天然气窑炉
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天然气在常见工业窑炉中的应用与优势一、天然气与热处理炉热处理工艺对温度的要求根据工艺的不同,从200℃-1600℃。
天然气都能以不同的方式很好的满足。
某些热处理工艺对燃烧环境有较高要求(温度精度、气氛含氧的)。
现在天然气燃烧技术也能满足。
我们常见的热处理炉有:吕型材行业的时效及棒炉或热剪炉、铸造业得退火炉、特种设备(压力容器)行业的正火炉等。
吕型材行业时效炉用的天然气热处理的温度控制精度或热风环境洁净。
铸造行业退火炉用的是天然气的热值高和控制精准度。
二、天然气与锻造加热炉燃气加热炉相对于燃煤和燃油加热炉有很明显的优势,所以在有气源的地方逐渐取代其他燃气炉。
1、天然气锻造炉的优势品质优势:天然气的洁净优势可以将对排放物对环境的影响降到最低。
有了这种优势,加热炉尾气可以直接排入产房内而不至于影响车间生产环境。
结构优势:天然气锻造炉不需要依赖烟囱的抽力就能运行,只需要有高出炉顶2米左右的铁烟囱即可。
这样一来即可以节省烟道和烟囱投资,又可以使炉子安装时不受烟道位置的限制,工艺流程布置更合理。
节能优势:天然气加热炉顶的短小烟囱很容易制成热交换器,将燃烧所需要的助燃风进行预热,做成蓄热式燃烧系统,从而提高热效率。
2、燃烧特点对于中小型锻造加热炉,天然气燃烧机一般装在顶部。
对于中大型加热炉,烧嘴装在两侧。
为了使炉膛温度均匀,应选用高速烧嘴。
锻造加热炉所用的烧嘴一般不采用全自动机电一体化烧嘴,而采用自动分体式烧嘴。
这样有利于得到高速火焰,也便于灵活的工艺控制。
三、天然气与陶瓷窑炉陶瓷生产是能源消耗非常大的工业生产,它不单是单台设备耗能巨大,更重要的是社会生活生产对陶瓷的需要很大,导致陶瓷窑炉在社会上的保有量也很大。
所有陶瓷窑炉耗能总量是惊人的,让天然气进入陶瓷行业将会有很大的市场前景。
但是值得注意的陶瓷品质一般,产品附加值低,产品竞争力不强,导致一般陶瓷企业价格承受力较低,只有少数做高档白瓷和陶瓷设备的用户可以使用天然气。
天然气在常见工业窑炉中的应用与优势一、天然气与热处理炉热处理工艺对温度的要求根据工艺的不同,从200℃-1600℃。
天然气都能以不同的方式很好的满足。
某些热处理工艺对燃烧环境有较高要求(温度精度、气氛含氧的)。
现在天然气燃烧技术也能满足。
我们常见的热处理炉有:吕型材行业的时效及棒炉或热剪炉、铸造业得退火炉、特种设备(压力容器)行业的正火炉等。
吕型材行业时效炉用的天然气热处理的温度控制精度或热风环境洁净。
铸造行业退火炉用的是天然气的热值高和控制精准度。
二、天然气与锻造加热炉燃气加热炉相对于燃煤和燃油加热炉有很明显的优势,所以在有气源的地方逐渐取代其他燃气炉。
1、天然气锻造炉的优势品质优势:天然气的洁净优势可以将对排放物对环境的影响降到最低。
有了这种优势,加热炉尾气可以直接排入产房内而不至于影响车间生产环境。
结构优势:天然气锻造炉不需要依赖烟囱的抽力就能运行,只需要有高出炉顶2米左右的铁烟囱即可。
这样一来即可以节省烟道和烟囱投资,又可以使炉子安装时不受烟道位置的限制,工艺流程布置更合理。
节能优势:天然气加热炉顶的短小烟囱很容易制成热交换器,将燃烧所需要的助燃风进行预热,做成蓄热式燃烧系统,从而提高热效率。
2、燃烧特点对于中小型锻造加热炉,天然气燃烧机一般装在顶部。
对于中大型加热炉,烧嘴装在两侧。
为了使炉膛温度均匀,应选用高速烧嘴。
锻造加热炉所用的烧嘴一般不采用全自动机电一体化烧嘴,而采用自动分体式烧嘴。
这样有利于得到高速火焰,也便于灵活的工艺控制。
三、天然气与陶瓷窑炉陶瓷生产是能源消耗非常大的工业生产,它不单是单台设备耗能巨大,更重要的是社会生活生产对陶瓷的需要很大,导致陶瓷窑炉在社会上的保有量也很大。
所有陶瓷窑炉耗能总量是惊人的,让天然气进入陶瓷行业将会有很大的市场前景。
