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1、4 4 玻璃熔窑燃烧系统及热工控制玻璃熔窑燃烧系统及热工控制4.1液体燃料燃烧系统液体燃料燃烧系统4.1.1 重油的燃烧方法与燃烧过程重油的燃烧方法与燃烧过程液体燃料包括：重油、柴油、煤油（汽油）液体燃料包括：重油、柴油、煤油（汽油）燃烧的特点燃烧的特点：油（液态）：油（液态） 油气油气 燃烧燃烧加热加热蒸发蒸发混合混合着火着火燃烧方法：燃烧方法：(1)气化燃烧法气化燃烧法将重油蒸发、裂化成油气，然后用煤气将重油蒸发、裂化成油气，然后用煤气 烧嘴进行燃烧；烧嘴进行燃烧；(2) 雾化燃烧法雾化燃烧法将重油喷成液体雾滴，再与空气混合燃烧。将重油喷成液体雾滴，再与空气混合燃烧。燃烧时间燃烧时间 =
2、cd2，所以希望所以希望85%4.1.2 4.1.2 重油的雾化重油的雾化重油雾化的原理：利用外力（空气、蒸汽重油雾化的原理：利用外力（空气、蒸汽或机械力）克服油本身的内力（粘性力和或机械力）克服油本身的内力（粘性力和表面张力），而使其破碎成微小的油滴并表面张力），而使其破碎成微小的油滴并悬浮在空气中成雾状，称为悬浮在空气中成雾状，称为“雾化油雾化油”。4.1.3 燃油烧嘴（喷嘴）燃油烧嘴（喷嘴）种类：低压喷嘴、高压喷嘴、油压式喷嘴及转杯式喷嘴。种类：低压喷嘴、高压喷嘴、油压式喷嘴及转杯式喷嘴。基本要求：基本要求：(1) 易于实现和调节工艺要求的温度、热负荷及火焰形状；易于实现和调节工艺要求的
3、温度、热负荷及火焰形状；(2) 雾化性能好，消耗能量小；雾化性能好，消耗能量小；(3) 燃烧完全和稳定；燃烧完全和稳定；(4) 喷嘴结构简单，价格低，寿命长；喷嘴结构简单，价格低，寿命长；(5) 操作可靠，管理、调节、检修、清扫方便；操作可靠，管理、调节、检修、清扫方便；(6) 易于实现油和空气的比例调节。易于实现油和空气的比例调节。外混涡流式高压烧嘴：外混涡流式高压烧嘴：雾化介质雾化介质油油斜槽斜槽油嘴油嘴特点：火焰短，火根温度较高，扩散角较大。特点：火焰短，火根温度较高，扩散角较大。GNBIII型内混式烧嘴：型内混式烧嘴：油油雾化剂雾化剂特点：雾化效果好，耗油低，雾化介质用量少，污染小，操
4、作特点：雾化效果好，耗油低，雾化介质用量少，污染小，操作 简便。喷孔的数目、形状和排列方式视火焰要求而定。简便。喷孔的数目、形状和排列方式视火焰要求而定。缺点：要求的气压、油压较高，内混室易结焦。缺点：要求的气压、油压较高，内混室易结焦。GNBGNBIVIV型内混式烧嘴：型内混式烧嘴：燃料油燃料油雾化剂雾化剂克服了克服了IIIIII型的缺点，适用于大型窑炉。型的缺点，适用于大型窑炉。R R型比例调节式低压烧嘴：型比例调节式低压烧嘴：操纵杆操纵杆连杆连杆一次风一次风二次风二次风三次风三次风低压空气低压空气进油口进油口油喷嘴油喷嘴空气喷嘴空气喷嘴蝶形螺母蝶形螺母4.2 气体燃料燃烧系统气体燃料燃烧
