气泡、灰泡及 院 条纹。
玻璃熔窑全氧燃烧技术的开发
陈 福 秦皇岛玻璃工业研究设计院
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1.玻璃熔窑全氧燃烧技术的意义和必 要性 2.浮法玻璃熔窑全氧燃烧技术工艺简 介及其优点 3.全氧燃烧熔窑的结构特点 4.全氧熔窑与空气熔窑的对比 5.全氧燃烧技术国内外应用现状
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4.全氧熔窑与空气熔窑的对比
表2 “空气 + 燃料”和“氧气 + 燃料”传热过程 差异
表3
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纯氧燃烧的窑炉和空气燃烧的窑炉对比 （燃料为天然气）
注：以上数据为生产同一种玻璃规格窑炉的实际数据。
表4 国外某玻璃纤维全氧燃烧玻璃熔窑经济技术指标对比
30～95%
0.38-0.60 富氮
25～40%
0.10-0.30 富氮 数分钟至数十分 钟
设备启动时间 数小时至数十小时 数分钟至数十分钟
（4）配合料预热等余热利用
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全氧燃烧玻璃熔窑直接排出的废气温度高达 1200℃，玻璃配合料粒化和预热技术具有以下优 点： ①节约能源：提高熔化率，节能可达15%以上。 ②节约矿产资源。粒化的配合料允许使用一定 量的超细粉，这样就解决了超细粉的处理问题。 ③减轻烟道的堵塞和侵蚀，提高了玻璃熔窑的 使用周期。 ④保持了环境清洁，减少了环境污染。
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图9 全氧燃烧窑在北美的分布图
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图10 全氧燃烧窑在欧洲的分布图
上述国内已应用的全氧燃烧技术均 秦 皇 是从国外引进的，生产线投资较大。目 岛 前秦皇岛玻璃工业研究设计院承担了国 玻 家“十一五”重大科技攻关项目“玻璃 璃 熔窑全氧燃烧技术的研究开发”，将以 工 研究开发200t/d级熔窑全氧燃烧技术为 业 重点突破，向大吨位、小吨位浮法玻璃 研 究 熔窑、显示器玻璃池炉、玻璃纤维窑炉 设 及其它玻璃窑炉发展，最终形成具有自 计 主知识产权的玻璃熔窑全氧燃烧技术以 院 填补内空白。
秦 （3）经济、高效、可靠的现场制氧技术 皇 岛 造价低廉、制氧成本较小的现场制氧技 玻 术和设备是全氧燃烧技术的基本保证。 璃 工 在深度冷冻法、真空变压吸附法（VPSA 业 法）和富氧膜法三种制氧技术中，真空 研 变压吸附法（VPSA法）设备简单、运行 究 成本低、氧气纯度高、启动便利，是理 设 计 想 的 全 氧 燃 烧 现 场 制 氧 技 术 。 院
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3.全氧燃烧熔窑的结构特点 （1）窑炉结构和耐火材料配置
由于燃烧系统的改变，引起玻璃熔窑结构的变革， 全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉、换火系统， 如同单元窑但需要采用优质的耐火材料。为了避 免 硅质大 碹的烧 损，采 用高碹 顶全氧 熔窑结 构 （见图3）。全氧燃烧器位于熔池上部结构的侧墙 中，以便横跨玻璃液表面燃烧。燃烧产物通过窑 炉，在另一端离开窑炉，通过废气烟道，进入热 回收装置。池ຫໍສະໝຸດ Baidu平面布置如图4、图5。
表1 三种制氧方法比较
低温精馏法 变压吸附法 膜分离法
原理
技术掌握情况 装置规模
利用液化后沸点差 利用吸附剂对氧、 异来精馏分离 氮吸附性能的差异
技术成熟 大规模 比较成熟 中、小规模
利用膜对特定气 体的选择性透过
开发阶段 小规模或超小型
氧纯度
电量(kWh/Nm3) 副产物
≥99.2%
0.60-1.00 液氧、液氮

