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2.4陶瓷富氧燃烧窑炉氛围及NOX控制
陶瓷由于其特殊的生产工艺,材料在窑炉中烧结会伴随着一个气氛的控制,如:氧化气氛,或还原气氛,或是中性气氛,以此来控制油料生产颜色等。而富氧燃烧过程中,往往会加入富余的氧气给窑炉带来一个氧化性的气体环境,这对需要还原气氛的产品或是氧化性的氛围强度控制提出了疑问。目前,笔者公司也开始在这些方面做一些模拟试验,尝试以通过燃料和氧气的富余比例来调节窑炉中的气氛性质。
根据相关文献,天然气在富氧和普通空气中燃烧,生成的NOX也各不相同,比如:在30%富氧条件下,燃烧产生的NOX是普通空气的3倍左右。其中,窑内气体流动不畅和局部高温是大量NOX生成的主要原因。对此,最新的富氧烧嘴在这上面也做了相关改进,能够更好地平衡窑炉内的温度和气流,同时也逐渐开发出了部分无焰烧嘴和低温烧嘴。
3陶瓷行业富氧燃烧经济效益分析
本文以一条日产10000㎡抛光砖辊道窑为例,其耗天然气平均量约为17000m3/天,若助燃空气改为30%的富氧空气,取过剩空气系数为1.1。根据笔者公司以往富氧案例及富氧应用试验,节能率在10%~30%范围,对此以20%节能率来计算。
富氧后天然气消耗为13600m3/天;每立方天然气燃烧需增加氧气0.198m3。每天所需添加氧气为:13600×0.198=2692m3。
随着工业气体行业的发展,氧气的制作成本也在逐步降低,以广东省内工业用液氧(纯度99.5%)为例,价格约为1元/m3。天然气单价约为4.5元/m3。根据以上数据,得出表3和表4分析数据。
另外,如果考虑产品质量更好、生产周期缩短、风机节电、烟尘排放减少、窑炉寿命烟尘等因素,实际回收期会更短。
4陶瓷行业富氧燃烧技术展望
目前,富氧燃烧技术较为成熟,液氧获取成本较低,若考虑大规模消耗大量氧气,还可以考虑成本更为低廉的现场制氧方式;氧气及燃气控制较为完善,结合窑炉控制系统,能够很好的控制窑炉内气体比例、温度曲线;富氧烧嘴设计以增加窑炉内气体流动、避免形成局部高温、减少NOX生成。在当前市场竞争激烈及节能环保呼声的日渐高涨的广东地区,具有较大的产业市场前景。
但是,整个行业目前也缺乏富氧燃烧窑炉样板。对此,我们也开始注重理论结合实践,分别针对不同类型窑炉做不同的研究实验:
(1)一些梭式窑、小型隧道窑,在没有气氛要求的情况下,富氧燃烧原理基本与玻璃熔炉和金属冶炼炉一致,从目前的理论与实践经验上看,富氧甚至纯氧燃烧的可行性都是非常大的,
(2)在一些还原气氛要求的窑炉中,还需要进一步试验测试通过燃料和氧气的富余比例来调节控制。
(3)在NOX的控制上,纯氧燃烧已经解决了这个问题,但是从经济性来考虑,特别是一些大型辊道窑,普遍采用煤气为燃料,纯氧燃烧成本也比较高,所以在此情况下富氧燃烧比较适用,在富氧燃烧过程中,燃料的节省会产生一定经济效益,但需考虑气氛变化对产品质量的影响以及NOX的排放问题。
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