玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法
阅读说明：本技术 玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法 (Glass kiln heat storage combustion system and method for realizing low nitrogen oxide emission ) 是由 曾小军 汪小憨 杨卫斌 杨浩林 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法,涉及玻璃窑炉蓄热燃烧中降低NOx排放的处理装置,其包括玻璃熔池、高温蓄热室和四通换向阀门,两个高温蓄热室对称设置在玻璃熔池的两侧,且高温蓄热室从上往下设置有第一蓄热体和第二蓄热体,第二蓄热体的下方空间形成有第二蓄热腔,两个高温蓄热室的第二蓄热腔通过第二通道与四通换向阀门,四通换向阀同时连接有助燃风机和烟囱,其中,通过四通换向阀门的定时换向,助燃风机和烟囱分别与两个高温蓄热室轮换建立气流通道。本发明解决目前玻璃窑炉降氮系统存在的投资高、设备占地大、运行费用和人力成本高等问题,同时实现较低的NOx排放浓度。(The invention discloses a glass kiln heat accumulation combustion system and a method for realizing low nitrogen oxide emission, and relates to a treatment device for reducing NOx emission in heat accumulation combustion of a glass kiln, which comprises a glass melting bath, high-temperature heat accumulation chambers and a four-way reversing valve, wherein the two high-temperature heat accumulation chambers are symmetrically arranged on two sides of the glass melting bath, a first heat accumulation body and a second heat accumulation body are arranged in the high-temperature heat accumulation chambers from top to bottom, a second heat accumulation cavity is formed in the lower space of the second heat accumulation body, the second heat accumulation cavities of the two high-temperature heat accumulation chambers are connected with the four-way reversing valve through a second channel, and the four-way reversing valve is simultaneously connected with a combustion-supporting fan and a chimney, wherein the combustion-supporting fan and the chimney respectively establish an airflow channel with the two high-temperature heat accumulation chambers by means of timing reversing of the four-way reversing valve. The invention solves the problems of high investment, large equipment occupation area, high operating cost and labor cost and the like of the existing glass kiln nitrogen reduction system, and simultaneously realizes lower NOx emission concentration.)
技术领域
本发明涉及玻璃窑炉蓄热燃烧中降低NOx排放的处理装置，具体涉及一种玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法。
背景技术
玻璃行业在我国建材生产中占有重要地位，同时也是工业污染控制的重点行业之一。在玻璃生产过程中，由于原料融化的温度在1500℃左右，燃料燃烧产生的高温区较为集中，导致玻璃熔窑内产生大量的热力型氮氧化物；同时玻璃熔窑出口烟气温度保持在1000℃左右，目前玻璃企业广泛采用高温蓄热燃烧技术来充分回收烟气余热。高温蓄热燃烧以蓄热体为基础，高温烟气和助燃空气交替流过蓄热体，通过往复循环使得高温烟气的物理显热被传递给助燃空气，助燃空气被加热到800～1000℃左右进入窑炉内，可有效提升烟气余热利用率和提高窑炉热效率。
