玻璃熔窑烧天然气的探讨

玻璃熔窑烧天然气的探讨

玻璃熔窑的天然气燃烧技术

秦皇岛玻璃工业研究设计院燃烧中心姜言章

摘要：介绍了天然气燃烧技术在玻璃熔窑的应用

关键词：天然气、玻璃熔窑、燃烧、喷枪、节能

一、前

言：

8

随着国家能源结构的调整，我国天然气产量不断增加，预计2005年将达到640x10m³。天然气作为一种清洁、高效的能源，在各领域都得到了充分的发展和利用。随着天然气价格的不断下调，玻璃工业将会越来越广泛地使用天然气。本文主要探讨玻璃熔窑天然气燃烧的有关

问题。

二、玻璃工业目前的能耗状况(国内)

①器皿玻璃单位制品（成品）的能耗

重油 258kg/t 消耗热值 2376kcal/kg

柴油 9.6kg/t

电 263kwh/t 其中加热用45.5kwh/t

煤 56.3kg/t 其中重油伴热用48.3kg/t

烧重油窑改烧天然气后，天然气总用量为325Nm³/t玻璃制品，消耗热值2628kcal/kg。其中重油低位热值9210 kcal/ kg，天然气低位热值8086kcal/ Nm³.

②平板玻璃的单耗

1．烧重油

窑型单耗（kg重油/kg玻璃液）

马蹄窑 0.16~0.18

横火窑120吨 0.2~0.22

横火窑300吨 0.18~0.20

横火窑400~500吨 0.16~0.18

横火窑700吨 0.14~0.15

横火窑900吨 0.13~0.14

2．烧天然气

参数

吨位日耗量

（Nm³/D）小时耗量

（Nm³/h）单耗

（Nm³/kg玻璃液）折算重油单耗 kg重油/kg玻璃液

8吨马蹄窑 2640 110 0.33 0.257 30吨马蹄窑 7200 300 0.24 0.187 60吨马蹄窑 14000 583 0.233 0.182 185吨横火窑 56400 2350 0.305 0.238 300吨横火窑 87000 3625 0.29 0.226 说明：重油低热值按10000 kcal/ kg计算，天然气高热值为8670kcal/ Nm³（兰州天然气公司所提数据），天然气低热值为7800kcal/ Nm³。

统计数字表明，无论是器皿玻璃、平板玻璃，窑型是马蹄窑或横火窑，烧油改烧天然气后，从直接加热来看并不节能，反而要增加5%~10%的能耗。但烧油时需要的辅助能源及电力等设施因改烧天然气而被取消，综合能耗还是要降低5%~8%。

三、烧天然气直接加热能耗增高的原因

①．烟气量增加带来热量损失

烧重油及天然气的理论烟气量计算如下：

1． V油=1.11xQDW油/1000 式中：QDW油——重油低位热值 10000 kcal/ kg

V油=11.1Nm³/kg

2． V天=1.105xQDW天/1000+1.02式中：QDW天——天然气低位热值 7800 kcal/

Nm³

V天=9.639Nm³/ Nm³

3．烧天然气折算成烧油同等热值的烟气量为：

V天总=V天xQDW油/ QDW天=12.36 Nm³

4．同热值情况下，烟气量增加（V天总- V油）/ V油=11.35%。

②．烟气温度升高带来热量损失

由于辐射换热量的降低和火焰长度等其他因素的影响，天然气烟气温度较之重油，在炉膛出口处会升高100~170℃，这也导致了热量损失的增加。由于烟气量增加带来热量损失，除采用增氧燃烧技术外，已无其它路径可走，本文也不做讨论。这样，烧天然气节能降耗，就集