5、系统4.2.1 燃烧过程及方法燃烧过程及方法(1) 气体燃料与空气的混合；气体燃料与空气的混合；(2) 混合气体加热至着火温度；混合气体加热至着火温度；(3) 燃烧反应。燃烧反应。燃烧过程燃烧过程制约燃烧速度的因素是混合（扩散）。混合过程是一个湍流扩制约燃烧速度的因素是混合（扩散）。混合过程是一个湍流扩散及机械掺混的过程。散及机械掺混的过程。(1) 煤气与空气的流动方式；煤气与空气的流动方式；(2) 气流速度（相对速度）；气流速度（相对速度）；(3) 煤气与空气气流的交角、流股（束）直径；煤气与空气气流的交角、流股（束）直径；(4) 煤气的热值；煤气的热值；(5) 空气过剩系数空气过剩系数 。
6、影响混合的因素影响混合的因素根据煤气与空气在燃烧前（烧嘴内）是否预混合及混合的程度，根据煤气与空气在燃烧前（烧嘴内）是否预混合及混合的程度，燃烧方式分：燃烧方式分：(1) 长焰燃烧：完全没混合，也叫扩散式燃烧；长焰燃烧：完全没混合，也叫扩散式燃烧；(2) 短焰燃烧：部分混合；短焰燃烧：部分混合；(3) 无焰燃烧：完全混合。无焰燃烧：完全混合。保证燃烧反应进行的主要因素是着火温度和着火浓度范围。保证燃烧反应进行的主要因素是着火温度和着火浓度范围。4.2.2 气体燃料燃烧设备气体燃料燃烧设备烧嘴的种类烧嘴的种类4.2.2.1 长焰烧嘴长焰烧嘴ABC煤气煤气煤气煤气煤气煤气煤气煤气空气空气空气空气空
7、气空气空气空气单管式单管式双管式双管式长焰烧嘴长焰烧嘴同心相套同心相套平行的平行的玻璃熔窑燃气烧嘴4.2.2.2 短焰烧嘴短焰烧嘴低压涡流式（低压涡流式（DWI型）在硅工业、冶金工业中广泛采用。型）在硅工业、冶金工业中广泛采用。A-AAA煤气煤气空气空气特点特点：结构简单，煤气压力要求低：结构简单，煤气压力要求低(400800Pa)，对燃料要求低。，对燃料要求低。4.2.2.3 无焰烧嘴无焰烧嘴 一种是在高压煤气的喷射作用下，按比例吸入助燃空气并一种是在高压煤气的喷射作用下，按比例吸入助燃空气并在烧嘴内混合在烧嘴内混合喷射式无焰烧嘴；喷射式无焰烧嘴；另一种是通过加压机将煤气与空气按比例混合后送
8、入烧嘴。另一种是通过加压机将煤气与空气按比例混合后送入烧嘴。混合方式有两种：混合方式有两种： 喷射式无烟烧嘴的基本构造是一喷射器，一般为了混合气喷射式无烟烧嘴的基本构造是一喷射器，一般为了混合气体的速度在断面上更加均匀，在扩张段后面加一个收缩段，接体的速度在断面上更加均匀，在扩张段后面加一个收缩段，接下去是烧嘴砖。下去是烧嘴砖。高压煤气高压煤气炉墙炉墙空气吸入口空气吸入口混合管混合管燃烧通道燃烧通道冷风喷射式无焰烧嘴冷风喷射式无焰烧嘴4.3.1 固体燃料燃烧过程固体燃料燃烧过程4.3.1.1 燃烧特点燃烧特点固体燃料燃烧过程分三个阶段：固体燃料燃烧过程分三个阶段：包括干燥（脱水）、预热和干馏（
9、逸出挥发分）；包括干燥（脱水）、预热和干馏（逸出挥发分）；包括挥发分和固态碳的燃烧；包括挥发分和固态碳的燃烧；即灰渣形成阶段，需保持一定的温度和时间，即灰渣形成阶段，需保持一定的温度和时间，放热不大，需要的空气也不多。放热不大，需要的空气也不多。燃烬燃烬燃烧燃烧准备准备4.3 固体燃料燃烧过程及设备固体燃料燃烧过程及设备4.3.1.2 燃烧方法燃烧方法(1)层燃法层燃法将煤块（末）放在炉篦上铺成一定厚度的煤层将煤块（末）放在炉篦上铺成一定厚度的煤层 进行燃烧的方法。进行燃烧的方法。(2) 喷燃法喷燃法将原煤经过破碎、烘干和粉磨，制成一定细度将原煤经过破碎、烘干和粉磨，制成一定细度 的煤粉，然后
