石油焦代替重油、天然氣、煤焦油在工業(yè)窯爐內(nèi)燃燒節(jié)能顯著
---暨石油焦粉為燃料在玻璃窯爐中的應(yīng)用

一、石油焦代替重油、天然氣、煤焦油應(yīng)用于玻璃窯爐
1、簡介
工業(yè)熔窯和工業(yè)鍋爐在生產(chǎn)過程中一般以重油、天然氣、煤焦油和煤制氣為燃料，因?yàn)橹赜蛠碓磸V泛，熱值高，因此大多數(shù)生產(chǎn)廠家以重油作為熔化產(chǎn)品或鍛燒鍋爐所需的燃料。隨著世界石油資源的日益短缺，重油價格飛速攀升，產(chǎn)品制造的燃料成本逐步上升，企業(yè)為此背上沉重的負(fù)擔(dān)。由于重油價格的不斷上漲導(dǎo)致企業(yè)利潤空間日趨縮小，生產(chǎn)經(jīng)營舉步維艱,發(fā)展受到嚴(yán)重制約。
長沙方大電力輔機(jī)有限公司科技人員為解決用戶工廠燃料成本居高不下的局面，通過廣泛的市場調(diào)研和認(rèn)證，結(jié)合多年的氣力輸送理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用氣力穩(wěn)壓技術(shù)，輸送流量控制技術(shù)、粉體物料流態(tài)化技術(shù)和PLC程控技術(shù)相結(jié)合，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題，專業(yè)開發(fā)、設(shè)計并制造的JSB/QLB/LT系列工業(yè)窯（鍋）爐石油焦粉燃燒輸送泵，在玻璃熔窯、化工產(chǎn)品窯爐及工業(yè)鍋爐中取得了巨大成功。
采用石油焦粉替代重油、煤焦油、天然氣等在玻璃熔窯和工業(yè)鍋爐中得到了廣泛運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了石油焦粉的全窯使用，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量始終保持穩(wěn)定并有所提高。燃料成本折合為重油每噸降低2000元以上（以2010年上半年平均重油價格為比較），企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。實(shí)踐證明，石油焦粉具有熱值高、流動性好、燃燒充分、灰份低、SO2排放量少等優(yōu)點(diǎn)，燃燒石油焦粉后取得了與燃燒重油相同的效果，符合玻璃熔窯和工業(yè)鍋爐對燃料的特殊要求。并申請獲得一項(xiàng)國家發(fā)明證書和五項(xiàng)國家新技術(shù)證書。
2、石油焦粉與重油比較
石油焦粉干基熱值約8500～8600kcal /kg，重油熱值9500～9600kcal /kg，根據(jù)窯爐不同熱效率和熔化率，燃燒1.01～1.1噸石油焦粉與1噸重油熱值相當(dāng)（也就是說窯爐采用石油焦粉代替重油，每消耗1噸重油需用1.1噸石油焦粉）。通過實(shí)驗(yàn), 石油焦粉燃燒時火焰溫度穩(wěn)定在1680～1710℃之間，滿足玻璃熔化需要。石油焦粉的主要材料為石油焦，其灰分為0.03～0.1%，含硫量＜1%，C含量為85%，其它輕質(zhì)可燃物約13.7%，各項(xiàng)成份指標(biāo)與重油類似，不會對玻璃液產(chǎn)生污染。石油焦粉與重油燃燒產(chǎn)生水份含量比較：重油元素組成：C－86.4%；H－12.7%,每噸重油含氫127公斤，可生成1143公斤水。1.1噸石油焦粉替代1噸重油時，其物理化合合成水分約1030公斤，等熱值水焦?jié){生成水份比重油略少或接近。石油焦粉在霧化燃燒過程中水分呈微料狀態(tài)，高溫下迅速氣化并隨煙氣排放，不會對熔窯耐火材料形成異常侵蝕。
通過石油焦粉燃燒工業(yè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石油焦粉火焰與重油有一定的差異，主要體現(xiàn)在石油焦粉燃燒時火根溫度低于火梢約20～30℃。其它如火焰長度、擴(kuò)散面、形狀等都與重油燃燒時的火焰類似。玻璃熔窯碹結(jié)構(gòu)均為拱形，使用重油時，因火根溫度高，碹腳部位極易燒蝕，噴槍嘴壽命不長。而石油焦粉因其燃料特性決定了火根溫度較重油低，減輕了碹腳部位的燒蝕，大大的延長了噴槍嘴壽命，因此使用石油焦粉作為玻璃熔窯燃料時不會對熔窯造成異常燒蝕。
石油焦粉與重油燃燒需氧量比較：重油含碳86.4%，含氫12.7%，燃燒1噸重油需氧3320公斤。石油焦粉干基碳粉含碳95.9，含氫3.8%，燃燒1.1噸石油焦粉，需氧3347.76公斤。兩者需氧量很接近，需要助燃風(fēng)量相同，產(chǎn)生廢氣量接近。
3、石油焦粉燃燒與重油燃燒之間的節(jié)能比較
以500t/d浮法玻璃生產(chǎn)線燃料全窯消耗為例計算↓

