徐古帮 韩建华
浙江长兴杭华玻璃有限公司 浙江湖州 313000
摘要：在国家提出“碳中和”目标的背景下，对于平板玻璃工业来说，需加快实施综合能效提升、大力发展减碳、零碳排放技术，采用低碳能源和碳回收利用与封存技术。平板玻璃熔窑使用天然气、煤制气、煤焦油等碳能源作为燃料，而且原料中使用纯碱和碳酸盐类矿物，所以需对平板玻璃制造进行全面技术创新才能实现碳减排的目标。本文对全氧燃烧技术在玻璃行业的应用与发展进行分析，以供参考．
关键词：全氧燃烧；玻璃行业；应用发展
引言
全氧燃烧(也称纯氧燃烧，Oxy－FuelCombustion)技术是“氧+燃料”的燃烧方式，与传统的空气辅助燃烧技术相比，助燃介质由空气变为氧气，减少了约78%的氮的引入和去除，这是与传统燃烧方法的根本区别，在玻璃加工行业得到广泛应用。当前玻璃窑炉采用的纯氧燃烧技术，多采用一体式的纯氧燃烧器，燃料和氧气分别进入纯氧燃烧器，在出口端混合燃烧释放热量。此工艺所需要的氧气需求量较大，氧气流量通常为400～6000Nm3/h，氧气的压力为100～150kPa。通过喷射段的收口设计，为了使得火焰的喷射更加均匀，提高燃烧效果，喷嘴用于玻璃窑炉内纯氧燃烧时，常采用喷嘴砖向窑炉内喷射气体。
1工艺方案
玻璃窑炉最薄弱的地方是火焰空间，因此控制火焰长度和火焰大小将对玻璃窑炉生产工艺具有决定性作用。本工艺设计了可通过控制火焰长度的方法，调整火焰所能够适应所用的窑炉。在第一喷嘴、第二喷嘴分别连通设置第一流量阀、第二流量阀，用以调整经由第一流量阀和第二流量阀进入窑炉的流量，保证窑炉内天然气和氧气量处于完全燃烧的比例，减少燃烧副产物和氮氧化物的产生。另外，第一喷嘴所喷射的天然气流与所述第二喷嘴所喷射的氧气流交汇，如此，可助于天然气流与氧气流的交汇混合，助于天然气和氧气的充分燃烧;三组第一喷嘴的设置一方面可获得较快的气体流速，另外一方面可减小第一喷嘴的孔径。天然气分多股流入窑炉，利于天然气与氧气的充分混合;第二喷嘴倒角的设置可保证氧气流在第二喷嘴内顺利地流动。喷嘴砖的布置是全氧燃烧玻璃熔窑设计的重要部分。喷嘴砖的数量和定位要能够提供玻璃熔化所需的热量，形成熔化所需的合理的温度制度，同时还要避免火焰气流冲击胸墙和大碹顶部，减少对耐火材料的侵蚀。方体结构的喷嘴砖朝向炉体内倾设置，且与水平面之间夹角α为5°～8°。这使得第一喷嘴和第二喷嘴朝向炉体设置，燃烧产生的火焰向炉体底部提供热量，可助于玻璃原料的熔制。同侧胸墙砖上安装的相邻喷嘴砖之间的间距为1.5～3m，两对侧胸墙砖上安装的喷嘴砖等距离错位排布。设置多对喷嘴砖对窑炉内不同部位进行加热，以实现窑炉内不同部位均匀受热，改善玻璃原料的熔制效果。
2平板玻璃熔化技术节能减碳分析
2.1全电熔技术
玻璃全电熔技术是利用高温玻璃的导电性质，熔化玻璃热量直接来自玻璃液导电产生的焦耳热。玻璃熔窑若使用清洁零碳排放电力作为熔制玻璃全部能源，那么全电熔技术应是玻璃行业实现“碳中和”最有效的熔化生产方式。全电熔技术曾在熔化量120t/d以下的浮法玻璃熔窑上应用过。平板玻璃窑炉规模日益向大型化发展，但目前国内还没有一条大吨位的全电熔浮法玻璃熔窑，主要是受到电单价制约，与其它燃料相比能源成本高，另外在大吨位平板玻璃全电熔窑设计上还没有成熟技术。
2.2新型熔窑结构
根据平板玻璃熔制过程中熔化、澄清、均化的工艺特点来改进目前熔窑结构方式。如国外提出的分段式熔化、国内提出的双卡脖串联方式等新的熔窑结构设计。
分段式熔化技术加快了玻璃的熔化速度，减少了燃料的消耗，可以实现减碳排放。