10、随空气喷到燃烧室内或窑内进行的煤粉，然后随空气喷到燃烧室内或窑内进行 悬浮燃烧。悬浮燃烧。(3) 气化燃烧法气化燃烧法将煤在煤气发生炉中先行气化成（发生炉）将煤在煤气发生炉中先行气化成（发生炉） 煤气，再进行燃烧。煤气，再进行燃烧。(4) 沸腾燃烧法沸腾燃烧法利用空气动力作用，使煤在沸腾状态下完利用空气动力作用，使煤在沸腾状态下完 成传热、传质和燃烧反应。成传热、传质和燃烧反应。4.3.2层燃时煤的燃烧层燃时煤的燃烧4.3.2.1 层燃燃烧过程特点层燃燃烧过程特点新煤层（干燥干馏层）新煤层（干燥干馏层）灼灼 热热焦炭层焦炭层灰渣层灰渣层火焰火焰(空层空层)二次空气二次空气加煤加煤燃烧产物入窑燃
11、烧产物入窑一次空气一次空气O2CO2COt烟气成分或温度烟气成分或温度高高度度氧化层：氧化层： C+O2CO 2+Q还原层：还原层： CO2+CCO Q结论结论(1)一次空气主要是用来供给焦炭燃烧用的，它的加入量一次空气主要是用来供给焦炭燃烧用的，它的加入量 可控制煤层的消耗量，以适应窑内热负荷的变化。而可控制煤层的消耗量，以适应窑内热负荷的变化。而 二次空气则是供挥发分和二次空气则是供挥发分和CO等的燃烧用的。等的燃烧用的。 煤层越厚，完全燃烧所需要的空气量就越多，一般二煤层越厚，完全燃烧所需要的空气量就越多，一般二 次空气量约占全部空气用量的次空气量约占全部空气用量的1015%，而在半煤气
12、燃，而在半煤气燃 烧室中可达烧室中可达3060%；(2) 可以通过改变燃料层厚度来改变燃烧产物的成分，从可以通过改变燃料层厚度来改变燃烧产物的成分，从 而改变焰气性质；而改变焰气性质；4.4 4.4 温度控制及操作温度控制及操作4.4.1 4.4.1 玻璃玻璃窑炉的温度测量及窑炉的温度测量及仪表仪表温度是玻璃工业中最重要的热工参数温度是玻璃工业中最重要的热工参数。直接直接影响到玻璃产品的质量、产量与成影响到玻璃产品的质量、产量与成本等本等指标。指标。热电阻温度计、热电偶温度计、辐热电阻温度计、热电偶温度计、辐射式高温计在玻璃熔窑热工测试和射式高温计在玻璃熔窑热工测试和自动控制中应用最广泛。自动
13、控制中应用最广泛。热电偶温度偶温度计温度显示仪热电偶的偶的测温原理温原理: 当将当将热电偶的两端均偶的两端均连接成接成为闭合回路合回路时，见图11-3(a)所示，所示，如果其如果其热端和冷端温度不同，例如端和冷端温度不同，例如tt0，则在回路中在回路中产生一定大小的生一定大小的电动势 ，这种物理种物理现象称象称为热电效效应，产生的生的电动势称称为热电势。辐射式高温计辐射式高温计属非接触测温仪表，根据物属非接触测温仪表，根据物体的热辐射与其温度的关系测量温度的。体的热辐射与其温度的关系测量温度的。a. a. 光学高温计光学高温计 单色辐射高温计，采用一单色辐射高温计，采用一已知温度的亮度（高温计
14、灯泡丝亮度）与已知温度的亮度（高温计灯泡丝亮度）与被测物体亮度进行比较来测量物体的温度被测物体亮度进行比较来测量物体的温度的。的。b. b. 全辐射高温计全辐射高温计 物体受热后能发射全物体受热后能发射全波长范围的辐射能，当将全辐射能集中波长范围的辐射能，当将全辐射能集中在一个感温元件热电堆上后，热电堆将在一个感温元件热电堆上后，热电堆将产生相应的热电势，可用毫伏计或电位产生相应的热电势，可用毫伏计或电位差计测出，即可知被测物体温度。差计测出，即可知被测物体温度。4.4.24.4.2玻璃熔窑温度控制玻璃熔窑温度控制 熔窑的温度测量熔窑的温度测量对于中小型不分隔或半分隔、冷却池不单对于中小型不分
