岩棉熔体表面加热用纯氧燃烧系统的研究

王涛　夏江华

摘要：本文阐述了纯氧燃烧系统的优点与应用，对岩棉熔体表面加热用纯氧燃烧器以及纯氧系统配置的设计思路和方案做出论述。

关键词：纯氧燃烧系统；岩棉；纯氧燃烧器

基金项目：国家科技支撑计划项目（2013BAJ01806）。

中图分类号：TKl75 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-169-02

前言

从20世纪60年代开始，人们就把用纯氧作为助燃剂的燃烧器推荐到工业加热上。近年来，从节能和减少污染排放的迫切需要出发，这项燃烧技术在欧美、日本等国得到迅速发展，特别在钢铁工業炉窑和玻璃工业炉窑上得到了广泛的研究和应用，本文主要借助玻璃工业窑炉用纯氧燃烧技术研究一种用于岩棉熔体表面加热的天然气一纯氧燃烧系统。

1.天然气-纯氧燃烧的优点

纯氧燃烧与在空气中燃烧相比，具有很多的优点：理论火焰温度高：理论空气需要量大大降低，亦即燃烧排气量大大减少；设备尺寸缩小；燃料节约率大幅度提高；气体辐射效果增大等。因此纯氧燃烧可以大大强化燃烧传热。提高生产率，降低成本，减少污染，具有很好的应用开发前景，这也是本研究选择纯氧燃烧系统的依据。

对纯氧燃烧来说，天然气是特别合适的燃料。天然气的主要成分是甲烷，其次是乙烷等饱和碳氢化合物等，热值很高，它与其它气体燃料及重油相比，更容易实现低NO x和SO2等排放。当然因为岩棉生产线上原本就使用天然气这种燃料，因此本研究就选择了天然气作为燃料。

2.纯氧燃烧器的设计

2.1设计思路

通过查阅文献资料与借鉴类似行业经验，确定燃烧器结构形式。根据在线监测的熔体流量、熔体表面温度与理想成型温度的温差。以及熔体比热等参数依据热量计算公式：O=cm△t，可计算出天然气与氧气流量。根据流量设计纯氧燃烧器的口径。

2.2纯氧燃烧器的结构设计

本研究选择旋流式自冷却式纯氧燃烧器，它是一种通过导流叶片或导流喷嘴形成旋流来起冷却作用的燃烧器，在燃料的喷嘴处设置叶片产生旋流对其进行冷却。自冷式纯氧燃烧器的设计不仅可以有效地降低喷嘴的温度，而且具有结构简单以及热效率高等特点。

2.3纯氧燃烧器的流量设计

现场测量数据显示，岩棉熔体从虹吸口到1#溜槽之间降温约为50%，从1#溜槽到2#溜槽之间降温约为50℃，从2#溜槽至离心机之间降温约为50℃。按生产线熔体流量4t/h考虑，每支枪需提供热量减少熔体流股表面50%的降温，估算岩棉熔体流股表面流量约为总流量的1/4，则需要为1000kg/h的熔体进行加热，岩棉熔体的比热取800J/kg℃进行计算，熔体需吸收800*1000*50=4x10J的热量，即9569kcal/h。由于纯氧火焰导热效果好，火焰直接烧在熔体流股上，传热效率取约35%计算。则每支枪需提供27340kcal/h热量，天然气热值按照8400kcal/Nm3计算，单枪燃烧能力约为3.25Nm3/h，按纯氧燃烧v氧气/v天然气=2.2，氧气流量约为7.15Nm3/h，

根据天然气与氧气的流量设计纯氧枪的口径，要求纯氧枪的火焰短粗，刚性好，热量集中。考虑到岩棉生产线上负压风的影响枪前燃气与氧气压力约为30kpa，为便于生产时对火焰长度进行调整，燃烧枪对燃烧系统的要求需要枪前天然气与氧气具有15～70kpa的压力可调范围。

3.岩棉熔体表面加热用纯氧燃烧系统

3.1设计思路

借鉴经典纯氧燃烧系统设计思路与玻璃纤维池窑上用燃烧系统配置，结合本研究中特殊的工艺控制方案，对纯氧燃烧系统做出可靠设计。

3.2纯氧燃烧系统设计

根据工艺要求，纯氧燃烧系统配置如下：3只设置在特定工艺位置的纯氧烧枪以及一套天然气，氧气的管路系统和PLC控制柜。

天然气，氧气的主管路设置有压力变送器和温度变送器，可将天然气，氧气的压力信号和温度信号反馈到PLC控制系统，同时设有压力表方便观察，设置过滤器、调压阀以及流量计可实现对天然气/氧气进行过滤、调压以及流量计量，设置压力开关和安全切断阀连锁则可实现当天然气，氧气压力高于或者低于设定值范围时，安全切断阀能快速切断天然气，氧气，以保证系统的安全运行。

PLC控制系统反馈出具体天然气，氧气流量调节值信号，信号作用于该测点对应烧枪的天然气，氧气流量调节阀与差压变送器，同时备用手动调节阀，配置单向阀，从而在系统稳定安全运行的情况下，自动完成对天然气，氧气流量的实时调节。

图1中：1.压力变送器；2.压力表；3.过滤器；4.调压阀；5.压力开关；6.安全切断阀；7.流量计；8.温度变送器；9.差压变送器；10.手动调节阀；11.流量调节阀；12.单向阀；13.纯氧燃烧器。

4.结束语

系统运行过程显示，将火焰调整正好包裹住熔体表面且不受负压风影响时为最佳状态，能将熔体温度提高约50℃，渣球含量提高至2.4%。具有可观的推广价值。（本论文研究成果用于国家科技支撑计划课题《外墙外保温改性岩棉制品大规模产业化成套技术与装备》2013BAJ01806）。