CN102923933B - 玻璃熔窑梯度增氧助燃方法及专用的梯度增氧助燃系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃熔窑梯度增氧助燃方法和专用的梯度增氧助燃系统。该系统包括一空气分离器；其特点为，与该空气分离器的出口端通过管路连接一氧气收集塔，该氧气收集塔的出气口通过管路串接的一三通分流接口分别与低压分流管路和经一三通换向接口连接的高压分流管路相接；低压分流管路和高压分流管的端部均通过各自连通的调节阀、流量计和氧气助燃喷枪连接；将上述氧气助燃喷枪装在玻璃熔窑侧壁开设的喷火口下方，且与原窑炉侧壁上固装的燃烧喷枪配合固接；不同压力氧气分别输送至燃料喷枪底部的氧气助燃喷枪内管和外管，使玻璃熔窑火焰温度呈梯度分布，可有效降低玻璃单位能耗和玻璃熔窑NOx的排放量，适于在工业上推广应用。

Description

玻璃熔窑梯度增氧助燃方法及专用的梯度增氧助燃系统

技术领域

本发明涉及一种玻璃熔窑梯度增氧助燃方法和专用的梯度增氧助燃系统。属玻璃生产过程中熔窑燃烧方法及设备领域。

背景技术

平板玻璃及其加工玻璃已成为国民经济发展和提高人民生活水平不可缺少的重要材料。而在玻璃产能、质量不断提高的同时，玻璃工业熔窑节能减排的重要性和迫切性也日益受到关注。

NOx是造成臭氧和酸雨的重要污染物，是环保法规对玻璃厂的控制指标之一。现有的玻璃熔窑一般把助燃空气预热到很高的温度以提高热效率，但同时却会产生大量的NOx。

传统的普通浮法玻璃熔窑，根据产量不同，通常在熔窑两侧开有2-7对喷火口，喷火口上部预热的助燃空气以一定角度向下喷入，燃料喷枪在喷火口下部，每个喷火口装有2到3支喷枪，燃料喷枪的上部燃料与空气接触面积大，燃烧速度快，火焰温度高，燃料喷枪的下部则为缺氧区，同时也正是离需要熔化的玻璃原料最近的区域，而此区域反而没有高温火焰覆盖，为了达到合格质量玻璃，就必须要提高上部温度，使高温火焰辐射到玻璃液面。由于，高温火焰加快空气中氮气和氧气生成NOx，其后果是即浪费能量又增加了烟气中NOx的浓度。

玻璃熔窑全氧燃烧技术能大大降低NOx的排放量，但全氧燃烧玻璃熔窑，窑炉结构、窑炉耐火材料配置都与现役窑炉不同，不容易应用于现役的窑炉改造。全氧燃烧窑炉需要大量氧气，无论采用空气分离法制氧、还是变压吸附制氧，都需要投入大量设备资金，制氧成本高，对于普通浮法玻璃来说，采用全氧燃烧技术，总体成本高，不利于技术推广。

浮法玻璃生产需要大量氮气保护锡槽中的锡不被氧化，氮气的制取所采用工艺主要是深冷空气分离制氮工艺。采用单级精馏塔，只能制取其中高纯氮气。将原来制氮单塔设备改为返流双塔深冷空气分离器(简称空气分离器)，氧塔底部产出纯氧，氮塔塔顶部产出纯氮。以600吨浮法玻璃生产线为例，锡槽需要氮气量约2300Nm³/h，采用空气分离器，同时能生产纯度大于90％的氧气1000Nm³/h。

富氧燃烧梯度增氧技术目前已有应用，采用浮法玻璃生产线单级精馏塔制氮设备产生的富氧气体，富氧气体中氧气含量为33-35％，富氧气体占总助燃风比例为6％左右，由于氧气浓度及所占比例过低，节能效果不好，富氧气体尽管采用将其预热的方法，想利用提高初始温度方法，来提高燃烧效果；而富氧气体的预热温度不能太高，太高，则富氧喷枪前温度高，富氧喷枪易损，而更换的操作难度大；事实上富氧气体预热温度高也很困难，所以实际应用效果并不好；同时，富氧气体中还是有大量氮气，不能减少烟气中NOx含量，反而有所升高。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种充分利用空气分离器产生的高纯度氧气，使其有效参与玻璃熔窑燃烧的梯度增氧助燃方法，同时还提供了实现该方法的专用增氧助燃系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，它包括一空气分离器；其特点为：它还设置有通过管路依次连接的氧气收集塔、三通分流接口、分流管路和多个氧气助燃喷枪；其中，氧气收集塔的进气口与空气分离器的氧气出口相接，氧气收集塔的出气口与三通分流接口相接；三通分流接口的出气端分成2路，一路依次串接有分流阀门、低压减压器和一低压多分支通路，在低压多分支通路的多个出口端分别连接有低压分支管路，每条低压分支管路上串接有低压控制阀门和低压流量计；另一路依次串接有分流阀门、高压减压器和一三通换向接口，与该三通换向接口的出口端分别连接有2条相同的高压管路，每条高压管路串接有高压气动截止阀和一高压多分支通路；在高压多分支通路的多个的出口端分别连接有高压分支管路，每条高压分支管路上串接有高压调节阀门和高压流量计；与低压流量计尾端的管路和高压流量计尾端的管路同接有一氧气助燃喷枪；多个氧气助燃喷枪的数量与低压分支管路和高压分支管路的连接数量相同；在氧气收集塔的顶端设置有调节该氧气收集塔内腔氧气收集压力的过压阀和欠压阀。

