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1、第 7卷第1期 1 991年3月 齐齐 哈 尔 轻 工 学 院 学 报 Jo urn:、1o fQiqil 、a r LightInd ustry In stitu比 V o l . 7 Ma r eh N o 。l 1991 玻璃熔窑富氧燃烧的计算 汤家养 齐齐哈尔轻 一 上牛院) A . 1丈 . C o o Po r C a s e V esfe rn 尺e serve U n iv ersity ) 摘 要 本文导出 了油重 及天然气在 富乳条件下燃烧的一些计算方程 , 并用热千衡 方法分析了富轧燃烧对玻璃熔窑 的影响 。 指出了衬低热值的燃料及热回收系统 工作效率较低的熔窑 , 采用
2、富氧燃烧会收到明显的效果 。 关健 词黑度 玻璃熔窑 辐扮富氛燃烧 O 引言 纯氧炼钢的成就 , 吸引着人们在玻璃熔窑中尝试 : 用纯氧部分地或全部地取代助燃 空气 。 通过实践 , 现已证实在玻璃熔窑中采用富氧燃烧 , 至少可以得到下述好处 : 随着助燃气体中惰性物氮含量 的减少 , 火焰的温度 、 黑度以及火焰辐射给玻璃料的 热量相应地提高 , 因而提高了玻璃熔窑的熔化率和 玻璃的质量 汇 ” T 。 烟气的体积和烟气带走的热量减少 , 降低了熔制 单位玻璃的耗热量 。 既然助燃气体 中氮含量减少 甚至 不再含有氮 , 熔窑发散NO 、大大 减少 , 减轻了熔窑 对环境的污染 。 随着助燃
3、气体和燃烧产物体积的减小 , 可以使蓄热室 或换热器的尺寸和 投资从减 , 相应地也可缩减烟道及烟 囱的尺寸 。 随着富氧程度的提高 , 一仁 述好处体现得越明显 , 当全部助燃空气都被纯氧取代时 , 它们将达到最大值 。 然而 , 现今世界各地纯氧的价格仍然很 高 , 富氧程度越高 , 消耗纯 氧所需费用越高 。 对一般熔窑富氧究竟达到何等程度为经济合理 , 这就需要根据具体条 件进行计算和分析 。 ,为 了便于人 们估算 , 本文提 出以下计算公式 , 以供参考 。 本文于1 9 90年4月28日收生 ,1 齐齐 哈尔 轻工学院学报19 91 羊 富氧然烧的基本计算 现 代玻璃溶窑多以重油
4、 和天 然戈 为樵 料 , 己们两 者为主 交组成是C和H两元素 , 可用分子式C 。H 。表示。 例如 , 某天然 气的体积百分组成为C H 一8 4 % , C : H 。一1 0 % , 业 C 3 H , 一 6 % 。 这一天然气可以用简 单分子式(几H 。丧示 之 。 这里 .T I = 0 . 8 4 + 忿 又0 . 1+ 3 X O . 舫 二 1 . 2 艺和 二二 土 K O . 粗 二 6 汉。. 卜 3 :0 . 仍 = 4 . 只 。 即该天然气 的分子式为 C ; . : H . ; 又引采重i山 的重量百分组 成为C一踢% , H一 1 2%以及其它杂质为2%
5、。 这一重 油也 可用 简 单的分子式C 。H 。丧 示 。 在这里 :二 一 0 . 8 6 、 2 2 . 1/ 1 2 二1 . 6 , n二0 . 1 2 x 2 2 . 4/1 二 2 . 688 , 即 该重 油每于 克 可用 每标立方米C : . 。王 王: .。: 。的 天然气 代替 之 。 应 用简单分子式C 。H 。来 泛云收由 又天埃气组戈 , 对于 下述计算 , 将是十分方便灼 。 每千克重油或每 标立方 米天然气在空气中按化学反应式的比例进行烬烧 , 当 空气中 含氧率为2 1%和过剩空气系数为之时 , 其燃烧反应方程式如下 : C o H 。 + 只( :、 1+
