【中玻網(wǎng)】平板玻璃熔窯氧化物（NO×）的產(chǎn)生

　　平板玻璃是我國國民經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生活水平所不可或缺的重要材料，在平板玻璃生產(chǎn)過(guò)程中大氣污染物的排放問(wèn)題較為嚴重。初步估算2014年平板玻璃行業(yè)顆粒物排放量約3.5萬(wàn)噸，S02約35萬(wàn)噸，NOx約為40萬(wàn)噸。由此可見(jiàn)，NOx是平板玻璃熔窯的重要污染物之一。

　　平板玻璃熔窯煙氣中NOx產(chǎn)生的主要來(lái)源有三個(gè)方面:⑴原料中少量鹽的分解;⑵燃料型氮氧化物是由燃料中的N元素經(jīng)過(guò)燃燒后與02反應生成的NOx;(3)溫度型氮氧化物是由進(jìn)人玻璃熔窯的空氣中含有的N2與O2在高溫下劇烈反應生成的NOx。當溫度在1500℃以下時(shí)，溫度型氮氧化物產(chǎn)生量很少；超過(guò)1500℃，溫度每增加100℃，溫度型NOx發(fā)生反應的速率加大6～7倍。而平板玻璃熔窯的一般溫度在1500℃以上，所以平板玻璃熔窯煙氣中以溫度型氮氧化物為主，NOx的排放濃度為1500～3000mg/m3。

　　氮氧化物前端減排技術(shù)

　　平板玻璃熔窯廢氣中NOx主要有燃料型和溫度型兩種，與溫度型NOx濃度相關(guān)的因素如下：

　�、糯盃t的溫度;⑵二次空氣的用量與溫度;⑶重油噴霧用的氣體的種類(lèi)與用量；⑷燃燒器的NOx發(fā)生特性；(5)溶化氣氛的氧化、還原程度；⑹往爐內吸人空氣的量與位置。

　　減少玻璃熔爐內的NOx有以下幾個(gè)問(wèn)題需要面對：

　�。�1）通常從原料表面進(jìn)行加熱，為保證熔融玻璃的品質(zhì)，爐內溫度必須保持在1400〜1600℃的高溫。

　�。�2）由于熔融玻璃需要著(zhù)色或澄清，所以爐內的氧化還原程度必須受到限制。爐內氣氛大多在富氧狀態(tài)下運行。

　�。�3）不論液體還是氣體與二次空氣的混合不均勻，火焰的溫度分布也不一樣，因此實(shí)時(shí)把握火焰各點(diǎn)的溫度、氧氣的分壓、殘留碳、流速等情況非常困難。以上是在燃燒時(shí)控制NOx產(chǎn)生所存在的困難。同時(shí)，減少NOx的排放還需從燃料來(lái)源、熔窯的操作方式及煙氣脫硝等方面著(zhù)手考慮。

　　2.1用搡作方法削減

　　2.1.1降低玻璃熔化溫度

　　玻璃熔化溫度的降低是盡量減少NOx產(chǎn)生的根本對策，但又與玻璃的諸多特性相矛盾。因此，為克服這個(gè)矛盾，首先從原料配比方面:(1)在不失去實(shí)用性的前提下，采用低溫熔化玻璃的化學(xué)組成。（2)開(kāi)發(fā)盡可能多的使用碎玻璃的辦法。一般的碎玻璃原料雖然熔化溫度低，但玻璃中容易產(chǎn)生氣泡。

　　2.1.2燃料霧化用氣體

　　利用液體燃料霧化，通常使用高壓空氣（1次空氣)。如果1次空氣的量過(guò)剩，局部的過(guò)�？諝饩秃苋菀捉咏鹧�，并且從燃燒器孔吸進(jìn)的空氣（3次空氣）過(guò)多，NOx的產(chǎn)生量就會(huì )增加。因此，解決的方法是盡量降低1次空氣的壓力。