在上述氧气收集塔和三通分流接口连接的管路上，还可串接一氧气加压机；在该氧气加压机的两端与管路相接处分别加装有防震动的金属软管。

上述氧气收集塔的中部为筒体，其顶部为锥形顶板，底部由4个垂直于地面的立柱支撑；其中，筒体由钢板焊接而成，所述进气口位于该筒体的上部，距顶部边缘距离为200-300mm；所述出气口位于该筒体的下部，距下底边缘距离为200-300mm；在该氧气收集塔的底部安装有排水阀；所述过压阀和所述欠压阀分别固装在所述锥形顶板上。

上述所用的管路均为无缝钢管；所用的分流阀门为手动截止阀或气动薄膜调节阀；所用的低压控制阀为低压气动薄膜调节阀或低压手动截止阀；所用的高压调节阀为高压手动截止阀或高压气动薄膜调节阀。

上述的欠压阀由欠压阀基座、底板、欠压阀滑动轴、欠压阀弹簧、密封垫、欠压阀固定轴承、连接钢筋和顶盖组装而成；其中，欠压阀基座的外周与所述氧气收集塔的锥形顶板焊接固定；底板位于欠压阀基座的底部，该底板上板面的中心垂直焊接有欠压阀滑动轴，欠压阀滑动轴的上部穿过一与欠压阀基座内壁水平焊接的固定轴承向上延伸；在欠压阀固定轴承至底板之间的欠压阀滑动轴上套接有一欠压阀弹簧；欠压阀弹簧一端固定在该欠压阀滑动轴与底板相接处，另一端与欠压阀固定轴承端固接；所述底板通过该欠压阀弹簧的拉力压在欠压阀基座的底端；在欠压阀基座和底板相接处衬有密封垫；顶盖为锥形，其锥形顶盖的底面向下焊接有3-4根与所述欠压阀基座筒壁垂直相接的连接钢筋；所述底板的直径为10-15cm；所述欠压阀弹簧的拉力预制为7-15kg；所述欠压阀滑动轴与所述欠压阀固定轴承之间为滑动连接。

上述的过压阀由过压阀基座、盖板、过压阀弹簧、过压阀滑动轴、密封垫、过压阀固定轴承和挡雨板组装而成；其中，过压阀基座的外周与所述氧气收集塔的锥形顶板焊接固定；盖板位于顶部，该盖板下板面的中心垂直焊接有过压阀滑动轴，过压阀滑动轴的下端穿过一与过压阀基座内壁水平焊接的过压阀固定轴承向下延伸；在过压阀固定轴承至盖板之间的过压阀滑动轴上套接有一过压阀弹簧；过压阀弹簧的一端与盖板的底面焊接固定，另一端与过压阀固定轴承端焊接固定；所述盖板依靠过压阀弹簧的拉力将其压在过压阀基座上；在过压阀基座和盖板之间衬有密封垫；盖板为平行板，在平行盖板的周边焊接有一圈下斜的挡雨板；所述过压阀弹簧预置有拉力，该拉力为150-300公斤，所述盖板的直径为10-15cm；所述密封垫为聚四氟乙烯密封垫；所述过压阀滑动轴与所述过压阀固定轴承之间为滑动连接。

上述的氧气助燃喷枪由内管和外管组成；其中，内管由内管管体和内管进口焊接而成，内管管体的内径与内管进口的内径相同，均为8-12mm；所述内管进口为斜置，一端开口朝下，另一端口与内管管体的连接端成15-20度的夹角；所述内管管体的自由端为喷枪口；外管由外管管体和外管进口焊接而成；其中，外管管体的内径为20-30mm，其水平套接在所述内管管体的外侧，其长度比内管管体的长度长10-15mm；外管管体位于内管进口与内管管体相接处的一端为封闭焊接，另一端为喷枪口；所述外管进口的内径为10-20mm，开口朝下，其上端垂直焊接在该外管管体临近封闭端的管壁上；所述外管管体喷枪口的外周为一锥形收口，其长度为5-10mm，锥形收口的斜度为45-50度；在外管管体距其喷枪口端100-150mm处的外壁上垂直套装一挡板，该挡板为正方形，其边长100-150mm，板厚4-6mm，板中心处开设有一大于外管管体外径的通孔，该挡板通过其通孔与外管管体焊接固定。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种用上述玻璃熔窑梯度增氧助燃系统实施的梯度增氧助燃方法，它包括用玻璃生产线上的空气分离器产生的氧气对玻璃熔窑进行辅助燃烧的步骤；具体操作如下：