6、nz4 )O : + 之(m +n / 4)(7 9/21)N Z 二 I nCO : , (n厂2)11 _ O + (毛一i)(r n 二n / 4)O : 一 只(:n + n / 4)(7 9了 2 1 )N Z 如果燃料是在富氧条件卜揍侥 , 当Z = o 对 , 即 是没言 f 瓦 , 当了 二 应为 : 助然空气沟富氧 役度为Z (很显热 , Z = 0 7 9 , 了J寸 , 丧示艰汗主屯属巾 热尧) , 其然 尧反应方 程 C 。H 。 一 八 1 1 1 抽 , 一1 一: 议 In 、n / 4)(7 9 一Z )/2 1 下 z ) X : 二二、CO: + (n/ 2
7、)l _ C 一 (几一 1) ( ,:1 十:, 4 )O : + 只( : 1一n ,4 )(7 3 (1) 一Z )/(2 1 + Z)N Z 从方程式( 1 )可看到 , 在富氧程度为Z时 , 每千克重 油 或 每标立方米天然气燃烧所 需助燃气体的体积了 。 ,。, 或空气的体积犷 . ; 和 纯氧的休积V 。: 了, 以及所得到的然烧产物 体积V ;, 能较容易地按下列公 式分别计算出来 : V 。不。 二 双 m 十1 1 / 4) 一 之( l l 1 一 n 厂1 )( 79 一 Z ) / (2 1 一: Z ) 二 10 0之 (m 一卜 n 厂4 )/(2 1 一 Z )
8、 V a. “ 元(m 二nz4 )(了g 一 Z)/0 . 7 9(21 二一 Z) V ox, = 又Z(m 干n / 4)/0 . 79(21 于Z ) V 不。 二 V 。 十 V 。、: ; V f二 t n +n / 2 + (元一1) (m 二n / 连)+之(f n + :1/ l) (丁9 一 Z)/(2 一+Z ) 二n / 4 + ! 0 0元(只:十 n / 4)/(2 1 辛Z ) 二n / 4 + V 。 (2) 4 3 Z、Z飞 (3 所得燃烧产物的体积百分组成为 : 第1期 线瑞熔 窑富氛燃烧的计 算3 、于. . l e s、 l e e J 子 C0 2 =
9、 N Z 二 刃飞不几石砍( m 十n /1 刃又 百杯幻 , o , = 刃 (丸一1)(m + n / 4) 4 +100之(m+ n / 4)/(2 1+Z) , .( ,了,弓 . n / 4) (79一Z) n / 4 + 100只 H : O = _ _ _ _ _ _ _ _ _ 几乙鱼_ _ _ _ _ _ n / 4 + 10 0之(m + n / 4)/(2 1 + Z) ( 6 在富氧燃烧中 , 为安全起见 , 纯氧一般不进行予热 , 仅仅 予热 助嫩空气 , 在忽略燃 料与纯氧听带显 热 的情况 下 , 燃料的理论燃烧温度可 按下 式计算 : O 。 (2 1 , z)
10、 + e 二 r 二之(m + 一卫 一 )(100 一1 . 2 72) 一 -一 4 一_ _ _ - t t l、二 - 一 -一- 一- - 一 - 一一 - - 一 - - - - - - - 一 仁 _ J C ,f 及 (2、Z) + 100之(:n 、 艾 ) 式中Q D 一一嫩料的低热值kJ/ kg或kJ /m 二 , C . , C一一分别为助燃空气及嫌烧产物的比热 , kJ/m , j, tt 1一 一嫩料的理论嫩烧温度 ; t . , tf一一分别为助燃空气及嫩烧产物的温度 。 当空气不进行予热时 , 式 (7) 中空气带入显热一项可略上 , 于是燃料的理论燃烧 5 0
11、 0 4 0 0 6 0 03 0 0 ( 尸 ) 2 2.0 2 1 00 切砚 翻 公坂 曰 2000 a 书 护闷 富斌程变(%) 图 1 理论嫩烧温度与富氧程度的关系 齐 齐哈尔轻 工学院学报 1 99 1 丰 温度为 : Q D (2 1 + Z) (8) C ;,! 专 2 +z, 十00只m十 止于) 在富氧程度z = 1 一1 0 的范围内及助燃空气不 予热时 , 几种燃料按式 (8)得到的 理论燃烧温度与富氧程度的关系 , 示于图 1 。 从图 1 可见 , 富氧程度每提高 1 % , 各燃 料的 理论燃烧温度可提高5 0一5 5 , 当助燃气体中氧的总含量达3 0% , 即
