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平板玻璃熔窑氮氧化物前端减排技术

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人气:-发表时间:2019-05-30 16:38【

平板玻璃熔窑氧化物(NO×)的产生

  平板玻璃是我国国民经济发展和提高人民生活水平所不可或缺的重要材料,在平板玻璃生产过程中大气污染物的排放问题较为严重。初步估算2014年平板玻璃行业颗粒物排放量约3.5万吨,S02约35万吨,NOx约为40万吨。由此可见,NOx是平板玻璃熔窑的重要污染物之一。

  平板玻璃熔窑烟气中NOx产生的主要来源有三个方面:⑴原料中少量盐的分解;⑵燃料型氮氧化物是由燃料中的N元素经过燃烧后与02反应生成的NOx;(3)温度型氮氧化物是由进人玻璃熔窑的空气中含有的N2与O2在高温下剧烈反应生成的NOx。当温度在1500℃以下时,温度型氮氧化物产生量很少;超过1500℃,温度每增加100℃,温度型NOx发生反应的速率增大6~7倍。而平板玻璃熔窑的一般温度在1500℃以上,所以平板玻璃熔窑烟气中以温度型氮氧化物为主,NOx的排放浓度为1500~3000mg/m3。

  氮氧化物前端减排技术

  平板玻璃熔窑废气中NOx主要有燃料型和温度型两种,与温度型NOx浓度相关的因素如下:

  ⑴窗炉的温度;⑵二次空气的用量与温度;⑶重油喷雾用的气体的种类与用量;⑷燃烧器的NOx发生特性;(5)溶化气氛的氧化、还原程度;⑹往炉内吸人空气的量与位置。

  减少玻璃熔炉内的NOx有以下几个问题需要面对:

  (1)通常从原料表面进行加热,为保证熔融玻璃的品质,炉内温度必须保持在1400?1600℃的高温。

  (2)由于熔融玻璃需要着色或澄清,所以炉内的氧化还原程度必须受到限制。炉内气氛大多在富氧状态下运行。

  (3)不论液体还是气体与二次空气的混合不均匀,火焰的温度分布也不一样,因此实时把握火焰各点的温度、氧气的分压、残留碳、流速等情况非常困难。以上是在燃烧时控制NOx产生所存在的困难。同时,减少NOx的排放还需从燃料来源、熔窑的操作方式及烟气脱硝等方面着手考虑。

  2.1用搡作方法削减

  2.1.1降低玻璃熔化温度

  玻璃熔化温度的降低是尽量减少NOx产生的根本对策,但又与玻璃的诸多特性相矛盾。因此,为克服这个矛盾,首先从原料配比方面:(1)在不失去实用性的前提下,采用低温熔化玻璃的化学组成。(2)开发尽可能多的使用碎玻璃的办法。一般的碎玻璃原料虽然熔化温度低,但玻璃中容易产生气泡。

  2.1.2燃料雾化用气体

  利用液体燃料雾化,通常使用高压空气(1次空气)。如果1次空气的量过剩,局部的过剩空气就很容易接近火焰,并且从燃烧器孔吸进的空气(3次空气)过多,NOx的产生量就会增加。因此,解决的方法是尽量降低1次空气的压力。

  在这种情况下,燃烧器积炭容易堆积虽然存在火焰延伸的问题,但从控制NOx出发,1次空气压力应尽量控制在容许的很低限度。因条件不同存在差异,但有实例表明,把1次空气压力从4kg/cm3降到3kg/cm3,N〇x的产生量约降低了24%。通常重油雾化用气体是空气,但为了达到削减NOx的目的,可以用水蒸气,也有用喷雾水蒸气约削减NOx产量19%的案例。但是,燃烧器碎屑容易堆积属保养方面问题;从长远看,存在着燃料的使用量增加的问题,此办法只有在必须紧急控制NOx发生时才用。另一方面,有报告显示,当喷雾气体用的燃料煤气的混烧,就不会出现保养方面的问题,并且有效地减少了NOx。

  2.1.3二次空气压力、温度

  理论上讲,空气量(空气比1)能带来良好的火焰和高效率燃烧的话,热NOx就会大幅减少,但现实的炉是达不到这种理论上的空气燃烧的。空气比从高比例渐降到接近1,就会产生燃烧不稳定,炉温降低,由于火焰的过度延伸而产生还原性气氛,导致对蓄热室炉材的不良影响、玻璃颜色变化等一系列问题。但是,图1又举出了空气比从1.2降到1.1时,NOx产量减少25%的实例,所以,操炉时在允许的下限的空气比附近燃烧为宜。不同温度下,NO平衡浓度和〇2浓度关系如图1。