但是值得注意的陶瓷品质一般,产品附加值低,产品竞争力不强,导致一般陶瓷企业价格承受力较低,只有少数做高档白瓷和陶瓷设备的用户可以使用天然气。
天然气窑炉基本工艺流程-回复天然气窑炉是一种常见的燃烧设备,广泛应用于工业生产中的烧结、干燥和热处理等工艺过程。
它以天然气为燃料,通过燃烧产生的高温热能来完成物料的加热和变化。
本文将详细介绍天然气窑炉的基本工艺流程,包括进料、燃烧、加热和排放等环节,以帮助读者更好地了解和应用这一技术。
一、进料环节进料环节是天然气窑炉工艺的起点,主要包括原料的选取、准备和投料过程。
在选择原料时,需要综合考虑物料的性质、加工要求和工艺流程等因素。
然后,根据窑炉的设计和规格,制定合理的投料计划,确保物料的持续供应和均匀分布。
二、燃烧环节燃烧环节是天然气窑炉工艺的核心部分,主要包括燃气供给、点火和燃烧控制三个过程。
首先,通过天然气管道将燃气输送到燃烧器。
然后,利用点火设备将燃气引燃,形成燃烧火焰。
最后,通过控制燃气和空气的比例、供给速度和燃烧区温度等参数,实现燃烧的稳定和高效。
三、加热环节加热环节是天然气窑炉工艺的关键环节,主要通过传热方式将燃烧产生的高温热能传递给物料。
常见的传热方式包括辐射、对流和传导等。
在窑炉内,燃烧产生的热能首先通过辐射方式传递给物料表面,使其升温。
然后,通过对流和传导方式,热能进一步传递到物料内部,实现加热效果。
同时,通过调整窑炉的结构和运行参数,使热能的传递过程更加均匀和高效。
四、排放环节排放环节是天然气窑炉工艺的末端环节,主要包括烟气处理和废渣处理两个过程。
在烟气处理过程中,窑炉燃烧产生的烟尘、有害物质和尾气等需要进行有效的处理和净化,以保护环境和人体健康。
常见的处理手段包括电除尘、湿法脱硫和脱硝等技术。
在废渣处理过程中,需要对窑炉产生的固体废渣进行回收、综合利用或安全处置,以达到资源化和环保要求。
综上所述,天然气窑炉基本工艺流程包括进料、燃烧、加热和排放等环节。
通过合理的原料选取、燃烧控制和传热方式,可以实现窑炉的高效运行和物料的理想加热效果。
同时,在烟气和废渣处理过程中,应注重环境保护和资源利用,实现可持续发展的目标。
天然气玻璃窑炉建设方案一、引言随着工业的发展,玻璃在现代社会中的应用越来越广泛。
而玻璃的生产过程中,窑炉作为重要设备,对玻璃的质量和产量有着直接的影响。
本文旨在探讨采用天然气作为燃料的玻璃窑炉建设方案,以提高玻璃生产效率和质量。
二、方案内容1. 选择适宜的天然气供应来源:天然气作为清洁、高效的燃料,应该选择可靠的供应来源。
可以通过与当地天然气供应公司或工业园区合作,确保供应稳定。
2. 设计高效的燃烧系统:为了提高能源利用率和降低排放,窑炉的燃烧系统应该采用先进的技术。
例如,采用预混燃烧技术可以使燃烧更加充分,减少废气排放。
3. 优化窑炉结构:窑炉的结构设计应该合理,以提高玻璃的熔化效率和品质。
例如,采用合适的窑炉形状和尺寸,以确保玻璃在窑炉中得到充分的加热和熔化。
4. 引入先进的监控系统:为了提高窑炉的稳定性和可靠性,应该引入先进的监控系统。
该系统可以实时监测窑炉的运行状态,并根据需要进行自动调节,以确保生产过程的稳定性和安全性。
5. 配备完善的废气处理设施:窑炉在燃烧过程中会产生大量废气,其中含有有害物质。
为了保护环境和员工的健康,应该配备完善的废气处理设施,对废气进行净化处理,达到排放标准。
6. 建立完善的安全管理体系:窑炉作为高温设备,安全风险较高。
为了保障员工的安全,应该建立完善的安全管理体系,包括安全培训、应急预案等,确保生产过程的安全性。
7. 加强能耗监测和管理:为了降低生产成本,应该加强能耗的监测和管理。
可以通过监测窑炉的能耗指标,及时发现问题并采取措施,以提高能源利用效率和降低生产成本。
8. 定期维护和检修:为了确保窑炉的正常运行,应该定期进行维护和检修工作。
