一种降低玻璃熔窑NOx排放的增氧燃烧设备的制作方法

本实用新型涉及一种降低玻璃熔窑NOx排放的增氧燃烧设备，属于玻璃制造技术领域。

背景技术：

平板玻璃也称白片玻璃或净片玻璃，其化学成分一般属于钠钙硅酸盐玻璃，由于它具有透光、透明、保温、隔声，耐磨、耐气候变化等性能，一般用于民用建筑、商店、饭店、办公大楼、机场、车站等建筑物的门窗、橱窗及制镜等，也可用于加工制造钢化、夹层等安全玻璃。

空气中含氧量约21％，氮气含量约78％，在燃烧过程中，只有氧气参加燃烧反应，氮气不参与燃烧，大量的氮气吸收燃烧反应放出的热量，同时氮气在高温下与氧气反应产生大量氮氧化物，并随烟气排放到大气中，既浪费能源，也导致大气的污染。

平板玻璃制造属于高能耗行业，国内98％以上为空气为助燃介质的普通浮法玻璃熔窑。在高温制备过程中，助燃空气中N₂被氧化而形成NO_x，排放浓度高达1800～3300mg/Nm³；浮法玻璃生产工艺要求使用Na₂SO₄作为澄清剂，在高温条件下分解释放出SO₂，排放浓度高达2000～6000mg/Nm³。以600t/d浮法玻璃生产线为例，烟气量为80000Nm³/h，每天产生的NO_x为4.8吨按2500mg/Nm³计算，SO_x为5.8吨按3000mg/Nm³计算，目前国内运行的浮法玻璃生产线为240条，每年产生的NO_x为42万吨，SO_x为51万吨，国内的平板玻璃工业大气污染物排放标准GB26453-2011要求玻璃窑炉NO_x排放标准700mg/Nm³以下，SO_x排放标准400mg/Nm³以下，目前脱硫脱硝尾端治理成本占比高，企业负担较重。

国外玻璃制造企业在上世纪90年代陆续开发全氧燃烧技术，很多国家陆续将浮法玻璃生产线改造成全氧燃烧窑炉；而且，国内也陆续建设了几条全氧燃烧浮法玻璃生产线，但是，全氧窑炉玻璃制造的生产成本高于普通浮法玻璃熔窑，同时，其生产的玻璃质量波动大，产出的玻璃成本明显高于普通平板玻璃价格，这样导致全氧生产线普遍亏损。

因此，一种既能够减少玻璃熔窑烟气中NO_x过程产生量，又能够实现玻璃熔窑的节能效果的方法和设备是本领域亟需的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题而提供了一种降低玻璃熔窑NOx排放的增氧燃烧设备；通过玻璃熔窑加料口位置第三增氧燃烧器通入到玻璃熔窑熔化部中，提高了燃烧侧的的火焰底部温度，使火焰燃烧对侧的燃料燃尽，降低了小炉中的助燃空气量，空气中带入的氮气也就减少了，NOx的生成浓度也就降低了，提高了燃烧效率；而且，第一增氧燃烧器通入到玻璃熔窑熔化部中，迅速提升熔化部的热点位置温度，使玻璃的熔化速度提升，降低两侧小炉的助燃风量，降低高温燃烧过程的NOx的生成；同时，末对小炉处后第二增氧燃烧器通入到玻璃熔窑中，调节玻璃熔窑玻璃的均化参数，氧气和燃料燃烧迅速完全，阻止了火焰空间内NOx的生成，并能够根据玻璃液的粘度-温度曲线实际情况进行调整；在后山墙处设置第四增氧燃烧器，主要是调节澄清部温度，将未完全燃烧的燃料在澄清部燃烧，防止火焰向其他部位倾斜，调整澄清部玻璃液上方的压力与外界的平衡，实现节能降耗、加速促进玻璃液的澄清和均化的目的；另外，该设备结构合理，工艺制度稳定，不仅有利于实现减排NOx含量，还能起到节能的双重作用，节省了生产成本，有助于面向玻璃行业推广和应用。

