天然气成分对玻璃熔窑能耗的影响(田)

天然气成分对玻璃熔窑能耗的影响(田) 天然气成分对玻璃熔窑能耗的影响 田瑞平 (海南中航特玻材料有限公司 海南 海口 571924) 摘要:论述了天然气可燃组分和惰性气体对玻璃熔窑能耗的影响;指出了天然气 为燃料的玻璃熔窑降低能耗的工艺控制方法。 关键词:天然气成分，熔窑，能耗 The influence of energy consumption about natural gas composition to the furnace Tian-ruiping AVIC (Hainan) Special Glass Material Co.,LTD. Abstract: It is discussed that the flammable gas composition and inert gas make influence to the furnace energy consumption. Points out the process control method to reduce the energy consumption in the furnace of natural gas as fuel. Keywords: natural gas composition, furnace, energy consumption 天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。我国的天然气资源 比较丰富，据不完全统计，资源量约为3.8×1013m3。天然气是一种多组分的混 合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷， 此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩 等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以下为液体。天然气主要 存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中，也有少量出于煤层。 天然气可分为:伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气，非伴生气 包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。 与煤炭、石油等能源相比，天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统 健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。 天然气燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁净等优势，作为玻 璃熔窑燃料，近年来越来越广泛的被使用。 一、天然气可燃组分对能耗的影响 天然气的主要成分是甲烷，也含有乙烷、丙烷、氮气和二氧化碳等组分。 其组成不同热值也不同。乙烷、丙烷的热值高于甲烷，若天然气中高热值组分的 含量较高则热值也较高。而氮气、二氧化碳则不会燃烧发热，因此，天然气中此 类组分含量较高则热值也较低。作为产品天然气，物质的热值是由它的分子(或原子)结构决定的。 Qd=?XQ ii 式中:X为天然气中可燃组分的体积百分比, Q为天然气中可燃组分的ii 热值。 天然气热值高低直接影响火焰的温度，从而影响火焰和物料间的传热效率，影响熔制过程中的能耗。 矿物燃料为能源的玻璃熔窑内的温度取决于燃料的燃烧温度, 燃料的燃烧温度分为理论燃烧温度和实际燃烧温度。燃料的理论燃烧温度为当燃料在燃烧反 能够达到的温度称为燃料的理应时所放出的全部热量都用于加热燃烧产物时, 论燃烧温度。 燃料的理论燃烧温度是从能量守衡定律得出的。 公式为: Q，CT，CTLdrrkka (1) t,CVyy 式中 t——燃料理论燃烧温度, ? 3Q——燃料低发热值,kJ/Nm (kg) d 33V——燃烧生成气量, Nm /Nm (kg) y Tr——燃料温度, ? T——空气温度, ? k 3C——燃烧生成气的热容量, kJ/Nm(kg)?? y 3C——燃料的热容量, kJ/Nm(kg)?? r 3C——空气的热容量, kJ/Nm(kg)?? k L——不同空气过剩系数时的单位空气耗量, ɑ 理论燃烧温度是指在绝热条件下完全燃烧，不考虑对外做功时，烟气所能达到的温度。影响理论燃烧温度的因素有:燃料热值、空气预热温度、空气系数、空气富氧程度。