1)将所述空气分离器产生的氧气通过管路输送至氧气收集塔内收集，利用氧气比空气重的特点，收集高纯度氧气；

2)将步骤1)氧气收集塔内的高纯度氧气在正常压力维持下输送至三通分流接口，所述正常压力的范围为-0.01～0.3MPa；

3)将步骤2)输出的氧气经三通分流接口按比例分流为2路，其中1路通过低压减压器减压至低压氧气后，经一低压多分支通路将低压氧气分别输送到多个与低压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的外管中；另1路通过高压减压器减压至高压氧气后，经三通换向接口换向，2个高压多分支通路交替将高压氧气输送到多个与高压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的内管中；通过氧气助燃喷枪的喷枪口将引入的低压氧气持续喷入该玻璃窑熔内，同时将所述高压氧气换向喷入该玻璃熔窑内，参与燃烧；

其中，步骤3)所述的低压氧气，其压力为0.08MPa-0.12MPa；所述的高压氧气，其压力为0.2MPa-0.25MPa。

上述步骤2)中氧气收集塔内氧气的正常压力由装于该氧气收集塔锥形顶板上的过压阀或/和欠压阀维持；其中，当氧气收集塔中氧气压力大于0.3MPa时，打开过压阀，多余氧气排入大气；氧气收集塔中氧气压力小于负0.01MPa时，打开欠压阀，抽进适量空气；

上述步骤3)经三通分流接口分流，参与三通换向接口换向的氧气和直接进入低压多分支通路的氧气分流比例为8-5:2-5，所述三通换向接口的换向时差与所述玻璃熔窑上固装的燃料喷枪换向时差同步。

步骤3)中所用的氧气助燃喷枪在同一喷火口内装有1-2个，与该玻璃熔窑固接的2个燃料喷枪下侧对位或错位配合设置；其中，对位安装时，氧气助燃喷枪取2个，其间距与2个燃料喷枪的中心距离相同，均为60-90mm；错位安装时，氧气助燃喷枪取1个，距2个燃料喷枪的中心下侧垂直距离为30-90mm；使喷入窑炉的火焰温度呈梯度分布。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：1)本发明的助燃系统通过氧气助燃喷枪的结构设置，使其内、外管输入不同压力的氧气、以及内、外管氧气量的比例可调，同时还可随意将氧气喷出的长度及宽度进行调节，使喷入窑炉的火焰温度呈梯度分布，助燃效果更佳。2)通过设置分支管路手动截止阀或者气动薄膜调节阀调整各个小炉氧气的分配比例，可达到理想的温度制度。3)氧气助燃喷枪喷出氧气位于燃料喷枪下部，解决了传统燃烧方式在此位置上燃烧缺氧问题，高纯度氧气燃烧速度快、温度高，辐射能力强，有利玻璃熔化、澄清、均化。4)高纯度氧气中氮气量很少，NOx产生就少，达到减少玻璃熔窑NOx排放的目的。5)由于氧气助燃喷枪从已装在窑炉壁上的燃料喷枪下部加入，其喷入的氧气接近玻璃液部分的温度高、辐射能力强，达到快速熔化、澄清玻璃的目的，燃料上部分空气量可以减少，这样就降低空间火焰温度，也减低NOx产生，火焰温度呈梯度分布，起到保护窑炉火焰空间胸墙、大碹作用，大大地延长窑炉使用寿命，同时整个窑炉上部空间温度降低，减少了燃料消耗和窑体的散热损失，从而达到节约能源目的。6)氧气助燃喷枪的外管始终有氧气，不随着燃料喷枪换向，其一可以与内管比例调整达到调整氧气喷出范围的目的；其二可以燃烧掉对面喷枪喷出且未燃尽的燃料，免得带入玻璃熔窑蓄热室，烧坏格子体；其三可以冷却梯度增氧氧气助燃喷枪，免得被对面火焰烧坏，提高了该氧气助燃喷枪的使用寿命。7)氧气浓度大于90％高纯度氧气占整体玻璃熔窑需氧量10％左右，氧气通过燃料喷枪的底部加入玻璃熔窑参与燃烧，烟气量减少20-30％，NOx的排放浓度降低30-40％，总能耗降低6-10％，即节约能源又减少对环境的污染；易于推广应用。

附图说明

图1为本发明氧气梯度增氧助燃系统的组装示意图。

图2为过压装置结构示意图。

图3为欠压装置结构示意图。

图4为梯度增氧氧气助燃喷枪的结构示意图。

图5为梯度增氧氧气助燃喷枪的安装截面示意图。

图6为实例1氧气助燃喷枪的安装位置示意图。

图7为实例2氧气助燃喷枪的安装位置示意图。

具体实施方式

以下依据附图对本发明的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统作一详细说明。

如图1所示，玻璃熔窑梯度增氧助燃系统设置有空气分离器1、氧气收集塔2、过压阀3、欠压阀4、排水阀5、金属软管6、氧气加压机7、金属软管8、三通分流接口9、分流阀门10、低压减压器11、低压多分支通路12、低压控制阀13、低压流量计14、金属软管15、氧气助燃喷枪16；分流阀门17、高压减压器18、三通换向接口19、高压气动截止阀20、高压多分支通路21、高压调节阀22和高压流量计23。

其中，空气分离器1的出口端通过管路连接一氧气收集塔2，该氧气收集塔2的出气口通过管路和三通分流接口9相接；当空气分离器分离出的氧气本身压力不能满足氧气收集塔2对压力的要求时，可在氧气收集塔2和三通分流接口9连接的管路上，串接一氧气加压机7；在该氧气加压机7的两端与连接的管路相接处分别加装有防震动的金属软管6、8；以保证氧气收集器2将收集的氧气通过氧气加压机7输送至三通分流接口9处。