为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术手段实现的。

一种降低玻璃熔窑NO_x排放的增氧燃烧设备，它由熔化部、小炉、第一增氧燃烧器、加料口部分组成，其特征是：玻璃窑炉前端设置有加料口，加料口后端设置有熔化部，加料口两端设置有第三增氧燃烧器，第三增氧燃烧器、第四增氧燃烧器位于玻璃液面上方，玻璃窑炉两侧分别设置有第一增氧燃烧器、第二增氧燃烧器、若干对小炉，玻璃窑炉后端设置有后山墙，在小炉中部设置有第一增氧燃烧器。

所述的末对小炉后侧设置有第二增氧燃烧器，后山墙上设有第四增氧燃烧器，第一增氧燃烧器、第二增氧燃烧器、第三增氧燃烧器的前端设置有喷枪。

所述的第一增氧燃烧器、第二增氧燃烧器、第三增氧燃烧器、第四增氧燃烧器分别通过管道与氧气控制阀组相连接。

工作原理：浮法玻璃熔窑的成型段需要采用氮气和氢气作为保护气体，防止锡槽中的金属锡被氧化，一般氮气的制备方式是采用深冷空分法，即将空气压缩以后，通过降低温度将空气中的氮气和氧气进行分离，这样在制氮气的基础上，同时能够制备纯度90％以上的氧气500～1200立方米/小时，将这部分氧气引入到玻璃熔窑内进行局部氧气助燃，实现NOx减排和玻璃熔窑节能的综合效益。

增氧燃烧工艺，是在燃烧过程中对火焰空间的上、中、下层实现不同的梯度燃烧，通过调整氧气的纯度、温度、压力、流量，以及氧气喷出口形状和角度，实现分阶段燃烧，控制玻璃熔窑横向火焰预混区O₂、N₂浓度分布、燃烧区温度分布和火焰末端的CO浓度分布，实现玻璃熔窑的NOx生成量控制，降低NOx源头产生浓度，减少后处理过程中脱硝负荷。

增氧燃烧工艺使得燃烧反应在第一阶段为富燃料的不完全燃烧，由于火焰温度较低，且O₂、N₂量偏少，降低了NOx的生成；第二阶段为以O₂助燃为主的完全燃烧反应，火焰温度高，但由于缺少N₂参与且燃烧时间短，NOx的生成量很少。增氧燃烧工艺使燃料完全燃烧，火焰底部温度提高，增加了火焰向配合料或玻璃液的传热能力，而靠近大碹火焰上部温度降低，大碹向外散失热量减少，在减少热损失的同时提高了熔窑熔化率，从而实现玻璃熔窑的节能。

通过氧气收集、调整控制阀组将氮氢站产生的氧气收集、提纯、升压以及每个支路的控制等要求，将浮法玻璃生产企业的现有空分系统设备氧气收集输送系统进行改造，需要对氧气进行搜集、提纯和升压，并通过控制阀组调节氧气的温度、压力、流量，实现精确控制通入窑炉每对小炉每支喷枪的氧气参数。氧气阀组到窑炉枪前位置的管道输送和枪前止回控制等。通过对氧气的过滤、减压、安全切断和放散控制，同时管路系统也需要针对进行适合氧气输送的要求进行处理，并针对不同位置对熔窑性能参数的要求，调节不同位置的氧气流量和压力，实现在玻璃燃烧过程中的节能减排装备。

本实用新型主要具有以下有益效果：

1、玻璃熔窑加料口位置第三增氧燃烧器通入到玻璃熔窑熔化部中，提高了燃烧侧的的火焰底部温度，使火焰燃烧对侧的燃料燃尽，降低了小炉中的助燃空气量，空气中带入的氮气也就减少了，NOx的生成浓度也就降低了，提高了燃烧效率。

2、第一增氧燃烧器通入到玻璃熔窑熔化部中，迅速提升熔化部的热点位置温度，使玻璃的熔化速度提升，降低两侧小炉的助燃风量，降低高温燃烧过程的NOx的生成。

3、末对小炉处后第二增氧燃烧器通入到玻璃熔窑中，调节玻璃熔窑玻璃的均化参数，氧气和燃料燃烧迅速完全，阻止了火焰空间内NOx的生成，并能够根据玻璃液的粘度-温度曲线实际情况进行调整。