圖片1.png

以1.0t/h工業(yè)鍋爐全窯消耗為例計算↓
圖片2.png
三、石油焦粉燃燒三大系統(tǒng)

1、羅茨風(fēng)機(jī)+QLB低壓輸送泵+噴槍
1）概述
QLB系列可調(diào)式低壓輸送泵為核心，羅茨風(fēng)機(jī)為動力氣源，粉體流量控制技術(shù)和流態(tài)化技術(shù)相結(jié)合，雙通道旋流噴槍為射流裝置，運(yùn)用DCS集中控制等組成的玻璃熔窯石油焦干粉噴吹燃燒系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行壓力在35-65kpa之間，輸送管徑大、噴槍口徑大、焦粉噴吹流速低,助燃空氣適中，燃燼率99％以上，火焰長度及爐內(nèi)溫度運(yùn)用變頻調(diào)節(jié)。南、北換火自動切換,系統(tǒng)一次性調(diào)整后，保持窯爐穩(wěn)定燃燒，20分鐘換火時間內(nèi)，溫度波動±5℃以內(nèi)。自動化程度高、操作筒單、是玻璃熔窯石油焦干粉噴燒的*裝備，技術(shù)處于國內(nèi)水平。

2、廠內(nèi)壓縮空氣+JSB高效輸送泵+噴槍

1)氣源：廠內(nèi)壓縮空氣，經(jīng)過除水、除油后，為氣力輸送系統(tǒng)提供氣源。
2) JSB高效輸送泵工作原理：采用雙層鎖氣結(jié)構(gòu)，整個泵體由強(qiáng)制給料鎖氣器、傳動軸、止回器、混合室、射流器組成。粉狀物料由進(jìn)料口進(jìn)入強(qiáng)制給料鎖氣器，隨著強(qiáng)制給料鎖氣器將物料推進(jìn)到泵進(jìn)口處，此時止回器在物料的頂壓下開啟，物料進(jìn)入下混合室，在混合箱的下部裝有可調(diào)超音速噴嘴，物料在混合箱中經(jīng)噴嘴噴出的空氣充分流態(tài)化后進(jìn)入輸料管輸送至目的地。

1. 特點(diǎn)：本設(shè)備采用直聯(lián)傳動方式，同時采用強(qiáng)制鎖氣給料器設(shè)計，應(yīng)用噴射器原理，使泵出料端工作氛圍基本呈相對負(fù)壓狀態(tài)，有效解決了輸送管道系統(tǒng)壓力變化對泵出料帶來的影響。耐磨件采用硬質(zhì)合金制成，有效的降低了設(shè)備的磨損，延長了設(shè)備的使用壽命。該設(shè)備增加了的創(chuàng)新技術(shù)，性能可靠，結(jié)構(gòu)新穎，維護(hù)簡單，運(yùn)行費(fèi)用低、控制系統(tǒng)要求該送粉系統(tǒng)采用型高效泵的方式將焦粉送入爐內(nèi)，從而達(dá)到控制火焰的剛性、長度、爐內(nèi)氣氛和不同區(qū)域的空氣需求的目的，滿足各種不同情況下穩(wěn)定、有效的燃燒，確保玻璃質(zhì)量不受影響。