燃料在燃烧中实际上总有一部分热量损失掉,并且燃烧也经常不能完全, 所以实际的燃烧温度总是低于理论燃烧温度。通常人们所说的某种燃料的“ 火焰温度” 就是指这种燃料能够达到的实际燃烧温度(T)。 f T=ηt f (1)其中，η为窑炉高温系数，对大型玻璃熔窑可取值0.7计算。 从上式中可以看出，Qd增加，可使T提高，但若Qd增加速度与烟气量增加f 速度相对应时，则对T的影响不显著。 f 玻璃熔窑内，火焰和物料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面温度分别为T和T，其物料得到的净热量为: fm 44Q=C[(T/100)-(T/100)]Fm+ɑ(T - T )Fm (2) fmfmfmfm ,, 1，(1,)f,,,CCfmfm0 (3) ,,,，,(1,,),，,(1,,)ffmff 式中: C——火焰和物料间的导来换热系数 fm ε——火焰与固体间的导来黑度; fw 24C——黑体辐射常数，为5.67W/( m?k) 0 F——物料的表面积 m φ——辐射角系数 ɑ——火焰和物料间对流换热系数 从以上的分析可以得出:天然气的可燃组分决定了天然气的热值，热值越高，产生的烟气量若相对增加较少，则火焰的燃烧温度越高，物料得到的净热量越大，玻璃熔窑的能耗就越低。 二、天然气成分中惰性气体对能耗的影响 天然气成分中一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。其中的惰性气体影响火焰的黑度大小，从而影响火焰的传热效率。 火焰的辐射和吸收是在整个容积中进行的。火焰一般由双原子气体(N、2O、CO)、三原子气体(CO、HO、SO)和悬浮固体粒子(炭黑、飞灰、2222 焦炭粒子)所组成。不同的气体所具有的辐射和吸收辐射的能力大小不同，在窑炉中燃料燃烧产生的多原子气体，如CO、HO等具有相当大的辐射22 和吸收辐射的能力。火焰中的N和O对热辐射是透明的，CO等的含量一22 般很低，因此火焰中具有辐射能力的成分主要是 HO、CO和各种悬浮的22固体粒子。 混合气体的黑度ε=ε(H2O)+ε(CO2)-?ε,一般?ε可忽略不计。为了g 计算黑度，就必须知道气体温度、气体分压(P、P)和射线行程。同一CO2H2O 温度下，气体分压越低，黑度越小。因此天然气成分中惰性气体的增加，会降低火焰燃烧后CO2、H2O的分压，从而同一温度下的火焰黑度降低，传热效率降低〖见公式(2)、(3)〗。 因而，天然气成分中的惰性气体含量会使燃烧后的气体黑度减小，传热效率降低，玻璃熔窑的能耗增加。 三、天然气玻璃熔窑降低能耗的工艺控制 本文仅就与天然气相关的工艺控制做一简单论述。 1、合理的空气过剩系数 科学选择空气过剩系数,加强密封，防止冷空气的渗入和热气流的外溢，减少烟气量的形成,是熔窑节能降耗的有效措施。 如果空气量不足,燃料会因为缺氧而不能完全燃烧,这样不但燃料的热量没有完全释放出来,而且未燃烧的这部分燃料还要消耗掉一部分量把它加热到窑内温度,然后随着生成的烟气排出窑外;如果空气量过剩,这时燃料虽然能够完全彻底的燃烧,热量全部的释放出来,由于引入过量的空气,这些空气需要消耗掉一定量的热量将其加热到窑内温度,随着窑内生成的废气一起形成烟气,排出窑外。这两种情况都会造成大量的燃料浪费,增加生成成本。 空气过剩系数ɑ与燃料种类有关，理论分析和实际燃烧控制过程均表明，空燃比存在一个最佳值域区间，空燃比保持在这个区间之内时热风炉的热效率最高，在相同条件下燃烧所能达到的理论燃烧温度也最高。在完全燃烧条件下，理论燃烧温度与空气过剩系数基本上呈线性关系变化，随着空气过剩系数的升高，理论燃烧温度降低。 与空气过剩系数ɑ相对应的残氧含量也要求从前区到后区从小到大增加，1#—4#小炉1.0,1.5%;5#小炉,3%;6#小炉,5%。 2、火焰控制 火焰控制包括火焰的角度、速度、覆盖面积。 喷枪仰角为6?~12?，角度不宜过大，否则将破坏火焰上部至大暄部位的循环气流。火焰要有一定的刚性，方向性要好，覆盖面要大一般扩散角为20?~30?。形成的火焰要符合工艺要求，横向温差要小(火根火稍温差小)，长度达到窑宽的2/3~3/4，并能根据生产需要加以调整。 3、天然气增碳和助燃风富氧技术 生产实践中，合理的选择喷枪，通过天然气增碳，提高燃料黑度和助燃风加如氧气都可以提高燃烧效率，降低天然气玻璃熔窑的能耗。 四、结束语 天然气的可燃组分决定了天然气的热值，惰性气体影响着其黑度，从而影响着玻璃熔窑的传热效率。通过天然气增碳和助燃风富氧技术，加强工艺操作，使降低天然气玻璃熔窑能耗的有效途径。 参考文献: [1]. 唐福恒.玻璃熔窑使用不同燃料的能耗计算.《 玻璃 》，2008年第9期.