4、后山墙处增氧燃烧器通入到玻璃熔窑中，主要是调节澄清部温度，将未完全燃烧的燃料在澄清部燃烧，防止火焰向其他部位倾斜，烧损玻璃熔窑，从而降低玻璃熔窑的整体寿命，调整澄清部玻璃液上方的压力与外界的平衡，实现节能降耗、加速促进玻璃液的澄清和均化的目的。

5、该设备结构合理，工艺制度稳定，不仅有利于实现减排有害气体，还能起到节能的双重作用，节省了生产成本，有助于面向行业推广和应用。

附图说明

图1是本实用新型一种降低玻璃熔窑NO_x排放的增氧燃烧设备的玻璃窑炉结构示意图。

图2是本实用新型一种降低玻璃熔窑NO_x排放的增氧燃烧设备的玻璃窑炉侧面结构示意图。

主要元件符号说明：

1 熔化部

2 小炉

3 第一增氧燃烧器

4 第二增氧燃烧器

5 加料口

6 第三增氧燃烧器

7 第四增氧燃烧器

8 后山墙

下面结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步的详细说明：

具体实施方式

实施例

如图1-图2所示，一种降低玻璃熔窑NO_x排放的增氧燃烧设备，它由熔化部1、小炉2、第一增氧燃烧器3、加料口5部分组成。

如图1-图2所示，玻璃窑炉前端设置有加料口5，加料口5后端设置有熔化部1，加料口5两端设置有第三增氧燃烧器6，第三增氧燃烧器6、第四增氧燃烧器7位于玻璃液面上方，玻璃窑炉两侧分别设置有第一增氧燃烧器3、第二增氧燃烧器4、若干对小炉2，玻璃窑炉后端设置有后山墙8，在小炉2中部设置有第一增氧燃烧器3。

所述的末对小炉2后侧设置有第二增氧燃烧器4，后山墙8上设有第四增氧燃烧器7，第一增氧燃烧器3、第二增氧燃烧器4、第三增氧燃烧器6的前端设置有喷枪。

所述的第一增氧燃烧器3、第二增氧燃烧器4、第三增氧燃烧器6、第四增氧燃烧器7分别通过管道与氧气控制阀组相连接。

浮法玻璃熔窑的成型段需要采用氮气和氢气作为保护气体，防止锡槽中的金属锡被氧化，一般氮气的制备方式是采用深冷空分法，即将空气压缩以后，通过降低温度降空气中的氮气和氧气进行分离，这样在制氮气的基础上，同时能够制备纯度90％以上的氧气500～1200立方米/小时，将这部分氧气引入到玻璃熔窑内进行局部氧气助燃，实现NOx减排和玻璃熔窑节能的综合效益。

增氧燃烧工艺，是在燃烧过程中对火焰空间的上、中、下层实现不同的梯度燃烧，通过调整氧气的纯度、温度、压力、流量，以及氧气喷出口形状和角度，实现分阶段燃烧，控制玻璃熔窑横向火焰预混区O₂、N₂浓度分布、燃烧区温度分布和火焰末端的CO浓度分布，实现玻璃熔窑的NOx生成量控制，降低NOx源头产生浓度，减少后处理过程中脱硝负荷。

增氧燃烧工艺使得燃烧反应在第一阶段为富燃料的不完全燃烧，由于火焰温度较低，且O₂、N₂量偏少，降低了NOx的生成；第二阶段为以O₂助燃为主的完全燃烧反应，火焰温度高，但由于缺少N₂参与且燃烧时间短，NOx的生成量很少。增氧燃烧工艺使燃料完全燃烧，火焰底部温度提高，增加了火焰向配合料或玻璃液的传热能力，而靠近大碹火焰上部温度降低，大碹向外散失热量减少，在减少热损失的同时提高了熔窑熔化率，从而实现玻璃熔窑的节能。

