巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒系統的研究

王濤　夏江華

摘要：本文闡述了純氧燃燒系統的優點與應用，對巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒器以及純氧系統配置的設計思路和方案做出論述。

關鍵詞：純氧燃燒系統；巖棉；純氧燃燒器

基金項目：國家科技支撐計劃項目（2013BAJ01806）。

中圖分類號：TKl75 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-169-02

前言

從20世紀60年代開始，人們就把用純氧作為助燃劑的燃燒器推薦到工業加熱上。近年來，從節能和減少污染排放的迫切需要出發，這項燃燒技術在歐美、日本等國得到迅速發展，特別在鋼鐵工業爐窯和玻璃工業爐窯上得到了廣泛的研究和應用，本文主要借助玻璃工業窯爐用純氧燃燒技術研究一種用于巖棉熔體表面加熱的天然氣一純氧燃燒系統。

1.天然氣-純氧燃燒的優點

純氧燃燒與在空氣中燃燒相比，具有很多的優點：理論火焰溫度高：理論空氣需要量大大降低，亦即燃燒排氣量大大減少；設備尺寸縮小；燃料節約率大幅度提高；氣體輻射效果增大等。因此純氧燃燒可以大大強化燃燒傳熱。提高生產率，降低成本，減少污染，具有很好的應用開發前景，這也是本研究選擇純氧燃燒系統的依據。

對純氧燃燒來說，天然氣是特別合適的燃料。天然氣的主要成分是甲烷，其次是乙烷等飽和碳氫化合物等，熱值很高，它與其它氣體燃料及重油相比，更容易實現低NO x和SO2等排放。當然因為巖棉生產線上原本就使用天然氣這種燃料，因此本研究就選擇了天然氣作為燃料。

2.純氧燃燒器的設計

2.1設計思路

通過查閱文獻資料與借鑒類似行業經驗，確定燃燒器結構形式。根據在線監測的熔體流量、熔體表面溫度與理想成型溫度的溫差。以及熔體比熱等參數依據熱量計算公式：O=cm△t，可計算出天然氣與氧氣流量。根據流量設計純氧燃燒器的口徑。

2.2純氧燃燒器的結構設計

本研究選擇旋流式自冷卻式純氧燃燒器，它是一種通過導流葉片或導流噴嘴形成旋流來起冷卻作用的燃燒器，在燃料的噴嘴處設置葉片產生旋流對其進行冷卻。自冷式純氧燃燒器的設計不僅可以有效地降低噴嘴的溫度，而且具有結構簡單以及熱效率高等特點。

2.3純氧燃燒器的流量設計

現場測量數據顯示，巖棉熔體從虹吸口到1#溜槽之間降溫約為50%，從1#溜槽到2#溜槽之間降溫約為50℃，從2#溜槽至離心機之間降溫約為50℃。按生產線熔體流量4t/h考慮，每支槍需提供熱量減少熔體流股表面50%的降溫，估算巖棉熔體流股表面流量約為總流量的1/4，則需要為1000kg/h的熔體進行加熱，巖棉熔體的比熱取800J/kg℃進行計算，熔體需吸收800*1000*50=4x10J的熱量，即9569kcal/h。由于純氧火焰導熱效果好，火焰直接燒在熔體流股上，傳熱效率取約35%計算。則每支槍需提供27340kcal/h熱量，天然氣熱值按照8400kcal/Nm3計算，單槍燃燒能力約為3.25Nm3/h，按純氧燃燒v氧氣/v天然氣=2.2，氧氣流量約為7.15Nm3/h，

根據天然氣與氧氣的流量設計純氧槍的口徑，要求純氧槍的火焰短粗，剛性好，熱量集中?？紤]到巖棉生產線上負壓風的影響槍前燃氣與氧氣壓力約為30kpa，為便于生產時對火焰長度進行調整，燃燒槍對燃燒系統的要求需要槍前天然氣與氧氣具有15～70kpa的壓力可調范圍。

3.巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒系統

3.1設計思路

借鑒經典純氧燃燒系統設計思路與玻璃纖維池窯上用燃燒系統配置，結合本研究中特殊的工藝控制方案，對純氧燃燒系統做出可靠設計。

3.2純氧燃燒系統設計

根據工藝要求，純氧燃燒系統配置如下：3只設置在特定工藝位置的純氧燒槍以及一套天然氣，氧氣的管路系統和PLC控制柜。

天然氣，氧氣的主管路設置有壓力變送器和溫度變送器，可將天然氣，氧氣的壓力信號和溫度信號反饋到PLC控制系統，同時設有壓力表方便觀察，設置過濾器、調壓閥以及流量計可實現對天然氣/氧氣進行過濾、調壓以及流量計量，設置壓力開關和安全切斷閥連鎖則可實現當天然氣，氧氣壓力高于或者低于設定值范圍時，安全切斷閥能快速切斷天然氣，氧氣，以保證系統的安全運行。

PLC控制系統反饋出具體天然氣，氧氣流量調節值信號，信號作用于該測點對應燒槍的天然氣，氧氣流量調節閥與差壓變送器，同時備用手動調節閥，配置單向閥，從而在系統穩定安全運行的情況下，自動完成對天然氣，氧氣流量的實時調節。

圖1中：1.壓力變送器；2.壓力表；3.過濾器；4.調壓閥；5.壓力開關；6.安全切斷閥；7.流量計；8.溫度變送器；9.差壓變送器；10.手動調節閥；11.流量調節閥；12.單向閥；13.純氧燃燒器。

4.結束語

系統運行過程顯示，將火焰調整正好包裹住熔體表面且不受負壓風影響時為最佳狀態，能將熔體溫度提高約50℃，渣球含量提高至2.4%。具有可觀的推廣價值。（本論文研究成果用于國家科技支撐計劃課題《外墻外保溫改性巖棉制品大規模產業化成套技術與裝備》2013BAJ01806）。