氧气收集塔2的中部为筒体，其顶部为锥形顶板，底部由4个垂直于地面的立柱支撑；其中，筒体由钢板焊接而成，氧气收集塔2的进气口位于该筒体的上部，距顶部边缘距离为200-300mm；出气口位于该筒体的下部，距下底边缘距离为200-300mm；在该氧气收集塔的底部安装有排水阀，排水阀5选用型号为Q11F排水阀。

在氧气收集塔2的顶端设置有调节该氧气收集塔2内腔中氧气收集压力的过压阀3和欠压阀4。

三通分流接口9的出口分成2路；一路依次串接有分流阀门10、低压减压器11和一低压多分支通路12，在低压多分支通路12的多个出口端分别连接有低压分支管路，该低压多分支通路12的出口端设置为4-10个，本实施方式中,玻璃熔窑侧壁上装有4对喷火口，分别位于两侧壁相对位置上，按照喷火口安装的数量，低压多分支通路的出口端设有8个；每条低压分支管路上串接有低压控制阀门13和低压流量计14；其中，由三通分流接口9分流的氧气经低压减压器11减压成为低压氧气，流入低压多分支通路12中；所用的分流阀门10可选用手动截止阀或气动薄膜调节阀；低压控制阀13可选用低压气动薄膜调节阀或低压手动截止阀。

另一路依次串接有分流阀门17、高压减压器18和一三通换向接口19；与该三通换向接口19的出口端分别连接有2条相同的高压多分支通路21；每条高压多分支通路21的多个出口端分别连接有高压分支管路，该高压多分支通路21的出口端设置为2-5个，每条高压多分支通路21的出口端，要与低压多分支通路12的出口端对应设置；按照上述玻璃熔窑侧壁上装有4对喷火口，2条高压分支通路21上各设有4个出口端，2条高压分支通路21上的8个出口端通过8条管路与8支氧气助燃喷枪16的内管进口相接，低压分支通路12上的8个出口端通过8条管路与上述8支氧气助燃喷枪16的外管进口相接；氧气助燃喷枪16所用数量的倍数要与实施玻璃熔窑中设置的喷火口的个数一致。

每条高压多分支通路21上串接有高压调节阀门22和高压流量计23；由三通分流接口9分流的氧气经高压减压器18减压成为高压氧气，经三通换向接口19分别流入2条相同的高压分流管路中，三通换向接口19与每条高压分流管路分别通过一高压气动截止阀20进行换向，2条高压多分支通路21交替接通，高压氧气由各高压多分支通路21分流至与其出口连接的高压分支管路内；其中，所用的分流阀门17应与低压管路中用的分流阀门10相同，可选用手动截止阀或气动薄膜调节阀；所用的高压调节阀22可选用高压手动截止阀或高压气动薄膜调节阀。

与低压流量计14尾端的管路和高压流量计23尾端的管路同接有一个氧气助燃喷枪16；氧气助燃喷枪16接有多个，其数量与低压分支管路和高压分支管路的连接数量相同；氧气助燃喷枪16与管路间连接有金属软管24。

本发明玻璃熔窑梯度增氧助燃系统中所用的管路均为无缝钢管，所用的高压多分支通路21和低压多分支通路12均为一进口，多出口的金属管。

本发明所用的手动截止阀、气动薄膜调节阀、高压手动截止阀、高压气动薄膜调节阀、低压气动薄膜调节阀、低压手动截止阀、低压减压器、高压减压器、三通分流接口、三通换向接口、氧气加压机、低压流量计、高压流量计均可选用市售的任一规格产品。

如图2所示，过压阀3由过压阀基座33、盖板34、过压阀弹簧35、过压阀滑动轴36、密封垫37、过压阀固定轴承38和挡雨板39组装而成；其中，过压阀基座33的外周与氧气收集塔2的锥形顶板焊接固定；盖板34位于顶部，该盖板34下板面的中心垂直焊接有过压阀滑动轴36，过压阀滑动轴36的下端穿过一与过压阀基座33内壁水平焊接的过压阀固定轴承38向下延伸；在过压阀固定轴承38至盖板34之间的过压阀滑动轴36上套接有一过压阀弹簧35；过压阀弹簧35的一端与盖板34的底面焊接固定，另一端与过压阀固定轴承38的固定端焊接固定；盖板34依靠过压阀弹簧35的拉力将其压在过压阀基座33上；在过压阀基座33和盖板34之间衬有密封垫37；盖板34为平行板，在平行盖板的周边焊接有一圈下斜的挡雨板39；过压阀弹簧35预置有拉力，该拉力为150-300公斤；盖板34的直径为10-15cm；所用的密封垫37为聚四氟乙烯密封垫；过压阀滑动轴36与过压阀固定轴承38之间为滑动连接。