　　在這種情況下，燃燒器積炭容易堆積雖然存在火焰延伸的問(wèn)題，但從控制NOx出發(fā)，1次空氣壓力應盡量控制在容許的很低限度。因條件不同存在差異，但有實(shí)例表明，把1次空氣壓力從4kg/cm3降到3kg/cm3，N〇x的產(chǎn)生量約降低了24%。通常重油霧化用氣體是空氣，但為了達到削減NOx的目的，可以用水蒸氣，也有用噴霧水蒸氣約削減NOx產(chǎn)量19%的案例。但是，燃燒器碎屑容易堆積屬保養方面問(wèn)題；從長(cháng)遠看，存在著(zhù)燃料的使用量增加的問(wèn)題，此辦法只有在必須緊急控制NOx發(fā)生時(shí)才用。另一方面，有報告顯示，當噴霧氣體用的燃料煤氣的混燒，就不會(huì )出現保養方面的問(wèn)題，并且有效地減少了NOx。

　　2.1.3二次空氣壓力、溫度

　　理論上講，空氣量（空氣比1)能帶來(lái)良好的火焰和效率高率燃燒的話(huà)，熱NOx就會(huì )大幅減少，但現實(shí)的爐是達不到這種理論上的空氣燃燒的�？諝獗葟母弑壤凉u降到接近1,就會(huì )產(chǎn)生燃燒不穩定，爐溫降低，由于火焰的過(guò)度延伸而產(chǎn)生還原性氣氛，導致對蓄熱室爐材的不良影響、玻璃顏色變化等一系列問(wèn)題。但是，圖1又舉出了空氣比從1.2降到1.1時(shí)，NOx產(chǎn)量減少25%的實(shí)例，所以,操爐時(shí)在允許的下限的空氣比附近燃燒為宜。不同溫度下，NO平衡濃度和〇2濃度關(guān)系如圖1。

　　圖1 NO平衡農度和〇2濃度關(guān)系

　　為達到這個(gè)要求，應注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)控制好正確地監測〇2量和適當的廢氣成分；

　　(2)在噴火口內，通過(guò)二次均勻分布（防止偏流），防止局部空氣過(guò)剰；

　　(3)有數個(gè)噴火口的爐，到達各個(gè)噴火口的空氣比平均化。

　　逐一落實(shí)后，空氣比就降下來(lái)了。有一種準確的燃燒管理用的〇2探測器，可以作為有效的工具。必須定期對每個(gè)噴火口內進(jìn)行氣體分析（可用奧薩特氣體分析儀），為了不產(chǎn)生過(guò)剩仏而進(jìn)行準確地調整。

　　玻璃熔爐的2次空氣的溫度，力爭通過(guò)熱回收來(lái)預熱，蓄熱方式通常為1000~1200℃,換熱方式通常為800~900℃，隨著(zhù)預熱溫度的下降，NOx濃度就會(huì )減少。但這種方式不能節約能源，不應提倡�？傊�，主要的是將空氣比降到很低限度。

　　2.1.4降低爐內溫度（很低溫度）

　　很明顯，高溫操作對N〇X的產(chǎn)生是個(gè)不利因素，但由于玻璃的熔化溫度容許變動(dòng)的范圍較小，實(shí)際上降低爐內的平均溫度很難。但是，改變操作條件以避免爐內局部出現高溫、降低火焰很高溫度是可以收到效果的。例如，橫火焰池爐不使爐內很高溫度集中在一處，稍微降低很低溫度水平，而且盡量把握噴火口燃料的分布，以保持爐整體的平，均溫度，掌握了這些，就能有效地削減NOx。另外，士直接通電的有效加熱法并用（電助熔Boosting),對降低爐的很低溫度非常有效果。不同濃度時(shí),NO平衡濃度與溫度關(guān)系如圖2。

　　圖2 NO平衡農度和〇2溫度關(guān)系

　　2.1.5燃燒管理操作標準

　　根據窯爐操作來(lái)削減NOx,雖然以降低空氣比和溫度為主.但玻璃熔化一般需要高溫和氧化的火焰，所以與低NOx操爐法有很多矛盾之處。盡管如此，為了減少NOx以獲得實(shí)效，關(guān)鍵是在玻璃熔化、保持品質(zhì)容許的范圍內很大限度地操作。為此，必須注意以下管理要點(diǎn)：

