富氧燃燒目的就在于使燃料充分燃燒，并有效地充分利用燃燒生成的數(shù)量。燃燒的工藝與爐窯效率有著至關(guān)重要的關(guān)系。燃燒是由于燃料中可燃分子與氧分子之間發(fā)生高能碰撞而引起的，所以氧的供給情況決定了燃燒過(guò)程完成的是否充分。在常規(guī)空氣助燃的燃燒系統(tǒng)中，這種高能碰撞作用受到占空氣成份近五分之四不助燃的氮分子阻礙，減少了氧分子與燃料可燃分子之間的碰撞機(jī)會(huì)，直接影響燃燒效率的提高，不僅如此，氮還在爐窯中吸收大量的熱量在廢氣中排掉造成熱損失，浪費(fèi)能源。采用比常規(guī)空氣含氧量高的空氣助燃稱富氧燃燒，它有提高火焰溫度、加快燃燒速度、降低燃料燃點(diǎn)溫度、增加熱量利用率的特點(diǎn)。
馬蹄焰玻璃窯爐以價(jià)格低廉的發(fā)生爐煤氣（油或天燃?xì)猓槿剂希坏岣吡巳刍|(zhì)量，且大大節(jié)約了燃料成本。該爐型設(shè)有合理的蓄熱室結(jié)構(gòu)，提高了熱能利用率和工作效率。在蓄熱室設(shè)計(jì)時(shí)，是讓煙氣直接通過(guò)蓄熱室進(jìn)入煙道，而蓄熱室是一個(gè)用耐火材料砌成的空心格子的加熱室。當(dāng)發(fā)生爐煤氣和空氣通過(guò)蓄熱室時(shí)預(yù)熱空氣和煤氣，一起進(jìn)入小爐內(nèi)相互混合和預(yù)燃。使燃料釋放出更多的熱量。煙氣在蓄熱室反復(fù)上升與下沉的過(guò)程中，熱量被格子磚充分吸收并蓄積，有部分熱量被廢氣所帶走，大部分熱量被充分利用到工作中去。
馬蹄焰玻璃窯爐局部富氧助燃是很有必要的，也是可行的。在一般的玻璃熔窯火焰空間中，火焰下部總是最缺氧的部位，燃燒不完全，溫度較低。如果富氧噴管以一定的角度和速度將氧氣引入窯爐空間，沖擊火焰底部，這樣就會(huì)在靠近玻璃液面一側(cè)形成一個(gè)含未燃燒碳粒較少的富氧層，使之燃燒充分，溫度提高較大。這種不對(duì)稱火焰，可靠垂直的溫度梯度，在靠近玻璃料液的一側(cè)形成一個(gè)高溫帶，使火焰底部增加向玻璃料液內(nèi)部的熱輻射和熱對(duì)流。而在靠近窯碹的一側(cè)溫度并不升高，使窯頂免受由此帶來(lái)的侵蝕加重。同時(shí)由于火焰強(qiáng)度增加，火焰變短，有助于控制熔窯內(nèi)溫度分布。此外，可防止在蓄熱室內(nèi)燃燒。箱式電爐這對(duì)蓄熱式熔窯來(lái)說(shuō)，格子磚的壽命也可以得到改善。
馬蹄焰窯是側(cè)面加料，正面噴火，因此其料層長(zhǎng)度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較短，為了加強(qiáng)熔化，火焰長(zhǎng)度也要求短些，一般宜采用短焰燃燒。只有這樣，火焰熱量才會(huì)集中于配合料熔化區(qū)，起到增強(qiáng)熔化部位熔化能力的作用。火焰長(zhǎng)短，也可通過(guò)控制氧流量來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)氧流量增至100m3/h時(shí)，火焰長(zhǎng)度將有明顯的縮短。
馬蹄焰窯火焰空間內(nèi)，富氧助燃同樣可造成不均衡的火焰輻射，使管式爐熱流離開(kāi)碹頂向下移動(dòng)，窯頂附近空間溫度顯著下降。結(jié)果導(dǎo)致澄清區(qū)液面附近的冷氣層基本上被消除，玻璃液內(nèi)部熱均勻性有所提高，最終使成形制品質(zhì)量得到良好的改善。
（一）、燃發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃窯爐富氧助燃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
為了使池爐內(nèi)的火焰能形成梯度燃燒，即使近玻璃液面處的火焰溫度比上部的高，若趕上停爐維修，可以將富氧噴嘴直接設(shè)計(jì)在小爐底唇磚上，這樣不但先擇了富氧最佳使用位置，而且徹底解決了中途更換富氧噴管的難題。富氧空氣隨火焰下部平行噴出，并在池內(nèi)與火焰下部混合，使火焰在熔化池靠近加料處形成高溫的底層火焰，從而加速化料，提高熔化率，克服跑料堆現(xiàn)象，且能保證馬蹄焰的回火不致帶料粉進(jìn)入蓄熱室，利于格子磚延長(zhǎng)壽命。
我們?cè)谶\(yùn)用富氧助燃時(shí)，一般都是在不停產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行施工的，利用換向時(shí)間，將富氧噴嘴分別在兩小爐預(yù)混室的外惻打孔插入，并貼近小爐底面，噴嘴角度應(yīng)隨煤氣走向。兩噴嘴的富氧空氣隨火焰下部平行噴出，同樣使富氧空氣在池內(nèi)與火焰下部混合，而形成富氧助燃的效果。