  为达到这个要求,应注意以下几点:

  (1)控制好正确地监测〇2量和适当的废气成分;

  (2)在喷火口内,通过二次均匀分布(防止偏流),防止局部空气过剰;

  (3)有数个喷火口的炉,到达各个喷火口的空气比平均化。

  逐一落实后,空气比就降下来了。有一种精密的燃烧管理用的〇2探测器,可以作为有效的工具。必须定期对每个喷火口内进行气体分析(可用奥萨特气体分析仪),为了不产生过剩仏而进行精密地调整。

  玻璃熔炉的2次空气的温度,力争通过热回收来预热,蓄热方式通常为1000~1200℃,换热方式通常为800~900℃,随着预热温度的下降,NOx浓度就会减少。但这种方式不能节约能源,不应提倡。总之,主要的是将空气比降到很低限度。

  2.1.4降低炉内温度(很低温度)

  很明显,高温操作对N〇X的产生是个不利因素,但由于玻璃的熔化温度容许变动的范围极小,实际上降低炉内的平均温度很难。但是,改变操作条件以避免炉内局部出现高温、降低火焰很高温度是可以收到效果的。例如,横火焰池炉不使炉内很高温度集中在一处,稍微降低很低温度水平,而且尽量把握喷火口燃料的分布,以保持炉整体的平,均温度,掌握了这些,就能有效地削减NOx。另外,士直接通电的有效加热法并用(电助熔Boosting),对降低炉的很低温度非常见效。不同浓度时,NO平衡浓度与温度关系如图2。


  2.1.5燃烧管理操作标准

  根据窑炉操作来削减NOx,虽然以降低空气比和温度为主.但玻璃熔化一般需要高温和氧化的火焰,所以与低NOx操炉法有很多矛盾之处。尽管如此,为了减少NOx以获得实效,关键是在玻璃熔化、保持品质容许的范围内很大限度地操作。为此,必须注意以下管理要点:

  ⑴窑炉操作管理用的测定场所、测定方法、测定精度是否恰当(检验要点,炉温测定值是否接受火焰或炉压的变化);(2)炉内温度是否过高;(3)燃烧器的积炭,是否没有大的影响;⑷1次空气的压力、2次空气的流量是否合适,控制是否异常;⑸1次空气内是否含有大量的水;⑹火焰的长度是否合适;⑺小炉周围的砖是否脱落(小炉的孔变大的话,3次空气量就会增加,NOx也会增加);⑻喷火口内是否有灰碴堆积或上部有砖落下堆积,2次空气流动是否混乱;⑼炉内压力是否适当;⑽窑炉的密封或保温是否劣化,炉内的散热量是否增加(密封一旦劣化,大量3次空气流人,是温度降低的主要原因)。

  采采用低NOx燃烧器用低NOx燃烧器采用低NOx燃

  2.2采用低NOx燃烧器

  2.2.1低NOx燃烧器的定义及特征

  在燃烧设备中基本的一项,就是燃烧器的类型是和窑炉的设计同时决定的。在确定燃烧设备样式的同时应该考虑的项目有:⑴喷火口的形状、规格、数量;⑵使用油的性质(发热量、粘度、残留炭等)与使用量;⑶燃烧室(炉)及蓄热室的形状、规格;(4)很高温度与氧化还原状态。

  应选择符合以上条件的燃烧器类型。燃料燃烧必须的很低限度的空气量,被成为理论空气量,但仅靠理论空气量的燃烧,炉内要产生烟灰及其他东西,就不仅是难以保持炉内温度的问题,而且玻璃着色等品质上的缺点就会产生。通常10%~30%的过剩空气就可以燃烧。如果实行低空气燃烧比燃烧,不管燃烧设备如何,都会削减NOx。

  由于会产生上述缺点很难维持长期操作。因此低NOx燃烧器所具备的条件,是不降低燃烧功率而达到低空气比燃烧。为了保持相同量的燃料在炉内高效率燃烧,就应尽量让高温火焰大范围地均匀地覆盖炉内被加热物一配合料。一般来讲,一次空气量增加,就导致从燃烧孔吸进3次空气量增加。这些1次和3次空气在火焰的根部与喷雾燃烧混合扩散,不久就在火焰轴方向的下部形成局部的高温域。