可以制定维护计划,定期对窑炉进行检查、清洁和维修,及时发现和解决问题,以确保窑炉的稳定性和可靠性。
三、方案优势采用天然气玻璃窑炉建设方案具有以下优势:1. 清洁高效:天然气作为清洁能源,燃烧后几乎不产生废气和污染物,对环境友好。
天然气辊道窑的一些知识点天然气辊道窑是一种特殊类型的窑炉,它主要利用天然气作燃料进行烧制。
在现代陶瓷生产中,天然气辊道窑已经成为了一个非常重要的组成部分。
本文将介绍天然气辊道窑的一些基本知识点。
1. 天然气的特点天然气是一种无色、无味、无毒的气体,主要由甲烷等碳氢化合物组成。
天然气具有燃烧热值高、产生少量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体等优点。
但同时也有它的一些缺点,比如说燃烧时易产生NOx等有害气体,对环境和人体健康造成一定的影响。
2. 天然气辊道窑的构成天然气辊道窑主要由前室、加热室、冷却室和排放室组成。
前室和排放室是窑炉的进出口,加热室是窑炉的主要燃烧区域,冷却室则用于将制品冷却降温。
3. 天然气辊道窑的工作原理整个窑炉系统首先需要点火,通过点火器点燃天然气。
然后通过风机将空气送入窑炉内燃烧,生成高温气体。
热空气被送入窑内,在烧制物体表面进行换热传递,使原材料经过骤然升温后进入烧结过渡区。
在这一阶段,原材料表面的外层开始熔融成球状颗粒,随着烧结进一步升高成丝状颗粒,最后形成致密的产品。
4. 天然气辊道窑的优点天然气辊道窑具有构建简单、热效率高、热容积大、控制方便等优点。
同时,天然气辊道窑还可以实现全自动化生产,提高生产效率,减少能源浪费与污染。
5. 天然气辊道窑的缺点天然气辊道窑存在燃烧产生有害气体的问题,如NOx等。
另外,天然气辊道窑由于对烧结温度的变化敏感,也需要较高的技术要求。
6. 天然气辊道窑的维护1.窑壳内表面涂刷高温抗腐蚀、耐高温的涂料,以防止窑壳因腐蚀而破损。
2.定期清理烟道,保证通畅,提高燃烧效率。
3.检查、维护火炉门、防火门和烟道门,及时更换损坏部件。
4.经常检查电控系统,保证稳定运行。
5.定期清理调节烟气进口风机。
结语天然气辊道窑是一种经过实践证明的高效、环保、节能的陶瓷烧制设备。
其具备高效节能、低污染、操作简单等优点。
当然,天然气辊道窑也存在一些缺点,对这些缺点我们需要在应用过程中及时加以解决和改进。
1天然气宽体窑技术特点宽体窑炉,主要是指内宽2.9m 以上的陶瓷窑炉。
多年来,我国陶瓷行业中采用的窑炉内宽大部分是在2.5m 左右,超过3m 的宽体窑炉这几年出现的比较多。
辊道窑炉宽度增大,横截面积也会增大,这样对窑内气体的流动、窑压的分布、温度梯度、窑内气氛及砖坯的运动等都有很大的影响。
为了保证烧成质量,宽体窑炉要在结构及工艺制度的选择上非常关键,技术特点如下所示:按照常规来说,对于短窑、小产量窑炉,由于拱形结构容易蓄热,容易造成辊棒上下温差,造成砖坯变形,对于这样的窑炉,用平顶结构的宽体窑比较合适;对于产量大、烧成烟气量大的窑炉,平顶窑炉烧成带上部通道空间小,会造成排烟风机抽不动,很难达到设计产量,对于这样的窑炉,用拱顶结构的宽体窑比较合适。
大产量拱顶结构的宽体窑可以增加烧成带辐射层厚度,提高辐射传热效率,拱顶结构的传热有利于烧成带断面温差的减小,不建议排烟段采用拱顶结构,这样会造成上下温差大,抽力不均匀。
而在排烟段采用平顶结构,有利于排胡乃友(广东摩德娜科技股份有限公司,佛山528225)碳中和和能源消费总量、强度双控的顶层设计,旨在解决工业发展伴生的生态环境、能效问题,以最终达到经济社会发展全面绿色转型的目标。
随着国家对环保压力的增大以及燃料价格的不断上涨,节能减排、碳达峰,碳中和必将是陶瓷产业的大势所趋,新建发生炉煤气窑炉会受到地域限制,而天然气宽体窑炉由于产量大,燃气能耗低,电耗低,可以积极响应国家节能环保的政策要求,会得到大力发展,也是当下陶瓷行业一个积极可行的突破口。