秦 皇 岛 玻 璃 工 我国在冶金、化工等领域已开始应用高 业 研 温冶炼全氧燃烧技术，可为玻璃行业提 究 供宝贵成熟经验。玻璃熔窑全氧燃烧技 设 计 术将为绿色环保、节能降耗和生产优质 院
玻璃熔窑全氧燃烧技术是在玻璃熔制过 程中，利用纯氧代替空气与燃料进行燃 烧，这样可大大加快燃烧速度，使燃料 燃烧充分完全。
秦 皇 岛 玻 璃 工 ④提高火焰温度、熔窑熔化能力及熔窑产量 业 玻璃熔窑采用全氧燃烧时，燃料燃烧完 研 究 全，火焰温度高，产物主要为CO2和H2O， 设 比空气助燃黑度大，辐射能力强，火焰辐 计 射玻璃液温度可提高100℃左右，配合料熔 院 融速度加快，可提高熔化率10％以上。
③减少NOX排放 全氧燃烧技术除了给熔窑节能带来明 显效果外,还可降低环境污染。使用全氧进 行燃烧，氮气量减少到原来的10%，这样 烟气内生成的NOX含量大为减少。
秦 针对我国玻璃熔窑普遍使用的高热值燃 皇 料重油和天然气，全氧燃烧就是最好的 岛 节能减排、提高玻璃质量和增加产量的 玻 璃 技术手段。 工 业 同时一些特种浮法玻璃产品，如超白光 研 学平板玻璃、电子基板玻璃、高硼硅耐 究 设 热平板玻璃等，也需要采用更为先进的 计 燃烧熔化工艺。 院

我国玻璃工业产能已经高居世界首位。 到目前我国已拥有浮法玻璃生产线160 余条，其中100条以上是采用重油作燃 料，随着重油价格的持续走高，燃料在 玻璃制造成本中所占比例越来越大，严 重影响着行业的经济效益。因此，降低 玻璃能耗，对降低生产成本，提高企业 的市场竞争力，减少环境污染，缓解能 源短缺等都具有重大意义。
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图2 全氧燃烧与空气燃烧烟气对比
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⑤熔窑建设费用低 全氧燃烧窑结构近似于单元窑，无金属换热器 及小炉、蓄热室。窑体呈一个熔化部单体结构， 占地小，建窑投资费用低。 ⑥熔窑使用寿命长 全氧燃烧能加快燃烧速度，提高燃烧强度、使 火焰变短，获得较好的热传导，促使窑内温度 分布均匀，采用全氧喷枪燃烧可使火焰分为两 个区域，在火焰下部由于全氧的喷入克服了缺 氧现象，使火焰下部温度提高，而火焰上部的 温度有所降低，使熔窑碹顶温度下降约20～ 50℃，减轻了对大碹的烧损，延长熔窑使用寿 命。同时全氧燃烧窑体火焰空间选用优质耐火 材料砌筑，故窑龄可提高到8年以上。
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图6 全氧喷枪燃烧抛面图
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图7 天然气喷枪
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图8 天然气喷枪侧视图
②全氧燃烧熔制技术
秦 皇 岛 由于全氧燃烧改变了熔窑的气氛，将直 接影响到玻璃熔体的氧化还原状态，另 玻 璃 一方面，由于部分水蒸汽溶入玻璃液， 工 降低了玻璃液的粘度，所以包括化学澄 业 研 清剂在内的玻璃配合料组成、窑炉气氛 究 和熔窑窑压、设备的操作工艺参数以及 设 生产优质玻璃的熔制工艺制度要做相应 计 院 的调整。
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图3 高碹顶技术与低碹顶对比
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图4 池炉平面布置图
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图5 土木结构、建造形式对比图
（2）高效的纯氧-燃料燃烧装备及全 秦 氧燃烧熔制技术
皇 岛 ①全氧喷枪系统及安装使用技术 玻 全氧喷枪它对火焰状况、温度分布、传 璃 工 热效果、窑炉耐火材料的寿命长短起着 业 很重要的作用。 研 究 氧枪在窑上布置要合理，根据分区供给 设 熔化所需的热量，确保窑宽上的温度均 计 匀性。 院
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5.全氧燃烧技术国内外应用现状


到本世纪初，全世界已有200多座全氧燃烧窑 炉，北美拥有的550座包括小型特种玻璃窑在 内, 其中约有140座为全氧燃烧窑炉，欧洲现 有的350座窑炉中已有30余座为全氧燃烧窑 （不包括玻璃棉及特种玻璃窑），见图9、图 10。亚洲已有20多座全氧燃烧窑炉。 近几年在中国已开始推行全氧燃烧，如玻璃 纤维池窑、玻壳、玻锥电子窑及在浮法窑增 设“0号小炉”的全氧助燃已相继建成投运。