通过氧气收集、调整控制阀组将氮氢站产生的氧气收集、提纯、升压以及每个支路的控制等要求，将浮法玻璃生产企业的现有空分系统设备氧气收集输送系统进行改造，需要对氧气进行搜集、提纯和升压，并通过控制阀组调节氧气的温度、压力、流量，实现精确控制通入窑炉每对小炉2每支喷枪的氧气参数。氧气阀组到窑炉枪前位置的管道输送和枪前止回控制等。通过对氧气的过滤、减压、安全切断和放散控制，同时管路系统也需要针对进行适合氧气输送的要求进行处理，并针对不同位置对熔窑性能参数的要求，调节不同位置的氧气流量和压力，实现在玻璃燃烧过程中的节能减排装备。

充分利用氮氢站产生的氧气，对玻璃熔窑采用增氧梯度燃烧改造，通过管路阀组系统将氧气输送到玻璃熔窑的不同燃烧部位，并通过采用阀组系统，控制氧气的温度、压力和流量，使其产生不同的节能减排效果。

将这部分氧气主要通入到玻璃窑炉的三个部位，分别是：加料口5位置、热点处和末对小炉2处后这四个部位。

下面针对这四个位置分别进行说明：

通入加料口5位置的氧气的主要参数：氧气温度：5-20℃；氧气喷出口的压力：0.04-0.075MPa；氧气纯度：91-95％；两个支管路系统氧气流量：150-300Nm³/h；这部分的氧气通过玻璃熔窑加料口5位置第三增氧燃烧器6通入到玻璃熔窑熔化部1中，主要作用是使燃烧侧的的火焰底部温度提高，使火焰燃烧对侧的燃料燃尽，这样玻璃熔窑小炉2中的助燃空气量就降低了，空气中带入的氮气也就减少了，NOx的生成浓度也就降低了，同时不要进入到对策的小炉2中燃烧，提高燃烧效率，实现节能。

热点处氧气的主要参数：氧气温度：5-20℃；氧气喷出口的压力：0.02-0.03MPa；氧气纯度：91-95％；两个支管路系统氧气流量：60-260Nm³/h；这部分的氧气通过热点处第一增氧燃烧器3通入到玻璃熔窑熔化部1中，主要作用是使玻璃熔窑熔化部1的热点位置温度迅速提升，因为氧气助燃的效果比空气的助燃效果明显的多，加速玻璃熔窑的澄清排泡过程，使玻璃的熔化速度提升，同时降低两侧小炉2的助燃风量，降低高温燃烧过程的NOx的生成。

末对小炉2处后氧气的主要参数：氧气温度：5-20℃；氧气喷出口的压力：0.01-0.03MPa；氧气纯度：91-95％；两个支管路系统氧气流量：50-190Nm³/h；这部分的氧气通过末对小炉2处后第二增氧燃烧器4通入到玻璃熔窑中，主要作用是调节玻璃熔窑玻璃的均化参数，一般末对小炉2的燃料相对前几对小炉2少，这是采用增氧助燃技术后，实现氧气和燃料燃烧迅速完全，防止了由于空气和燃料燃烧在火焰空间内产生的大量NOx，并能够根据玻璃液的粘度-温度曲线实际情况进行调整，有利于实现减排和节能的双重作用。增氧燃烧设备和工艺的应用，不会影响浮法玻璃熔窑的各项参数，有助于该项技术的推广和应用。

所述后山墙9出氧气的主要参数为，氧气温度：5-20℃；氧气喷出口的压力：0.03-0.06MPa；氧气纯度：91-95％；两个支管路系统氧气流量：100-200Nm³/h。这部分氧气通过后山墙9处第四增氧燃烧器8通入到玻璃熔窑中，主要是调节澄清部温度，将未完全燃烧的燃料在澄清部燃烧，防止火焰向其他部位倾斜，烧损玻璃熔窑，降低玻璃熔窑的整体寿命，调整澄清部玻璃液上方的压力与外界的平衡，实现节能降耗、加速促进玻璃液的澄清和均化的目的。

需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例，不能一次限定本实用新型的实施范围。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。