助燃风加热;碳达峰;碳中和;节能环保烟段温度的均匀,不会引起产品的炸裂。
宽体抛釉砖窑炉内宽一般3100mm 左右,宽体内墙砖窑炉一般3400mm 左右;由于比普通窑内宽要宽600mm-900mm,处理窑内温差问题是一个技术难点,能否解决温差问题直接关系到产品质量,如色差、变形等。
设计不好,就会出现中间温度低,靠窑墙两侧温度低,在窑断面上形成驼峰状的曲线,从而使烧出的产品出现色差和变形。
天然气窑炉基本工艺流程天然气窑炉是一种常用的工业燃烧设备,广泛应用于各行各业的生产过程中。
它利用天然气作为燃料,在高温下进行燃烧,用来加热物体、烧结材料、炼化金属等。
下面将介绍天然气窑炉的基本工艺流程。
1. 燃气供应天然气窑炉需要与天然气管道连接,通过管道输送天然气到燃烧室。
燃气供应系统通常包括气管、调压阀、燃气表等设备。
燃气表用于测量燃气的流量,调压阀用于调节燃气的压力,保证燃气供应的稳定性和安全性。
2. 燃气燃烧燃气燃烧是天然气窑炉的核心工艺环节。
燃烧室内有燃烧器,燃烧器喷射燃气和空气,形成燃烧热源。
燃烧器通常采用多孔喉管状结构,使得燃气和空气能够充分混合,形成均匀的燃烧火焰。
燃烧室内还设置有燃烧室门,用于控制燃气进入燃烧室的流量和燃烧室内的压力。
3. 热量传递燃烧产生的高温热量通过燃烧室内的热交换器传递给待加热的物体。
热交换器通常采用金属材料制成,具有良好的热传导性能。
燃烧热量通过热交换器的传导、对流和辐射等方式传递给待加热的物体,使物体的温度升高。
4. 控制系统天然气窑炉还需要一个控制系统,用于监测和控制燃烧过程中的各项参数,确保燃烧的稳定性和安全性。
控制系统通常包括温度传感器、压力传感器、燃烧控制器等设备。
温度传感器用于测量燃烧室内的温度,压力传感器用于测量燃气的压力,燃烧控制器用于根据传感器的信号调整燃气和空气的流量,以实现燃烧的控制。
5. 废气处理天然气窑炉燃烧产生的废气需要进行处理,以减少对环境的污染。
废气处理通常包括烟气净化和废气排放两个环节。
烟气净化使用除尘器、脱硫装置等设备,去除烟气中的颗粒物和有害气体。
废气排放需要遵守相关的环保法规,确保排放的废气符合国家的排放标准。
综上所述,天然气窑炉的基本工艺流程包括燃气供应、燃气燃烧、热量传递、控制系统和废气处理。
燃气通过燃烧器燃烧产生高温热量,通过热交换器传递给待加热的物体。
控制系统用于监测和控制燃烧过程中的各项参数,废气处理用于减少对环境的污染。
天然气窑炉燃天然气玻璃窑炉设计应用的体会陈兴孝重庆莱弗窑炉工程有公司(重庆北碚莱弗玻璃工程有限公司) 400700 摘要:通过对天然气、发生炉煤气、重油内部分子结构及燃烧特性的比较、分析,如何借鉴比较成熟的燃发生炉煤气、燃重油窑炉的结构,提出如何根据天然气的内部结构特征及燃烧特性设计窑炉。
关键词:天然气、内部结构、窑炉结构四川地区将天然气作为燃料应用于玻璃窑炉已经有20多年的时间了,笔者在上海华东理工大学博士生导师孙承绪教授的指导下设计了数十座天然气玻璃窑炉,在设计建造这近数十座玻璃窑炉的过程中有一些经验、教训和体会,这里把它写出来,起一个抛砖引玉的作用,以使我们在天然气窑炉设计应用方面上一个新台阶,使天然气在玻璃窑炉中应用得到更好,使玻璃窑炉的寿命更长,能耗更低。
重庆地区在1978年开始使用天然气作为玻璃窑炉的燃料,在使用初期,由于没有经验没也有什么资料可以借鉴,我们就摹仿烧煤气和烧重油的窑炉来应用。
在烧煤气的窑炉上是直接将天然气用管道接到小炉里进行燃烧,我们感觉到这种火焰软而长无力没有动量,而且天然气在小炉内大量析碳,只需1~2天时间在小炉底板上(特别是纵焰窑)聚集大量的碳黑,大量碳黑的聚集改变了火焰的流向,直接影响熔化效果。
因此每隔1~2天就要将碳黑清除掉。