如图3所示，欠压阀4由欠压阀基座25、底板26、欠压阀滑动轴27、欠压阀弹簧28、密封垫29、欠压阀固定轴承30、连接钢筋31和盖板32组装而成；其中，欠压阀基座25的外周与氧气收集塔2的锥形顶板焊接固定；底板26位于欠压阀基座25的底部，该底板26上板面的中心垂直焊接有欠压阀滑动轴27，欠压阀滑动轴27的上部穿过一与欠压阀基座25内壁水平焊接的欠压阀固定轴承30向上延伸；在欠压阀固定轴承30至底板26之间的欠压阀滑动轴27上套接有一欠压阀弹簧28；欠压阀弹簧28一端固定在欠压阀滑动轴27与底板26相接处，另一端与欠压阀固定轴承30的固定端固接；底板26通过该欠压阀弹簧28的拉力压在欠压阀基座25的底端；在欠压阀基座25和底板26相接处衬有密封垫29；盖板32为锥形，其锥形顶盖的底面向下焊接有3-4根与欠压阀基座25筒壁垂直相接的连接钢筋31，3-4根连接钢筋31之间缝隙为10-15cm；底板26的直径为10-15cm；欠压阀弹簧28的拉力预制为7-15kg；欠压阀滑动轴27与欠压阀固定轴承30之间为滑动连接。

如图4所示，氧气助燃喷枪16由内管和外管组成；其中，内管由内管管体40和内管进口44焊接而成，内管管体40的内径与内管进口44的内径相同，均为8-12mm；该内管进口44为斜置，一端开口朝下，另一端口与内管管体40的连接端成一15-20度的夹角；内管管体40的自由端为喷枪口；外管由外管管体41和外管进口43焊接而成；其中，外管管体41的内径为20-30mm，其水平套接在内管管体40的外侧，其长度比内管管体40的长度长10-15mm；外管管体41位于内管进口44与内管管体40相接处的一端为封闭焊接，另一端为喷枪口；所述外管进口43的内径为10-20mm，开口朝下，其上端垂直焊接在该外管管体41临近封闭端的管壁上；外管管体41喷枪口的外周为一锥形收口，其长度为5-10mm，锥形收口向端口处斜度为45-50度；在外管管体41距其喷枪口端100-150mm处的外壁上垂直套装一挡板42，该挡板42为正方形，其边长100-150mm，板厚4-6mm，板中心处开设有一大于外管管体41外径的通孔，挡板42通过该通孔与外管管体41焊接固定；内管、外管和挡板材质相同，均为316不锈钢材质；外管进口和内管进口均为304不锈钢材质。

如图5所示，在喷嘴砖上通设有2个燃料喷出口46和至少1个氧气喷出口47，其前端朝向玻璃熔窑内腔；燃料喷出口46的前端为喇叭口，燃料喷枪45由燃料喷出口46的尾端伸入，与其喷嘴砖48的外壁通过固定板固定；氧气喷出口47位于燃料喷出口46的下方；氧气助燃喷枪16的喷枪口由该氧气喷出口47的尾端伸入，其挡板42紧贴在喷嘴砖48的外侧且与其固定。

如图6所示，喷嘴砖48上通设有2个氧气喷出口47，均位于2个燃料喷出口46的正下方，2个氧气喷出口47之间的中心距离与2个燃料喷出口46之间的中心距离相等，均为60-90mm。

如图7所示，喷嘴砖48上通设有1个氧气喷出口47，位于2个燃料喷出口46中间偏下位置，氧气喷出口47距2个燃料喷出口46中心下侧的垂直距离为30-90mm。

本发明同时还提供了一种利用上述玻璃熔窑梯度增氧助燃系统实现的玻璃熔窑梯度增氧助燃方法，包括用玻璃生产线上的空气分离器产生的氧气对玻璃熔窑进行辅助燃烧的步骤；具体操作如下：

1)将空气分离器产生的氧气通过管路输送至氧气收集塔内收集，利用氧气比空气重的特点，收集高纯度氧气；

2)将步骤1)中氧气收集塔内的高纯度氧气加压输送，在加压过程中维持该氧气收集器内的压力低于或等于0.3MPa；

3)将步骤2)输出的氧气经三通分流接口按比例分流为2路，其中1路通过低压减压器减压至低压氧气后，经一低压多分支通路将低压氧气分别输送到多个与低压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的外管中；另1路通过高压减压器减压至高压氧气后，经三通换向接口换向，2个高压多分支通路交替将高压氧气输送到多个与高压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的内管中，通过氧气助燃喷枪的喷枪口将引入的低压氧气持续喷入该玻璃窑熔内，同时将所述高压氧气换向喷入该玻璃熔窑内，参与燃烧；

其中，步骤1)氧气收集塔收集的高纯度氧气是指氧气浓度大于90％的氧气；

步骤2)中维持该氧气收集塔内氧气压力的步骤采用装于氧气收集塔锥形顶板上的过压阀或/和欠压阀；其中，当氧气收集塔中氧气的压力大于0.3MPa时，打开过压阀，多余氧气排入大气；氧气收集塔中氧气压力小于负0.01MPa时，打开欠压阀，抽进适量空气，以增加该氧气收集塔内的压力。

步骤3)中低压氧气的压力为0.08MPa-0.12MPa；高压氧气的压力为0.2MPa-0.25MPa。

步骤3)经三通分流接口分流，参与三通换向接口换向的氧气和直接进入低压多分支通路的氧气分流比例为8-5:2-5，三通换向接口的换向时差与玻璃熔窑上固装的燃料喷枪换向时差同步。