4）控制系統(tǒng)說明：
1、一座窯的焦粉燃燒系統(tǒng)設(shè)三個氣動閥和四個電磁閥，其中兩個氣動閥為南火和北火的燃燒閥，一個氣動閥為換火時的回粉氣動閥，三個電磁閥為換火時的吹掃電磁閥，還有一個電磁閥為粉倉底部流化用吹掃電磁閥。
換火控制程序與原先要求相同，也是由廠家原有的換火控制信號控制電控柜各閥門換火開關(guān)，如廠家北火關(guān)閉，換為燒南火，程序是：收到換火信號后，回粉氣動閥打開→北火氣動閥關(guān)閉→北掃電磁閥打開（1-15秒后關(guān)閉，時間可調(diào)）→（延遲1-200秒，時間可調(diào)）開南火氣動閥→關(guān)回粉氣動閥，各閥動作后的延遲時間要求均可調(diào)。
2、粉倉底部流化氣動閥要求開關(guān)時間均在1-1000秒時間內(nèi)可調(diào)。
3、泵的流量關(guān)系曲線：每臺泵要都能分別在觸摸屏上輸入流量與頻率關(guān)系曲線。
4、溫度與流量控制程序：流量控制為兩種程序，設(shè)手動輸入控制和給定溫度自動控制程序，溫度自動控制程序要采用PID調(diào)節(jié)方式，做到溫度控制在1℃的波動范圍。 5、南火和北火與溫度流量關(guān)系控制程序：手動控制模式：南火和北火分別設(shè)輸入流量高限值、流量低限值、正常值三個數(shù)值，當(dāng)換火后自動流量變?yōu)閷?yīng)的南火或北火流量低限值，然后流量由低限值每隔一個設(shè)定的時間（在0—200秒可調(diào)）升高一個流量值（在1—50kg/小時可調(diào)），直到設(shè)定的正常值為止，然后由手動控制輸入流量數(shù)值調(diào)節(jié)溫度。自動控制模式：流量在換火后自動降低為流量低限值，然后流量由低限值每隔一個設(shè)定的時間（在0—200秒可調(diào)）升高一個流量值（在1—50kg/小時可調(diào)），直到設(shè)定的正常值為止，然后由PID調(diào)節(jié)方式控制溫度，做到溫度控制在1℃的波動范圍。

3、廠內(nèi)壓縮空氣+高壓倉式泵+噴槍
1）廠內(nèi)壓縮空氣，經(jīng)過除水、除油后，為氣力輸送系統(tǒng)提供氣源。
2）采用倉式泵作為發(fā)送設(shè)備，倉泵與管道一對一配置。倉泵為間隙式運(yùn)行方式。

四、石油焦粉制備

1、石油焦粉制備及燃燒技術(shù)基本原理
石油焦粉燃燒技術(shù)是選用以石油焦為母料，各類添加劑為輔料，經(jīng)一級破碎、強(qiáng)力研磨、調(diào)配改性后制成的合成碳粉為燃料，通過總儲罐、分料系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)及粉料發(fā)送系統(tǒng)等將燃料輸送至專用燃燒器，根據(jù)不同工業(yè)窯爐的工藝條件和要求，燃料定量從燃燒器內(nèi)噴出并連續(xù)、均勻、穩(wěn)定地燃燒，所產(chǎn)生的高強(qiáng)熱量對窯內(nèi)物料進(jìn)行有效熔化，最終生產(chǎn)出合付質(zhì)量要求的各類產(chǎn)品。