清除碳黑是一件很费力的事,要用铁钎打剔才能将附着在炉底上的碳黑清除掉,时间一长又影响炉温,大量的碳渣没在炉内燃烧释放出热量,因此又浪费了大量的燃料,在这种情况下我们又按照烧重油的窑炉,将喷枪架设到喷火口附近燃烧,在使用中我们有感觉到火焰的亮度不够,火焰长、火焰的覆盖面较窄。
同是气体燃料同是烃类燃料为什么天然气和煤气,天然气和重油有这么大的差异呢?为了用好天然气我们不得不从它们的内部结构上去找差异,因为任何物质的物理特性的不同都是由于它们的化学结构不同而造成的。
一、天然气的化学结构特征及燃烧特性任何物质的外部属性都是由内部的分子结构决定的,比如石墨和金刚石,其化学成分都是C,是碳的同质多向变体,石墨的分子结构为六方晶系,是典型层状结构,因层内碳原子间距(1.42Å)较小,而层间碳原子间距(3.42 Å)远较层内大,原子间结构力弱,故石墨具有断裂性和可压缩性,晶体是六方片状或板状,,通常为鳞片状、块状或土状结合体,硬度为1,而金刚石晶体结构基本上类似立方面心格子,每个碳原子被周围四个碳原子所围绕,碳原子间距离相等,并以共价键连结,故其强度很高硬度为10〔1〕。
天然气辊道窑和隧道窑的区别天然气窑是采用天然气直接燃烧,经过炉室内进行热交换后直接加热窑内物料的高温窑炉。
常见的窑炉有辊道窑和隧道窑两种,经常会让人混淆。
本文将介绍辊道窑与隧道窑的区别。
1. 简介1.1 辊道窑辊道窑是一种周期性加热窑,是一种连续式作业。
物料沿着斜面移动,通过一个或者多个加热区经过加热区直至烧结完成。
随着辊道的运动,物料将会不断叠在一起,形成一条滚动的均匀流。
辊道窑可分为顺向辊道窑和逆向辊道窑。
分别从不同方向进出料。
1.2 隧道窑隧道窑是一种持续的加热窑炉,物料通过长条形的通道不断向前移动,经过加热区的加热后达到烧结的温度并完成烧结。
物料从头到尾固定不动,只有通道随着车辆的运动而移动。
2. 区别2.1 工艺流程辊道窑是一种周期性加热窑,物料在运动过程中不断叠加,加热固定的时间段后就会烧结完成,而隧道窑是一种持续加热,物料在通道里固定不动,通过搬运车慢慢地进出窑炉,这样不断加热直到烧结完成。
2.2 温度控制辊道窑和隧道窑的温度控制也不同。
在烧结过程中,辊道窑完成后会进入冷却,隧道窑则不用。
隧道窑在窑内加热,所以通常使用渗透计进行温度控制,其优点是温度控制更精确,可以随时调整进出窑的速度,以保证温度达到最佳。
而辊道窑的加热和冷却都是在炉膛之外进行的,通常会使用人力和机器观察温度,然后进行调整。
2.3 能耗随着科技的不断进步,天然气辊道窑技术已经非常成熟,其能耗也相对较低。
由于隧道窑的物料是静止的,因此要耗费较多的热量使物料达到一定温度,再通过带车运输的方式进行物料的输送。
相对地,辊道窑物料是在滚动状态下进行加热,几乎不用运输物料,炉膛内的温度也相对较高,因此能耗较低。
3. 结论虽然辊道窑和隧道窑都是天然气窑炉的一种,但两种窑炉在工艺流程、温度控制和能耗上都存在着不同。
相对而言,辊道窑具有一定的优势,如能源利用效率高、生产率高、热能损失小等。
不过,由于加工工艺、物料情况、生产设备等因素的不同,需要根据企业实际情况进行选择。
天然气窑炉装窑过程1. 介绍天然气窑炉装窑过程是指在窑炉内装填天然气并进行点火、烧练的过程。
本文将详细探讨天然气窑炉装窑过程的各个环节和操作步骤。
2. 窑炉准备在进行天然气窑炉装窑之前,需要对窑炉进行准备工作,包括以下步骤:2.1 清理窑炉清理窑炉是确保装窑顺利进行的重要步骤。
首先,清理窑炉内的杂物和残留物,确保窑炉内部干净整洁。
然后,检查窑炉壁和窑门的状况,如果有损坏或渗漏的情况需要进行修复或更换。
2.2 检查燃烧系统燃烧系统是天然气窑炉的关键部分,需要在装窑之前进行仔细检查。
检查燃气供应管道和阀门是否正常,确保燃气供应充足且无泄漏。
同时,检查点火系统和燃烧器的状态,确保其正常工作。
2.3 配置燃烧参数根据窑炉的类型和要烧制的材料,配置适当的燃烧参数是必要的。
这包括调整燃气流量、燃烧器位置和氧气浓度等参数,以确保窑炉燃烧效果良好。