步骤3)中，氧气助燃喷枪在同一喷火口内装有1-2个，与该玻璃熔窑固接的2个燃料喷枪下侧对位或错位配合设置；其中，对位安装时，所述氧气助燃喷枪取2个，其间距与2个所述燃料喷枪的中心距离相同，均为60-90mm；错位安装时，所述氧气助燃喷枪取1个，距2个所述燃料喷枪的中心下侧垂直距离为30-90mm；使喷入窑炉的火焰温度呈梯度分布，形成氧气梯度增氧助燃的环境。

以下通过实例并结合附图对本发明的方法进行详细说明。

如图1所示，先将空气分离器1产生的氧气通过氧气收集塔2收集，氧气从氧气收集塔2上部的入口进入塔体，出气口位于塔的下部，利用氧气比空气重的特点，能收集纯度高的氧气，塔的顶部安装两个阀门，一个是过压阀3，当氧气加压机7的抽力不足时，氧气收集塔内的氧气压力大，其内的压力大于过压阀弹簧预置拉力，将盖板32顶开，将多余氧气排入大气；另一个是欠压阀4，当氧气加压机7的抽力过大时，将欠压阀弹簧28拉动，欠压阀弹簧28将盖板32顶开，抽进适量的空气，以免抽力太大对空气分离器1的工况产生不利影响。当空气分离器1出来的氧气本身压力可以满足高压减压器18出口压力0.2MPa-0.25MPa时，可以不加氧气加压机7。

将收集的氧气通过氧气加压机7输送到三通分流接口，将氧气分流成两路，通过分流阀门将氧气按比例分配，参与换向与不换向的氧气分配比例为8-5:2-5。

其中，参与换向一路的氧气由分流阀门17分流，且经高压减压器18减压成高压氧气，再输送至三通换向接口19；经三通换向接口19将氧气分别送入2条相同的高压分流管路中，每条高压分流管通过一高压气动截止阀20进行换向，然后和一高压多分支通路21相接；高压多分支通路21将引入的氧气分别送入并接的4条高压分支管路中，每条高压分支管路由管路依次串接有高压调节阀22、高压流量计23，高压流量计通过一金属软管24与氧气助燃喷枪16的外管相接；本实例中，高压调节阀22选用高压气动薄膜调节阀；参与换向部分氧气经高压减压器18减压成高压氧气，其压力大小为0.2-0.25MPa，然后通过高压气动截止阀20分成两路；其中一路开的时候，另一路关闭；另一路开的时候，则一路关闭，换向时差与玻璃熔窑燃料喷枪换向时差同步，然后再通过高压气动截止阀20分配到玻璃熔窑内腔两侧下部相对安装的氧气助燃喷枪16的内管中，每个支管路上安装高压流量计23，显示流量，高压流量计23与高压气动截止阀20形成流量闭环控制回路，实现流量自动控制。

不参与换向一路的氧气通过低压分流阀门10和低压减压器11减压成低压氧气，进入低压多分支通路12中；本实例中，低压分流阀门10用手动截止阀；该低压多分支通路12将引入的低压氧气分别送入并接的8条低压分支管路中，每条低压分支管路依次串接有低压控制阀13、低压流量计14和氧气助燃喷枪16；本实例中，低压控制阀13选用低压气动薄膜调节阀；通过低压减压器减压到需要的压力，压力大小为0.08-0.12MPa，然后通过气动薄膜调节阀将低压氧气送入玻璃熔窑内腔两侧下部相对安装的氧气助燃喷枪16的外管中，每个低压分支管路安装低压流量计14，显示流量，流量计与低压气动薄膜调节阀形成流量闭环控制回路，实现流量自动控制。

本发明所用的氧气助燃喷枪16分为内管和外管，外管通低压不换向氧气，内管通高压换向氧气，可以通过调节内外管的氧气量，调整氧气喷出速度和范围，使其助燃效果更佳，氧气助燃喷枪16布置在玻璃熔窑固接的燃料喷枪的正下方，中心距离燃料喷枪中心为60-90mm，或者同一小炉两支燃料喷枪中间偏下位置，中心下侧垂直距离30-90mm。将氧气从燃料喷枪底部加入，使窑炉火焰温度呈梯度分布，从而降低能耗及NOx排放，达到节能减排预期效果。

氧气助燃喷枪16的内管、外管和挡板所用的材质均为316不锈钢板，外管进口和内管进口所用的材质为304不锈钢板。

实例：

以600吨浮法玻璃生产线为例，制氧设备生产纯度大于90％的氧气1000Nm³/h。氧气由空气分离器的下部出口送入氧气收集塔，由氧气收集塔出气口送出的氧气通过氧气加压机、再经三通分流接口输送到2路的氧气分流管路中，用手动截止阀将氧气按比例分配，分配比例为3：7；其中一路通过低压减压器减压到0.09MPa，经低压减压器减压的低压氧气分流到一设有10个出口端的低压分支通路中，每个出口端连接一低压支管路，每个低压支管路上串接有低压阀门和低压流量计，该低压流量计显示低压氧气通过的流量；低压氧气通过低压后分别流入10个低压支管路中，最终进入与其端部连通的氧气助燃喷枪的外管中；另一路氧气通过高压减压器减压至0.2MPa，经高压减压器减压的高压氧气分流到一三通换向器中，经三通换向器再将高压氧气分成2条管路，每条管路均串接有高压气动截止阀和一设有5个出口端的高压分支通路，在高压分支通路的5个出口端各连接有一高压支管路；每个高压支管路上串接有高压手动截止阀和高压流量计，该高压流量计显示高压氧气通过的流量；高压氧气换向后进入2条管路，由各自管路上的高压气动截止阀交替开启和关闭，对进入2路的高压氧气进行换向控制；换向时差与玻璃熔窑燃料喷枪换向时差同步；进入高压分支通路中的高压氧气再分流进入与其5个出口端分别连通的各高压支管路中；高压氧气经高压支管路上的高压手动截止阀和高压流量计送到与该高压支管路端部连接的所有氧气助燃喷枪的内管中。