15、隔或半分隔、冷却池不单独加热的熔窑采用热点处温度作为控制指独加热的熔窑采用热点处温度作为控制指标。热点标。热点: :横火焰熔窑在最后两对小炉之间，横火焰熔窑在最后两对小炉之间，马蹄焰熔窑在距小炉喷火口马蹄焰熔窑在距小炉喷火口2/32/3池长处。池长处。玻璃窑炉热工控制方案玻璃窑炉热工控制方案4.5 4.5 液面控制及操作液面控制及操作4.5.14.5.1液面的测量液面的测量 接触式玻璃液面计接触式玻璃液面计a. a. 固定铂探针式固定铂探针式利用插入冷却池或料道的铂探针和液利用插入冷却池或料道的铂探针和液面接触的电信号，控制投料机以低速面接触的电信号，控制投料机以低速或停止投料，使液面下降。液
16、面降到或停止投料，使液面下降。液面降到脱离探针时，恢复或以高速加料，从脱离探针时，恢复或以高速加料，从而保证液面小幅度波动。而保证液面小幅度波动。b. 移移动铂探探针式式伺服伺服电机机带动移移动探探针作上升下降往复运作上升下降往复运动，而伺服，而伺服电动机由控制系机由控制系统控制其正控制其正转和反和反转，探，探针接触液面接触液面时，发出中断信号，出中断信号，控制系控制系统使探使探针向上移向上移动，采集液位信号，采集液位信号送到送到记录装置装置进行比例行比例积分（分（PI）控制。）控制。探探针上升到某个位置上升到某个位置时，电机停机停转，再反，再反转，使探，使探针再次下移，再次下移，过程周而复始
17、地程周而复始地进行。行。 气动玻璃液面计气动玻璃液面计a. a. 固定探头气动液面计固定探头气动液面计 将一固定探头插入炉内，探头向玻璃液将一固定探头插入炉内，探头向玻璃液面喷出低压气流，反射回的气流压力与面喷出低压气流，反射回的气流压力与液面高低变化成正比，可知液面变化。液面高低变化成正比，可知液面变化。结构简单，造价低廉。结构简单，造价低廉。(3)(3)光电式玻璃液面计光电式玻璃液面计由发射器、接收器和记录、控制仪表组成。由发射器、接收器和记录、控制仪表组成。由发射器发出的光束以固定的入射角射到由发射器发出的光束以固定的入射角射到玻璃液面，然后被液面反射到接收器的硅玻璃液面，然后被液面反射
18、到接收器的硅光电池上，根据收到的光点讯号，判断液光电池上，根据收到的光点讯号，判断液面高低。同时，接收系统去控制执行机构，面高低。同时，接收系统去控制执行机构，带动加料机工作。带动加料机工作。4.5.24.5.2玻璃熔窑液面控制系统玻璃熔窑液面控制系统液面的自动控制采用两位控制或比例控液面的自动控制采用两位控制或比例控制。根据探针和玻璃液面接触与否，由制。根据探针和玻璃液面接触与否，由控制器控制加料机断续地向炉内加入配控制器控制加料机断续地向炉内加入配合料。加料中可采用断续脉动加料。合料。加料中可采用断续脉动加料。4.6 窑窑压控制及操作控制及操作4.6.1 4.6.1 压力的测量压力的测量