12、Z = 9 时 , 助 燃空气不进行予热 , 重油 和天 然气的理论燃烧温度超过24。 , 相应的实际燃烧温度为 1 7 5 0以上 。 这就是 说 , 以重油 和天然气为燃料的熔窑 , 当富氧程度Z大于 9 时 , 助然 空气不必进行予热 , 其燃烧温度也可满足现代玻 璃 熔制工艺160 。的要求 。 在这种情况 下 , 熔窑的蓄热室或涣热器可以免去 , 离窑烟气带走的热量 , 可 以考虑 用于予热入窑的 配合料及碎玻璃 。 2 单位耗热量与富氧程度的关系 在带有蓄热室及配合料予热器回收烟气余热的 富氧燃烧 的玻璃熔窑内 , 熔制每千克 玻璃的热平衡方程式川 , 表述如下 : Q。Y : 礴
13、 一 (C ;r.V, Y : + H “ 一 )几+(C , t、V Y : + H 丫 )(i 一, )刀 = H g + H v+ H 、 + C 、t,V fy: (9) 式 宁 : 口。一一燃料的低热值k J/kg或kJ / (m ), 叭一一富氧程度为z时 , 熔制每千克玻璃 熔窑 听消耗的 t镇料 kg/ kg gla : s 或 m “/ kg gla s , , C : 、 t: 、 v 一一分别为离熔化池烟气的 比热kJ / m “ , 温度及体积m / kg 或 ,n3 / m ”; , , 刀一一 分别为蓄热室及配 合料 予热器的热回收效率% , H , 一一离熔化池玻
14、璃液带走的烩 kJ / kg gla ss; H 、 一一配合料分解产物 (即 澄清产物)带 走的介k J/k ; gla s s 升 H ,一 一溶池顶 盖及墙壁向外散热损失k J/k g gla :s 。 将式( 5) 之值代入式( 9 ) , 兰简化之 得 H 卜+ H + H V ( 一几) (1一 口) y . 二 - 一- - - - 一 - - 一 (1 0) 口一 比迄 十1 00凡(m +n / 4) 21+Z “ 一“, “ 一 刀, 式 ( 1 。) 表达了熔 制单位质量玻璃 的燃耗与富氧程度的关系 。 当熔窑操作条件固定 时(即是窑炉的 熔化率和 向外散热保持的情况下)
15、 , 随着富氧程度的提高 , 燃料消耗 逐渐降低 。设 YO为富氧程度Z = o 即不富氧时 , 熔制每千克玻璃熔窑所消耗的燃料量 , 应用式 (1 0)可以导出随富氧程度的不同 , 燃料节省百分率的表达如下 : 第1期 玻琦熔窑富氧燃烧的计算 儿分 1 0 0 % 二 . Z (21 + Z)E 一21 ,(11) Q 。一 “! ; 亩 “ 一, , “ 一 “, 4 . 76C了, f, (m + 专 ), 一。) “一”, (12) E是一个无量纲 量 , 可以粗略地把它看作是燃料的热值与废气带走的 热 量之 比值 。 从式(1 2)可知 , 燃料的热值以及窑炉热回收系统的效率愈高 ,
16、 E值愈大 。 对一般的熔 窑使用 重油或天然 气为嫩料时 , E值为3 . 5一5 . 5之 间 。 式(1 1 ) 指出 , 富氧嫩烧然料节省百分率随富氧程度增加而增加 。 随E值增大而减 小 。 由此可见 , 燃料的热值愈高 , 或窑炉热回收系统的效率愈高 , 使用富氧徽烧节省然 料的效果就不很明 显 。 对那 些热值较低的然料以及窑炉原有热回收系统效率较低情况 , 使用富氧徽烧能收到显著的效果 。 3 富氧然烧对熔窑辐射传热的影晌 在玻璃熔窑的火焰空间中 , 由于温度很高 , 绝大部分的热量 (约9 5 %) 以辐射方式 传递 “ 。 因此 , 提高火焰的黑度及火焰对玻璐料液之 间的辐射传热系数有着重要的意 火焰的黑变通常等于CO : 及水蒸汽黑度之和 , 并可按下式计算 : 5 ! 巴:二 C , 。尸, +