氧气助燃喷枪为专用于该系统的装置，由内管和外管套装而成；内管进口与内管的尾部焊接且与内管相通；外管进口垂直焊接在外管靠近尾端的下部，与外管相通；使用时，外管由外管进口处不间断的通入低压氧气，内管由内管进口换向通入高压氧气，均由氧气助燃喷枪的喷枪口喷出。

实际生产时，氧气助燃喷枪取1个，安装在同一喷火口的2支燃料喷枪中间偏下位置，中心下侧距离40mm。氧气梯度增氧助燃，使火焰温度呈梯度分布，火焰底部为高温区，对玻璃液辐射传热好；火焰上部为富燃料区，降低对玻璃熔窑碹顶的烧损。同时采用本项技术，对于600吨/日浮法玻璃生产线，助燃风用量从61000Nm³/h降低到46000Nm³/h，降低比例为24.5％，这样减少废气，减少对环境的污染；同时NOx的排放浓度降低30％，总能耗降低6％，节能减排效果明显。

本发明利用空气分离器产生氧气，通过氧气梯度增氧助燃系统，将氧气以理想分布状态，分别输送到燃料喷枪底部的氧气助燃喷枪内管和外管，使窑炉火焰温度呈梯度分布，玻璃单位能耗和玻璃熔窑NOx排放都大大地降低，达到节能减排预期效果，适于在工业上推广应用。

Claims (10)

1.一种玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，它包括一空气分离器；其特征在于：它还设置有通过管路依次连接的氧气收集塔、三通分流接口、分流管路和多个氧气助燃喷枪；所述氧气收集塔的进气口与所述空气分离器的氧气出口相接，氧气收集塔的出气口与三通分流接口相接；三通分流接口的出气端分成2路，一路依次串接有分流阀门、低压减压器和一低压多分支通路，在低压多分支通路的多个出口端分别连接有低压分支管路，每条低压分支管路上串接有低压控制阀门和低压流量计；另一路依次串接有分流阀门、高压减压器和一三通换向接口，与该三通换向接口的出口端分别连接有2条相同的高压管路，每条高压管路串接有高压气动截止阀和一高压多分支通路；在高压多分支通路多个的出口端分别连接有高压分支管路，每条高压分支管路上串接有高压调节阀门和高压流量计；与所述低压流量计尾端的管路和所述高压流量计尾端的管路同接有一所述氧气助燃喷枪；多个所述氧气助燃喷枪的数量与所述低压分支管路和所述高压分支管路的连接数量相同；在所述氧气收集塔的顶端设置有调节该氧气收集塔内腔氧气收集压力的过压阀和欠压阀。

2.如权利要求1所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：在所述氧气收集塔和所述三通分流接口连接的管路上，串接有一氧气加压机；在该氧气加压机的两端与所述管路相接处分别加装有防震动的金属软管。

3.如权利要求2所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：所述氧气收集塔的中部为筒体，其顶部为锥形顶板，底部由4个垂直于地面的立柱支撑；其中，筒体由钢板焊接而成，所述进气口位于该筒体的上部，距顶部边缘距离为200-300mm；所述出气口位于该筒体的下部，距下底边缘距离为200-300mm；在该氧气收集塔的底部安装有排水阀；所述过压阀和所述欠压阀分别固装在所述锥形顶板上。

4.如权利要求3所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：所述管路为无缝钢管；所述分流阀门为手动截止阀或气动薄膜调节阀；所述低压控制阀为低压气动薄膜调节阀或低压手动截止阀；所述高压调节阀为高压手动截止阀或高压气动薄膜调节阀。

5.如权利要求4所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：所述欠压阀由欠压阀基座、底板、欠压阀滑动轴、欠压阀弹簧、密封垫、欠压阀固定轴承、连接钢筋和顶盖组装而成；其中，欠压阀基座的外周与所述氧气收集塔的锥形顶板焊接固定；底板位于欠压阀基座的底部，该底板上板面的中心垂直焊接有欠压阀滑动轴，欠压阀滑动轴的上部穿过一与欠压阀基座内壁水平焊接的固定轴承向上延伸；在欠压阀固定轴承至底板之间的欠压阀滑动轴上套接有一欠压阀弹簧；欠压阀弹簧一端固定在该欠压阀滑动轴与底板相接处，另一端与欠压阀固定轴承端固接；所述底板通过该欠压阀弹簧的拉力压在欠压阀基座的底端；在欠压阀基座和底板相接处衬有密封垫；顶盖为锥形，其锥形顶盖的底面向下焊接有3-4根与所述欠压阀基座筒壁垂直相接的连接钢筋；所述底板的直径为10-15cm；所述欠压阀弹簧的拉力预制为7-15kg；所述欠压阀滑动轴与所述欠压阀固定轴承之间为滑动连接。