19、液柱式压力计液柱式压力计以一定高度液柱产生的静压力来平衡被测以一定高度液柱产生的静压力来平衡被测压力，测量出压力大小的仪表。压力，测量出压力大小的仪表。价格便宜，构造简单，使用方便，范围较价格便宜，构造简单，使用方便，范围较窄。测量不太大的正压、负压和压差。窄。测量不太大的正压、负压和压差。常用常用U U形管压力计、单管压力计和斜管微形管压力计、单管压力计和斜管微压计。压计。 弹性式压力计弹性式压力计被测介质压力的作用下，使弹性元件受被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成。压后产生弹性变形的原理而制成。结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固
20、可靠可靠、价格低廉、测量范围广以及有足、价格低廉、测量范围广以及有足够的精度。可测量几百帕到数千兆帕范够的精度。可测量几百帕到数千兆帕范围内的压力，工业应用最广泛。测量高围内的压力，工业应用最广泛。测量高压、中压。压、中压。常用弹簧管式、膜盒式、波纹管式等。常用弹簧管式、膜盒式、波纹管式等。 电气式气式压力力计能将能将压力信号力信号转换成成电信号信号进行行传输及及显示的示的测压仪表。表。测压范范围710-5Pa5102MPa，允，允许误差差0.2%。可。可远距离距离传送信号，送信号，实现压力自力自动控制和控制和报警，与工警，与工业控制机控制机联用。用。由压力传感器、测量电路和信号处理装置由压力
21、传感器、测量电路和信号处理装置所组成。所组成。4.6.2玻璃熔窑窑压控制系统玻璃熔窑窑压控制系统 熔窑压力的测量熔窑压力的测量熔化池玻璃液面为零压或微正压，碹顶处熔化池玻璃液面为零压或微正压，碹顶处1520Pa，下火蓄热室内、烟道和烟囱内为负，下火蓄热室内、烟道和烟囱内为负压，上火蓄热室内为正压。中小型熔窑将测压，上火蓄热室内为正压。中小型熔窑将测压点选在靠近流液洞的纵向中心线的碹顶上。压点选在靠近流液洞的纵向中心线的碹顶上。多数熔窑只选取一个测压点作为控制点，并多数熔窑只选取一个测压点作为控制点，并以一个窑压定值控制系统来稳定窑压。以一个窑压定值控制系统来稳定窑压。 熔窑压力控制系统熔窑压力
22、控制系统窑压的稳定是靠保持输入熔窑内的燃窑压的稳定是靠保持输入熔窑内的燃料、空气与废气排出量的平衡来达到料、空气与废气排出量的平衡来达到的。选择控制排出废气量的烟道闸板。的。选择控制排出废气量的烟道闸板。烟道闸板有升降式闸板和旋转式闸板烟道闸板有升降式闸板和旋转式闸板两种。两种。4.7 熔窑的冷修及烤窑熔窑的冷修及烤窑4.7.1冷修冷修池窑一般几年冷修一次，冷修原因如下：池窑一般几年冷修一次，冷修原因如下：与玻璃液接触部位的耐材损坏严重，有漏料危险，而又难与玻璃液接触部位的耐材损坏严重，有漏料危险，而又难于局部热修；于局部热修；上部结构耐材损坏，漏火严重，不能正常熔化玻璃；上部结构耐材损坏，漏