中到如何降低烟气温度这一焦点上。

四、降低能耗的途径（本文仅从燃烧的角度考虑）

烟气温度升高主要是由于辐射换热量的降低及火焰长度过长所致。

①．强化热辐射的方法

传热学中，将气体辐射能力与同温度下绝对黑体辐射能力的比值定义为该气体的黑度。烟气的黑度是影响辐射传热过程的重要参数，烟气黑度越大则辐射能力越强，辐射换热量越多。天然气无焰燃烧，影响其黑度的关键是烟气中的三原子气体（CO2，SO2，H2O）及碳氢化合物等。玻璃工业采用有焰、扩散式燃烧装置，天然气或重油燃烧时，产生发光火焰，影响烟气黑度主要是碳黑。它的辐射能力较三原子气体大2~3倍，它可以在可见光谱和红外光谱范围内连续发射辐射能。燃用重油的火焰黑度为0.7~0.85，燃用天然气的火焰黑度为0.6~0.7。

由于天然气火焰黑度较之重油降低不少，必然导致辐射换热量减少，烟气温度升高。

碳黑是碳氢化合物热分解产生的小微粒，直径大约在0.01~0.5um之间，呈颗粒状、链状或絮状分布在气体中。实验资料表明，氢和CO是热稳定性较好的燃气，它们在2500~3000℃的高温下尚能保持稳定的分子结构。各种碳氢化合物则是热稳定性较差的燃气。甲烷在683℃便开始分解，乙烷为485℃，丙烷为400℃，丁烷为435℃。一般来说，碳氢化合物的分子量越大，其稳定性也越差。碳氢化合物高温热分解过程虽然不十分清楚，但可以肯定，在分解过程中发生着碳氢化合物的脱氢和碳原子的聚集过程，最后生成大量的固体碳粒。这些碳粒燃烧时呈现明亮的火焰，这就是碳氢化合物扩散燃烧时的一个特征。

碳黑的燃烧是一种两相燃烧，所需时间较长，如果碳粒来不及燃尽而被燃烧产物带走，就形成了碳烟。在扩散火焰中的碳粒，一旦接触氧气，便出现固体和气体之间的燃烧过程。因此，在天然气中预先混合一部分氧气是必要的。这样，既可以增加火焰亮度，提高热辐射换热，

又可以使燃烧时间缩短。

为增加燃气火焰的辐射能力，在气体燃料中加入一些液体燃料的燃烧方法（油、气混烧）也得到了较快的发展。据国际火焰基金会的研究结果，随着加入重油百分比的提高，火焰辐射率显著增大。在相同条件下，加入焦油比加入重油的辐射能力更强。

根据天然气扩散燃烧的特点，为提高天然气火焰的辐射能力，可以得出以下结论：

●采用双燃料（油、气）燃烧是切实可行的。

●采用单燃料（天然气）燃烧时，进行部分空气（氧气）预混是完全必要的。

②火焰长度的控制方法

有焰燃烧（扩散燃烧）具有自己的特点，天然气和空气边混合边燃烧，燃烧速度较慢。它的燃烧速度主要决定于天然气、助燃空气的混合速度（天然气、助燃空气的温度基本为定值）。

因此，有焰燃烧强化燃烧过程的主要手段是改善空气、天然气的混合条件。

某些使用天然气的工厂，往往通过增大空气过剩系数（即加大助燃空气量）来缩短火焰。这是由于采用的喷枪形式、配置不合适，导致火焰过长，触及对面耐火材料，不得已而为之的

手段，这对节能是非常不利的。

天然气、空气混合的好坏，主要受以下条件的影响：

空气、天然气流的交角，空气、天然气流的速度，空气、天然气的接触面积，预混空气量大

小，空气、天然气流的旋流强度。

在窑型一定的情况下，助燃空气的出口流速为定值，也不会旋转；两气流交角也基本一定（喷枪上仰角为6~12°，角度不宜过大，否则将破坏火焰上部至大碹部位的循环气流）。因此，

改善混合条件只能从四个参数入手。

●空气、天然气的接触面积●天然气的出口流速●预混空气量的大小●天然气

的旋流强度

1．空气、天然气的接触面积

喷嘴砖中心距与烧油的一致，为600mm时，将天然气喷枪火焰的扩散角定为25°是合适的。当喷嘴砖中心距远大于600 mm时，改用扁平火焰喷枪是有利的。总之，火焰扩散角大小确定，应使相临两火焰既不彼此分离又不交叉重叠。