巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒系統(tǒng)的研究

王濤　夏江華

摘要：本文闡述了純氧燃燒系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用，對(duì)巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒器以及純氧系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)思路和方案做出論述。

關(guān)鍵詞：純氧燃燒系統(tǒng)；巖棉；純氧燃燒器

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAJ01806）。

中圖分類號(hào)：TKl75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2016）06-169-02

前言

從20世紀(jì)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(yè)加熱上。近年來，從節(jié)能和減少污染排放的迫切需要出發(fā)，這項(xiàng)燃燒技術(shù)在歐美、日本等國得到迅速發(fā)展，特別在鋼鐵工業(yè)爐窯和玻璃工業(yè)爐窯上得到了廣泛的研究和應(yīng)用，本文主要借助玻璃工業(yè)窯爐用純氧燃燒技術(shù)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(tǒng)。

1.天然氣-純氧燃燒的優(yōu)點(diǎn)

純氧燃燒與在空氣中燃燒相比，具有很多的優(yōu)點(diǎn)：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(shè)備尺寸縮??；燃料節(jié)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(qiáng)化燃燒傳熱。提高生產(chǎn)率，降低成本，減少污染，具有很好的應(yīng)用開發(fā)前景，這也是本研究選擇純氧燃燒系統(tǒng)的依據(jù)。

對(duì)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?xì)浠衔锏?，熱值很高，它與其它氣體燃料及重油相比，更容易實(shí)現(xiàn)低NO x和SO2等排放。當(dāng)然因?yàn)閹r棉生產(chǎn)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(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路

通過查閱文獻(xiàn)資料與借鑒類似行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，確定燃燒器結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)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(shù)依據(jù)熱量計(jì)算公式：O=cm△t，可計(jì)算出天然氣與氧氣流量。根據(jù)流量設(shè)計(jì)純氧燃燒器的口徑。

2.2純氧燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究選擇旋流式自冷卻式純氧燃燒器，它是一種通過導(dǎo)流葉片或?qū)Я鲊娮煨纬尚鱽砥鹄鋮s作用的燃燒器，在燃料的噴嘴處設(shè)置葉片產(chǎn)生旋流對(duì)其進(jìn)行冷卻。自冷式純氧燃燒器的設(shè)計(jì)不僅可以有效地降低噴嘴的溫度，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及熱效率高等特點(diǎn)。

2.3純氧燃燒器的流量設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)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(jī)之間降溫約為50℃。按生產(chǎn)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(jìn)行加熱，巖棉熔體的比熱取800J/kg℃進(jìn)行計(jì)算，熔體需吸收800*1000*50=4x10J的熱量，即9569kcal/h。由于純氧火焰導(dǎo)熱效果好，火焰直接燒在熔體流股上，傳熱效率取約35%計(jì)算。則每支槍需提供27340kcal/h熱量，天然氣熱值按照8400kcal/Nm3計(jì)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(jù)天然氣與氧氣的流量設(shè)計(jì)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(chǎn)線上負(fù)壓風(fēng)的影響槍前燃?xì)馀c氧氣壓力約為30kpa，為便于生產(chǎn)時(shí)對(duì)火焰長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，燃燒槍對(duì)燃燒系統(tǒng)的要求需要槍前天然氣與氧氣具有15～70kpa的壓力可調(diào)范圍。

3.巖棉熔體表面加熱用純氧燃燒系統(tǒng)

3.1設(shè)計(jì)思路

借鑒經(jīng)典純氧燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與玻璃纖維池窯上用燃燒系統(tǒng)配置，結(jié)合本研究中特殊的工藝控制方案，對(duì)純氧燃燒系統(tǒng)做出可靠設(shè)計(jì)。

3.2純氧燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，純氧燃燒系統(tǒng)配置如下：3只設(shè)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(tǒng)和PLC控制柜。

天然氣，氧氣的主管路設(shè)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(hào)和溫度信號(hào)反饋到PLC控制系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)有壓力表方便觀察，設(shè)置過濾器、調(diào)壓閥以及流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣/氧氣進(jìn)行過濾、調(diào)壓以及流量計(jì)量，設(shè)置壓力開關(guān)和安全切斷閥連鎖則可實(shí)現(xiàn)當(dāng)天然氣，氧氣壓力高于或者低于設(shè)定值范圍時(shí)，安全切斷閥能快速切斷天然氣，氧氣，以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

PLC控制系統(tǒng)反饋出具體天然氣，氧氣流量調(diào)節(jié)值信號(hào)，信號(hào)作用于該測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)燒槍的天然氣，氧氣流量調(diào)節(jié)閥與差壓變送器，同時(shí)備用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，配置單向閥，從而在系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的情況下，自動(dòng)完成對(duì)天然氣，氧氣流量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

圖1中：1.壓力變送器；2.壓力表；3.過濾器；4.調(diào)壓閥；5.壓力開關(guān)；6.安全切斷閥；7.流量計(jì)；8.溫度變送器；9.差壓變送器；10.手動(dòng)調(diào)節(jié)閥；11.流量調(diào)節(jié)閥；12.單向閥；13.純氧燃燒器。

4.結(jié)束語

系統(tǒng)運(yùn)行過程顯示，將火焰調(diào)整正好包裹住熔體表面且不受負(fù)壓風(fēng)影響時(shí)為最佳狀態(tài)，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(jià)值。（本論文研究成果用于國家科技支撐計(jì)劃課題《外墻外保溫改性巖棉制品大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化成套技術(shù)與裝備》2013BAJ01806）。