  减少1次空气、缩短火焰的燃烧设备应采用超声波燃烧器或莱德•劳燃烧器。这种燃烧器的特征邊_把喷雾燃料更加细粒化,着火快燃烧完结快。能够省去压缩空气,尤其是省略了大量燃烧1次空气的必要性,因此通过低空气比燃烧降低NOx,同时节约了能源。

  另外,低NOx燃烧法是避免出现火焰中局部高温区的关键。为了实现不出现火焰局部高温区,从原理上讲,不使用1次空气才很有效。油压燃烧器或取代1次空气燃烧煤气都能达到这个目的。油压式燃烧器的特征与喷雾型相比,用喷雾气体的运动量小,所以喷雾滴的粒度相对大。火焰根部的气流很少涡流,属完全扩散型。火焰着火慢,燃烧速度也慢。这种类型的火焰特征如图3,可以使很高温度区降温,另一方面火焰的长度较长,燃烧室幅较宽的熔窑效果好。


   2.2.2油压燃烧器

  这种燃烧器以节能、减少NOx为目的,平板玻璃熔炉而开发使用,现在已被很多种类的玻璃熔炉使用。燃烧重油的雾化不使用雾化空气,而是以提高重油压力,从喷雾起头部喷射,重油微粒化的方式,节能与减少NOx同时进行。喷雾器的形状为椭圆开口,火焰向水平方向呈现扇形扩展,增加了火焰对配合料的热辐射。以下为一些平板玻璃熔窑的窑内温度以及空气比在一定的条件下,使用这种扇形平面油压燃烧器后重油使用量及废气中N〇x浓度的监测结果表明,NOx的总排放量与空气雾化型比较减少了45%。

  油压燃烧器的优点在于,由于不使用雾化空气,所以属节能型低NOx燃烧器,并且比较容易保养。缺点是油滴粒度大,火焰容易伸长,较难调整,操作范围狭窄,不适合出料量变化大的炉或小型炉。同时,燃烧器的重油配管是30~40kg/cm3的压力,设备费用相对较高。

  要强调的是油压燃烧器的火焰呈扁平扇形延伸,燃烧用2次空气的气流要适合。为获得适当的2次气流,必须设计好喷火口(开口处的大小、形状等)。用水冷却管套在外面,直接设在喷火口内的插入型居多。这种类型有以下两个优点:(1)可以控制由小炉侵入的3次空气;(2)通过改善2次空气和喷雾油滴的混合比降低了空气比。

  2.2.3超声波燃烧器

  这种燃烧器的特征就是利用超声波使燃料油细粒化。具体有以下几点:(1)能在低氧状态下燃烧(空气比1.1~1.2);⑵能有效控制NOx;⑶节约能源。雾化气体(空气、蒸气)量是以往的1/2。有的瓶罐玻璃熔炉由内部混气式燃烧器改为超声波燃烧器,雾化空气量从170m3/h降到120m3/h,NOx的产生量也削减了25%-30%。

  这种燃烧器有这样一个特点:高压煤气通过内筒再到达外筒的前端,在端头设有1次喷射用的喷射器,喷射器上的主燃料孔和数个煤气孔张开,各孔的前方有共鸣体的共鸣孔,喷射器前侧又分隔有乳化孔,喷射器内部产生的超声波、声波能与煤气、燃料的1次喷射压力产生乳状,再将乳化燃料进行2次喷射。

  2.2.4煤气雾化型重油燃烧器(煤气混烧)

  把高压空气雾化型的重油燃烧器的部分稍加改造,用城市煤气代替1次空气,就减少了1次空气,从而NOx浓度一定会削减。改成煤气喷雾型燃烧器后的试验在一定程度上保持了燃烧器的发热量的同时,煤气的添加率也发生变化。图4表示了煤气添加率为25%~28%时的NOx浓度。


    熔窑引入了煤气混烧,得到了以下结果:

  (1)NOx浓度降低了20%~25%;

  ⑵能源单耗上升了3%。

  结束语

  随着我国玻璃生产格局的变化,污染治理技术的进步以及社会对环境质量要求的日益提高,势必对平板玻璃工业NOx的污染治理提出新的要求。国家环保部已经颁布的《平板玻璃工业大气污染物排放标准》(GB26453-2011),明确规定了平板玻璃熔窑烟气氮氧化物的排放量浓度为700mg/Nm3。因此,全行业必须髙度重视、认真研究开发新技术,既满足达标排放要求,又降低单位制造成本的新型NOx减排技术,使我国平板玻璃工业NOx减排技术达到世界先进水平。


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