　�、鸥G爐操作管理用的測定場(chǎng)所、測定方法、測定精度是否恰當(檢驗要點(diǎn)，爐溫測定值是否接受火焰或爐壓的變化);(2)爐內溫度是否過(guò)高；(3)燃燒器的積炭，是否沒(méi)有大的影響；⑷1次空氣的壓力、2次空氣的流量是否合適，控制是否異常;⑸1次空氣內是否含有大量的水;⑹火焰的長(cháng)度是否合適;⑺小爐周?chē)拇u是否脫落（小爐的孔變大的話(huà)，3次空氣量就會(huì )增加，NOx也會(huì )增加）；⑻噴火口內是否有灰碴堆積或上部有磚落下堆積，2次空氣流動(dòng)是否混亂;⑼爐內壓力是否適當；⑽窯爐的密封或保溫是否劣化，爐內的散熱量是否增加（密封一旦劣化，大量3次空氣流人，是溫度降低的主要原因）。

　　采采用低NOx燃燒器用低NOx燃燒器采用低NOx燃

　　2.2采用低NOx燃燒器

　　2.2.1低NOx燃燒器的定義及特征

　　在燃燒設備中基本的一項，就是燃燒器的類(lèi)型是和窯爐的設計同時(shí)決定的。在確定燃燒設備樣式的同時(shí)應該考慮的項目有：⑴噴火口的形狀、規格、數量;⑵使用油的性質(zhì)(發(fā)熱量、粘度、殘留炭等)與使用量；⑶燃燒室（爐）及蓄熱室的形狀、規格;(4)很高溫度與氧化還原狀態(tài)。

　　應選擇符合以上條件的燃燒器類(lèi)型。燃料燃燒必須的很低限度的空氣量，被成為理論空氣量，但僅靠理論空氣量的燃燒，爐內要產(chǎn)生煙灰及其他東西，就不僅是難以保持爐內溫度的問(wèn)題，而且玻璃著(zhù)色等品質(zhì)上的缺點(diǎn)就會(huì )產(chǎn)生。通常10%~30%的過(guò)�？諝饩涂梢匀紵�。如果實(shí)行低空氣燃燒比燃燒，不管燃燒設備如何，都會(huì )削減NOx。

　　由于會(huì )產(chǎn)生上述缺點(diǎn)很難維持長(cháng)期操作。因此低NOx燃燒器所具備的條件，是不降低燃燒功率而達到低空氣比燃燒。為了保持相同量的燃料在爐內效率高率燃燒，就應盡量讓高溫火焰大范圍地均勻地覆蓋爐內被加熱物一配合料。一般來(lái)講，一次空氣量增加，就導致從燃燒孔吸進(jìn)3次空氣量增加。這些1次和3次空氣在火焰的根部與噴霧燃燒混合擴散，不久就在火焰軸方向的下部形成局部的高溫域。

　　減少1次空氣、縮短火焰的燃燒設備應采用超聲波燃燒器或萊德•勞燃燒器。這種燃燒器的特征邊_把噴霧燃料更加細�；�，著(zhù)火快燃燒完結快。能夠省去壓縮空氣，尤其是省略了大量燃燒1次空氣的必要性，因此通過(guò)低空氣比燃燒降低NOx,同時(shí)節約了能源。

　　另外，低NOx燃燒法是避免出現火焰中局部高溫區的關(guān)鍵。為了實(shí)現不出現火焰局部高溫區，從原理上講，不使用1次空氣才很有效。油壓燃燒器或取代1次空氣燃燒煤氣都能達到這個(gè)目的。油壓式燃燒器的特征與噴霧型相比，用噴霧氣體的運動(dòng)量小，所以噴霧滴的粒度相對大�；鹧娓康臍饬骱苌贉u流，屬完全擴散型�；鹧嬷�(zhù)火慢，燃燒速度也慢。這種類(lèi)型的火焰特征如圖3,可以使很高溫度區降溫，另一方面火焰的長(cháng)度較長(cháng)，燃燒室幅較寬的熔窯效果好。