1. 石油焦粉制備及燃燒系統(tǒng)工藝流程

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3、石油焦粉優(yōu)勢及特點(diǎn)
石油焦粉熱值高達(dá)8300～8700kj/kg，燃燒實(shí)測火焰溫度達(dá)到1680～1730℃，滿足了工業(yè)窯爐工藝對溫度的要求。
石油焦粉的母料石油焦屬石油提練過程中的系列產(chǎn)品之一，因此灰份極低，一般＜0.5%，通常約為0.3%甚至更低,與重油灰份相近,在工業(yè)窯爐中燃燒時,不會對產(chǎn)品造成污染,確保了產(chǎn)品的質(zhì)量。
經(jīng)燃燒測定，石油焦粉燃燼率≥99%，由于石油焦粉主要成分為C，因此火焰輻射能力強(qiáng)，而熔窯內(nèi)對流、輻射、傳導(dǎo)三種傳熱方式中輻射傳熱作用，因此，石油焦粉的熱利用率較高，有利于熔窯內(nèi)配合料的熔化。
石油焦粉燃料在替代重油等燃料油時，不會改變原有的窯爐結(jié)構(gòu)，其專用燃燒器外徑、火焰覆蓋面積等與燃料油噴槍接近，且角度調(diào)節(jié)范圍大，與助燃風(fēng)混合均勻，因此，與不同燃料及相應(yīng)的燃燒器互換性能好，不需對窯爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行任何變更和改造。
石油焦粉燃燒系統(tǒng)運(yùn)行時的電量消耗主要為收塵器，次要電量消耗為各控制電、氣動閥及計算機(jī)控制站，一般電耗＜0.8KW/噸粉。
采用性能穩(wěn)定的電子秤系統(tǒng)對噴粉量進(jìn)行精確計量，稱量精度控制能達(dá)到1%,煤粉計量根據(jù)工藝需要值(輸入量)系統(tǒng)自動控制。
系統(tǒng)運(yùn)行時壓縮空氣用量少，根據(jù)不同的氣固比可自動調(diào)節(jié)用氣量，單路燃燒系統(tǒng)耗氣量通過實(shí)測比重油燃燒系統(tǒng)低10%左右，整個系統(tǒng)壓縮空氣的總壓力一般要求控制在5～6kg/cm2。
石油焦粉通過專用的粉體分配器及燃燒器噴入窯內(nèi)燃燒時，火焰長度可根據(jù)工藝需要有效調(diào)整，碳粉噴出截面的均勻度在98%左右，一般不存在偏析現(xiàn)象燃燒時火焰清晰、明亮，橫向溫度梯度合理。同一小爐各燃燒器的噴煤量均衡誤差可通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，限度保證了火焰間的平衡。
噴吹系統(tǒng)設(shè)全自動、手動、緊急操作（發(fā)生故障時用）三種操作方式，以全自動控制為主，現(xiàn)場手動主要用于調(diào)試。設(shè)有溫度、壓力、流量、重量等的顯示、報警功能。設(shè)有噴粉量均勢曲線、各系統(tǒng)噴吹狀態(tài)等重要畫面。噴吹量按設(shè)定值自動調(diào)節(jié)，對噴吹裝置進(jìn)行自動充壓、卸壓、裝粉、倒換等程序控制。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用，運(yùn)行時故障率極低，如正常的巡檢與定期檢修按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性能得到充分保障。
系統(tǒng)占地面積?。ǜ》ǜG約15×8M，日用玻璃窯約6×4M），輸送距離長（50～300M），因此系統(tǒng)布置時對場地的要求不嚴(yán)。在爐前安裝時，不與原有的燃燒系統(tǒng)沖突，可保留原有的燃燒系統(tǒng)作為備用。
石油焦粉這種新型能源所具備的高熱值、低雜質(zhì)（灰）、低硫燃燒特性，使它可廣泛替代使用燃料油為燃料的各類工業(yè)窯爐，隨著其制備和燃燒技術(shù)的發(fā)展，石油焦粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。同時，隨著石油提練業(yè)的發(fā)展，石油焦資源將越來越豐富，其替代燃料油成本優(yōu)勢必將受到各行業(yè)的高度關(guān)注和積極開發(fā)。
石油焦粉母料為石油焦，石油焦作為石油煉化終端產(chǎn)品未列入國家能源序列。消耗石油焦粉不計入能源消耗，能源GDP降耗99%。

五、關(guān)于玻璃窯爐分類
玻璃窯爐由于配合料在這種窯的槽形池內(nèi)被熔化成玻璃液，故名窯爐。
根據(jù)制造的產(chǎn)品，主要分為： 1，平板玻璃窯; 2，日用玻璃窯?！?br>根據(jù)成型的方法，主要分為： 1，浮法玻璃窯; 　2，平拉玻璃窯; 　3，垂直引上玻璃窯?！　?br>根據(jù)熔制玻璃使用的熱源可以分為：1，火焰窯，以燃燒燃料為熱能來源;　2電熱窯，其以電能作為熱能來源; 3，火焰電熱窯，其以燃料為主，電能為輔。
根據(jù)熔制過程的連續(xù)性，主要分為： 1，間歇式窯，其玻璃熔制的各個階段在窯內(nèi)同一部位不同時間依次進(jìn)行的，窯的溫度制度是變動的; 2，連續(xù)式窯，其玻璃熔制的各個階段在窯內(nèi)同一時間窯不同部位依次進(jìn)行的，窯的溫度制度是穩(wěn)定的。
根據(jù)煙氣余熱回收設(shè)備，主要分為： 1，蓄熱式窯，即按蓄熱方式回收煙氣余熱; 2，換熱式窯，即按照熱方式回收煙氣余熱。
根據(jù)窯內(nèi)火焰流動的方向，主要分為: 1，橫焰窯，即窯內(nèi)火焰作橫向流動，與玻璃流動方向垂直，我國大型玻璃窯多是此種形式; 2，馬蹄焰窯，即窯內(nèi)火焰作馬蹄形流動，多在中，小型玻璃窯使用; 3，縱焰窯，即窯內(nèi)火焰作縱向流動，與玻璃液流動方向相平行。

六、總結(jié)
本文介紹了石油焦代替重油、天然氣、煤焦油在工業(yè)窯爐內(nèi)燃燒三大系統(tǒng)的工藝，以及石油焦粉的制備，并且詳細(xì)分析了石油焦粉代替重油、天然氣、煤焦油等燃料的經(jīng)濟(jì)價值，從而論證了石油焦粉的利用是變廢為寶的經(jīng)典案例。