23、火严重，不能正常熔化玻璃；蓄热室堵塞严重，燃耗增大，熔化玻璃能力降低，使成本蓄热室堵塞严重，燃耗增大，熔化玻璃能力降低，使成本显著升高。显著升高。最简单的冷修只更换流液洞、池壁砖和最简单的冷修只更换流液洞、池壁砖和蓄热室格子砖。蓄热室格子砖。中等规模冷修重新砌筑池底、小炉和大中等规模冷修重新砌筑池底、小炉和大碹。碹。大规模冷修则除基础和烟道外要全部拆大规模冷修则除基础和烟道外要全部拆修。修。4.7.2热风烤窑热风烤窑 概述概述 用特制的喷射式燃烧器，产生温度可以控用特制的喷射式燃烧器，产生温度可以控制的高速气流的烤窑方法。制的高速气流的烤窑方法。我国我国80年代初开始采用。年代初开始采用。使用
24、这个方法并配合快速加料方法可以使使用这个方法并配合快速加料方法可以使点火到投产时间缩短点火到投产时间缩短710天。天。热风烤窑工作原理热风烤窑工作原理:利用燃气在热风烤窑利用燃气在热风烤窑器的燃烧室中充分燃烧后产生的烟气与大器的燃烧室中充分燃烧后产生的烟气与大量的过剩空气混合，形成的燃烧产物高速量的过剩空气混合，形成的燃烧产物高速（最高达（最高达300m/s）喷射进熔窑，使窑内各）喷射进熔窑，使窑内各部位砌体在微正压下受到燃烧产物的均匀部位砌体在微正压下受到燃烧产物的均匀加热，烤窑速度可加快。加热，烤窑速度可加快。热风烤窑主要设备热风烤窑主要设备 包括：燃烧器、空气鼓风机、电子控制包括：燃烧器
25、、空气鼓风机、电子控制台、温度程序给定器、空气和燃料软管、台、温度程序给定器、空气和燃料软管、红外线传感器和安全阀门。红外线传感器和安全阀门。相配合的碹顶膨胀自动记录仪，远距离相配合的碹顶膨胀自动记录仪，远距离自动检查并记录碹顶膨胀情况。自动检查并记录碹顶膨胀情况。热风烤窑设备热风烤窑设备 升温速度及操作升温速度及操作一种方法是从蓄热室底部向上接力式烘烤。一种方法是从蓄热室底部向上接力式烘烤。烤窑前先将烟囱闸板放下，从总烟道处开烤窑前先将烟囱闸板放下，从总烟道处开始点燃喷枪，当窑内温度升到要求值后，始点燃喷枪，当窑内温度升到要求值后，需从蓄热室底部、小炉颈等处先后点燃其需从蓄热室底部、小炉颈等
26、处先后点燃其余的喷枪。热风在蓄热室内的流动可由支余的喷枪。热风在蓄热室内的流动可由支烟道来进行调节。烟道来进行调节。另一种方法是从熔窑上部空间开始烘烤。开另一种方法是从熔窑上部空间开始烘烤。开始时须将烟囱前和蓄热室进口闸板都关闭。始时须将烟囱前和蓄热室进口闸板都关闭。熔窑空间温度较高，蓄热室底部温度较低，熔窑空间温度较高，蓄热室底部温度较低，当熔窑空间温度达当熔窑空间温度达600600后，点燃格子体顶后，点燃格子体顶部的辅助喷枪，同时启动换向系统，每部的辅助喷枪，同时启动换向系统，每5 510min10min换向一次，逐渐延长，直至熔窑放大换向一次，逐渐延长，直至熔窑放大火，交换正常。火，交换
27、正常。烤窑过程中窑压控制很重要。主要是靠调烤窑过程中窑压控制很重要。主要是靠调节烟道闸板来控制。有时也调节鼓风量。节烟道闸板来控制。有时也调节鼓风量。自烤窑开始就换向。换向时间从自烤窑开始就换向。换向时间从3min逐渐逐渐增加到增加到15或或20min。在过大火后使用重油小炉火焰继续升温。在过大火后使用重油小炉火焰继续升温。思考题思考题1、燃油烧嘴的基本要求是什么？、燃油烧嘴的基本要求是什么？2、气体燃料长焰燃烧的特点是什么？、气体燃料长焰燃烧的特点是什么？3、煤燃烧时一次空气与二次空气各有、煤燃烧时一次空气与二次空气各有什么作用？什么作用？4、热风烤窑主要设备包括哪些？、热风烤窑主要设备包括哪些？