　　圖3霧化形式、火焰與長(cháng)度、溫度分布的關(guān)系

　　2.2.2油壓燃燒器

　　這種燃燒器以節能、減少NOx為目的，平板玻璃熔爐而開(kāi)發(fā)使用，現在已被很多種類(lèi)的玻璃熔爐使用。燃燒重油的霧化不使用霧化空氣，而是以提高重油壓力，從噴霧起頭部噴射，重油微�；姆绞�，節能與減少NOx同時(shí)進(jìn)行。噴霧器的形狀為橢圓開(kāi)口，火焰向水平方向呈現扇形擴展，增加了火焰對配合料的熱輻射。以下為一些平板玻璃熔窯的窯內溫度以及空氣比在一定的條件下，使用這種扇形平面油壓燃燒器后重油使用量及廢氣中N〇x濃度的監測結果表明，NOx的總排放量與空氣霧化型比較減少了45%。

　　油壓燃燒器的優(yōu)點(diǎn)在于，由于不使用霧化空氣，所以屬節能型低NOx燃燒器，并且比較容易保養。缺點(diǎn)是油滴粒度大，火焰容易伸長(cháng)，較難調整，操作范圍狹窄，不適合出料量變化大的爐或小型爐。同時(shí)，燃燒器的重油配管是30～40kg/cm3的壓力，設備費用相對較高。

　　要強調的是油壓燃燒器的火焰呈扁平扇形延伸,燃燒用2次空氣的氣流要適合。為獲得適當的2次氣流，必須設計好噴火口（開(kāi)口處的大小、形狀等）。用水冷卻管套在外面，直接設在噴火口內的插入型居多。這種類(lèi)型有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1)可以控制由小爐侵入的3次空氣；（2)通過(guò)改善2次空氣和噴霧油滴的混合比降低了空氣比。

　　2.2.3超聲波燃燒器

　　這種燃燒器的特征就是利用超聲波使燃料油細�；�。具體有以下幾點(diǎn):(1)能在低氧狀態(tài)下燃燒(空氣比1.1～1.2);⑵能有效控制NOx;⑶節約能源。霧化氣體(空氣、蒸氣)量是以往的1/2。有的瓶罐玻璃熔爐由內部混氣式燃燒器改為超聲波燃燒器，霧化空氣量從170m3/h降到120m3/h,NOx的產(chǎn)生量也削減了25%-30%。

　　這種燃燒器有這樣一個(gè)特點(diǎn)：高壓煤氣通過(guò)內筒再到達外筒的前端，在端頭設有1次噴射用的噴射器，噴射器上的主燃料孔和數個(gè)煤氣孔張開(kāi)，各孔的前方有共鳴體的共鳴孔，噴射器前側又分隔有乳化孔，噴射器內部產(chǎn)生的超聲波、聲波能與煤氣、燃料的1次噴射壓力產(chǎn)生乳狀，再將乳化燃料進(jìn)行2次噴射。

　　2.2.4煤氣霧化型重油燃燒器（煤氣混燒）

　　把高壓空氣霧化型的重油燃燒器的部分稍加改造，用城市煤氣代替1次空氣，就減少了1次空氣，從而NOx濃度一定會(huì )削減。改成煤氣噴霧型燃燒器后的試驗在一定程度上保持了燃燒器的發(fā)熱量的同時(shí)，煤氣的添加率也發(fā)生變化。圖4表示了煤氣添加率為25%~28%時(shí)的NOx濃度。

　　圖4煤氣霧化型重油燃燒器的NOx減少效果

　　熔窯引入了煤氣混燒，得到了以下結果：

　　(1)NOx濃度降低了20%~25%;

　�、颇茉磫魏纳仙�3%。

　　結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)我國玻璃生產(chǎn)格局的變化，污染治理技術(shù)的進(jìn)步以及社會(huì )對環(huán)境質(zhì)量要求的日益提高，勢必對平板玻璃工業(yè)NOx的污染治理提出新的要求。國家環(huán)保部已經(jīng)頒布的《平板玻璃工業(yè)大氣污染物排放標準》（GB26453-2011),明確規定了平板玻璃熔窯煙氣氮氧化物的排放量濃度為700mg/Nm3。因此，全行業(yè)必須髙度重視、認真研究開(kāi)發(fā)新技術(shù)，既滿(mǎn)足達標排放要求，又降低單位制造成本的新型NOx減排技術(shù)，使我國平板玻璃工業(yè)NOx減排技術(shù)達到世界先進(jìn)水平。