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燃气喷枪
通过形成接近于自由气体喷射状的气流,SGT DeNOx天然气喷枪可以产生低湍流燃气火焰,这就避免了燃气和空气在火焰根部区域内的过早混合。这道发光强烈的天然气火焰形成了一块自增碳燃烧区域,显著提升了火焰的热辐射传导,自然而然地降低了火焰温度、NOx含量和烟气携带的热损失。典型的燃烧喷枪安装图如图5所示。
过去的一些否定性的经验已经说明,低湍流燃气不应该与耐火烧嘴砖直接接触,渗碳、低温燃烧端与排热端的热震变化都能导致耐火砖的损坏。因此,喷枪本身被做成气筒形,而且喷枪末端正好与喷嘴砖的玻璃液接触面对齐。这就要求喷嘴砖需要专门的设计,以至于在现有的窑炉上安装喷枪时,只需要更换相应的喷嘴砖即可。喷枪的位置需要完全按照图5的示意来安放,并且有空气冷却和水冷喷嘴环来保护枪体。
该种喷枪具有四种型号可用:如图6和表2所示,功率范围为0.2至8.7MW,并且使NOx的排放低至800-500mg/Nm3,如果窑炉的设计和操作得当,此数据还可以更低。
SGT DeNOx燃烧喷枪是为在小炉下方安装所设计,从而获得最好的应用结果。只有在小炉下方安装才能调整燃料流体(油、气)与助燃空气形成的夹角,以实现前文所述的混合延迟、低温的火焰根部以及火焰至熔融玻璃的最大热传导率。因此,小炉的安装为SGT DeNOx在现有窑炉上的实施提供了最佳条件。
图7所示的是在小炉侧面安装燃烧器的解决方案,利用的是额外安装的火焰根部遮挡隔断。这些耐火部件在燃气输入点附近形成了低湍流区域,通过类似于自增碳或燃料裂化的效应来改善火焰到熔融玻璃的热传导,如同在小炉下方安装时所描述一样。然而,在全面运行下的现有小炉中安装此遮挡隔断,是一项极为艰苦的工作。其使用结果虽然改善了NOx的排放(达到l400~l000mg/Nm3范围内),但是永远不会好于在小炉下方安装所取得的效果。
至于传统的小炉通底安装,SGT DeNOx还没有解决方案,这种安装设计基于恰好相反的目标一一尽早达到燃料和空气的强化混合,根据SGT的经验,这正好与低NOx燃烧的要求完全相矛盾。
窑炉设计
窑炉自身的设计对DeNOx技术的应用结果有着重要影响。小炉助燃空气的流速不能超过lOm/s。图10中展示了应用效果最好的最佳小炉设计案例。跟随之前关于天然气气流的相同思路,助燃空气气流应与喷枪火焰呈10度锥角无干扰流入,以获得低湍流状态。在俯视图中,也强烈建议两者的流入角为10度,这是达到火焰最大覆盖面的基础(如图11所示)。当火焰覆盖面达到融化区域的50%以上时,预计可以取得最好的效果。这是一个经常被忽视的窑炉设计法则,但是在设计低DeNOx排放窑炉时,却显得尤为重要。
在保持整体设计时的窑炉维修期间,适当的改动是有可能的。在正确方向上哪怕很小的改动,都很利于为NOx减排提供条件。有些在正确方向哪怕几公分 的改动就有可能比新技术的实施节省很多成本,而且这些改动的方向是十分明确的。
链条的强度取决于它最薄弱的环节。燃烧器技术是DeNOx技术中重要的一部分,但是只有在稳定并良好控制的助燃空气条件下,才能提供好的效果。
LAMBDA控制系统
基于氧化锆传感器的Lambda控制系统是DeNOx技术中另外一个基本的、不可或缺的组成部分,其可以满足任何窑炉或燃料类型的要求。Lambda控制系统的细节将是另一篇公开文献的主题。图10是横焰窑熔池两侧每个小炉氧气传感器的典型安装图。SGT Lambda传感器目前的使用寿命为3到8年,并且为优化燃烧效率的自动化控制提供可靠的信号。在现有的窑炉上安装SGT Lambda传感器是已经普遍实践的,并且对于任何类型的窑炉均没有问题,但是硼硅玻璃窑炉除外,由于化学腐蚀的原因,该种窑炉的传感器探头寿命会大大缩短。
Lambda传感器是一种关键但是只能被动测量的设备。很多窑炉设计的案例要求的不仅仅是可靠的信号,而是一种提供最佳燃烧条件的智能控制环路。如果蓄热室中没有隔墙或不完整时,马蹄焰窑小炉之间的烟气含氧量出现1%至8%的差异是很典型的。
SGT空气幕系统提供了工具设备来控制助燃空气,其流动分布的情况如图11所示。同时,该图也展示了小炉中空气幕系统的功能与安装形式。小炉中使用的压缩空气幕墙通常显示过量空气,并且将一部分预热助燃空气转向输送至相邻的小炉中。工作气流量与被控制气流量之间的比例会因小炉的设计而不同。一种典型的应用比例是1:10,这意味着用l0Nm3/h的工作气流就可以控制l00Nm3/h 的热气流到相邻小炉中。工作气流的用量是很低的,所以对位于下游蓄热室大碹的Lambda测量系统没有太大影响。该空气幕系统随着点火循环而开关,其唯一原因是节省压缩空气。
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