3. 天然气装填经过窑炉准备之后,可以开始进行天然气的装填。
下面是天然气装填的具体步骤:3.1 打开天然气阀门在装窑之前,需要打开天然气阀门以供应燃料。
确保天然气供应稳定可靠,没有泄漏和堵塞的情况。
3.2 调整天然气流量根据窑炉的需要和燃烧参数的配置,调整天然气流量。
这可以通过操作阀门或控制面板上的调节装置来实现。
3.3 点火完成天然气的装填后,需要进行点火操作。
具体点火方式可以根据窑炉的类型和操作惯例来选择,但一般需要使用专用点火器进行点火。
3.4 监控燃烧情况一旦点燃天然气,需要定期监控燃烧情况。
可以通过观察火焰形态、调节氧气供应和检查烧练效果等方式来判断燃烧是否正常进行。
4. 烧练过程天然气窑炉的烧练过程需要持续一定的时间,以确保材料充分烧结和烘干。
以下是烧练过程的主要步骤:4.1 升温阶段烧练过程的第一阶段是升温阶段。
在这个阶段,需要逐渐增加窑炉温度,使材料通过一系列的化学和物理变化来实现烧结和烘干。
4.2 保温阶段当窑炉达到所需的最高温度后,进入保温阶段。
在这个阶段,需要保持窑炉温度稳定,以确保材料充分烧结和固化。
燃天然气玻璃窑炉设计应用的体会陈兴孝重庆莱弗窑炉工程有公司(重庆北碚莱弗玻璃工程有限公司) 400700 摘要:通过对天然气、发生炉煤气、重油内部分子结构及燃烧特性的比较、分析,如何借鉴比较成熟的燃发生炉煤气、燃重油窑炉的结构,提出如何根据天然气的内部结构特征及燃烧特性设计窑炉。
关键词:天然气、内部结构、窑炉结构四川地区将天然气作为燃料应用于玻璃窑炉已经有20多年的时间了,笔者在上海华东理工大学博士生导师孙承绪教授的指导下设计了数十座天然气玻璃窑炉,在设计建造这近数十座玻璃窑炉的过程中有一些经验、教训和体会,这里把它写出来,起一个抛砖引玉的作用,以使我们在天然气窑炉设计应用方面上一个新台阶,使天然气在玻璃窑炉中应用得到更好,使玻璃窑炉的寿命更长,能耗更低。
重庆地区在1978年开始使用天然气作为玻璃窑炉的燃料,在使用初期,由于没有经验没也有什么资料可以借鉴,我们就摹仿烧煤气和烧重油的窑炉来应用。
在烧煤气的窑炉上是直接将天然气用管道接到小炉里进行燃烧,我们感觉到这种火焰软而长无力没有动量,而且天然气在小炉内大量析碳,只需1~2天时间在小炉底板上(特别是纵焰窑)聚集大量的碳黑,大量碳黑的聚集改变了火焰的流向,直接影响熔化效果。
因此每隔1~2天就要将碳黑清除掉。
清除碳黑是一件很费力的事,要用铁钎打剔才能将附着在炉底上的碳黑清除掉,时间一长又影响炉温,大量的碳渣没在炉内燃烧释放出热量,因此又浪费了大量的燃料,在这种情况下我们又按照烧重油的窑炉,将喷枪架设到喷火口附近燃烧,在使用中我们有感觉到火焰的亮度不够,火焰长、火焰的覆盖面较窄。
同是气体燃料同是烃类燃料为什么天然气和煤气,天然气和重油有这么大的差异呢?为了用好天然气我们不得不从它们的内部结构上去找差异,因为任何物质的物理特性的不同都是由于它们的化学结构不同而造成的。
一、天然气的化学结构特征及燃烧特性任何物质的外部属性都是由内部的分子结构决定的,比如石墨和金刚石,其化学成分都是C,是碳的同质多向变体,石墨的分子结构为六方晶系,是典型层状结构,因层内碳原子间距(1.42Å)较小,而层间碳原子间距(3.42 Å)远较层内大,原子间结构力弱,故石墨具有断裂性和可压缩性,晶体是六方片状或板状,,通常为鳞片状、块状或土状结合体,硬度为1,而金刚石晶体结构基本上类似立方面心格子,每个碳原子被周围四个碳原子所围绕,碳原子间距离相等,并以共价键连结,故其强度很高硬度为10〔1〕。
从上我们可以看到化学成分相同,结构不同,外观属性上有很大差异,因此要用好天然气必须对天然气的内部结构有一个清楚的认识。
天然气是指通过生物化学作用及地质变质作用,在不同的地质条件下生存迁移,并于一定压力下储集在地质构造中的可燃气体,通常根据形成条件不同,分为油田伴生气,气田气及凝析气田气。