（二）、燃油（或天燃?xì)猓R蹄焰玻璃窯爐富氧助燃設(shè)計(jì)：
由于熔窯采用重油作為燃燒，而重油粘度較大、電爐燃點(diǎn)高，在燃燒過(guò)程中需要通過(guò)加溫、霧化助燃等手段才能使重油充分燃燒。局部增氧技術(shù)主要是增加空氣中的氧濃度，減少助燃空氣，降低煙氣生成量（既減少煙氣帶走的熱量）從而降低NO2生成物，改善了環(huán)境；在熔窯內(nèi)局部增氧可以相應(yīng)使火焰溫度增高，燃燒速度加快，增加配合料，玻璃液輻射傳熱和對(duì)流傳熱，提高熔化率；局部增氧助燃使燃料在火焰區(qū)域燃燒完全，大碹溫度降低，大碹向外散熱熱量減小，單位玻璃液能耗降低。在設(shè)計(jì)富氧助燃時(shí)，它與燃發(fā)生爐煤氣馬蹄焰玻璃窯爐不同的是將富氧噴嘴設(shè)計(jì)在每支油槍下部。
我公司自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的富氧燃燒全套設(shè)備，于2008年5月在青島榮泰玻璃制品有限公司一號(hào)馬蹄焰玻璃窯爐上運(yùn)用，節(jié)能效果顯著，隨即又在二號(hào)爐進(jìn)行使用，且節(jié)能效果更佳，并分別對(duì)二個(gè)爐能耗情況進(jìn)行了二個(gè)月考核，結(jié)果如下：
一號(hào)爐：99m2，富氧前產(chǎn)量190T/日，燃煤45T/日
富氧后產(chǎn)量198T/日，燃煤40T/日（單耗202kg）
二號(hào)爐：104m2 富氧前產(chǎn)量200T/日，燃煤46T/日
富氧后產(chǎn)量218T/日，燃煤41T/日（單耗188kg）
這二套裝置完全是由我公司從富氧膜、富氧組件生產(chǎn)、富氧設(shè)備制造、設(shè)計(jì)安裝為一體的系列工程。綜合測(cè)定，該富氧燃燒技術(shù)及裝置不但節(jié)能效果可觀，空氣過(guò)剩系數(shù)降低，而且改變了窯爐工況，我們?cè)谶\(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧氣輸入后，火焰長(zhǎng)度明顯縮短，火焰底部增亮，前墻溫度下降，爐頂溫度降低，煤氣和二次空氣相應(yīng)下調(diào)，節(jié)約原煤達(dá)10%以上。產(chǎn)量和質(zhì)量均有所提高5%左右。
五、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)：
1.提高火焰溫度：
由于富氧空氣的參與，氮?dú)夂肯鄬?duì)減少，相應(yīng)減少?gòu)U氣吸熱量。據(jù)有關(guān)資料介紹，火焰溫度隨空氣中氧氣含量的增加而顯著提高，當(dāng)使用一般空氣爐膛加熱溫度為1300℃時(shí)，可以利用的熱量?jī)H為42%，而用28%最佳經(jīng)濟(jì)濃度的富氧空氣進(jìn)行助燃時(shí)，可利用的熱量高達(dá)56%，熱量利用率提高了33%。給爐膛局部增加富氧空氣，目的就是集中提高該燃燒區(qū)空氣中氧氣濃度百分比，達(dá)到提高爐膛火焰溫度和熱量利用率的目的。
火焰溫度隨著助燃空氣中的氧含量增加而迅速上升，從圖一可以看出，火焰溫度隨著空氣中氧的提高而提高；隨著富氧空氣濃度逐漸提高，火焰溫度增加的幅度逐漸下降。因此為了有效地利用富氧空氣，其濃度不宜選得過(guò)高。按過(guò)剩系數(shù)a=1.1-1.5組織燃料時(shí)，富氧濃度取25-27為宜，且以空氣含量從21-25時(shí)效果最明顯。
2.加快燃燒速度
燃料在富氧空氣中燃燒速度加快的原因：是由于增加氧含量后，使火焰溫度提高所致，如天然氣在氧氣中的燃燒速度比在普通空氣中的燃燒速度能提高10倍。燃燒速度的提高，導(dǎo)致燃料在爐膛內(nèi)迅速完全燃燒。2
最大燃燒速度cm/s對(duì)比表
燃料 空氣（21%O2）范 圍 最大可能 氧氣（100%）范圍 最大可能
氫氣 250-360 280 890-1175
天燃?xì)?33-44 37 325-480 395
丙烷 40-47 42 360-400 375
丁烷 37-46 41 335-390 355
乙烷 110-180 160 950-1280 1130
3.降低燃料的燃點(diǎn)溫度
燃點(diǎn)溫度明顯受到反應(yīng)速率和熱損耗的影響。富氧空氣比普通空氣有助于降低“燃點(diǎn)”溫度的特點(diǎn)，并增加火焰單位體積的熱釋放量。對(duì)于劣質(zhì)燃料效果更為突出。