6.如权利要求4所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：所述过压阀由过压阀基座、盖板、过压阀弹簧、过压阀滑动轴、密封垫、过压阀固定轴承和挡雨板组装而成；其中，过压阀基座的外周与所述氧气收集塔的锥形顶板焊接固定；盖板位于顶部，该盖板下板面的中心垂直焊接有过压阀滑动轴，过压阀滑动轴的下端穿过一与过压阀基座内壁水平焊接的过压阀固定轴承向下延伸；在过压阀固定轴承至盖板之间的过压阀滑动轴上套接有一过压阀弹簧；过压阀弹簧的一端与盖板的底面焊接固定，另一端与过压阀固定轴承端焊接固定；所述盖板依靠过压阀弹簧的拉力将其压在过压阀基座上；在过压阀基座和盖板之间衬有密封垫；盖板为平行板，在平行盖板的周边焊接有一圈下斜的挡雨板；所述过压阀弹簧预置有拉力，该拉力为150-300公斤，所述盖板的直径为10-15cm；所述密封垫为聚四氟乙烯密封垫；所述过压阀滑动轴与所述过压阀固定轴承之间为滑动连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的玻璃熔窑梯度增氧助燃系统，其特征在于：所述氧气助燃喷枪由内管和外管组成；其中，内管由内管管体和内管进口焊接而成，内管管体的内径与内管进口的内径相同，均为8-12mm；所述内管进口为斜置，一端开口朝下，另一端口与内管管体的连接端成15-20度的夹角；所述内管管体的自由端为喷枪口；外管由外管管体和外管进口焊接而成；其中，外管管体的内径为20-30mm，其水平套接在所述内管管体的外侧，其长度比内管管体的长度长10-15mm；外管管体位于内管进口与内管管体相接处的一端为封闭焊接，另一端为喷枪口；所述外管进口的内径为10-20mm，开口朝下，其上端垂直焊接在该外管管体临近封闭端的管壁上；所述外管管体喷枪口的外周为一锥形收口，其长度为5-10mm，锥形收口的斜度为45-50度；在外管管体距其喷枪口端100-150mm处的外壁上垂直套装一挡板，该挡板为正方形，其边长100-150mm，板厚4-6mm，板中心处开设有一大于外管管体外径的通孔，所述挡板通过该通孔与外管管体焊接固定。

8.一种用权利要求1-7任一项所述玻璃熔窑梯度增氧助燃系统实施的梯度增氧助燃方法，包括用玻璃生产线上的空气分离器产生的氧气对玻璃熔窑进行辅助燃烧的步骤；具体操作如下：

1）将所述空气分离器产生的氧气通过管路输送至氧气收集塔内收集，利用氧气比空气重的特点，收集高纯度氧气；

2）将步骤1）氧气收集塔内的高纯度氧气在正常压力维持下输送至三通分流接口，所述正常压力的范围为-0.01～0.3MPa；

3）将步骤2）输出的氧气经三通分流接口按比例分流为2路，其中1路通过低压减压器减压至低压氧气后，经一低压多分支通路将低压氧气分别输送到多个与低压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的外管中；另1路通过高压减压器减压至高压氧气后，经三通换向接口换向，2个高压多分支通路交替将高压氧气输送到多个与高压分支路端口连接的氧气助燃喷枪的内管中；通过氧气助燃喷枪的喷枪口将引入的低压氧气持续喷入该玻璃窑熔内，同时将所述高压氧气换向喷入该玻璃熔窑内，参与燃烧；

其中，步骤3）所述的低压氧气，其压力为0.08MPa-0.12MPa；所述的高压氧气，其压力为0.2MPa-0.25MPa。

9.如权利要求8所述的梯度增氧助燃方法，其特征在于：步骤3）经三通分流接口分流，参与三通换向接口换向的氧气和直接进入低压多分支通路的氧气分流比例为8-5:2-5，所述三通换向接口的换向时差与所述玻璃熔窑上固装的燃料喷枪换向时差同步。

10.如权利要求8-9任一项所述的梯度增氧助燃方法，其特征在于：步骤2）中氧气收集塔内氧气的正常压力由装于该氧气收集塔锥形顶板上的过压阀或/和欠压阀维持；其中，当氧气收集塔中氧气压力大于0.3MPa时，打开过压阀，多余氧气排入大气；氧气收集塔中氧气压力小于负0.01MPa时，打开欠压阀，抽进适量空气；

步骤3）所述氧气助燃喷枪在同一喷火口内装有1-2个，与该玻璃熔窑固接的2个燃料喷枪下侧对位或错位配合设置；其中，对位安装时，所述氧气助燃喷枪取2个，其间距与2个所述燃料喷枪的中心距离相同，均为60-90mm；错位安装时，所述氧气助燃喷枪取1个，距2个所述燃料喷枪的中心下侧垂直距离为30-90mm；使喷入窑炉的火焰温度呈梯度分布。