天然气是一种混合气体,其组成随气田和产气层不同而异。
气田气的主要成分为CH4(甲烷),含量可达95%~98%,C2H6(乙烷)以上的烃类较少,同时还含有少量H2S、CO2、N2、H2O、以及He、Ar等非烃类组分,其密度为0.5~0.7Kg/Nm3;油田伴生气主要产于油田附近,为石油的伴生物,它的特征是除含有大量CH4(甲烷的含量为75%~87%)外、C2H6以上的烃类含量较高约为10%,CO2约为5%~10%其密度为0.6~0.8Kg/Nm3;凝析气田气除含有大量CH4外C5H12以上烃类含量较高并含有汽油和煤油成分。
[2]虽然天然气是一种混合物,但是它的主要成分是CH4(甲烷),因此它的外部属性如燃点、火焰传播速度等燃烧特性主要由甲烷的内部结构决定。
英国科学家韦弗(Weaver)提出的燃气混合法则也证实这一点,他提出从各组分燃气的燃烧速度系数F,求出燃烧速度因素S,用来表示混合燃气的燃烧速度与氢在空气中最大燃烧速度的百分比关系(后者定为100)韦弗给出的S与F的关系式如下:S=(ϕA F A+ϕB F B+ϕC F+……)/(A0+5ϕi-18.8ϕ0+1)式中,ϕA、ϕB、ϕC……――A、B、C……组分的容积成分;F A、F B、F C……――A、B、C……组成的燃烧速度系数;A0――理论空气需要量;ϕi――惰性气体的容积成分;ϕ 0――燃气中的氧的容积成分。
常见气体燃烧速度系数F 表一〔3〕甲烷的分子结构是最典型的四面体结构,由于碳原子处在四个氢原子的正中,并且每个键的键长,键角相同,因而它是非极性分子[4]。
在甲烷的分子构成中碳氢原子之间是δ键的形成结合,C-H键键长为1.093 Å,平均键焓(298K)为412ΔH/KJ.mol-1[5].甲烷是无色气体,微有葱蒜味,密度为0.715Kg /Nm3,难溶于水,临界温度为-82.5℃,低位热值为35800KJ/Nm3;着火温度为530~750℃,火焰呈微弱亮光,与空气混合后在爆炸极限范围内遇火易发生爆炸,当空气中的甲烷浓度达到25%~30%时便可对人体构成毒害。
二、天然气与煤气、重油内部结构及燃烧特性的比较燃煤气、燃重油的玻璃窑炉在我国应用时间很长,应用面也很广,燃烧技术也十分成熟,而燃天然气的窑炉侧相反。
为了更好借鉴燃煤气、燃重油玻璃窑炉的结构,有必要对上述三种燃料进行比较。
煤气有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气、发生炉煤气之分,作为玻璃工厂用得最多的还是以空气和水蒸气混合物作为气化剂而得到的混合发生炉煤气。
发生炉煤气的主要成分是CO(一氧化碳)和H2(氢气),发生炉煤气的质量随原煤质量、煤气炉型和操作技术状况变化而变化。
一般CO的含量在22%~30%,H2的含量在12%~18%,并含有少量甲烷其含量是在 1.24%~4.3%[6]。
CO的分子结构是直线型,由于氧原子的电负性较大,因而其分子有极性,并且分子键的构成中含有π键,C-O键键长为1.43 Å,键焓为360ΔH/KJ.mol-1,一氧化碳是无色无味气体,密度为1.25Kg/Nm3,难溶于水,临界温度为-197℃,低热值为12600KJ/Nm3,着火温度为610°~650°,当它的气体混合物中含有少量水时,可使其着火温度降低。
一氧化碳燃烧时火焰为淡蓝色,一氧化碳的毒性很大,当空气中含有0.06% 的一氧化碳时,即有害于人体,含0.20%时可使人失去知觉,含0.40%时可使人迅速死亡。
重油是原油按油的馏份(温度)提取石油气、汽油、重汽油、煤油、柴油机的渣油。
我国目前工业窑炉上使用的重油多为减压渣油,有时也掺一些常压渣油。
重油的化学组成比较复杂,但一般都是碳链在16以上的烷属烃,环烷烃(如环乙烷,环戊烷的衍生物)以及芳香烃(如苯及甲苯)。