2.3推广应用全氧或富氧燃烧技术
玻璃熔窑引入氧气燃烧系统可分为全氧燃烧和富氧燃烧两种。全氧燃烧是指用工业氧气代替空气来燃烧燃料，可以使燃料燃烧更加完全。富氧燃烧是通过提高助燃空气中的氧气比例强化燃烧，达到高效节能的目的。采用全氧或富氧燃烧具有以下优点：提高能源利用率。采用富氧气体作为氧化剂，可以减小过量空气系数，即氧化剂的体积，从而减小排烟损失；另一方面，可以促进燃料的完全燃烧，减小飞灰含碳量，提高燃料的燃烧效率。易于二氧化碳的分离及处理。富氧燃烧使得烟气中的二氧化碳体积分数提高，从而给二氧化碳的分离创造了一定条件，可使二氧化碳处理更有效率。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。强化玻璃熔窑内部传热。随着氧浓度的提高，直接的影响就是造成玻璃熔窑内部温度场的提高，使燃烧变得较为稳定，因此可以强化和稳定玻璃熔窑内部换热。
3全氧燃烧技术在玻璃行业的应用
3.1窑炉控制系统
全氧燃烧技术对于燃烧的控制精度、安全等方面有着较高的要求。通常采用工控机＋ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）控制柜或ＰＬＣ控制柜＋触摸屏人机交互方式完成对窑炉燃烧阀组的调整、安全控制、必备的闭环控制（液位、窑压等）、环保设备以及窑炉运行数据的存储、相关性分析等功能。部分窑炉根据生产需要可选用高温工业电视，用以监控窑炉内部情况。
3.2烧枪（ＢＵＲＮＥＲ）
全氧燃烧的烧枪与传统的空气助燃的烧枪比，由于多出了氧气的通路，所以相对复杂。目前常见的烧枪来源主要有：１）国外专业燃烧技术及装备供应商国际上著名的燃烧设备供应商大多提供全氧燃烧烧枪，且各家均有自己独到的见解和处理技巧。常见的供应商有：迈克森（Ｍａｘｏｎ）、天时（Ｅｃｌｉｐｓｅ）、霍尼韦尔（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）、日本正英（Ｓｈｏｅｉ）等。２）气体公司气体公司为了更好的服务用气客户，均有自己的技术研发机构和服务团队，并研发用于全氧燃烧的烧枪。常见的有空气产品、法液空、林德（普莱克斯）、赢德、梅塞尔等。３）国内科研院校及企业国内部分高等院校、燃烧设备供应商通过研发，也提供用于全氧燃烧的烧枪。常见的有：北航、安德森热能、震旦等。４）国内仿制由于部分国际品牌的烧枪近年来已过专利保护期，所以国内部分厂家也采用仿制的手段提供烧枪，使用效果也不错。需注意，购买这类ＢＵＲＮＥＲ时一定要购买完整版的产品，并应该保证使用符合国家相关规范的零部件，以避免不必要的安全隐患。
4发展与展望
ＯｐｔｉｍｅｌｔＴＭ系统通过蓄热室、烟气再循环管道、鼓风机、氧枪和专用自动化等设备，将燃料和部分回收烟气转化为高温合成气，利用尾气和余热最终实现高效的蓄热式纯氧燃烧。与常规的空气燃烧玻璃熔炉相比，ＯｐｔｉｍｅｌｔＴＭ系统可以节省高达３０％的燃料消耗，不仅极大地改善了玻璃窑炉的能源效率，还可以有效减少氮氧化物和二氧化碳的排放，实现了经济和环保的双重收益。此外，ＯｐｔｉｍｅｌｔＴＭ系统只需常规空气蓄热室体积的３３％，使得生产装置更加紧凑灵活。
结束语
平板玻璃熔化技术的发展，直接决定我国平板玻璃工业的未来。通过研发减碳、零碳排放熔化新技术，将更多的与熔化相关的碳减排技术在平板玻璃工业推广应用，是今后平板玻璃工业实现碳中和目标的重要措施。
参考文献
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