燃料的燃點(diǎn)溫度在一定條件下不是常數(shù)。如CO在空氣中為609℃，而在純氧中僅為 388℃。富氧助燃就是利用這一現(xiàn)象，將少量的富氧空氣，集中地供給火嘴燃料剛剛霧化（或固體燃料剛剛汽化）噴出點(diǎn)燃部位，使該區(qū)氧氣量驟然增加，可以起到降低燃料點(diǎn)燃溫度，提前點(diǎn)燃，相對(duì)延長(zhǎng)燃料在爐膛中燃燒時(shí)間，增加燃料釋放熱量的作用。
4.減少燃燒后的排氣量
使用含氧量為23-24%的富氧空氣參加燃燒，與普通空氣燃燒比較，當(dāng)過(guò)剩空氣系數(shù)a=1時(shí)，則排氣體積減少10-20%，其排煙熱損失也減少10-20%，從而提高熱效率而節(jié)能。
燃料在一般空氣與在純氧中燃燒速度相差甚大，如天然氣在純氧中比在空氣中的燃燒速度高達(dá)10.7倍，因此富氧助燃，不僅提高燃燒強(qiáng)度，還能加快燃燒速度，更有利于燃燒反應(yīng)完全，可以改善排煙質(zhì)量，減少未燃物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。
若使用氧濃度為21%的常規(guī)空氣，按理論空氣量燃燒的排氣量為1計(jì)算時(shí)，隨著含氧量的增加，排氣量有減少的傾向。使用含氧量為27%的富氧空氣燃燒與氧濃度為21%的空氣燃燒比較，過(guò)剩系數(shù)a=1時(shí)排氣體積減少21%，排煙熱損失也相應(yīng)減少而節(jié)能。
5.增加熱量利用率
當(dāng)加熱溫度為1300ºC時(shí)，用普通空氣燃燒。其熱利用率為42%，而用含氧量24%的富氧空氣燃燒，則利用率增加到30%以上，隨著加熱溫度增加，節(jié)能效果更顯著。
6.降低空氣過(guò)剩系數(shù)
富氧燃燒能有效地降低空氣過(guò)剩系數(shù)，使排煙熱能損失大幅度降低，從而提高窯爐的熱效率而節(jié)能。當(dāng)a值為1.1時(shí)，燃料只增加4%，當(dāng)a值為1.4時(shí)，燃料增加到16%，在高溫熔爐中加熱溫度越高，則a值的增加使熱量的損失就越大。
爐膛燃燒完全，降低了空氣過(guò)剩系數(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹：日本節(jié)能中心在工業(yè)窯爐節(jié)能措施中，著重于降低空氣過(guò)剩系數(shù)的研究，他們?cè)谝慌_(tái)熱處理電爐中經(jīng)多次試驗(yàn)，將空氣過(guò)剩系數(shù)從1.7降到1.2，降低29.4%,平均節(jié)能達(dá)13.3%。我們?cè)囼?yàn)爐子的實(shí)測(cè)結(jié)果是煙囪排煙處過(guò)剩空氣系數(shù)，普遍降低12—14%左右。
富氧助燃工程的設(shè)計(jì)與安裝：
以膜系統(tǒng)為例：為滿足高度含塵量的惡劣運(yùn)行環(huán)境，膜組件自帶過(guò)濾，膜堆也可安裝在相對(duì)封閉的室內(nèi)空間，空氣經(jīng)通往室內(nèi)的預(yù)置過(guò)濾器初步過(guò)濾后進(jìn)入室內(nèi)，相對(duì)潔凈的新鮮空氣在膜組件自帶的廢氣排放風(fēng)機(jī)的引導(dǎo)下進(jìn)入膜分離器進(jìn)行氧氮分離，其中，富氧空氣經(jīng)真空泵機(jī)組抽取輸送到用氣點(diǎn)，廢氣則經(jīng)過(guò)廢排風(fēng)機(jī)集中排放到室外；
為保持系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，動(dòng)力設(shè)備——真空泵是系統(tǒng)唯一可能的故障點(diǎn)，可設(shè)計(jì)采取備機(jī)形式以保證系統(tǒng)的可靠性；
為最大限度的節(jié)約投資以及節(jié)約能源消耗，真空泵機(jī)組可采用多臺(tái)套真空泵機(jī)組并聯(lián)使用，備機(jī)采用變頻，開(kāi)、停、切換、降負(fù)荷使用變頻機(jī)組，以具備良好的故障策略導(dǎo)向，建議設(shè)計(jì)采用單臺(tái)真空泵滿足要求。
真空泵機(jī)組單獨(dú)安裝在泵房，設(shè)隔音降噪措施；
系統(tǒng)設(shè)計(jì)以滿足用戶運(yùn)行環(huán)境極端條件為目標(biāo)，考慮對(duì)高溫、低溫、海拔條件的校核，以保證系統(tǒng)最終安裝地性能指標(biāo)與運(yùn)行穩(wěn)定的達(dá)成。
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