在它们化学组成中都是以C-H和C-C键相链、由于碳链较长在一定条件下比较容易断裂,生成分子量较小的简单的碳氢化合物。
重油除了内部组成的差异外,在常温常压下还有状态的差异,它可以由粘稠的液体到固体[7]。
三、天然气小炉结构的设计燃料的燃烧过程是一复杂的物理化学过程,但燃烧的本身实质是一化学反应,是燃料中可燃物质与空气中氧气进行迅速发光、发热的氧化反应。
我们知道,燃气燃烧必须具备三个条件:(1)燃气中可燃成分和空气中的氧气要按一定比例呈分子状态混合;(2)参与反应的分子在碰撞时必须具有破坏旧分子和生成新分子所需的能量;(3)具有完成反应所必须的时间[8]。
天然气与发生炉煤气比较,相同之处是气体燃料,但是由于甲烷中的C -H键是δ键,发生炉煤气中的C-O中有π键成分,π键较δ键活泼,(从上述的键长,键焓也可以看出),因而一氧化碳较甲烷容易破坏旧分子生成新分子。
发生炉煤气中含有大量的氢气,氢原子的构型为1s′型。
它很容易失去电子而处于稳定状态。
由于内部结构的差异,在宏观的物理性质上,在着火温度和燃烧速度(火焰的法向传播速度)上也就表现出较大的差异,图1 反应速度与温度的关系W 0-假定所有分子碰撞均为有效反应所具有的速度 见表二。
表二 单一可燃气体的燃烧特性[9]名 称 分子量着火温度(℃)最大燃烧速度 Nm/s 最大燃烧速度时一次空气系数 爆炸的上下极限<20℃空气中体积% 低热值 kJ/Nm 3 甲 烷16.043 540 0.38 0.90 15.0/5.0 35883 氢 气2.016 400 2.8 0.57 75.9/4.0 10761 一氧化碳 28.010 605 0.51 0.46 74.2/12.5 12636 美国R .R .赖歇认为[10],基本由甲烷组成的天然气在100%的理论一次空气量时,最大燃烧速度约每秒0.3米;氢气与55%的理论一次空气量组成的混合气的燃烧速度则10倍于天然气;用煤生产的人造气或焦炉煤气中含有55%的自由氢气,它的火焰速度可10倍于天然气。
再则,玻璃池窑用的大都是发生炉热煤气,从煤气发生炉出来的煤气温度一般都在500~700℃,通过预热后的煤气温度可高达1000℃,通过三通道预热的煤气温度可更高。
系统的温度越高,分子的热运动越剧烈,它们所具有的能量也越大,亦即温度越高,具有活化能或能量超过活化能的分子数越多,所以反应也就进行得越剧烈。
根据阿累尼乌斯关于化学反应速度的表达式(K =K 0e )及反应速度与温度的关系曲线(见图1)可知曲线随温度升高而迅速上升,然后又变为缓慢上升,最后趋向于一条水平曲线W =W 0。
只有当温度达到1×105K 左右时,反应速度的增长才开始减慢。
实验表明,一般化学反应,温度每增加10℃,反应速度约增加2~4倍[11]。
因此热煤气又大大提高了火焰的燃烧速度,这也是煤气燃烧比天然气燃烧火焰短的另一个重要原因。
天然气是通过管道引进池窑的,一般都不经过预热而直接燃烧,加上自身结构的特征决定了天然气的燃烧速度、火焰长度与煤气不同。
再则天E- KT然气的热值高,发生炉煤气热值低,因此天然气池窑也不能按燃煤气池窑设计。
另外发生炉煤气里含有大量的碳粒,含挥发物较多的烟煤燃烧时其火焰的黑度εf=0.70,重油发光火焰的黑度εf=0.85,[12],而天然气由于C/H 比例小,在无焰燃烧时黑度εf=0.2,在有焰燃烧时黑度εf可以达到0.6。
液体燃料的沸点低于其燃点,因而液体燃料的燃烧过程是先蒸发,生成燃料蒸汽,然后与空气相混合,进而发生燃烧。
与气体燃料不同的是,液体燃料在与空气混合前存在蒸发汽化过程。
对于重质液体燃料还有一个热分解过程,即燃料由于受热而裂解成轻质碳氢化合物和碳黑,轻质碳氢化合物以气态形式燃烧,而碳黑则以固相燃烧形式燃烧。
而重油是比较难蒸发汽化的液体燃料,通常是使用喷枪来实现雾化,喷枪通过雾化剂(高压空气或蒸汽),把液体燃料破碎成许多直径从几微米到几百微米的小液滴,悬浮在空气中边蒸发边燃烧。