馮建業(yè)

（1.秦皇島玻璃工業(yè)研究設計院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節(jié)能減排技術創(chuàng)新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業(yè)技術中心 秦皇島 066001）

0 引言

在日益關注環(huán)保的今天，玻璃行業(yè)面臨巨大環(huán)保壓力。由于后期治理技術的參差不齊，或者在具體實施過程中偷工減料，國內采取強制一刀切方法，禁止在玻璃行業(yè)使用高污染的發(fā)生爐煤氣和高硫量石油焦等高污染燃料。該政策實施降低了玻璃窯爐煙氣中硫的含量，但是煙氣中氮氧化物并沒有減少，由于使用高熱值燃料，有時反而增加，如使用發(fā)生爐煤氣玻璃窯爐煙氣中氮氧化物約為800～1500 mg/Nm3，而使用高熱值天然氣，煙氣中的氮氧化物高達2200～3500 mg/Nm3。本文探討如何從燃燒技術方面降低氮氧化物的產生。

1 玻璃窯爐氮氧化物產生機理

玻璃窯爐煙氣中的氮氧化物主要來自燃燒過程，為保證燃料燃燒完全，空氣過剩系數(shù)一般為1.15～1.2，過?？諝庵惺Ｓ嘌鯕庠诟邷貤l件下與空氣中的氮氣發(fā)生反應生成了氮氧化物，產生氮氧化物兩個關鍵因素：溫度和煙氣中過剩氧含量。圖1為不同溫度與氮氧化物生成量的關系，圖2為空氣過剩系數(shù)及停留時間與氮氧化物生成量的關系。

圖1 不同溫度與氮氧化物生成量的關系

圖2 空氣過剩系數(shù)及停留時間與氮氧化物生成量的關系

從圖1可以看出，隨著溫度升高，氮氧化物生成量成指數(shù)升高，特別是溫度大于1450 ℃時氮氧化物生成量明顯加大，而玻璃熔化溫度一般在1450℃以上，隨著耐火材料技術提高，玻璃窯爐熔化溫度不斷提高，在提升玻璃品質降低玻璃生產單位能耗的同時，也造成了氮氧化物生成量的增加。

從圖2可以看出，空氣過剩系數(shù)在1.2左右氮氧化物生成量最大，而在玻璃生產過程中，空氣過剩系數(shù)正好控制在這個區(qū)間。正是在此區(qū)間，能源利用率最高，通過節(jié)能可以降低生產成本，從而有效提升企業(yè)競爭力。

2 玻璃窯爐低氮燃燒技術

2.1 分層燃燒技術

該技術主要用于橫火焰玻璃窯爐，在傳統(tǒng)小爐底部增加純氧噴嘴，如圖3所示。

圖3 分層低氮燃燒示意圖

與傳統(tǒng)燃燒方法相比，在燃燒過程中減少上層助燃空氣供應量，上層助燃空氣中雖然有大量氮氣，但因為供氧量不足，上層火焰呈中性或者還原氣氛，不利于氮氧化物的生成，下部純氧噴槍通入純氧氣體，火焰下部溫度高、呈氧化氣氛，純氧中沒有氮氣，無法生成氮氧化物，等到兩股氣體混合后，火焰溫度已不處于最高溫度點。這種分層燃燒技術使氮氧化物生成的必要條件：高溫與過剩氧氣不能同時出現(xiàn)，從而降低燃燒過程中氮氧化物的生成量。

該燃燒技術還有一個突出優(yōu)點是靠近玻璃液面處火焰溫度高、輻射能力強，能有效將熱量傳遞給玻璃液，同時火焰上部溫度相對較低，能有效保護窯爐碹頂，延長窯爐的使用壽命。

2.2 分階段燃燒技術

該技術可以用于橫焰窯和馬蹄焰玻璃窯爐，馬蹄焰玻璃窯爐分階段燃燒示意見圖4。

圖4 馬蹄焰玻璃窯爐分階段燃燒示意圖

與傳統(tǒng)燃燒方式一樣，上部為預熱空氣以一定傾角向下壓制火焰上飄，燃料噴槍位于助燃空氣下方，以一定傾角向上，兩者在窯爐適當位置相交。不同的是開始提供助燃空氣不足，使火焰在還原或中性氣氛條件下燃燒，在火焰行進路途中不斷加入純氧或者富氧空氣進行氧氣補充，以保證燃料的充分燃燒。此種燃燒方式燃料是逐步燃燒的，火焰溫度比較均衡，沒有突出的高溫火焰，從而防止高溫條件下氮氧化物的生成，缺點是熱點溫度不明顯，不利于玻璃液澄清和均化，為彌補此不足，在窯爐熱點位置設置兩支純氧燃燒噴槍，以彌補熱點溫度不足的問題。噴槍設置時，要求前面噴槍為還原氣氛，后面為氧化氣氛，以防止高溫與富余氧氣兩條件同時存在，為氮氧化物產生創(chuàng)造條件。

橫焰窯分階段燃燒相對簡單，就是在火焰的對面小爐底部增加兩到三支純氧（或富氧或空氣）噴槍，燃燒過程中也是減少一次助燃空氣量，使燃燒前期階段氧氣量不足，未燃燒燃料通過對面小爐底部補充氧氣進行二次燃燒，這種燃燒方式可有效拉長火焰長度，整體火焰溫度相對均衡，避開高溫生成氮氧化物的條件。該燃燒方式有兩個風險，一是可能有未燃盡燃料進入蓄熱室二次燃燒，加快蓄熱室格子體損毀速度，降低窯爐壽命，二是大量冷空氣入爐，增加窯爐的能耗。

2.3 低氮燃燒噴槍技術

低氮燃燒噴槍就是對燃燒噴槍進行技術改進，使其達到低氮燃燒的目的，其基本原理圖見圖5。

圖5 低氮燃燒噴槍示意圖

低氮燃燒噴槍就是在噴槍內使燃料以不同速度噴出，由于燃料初始動能不同，噴出速度與距離就不同，使得火焰相對拉長，且較為均勻，沒有明顯高溫火焰，由于溫度降低，所以降低了燃燒過程氮氧化物生成概率。該噴槍還可以使用不同品質燃料，達到燃料綜合使用的效果，同時也可以利用燃料燃點溫度不同、熱值不同達到均衡燃燒的目的，以降低燃燒過程中氮氧化物的生成。

3 各種低氮燃燒技術比較

各種低氮燃燒技術比較見表1。

表1 各種低氮燃燒技術對比（天然氣）

4 結語

玻璃窯爐不同燃燒條件的變化，如低氮燃燒方式不同情況的應用，從燃燒方式、降低氮氧化物原理方面進行了相關論述，各種燃燒方式適應不同的窯爐類型，需要的基礎條件也不一樣，玻璃企業(yè)可以根據自身技術條件選擇合適的低氮燃燒技術，在降低氮氧化物生成的同時，還有一定的節(jié)能效果，有助于在生產線的應用和推廣。