玻璃生产产生的NOx目前还没有得到较好控制，以平板玻璃生产工艺为例，目前未经治理的国内大型玻璃窑炉氮氧化物排放水平在1200～3000mg/Nm3，远远超出其他行业的排放水平，每年排放大量的氮氧化物，造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏、雾霾等严重的环境污染；最新的《平板玻璃工业大气污染物排放标准》中氮氧化物的排放标准为700mg/Nm3，为了满足排放标准，多数企业采用目前较为成熟的选择性催化脱硝(SCR)技术来降低烟气中的NOx浓度，SCR技术有效反应温度范围约在320℃-450℃之间，最普遍使用的还原剂为氨，通常用氨水或者液氨作为来源，需要配置相应的喷氨系统和设备；同时SCR技术在运行中存在催化剂中毒和烟气中碱性粉尘低温粘附、堵塞通道降低催化效率的问题，企业需要配备大型高温除尘设备来缓解。SCR技术系统除了较高的催化剂成本外，设备占地大，辅助设备投资高，其正常运行中须不断进行还原剂购置，同时增加相关设备维护费用和额外的人力资源成本，这些费用给玻璃生产企业带来了巨大的经济负担，严重影响企业的市场竞争力和生存能力。
发明人前期申请了一种工业炉窑燃烧中直接降解NOx的技术和系统的发明专利，具有初期投入少、维护方便、不增加人力成本的优势，但没有专门针对玻璃窑炉的工艺结构提出具体的解决措施。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法，解决目前玻璃窑炉降氮系统存在的投资高、设备占地大、运行费用和人力成本高等问题，同时实现较低的NOx排放浓度。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种玻璃窑炉蓄热燃烧系统，其包括：
玻璃熔池，其侧壁上对称安装有第一燃料喷枪和第二燃料喷枪；
高温蓄热室，两个所述高温蓄热室对称设置在所述玻璃熔池的两侧，且所述高温蓄热室从上往下设置有第一蓄热体和第二蓄热体，其中，所述第一蓄热体的蓄热温度高于所述第二蓄热体的蓄热温度；所述第一蓄热体的上方空间形成有第一蓄热腔，两个所述高温蓄热室的第一蓄热腔通过第一通道与所述玻璃熔池连通；
四通换向阀门，所述第二蓄热体的下方空间形成有第二蓄热腔，两个所述高温蓄热室的第二蓄热腔通过第二通道与所述四通换向阀门连接，所述四通换向阀同时连接有助燃风机和烟囱，其中，通过所述四通换向阀门的定时换向，所述助燃风机和所述烟囱分别与两个所述高温蓄热室轮换建立气流通道。
如上所述的玻璃窑炉蓄热燃烧系统，进一步地，所述第一蓄热体采用氧化锆作为基体蓄热材料，混合氧化铈、氧化钇、氧化镝、氧化钐、氧化钡、氧化铜、氧化镁、氧化铝等组分中的一种或几种，以烧结成型结构件、表面涂覆等工艺形成蓄热体。
如上所述的玻璃窑炉蓄热燃烧系统，进一步地，所述第一蓄热体的形状为球状、蜂窝状、片状、管状、方形带孔等结构体，通过堆积安装形成蓄热体主体结构，并在蓄热体主体中形成规则或者不规则的烟气通道。
如上所述的玻璃窑炉蓄热燃烧系统，进一步地，所述第二蓄热体采用普通的氧化铝材料格子砖搭建而成。
一种蓄热燃烧中实现低氮氧化物排放的方法，其用于如上所述的玻璃窑炉蓄热燃烧系统，包括：
第二燃料喷枪喷入的燃料与右侧高温蓄热室进入玻璃熔池的高温空气混合燃烧，燃烧产生的热量将玻璃熔池内的玻璃原料融化为玻璃液；
随着燃烧的进行，携带氮氧化物的烟气进入左侧高温蓄热室；
温度超过一定第一设定温度的烟气首先进入左侧第一蓄热体的烟气通道，对左侧第一蓄热体进行加热，左侧第一蓄热体的温度快速上升到第二设定温度以上；
在高温低氧环境中，蓄热体氧化物材料表面形成的氧空缺大量吸附烟气中的NO，吸附后氧空缺通过电子争夺使N-O键快速断裂，将NO直接分解为N2和O2并释放，烟气中的氮氧化物下降到设定标准以下，同时烟气温度降低到第三设定温度以下；
经过降氮处理的烟气进入左侧第二蓄热体继续放热，将热量传递给左侧第二蓄热体后，进入由四通换向阀门和烟囱连通的第二通道排出。
如上所述的蓄热燃烧中实现低氮氧化物排放的方法，进一步地，助燃风机送入的助燃空气进入四通换向阀们和右侧高温蓄热室连通的第一通道，经过右侧第二蓄热体和右侧第一蓄热体的的连续加热后，被送入玻璃熔4内与燃料混合进行燃烧。
如上所述的蓄热燃烧中实现低氮氧化物排放的方法，进一步地，在运行至右侧第一蓄热体和右侧第二蓄热体的温度下降后，先关闭第二燃料喷枪，之后切换四通换向阀门，使助燃风机与左侧高温蓄热室连通，右侧高温蓄热室与烟囱连通；
待助燃风机送入的助燃空气经过左侧第二蓄热体和左侧第一蓄热体的连续加热进入玻璃熔池后，开启第一燃料喷枪，喷入燃料在高温空气中燃烧供热，燃烧后的高温烟气进入右侧高温蓄热室，如此反复循环切换。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明具有一次性投资、安装方便维护少、无额外设备和新增场地的特点，同时不改变玻璃窑炉现有结构和工艺流程，大大减少了玻璃企业氮氧化物减排的高昂投资和运行维护成本，还能够实现较低的NOx排放要求，能够很好地配套应用在采用高温蓄热燃烧技术的玻璃熔窑、有色冶金熔炼炉、钢铁行业蓄热炉等场合，以减少高温生产中的NOx排放浓度，为企业的污染物减排做出贡献。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为玻璃窑炉蓄热燃烧中实现低NOx排放的高温蓄热体技术原理图。
附图标记列表：
1高温蓄热室(一)；2高温蓄热体(一)；3燃料喷枪(一)；4玻璃熔池；5燃料喷枪(二)；6高温蓄热体(二)；7高温蓄热室(二)；8中低温蓄热体(二)；9助燃风机；10烟囱；11四通换向阀；12中低温蓄热体(一)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种玻璃窑炉蓄热燃烧系统及实现低氮氧化物排放的方法，解决目前玻璃窑炉降氮系统存在的投资高、设备占地大、运行费用和人力成本高等问题，同时实现较低的NOx排放浓度。
在图1所示的玻璃窑炉蓄热燃烧系统中，玻璃熔池4侧壁安装有燃料喷枪(一)3和燃料喷枪(二)5，喷枪3和喷枪5采用对向布置，间隔轮换运行；高温蓄热室(一)1和高温蓄热室(二)7通过燃料喷枪上方的烟气通道与玻璃熔池4联通；高温蓄热室1和7内靠近熔池烟气出口的一端安装有高温蓄热体2和6；高温蓄热体下方安装有普通中低温蓄热体8和12；蓄热室底部通道通过管道与四通换向阀门11连接，四通换向阀同时连接助燃风机9和烟囱10，通过四通换向阀的定时换向，助燃风机9和烟囱10分别与两个高温蓄热室轮换建立气流通道。其中高温蓄热体采用氧化锆作为基体蓄热材料，混合氧化铈、氧化钇、氧化镝、氧化钐、氧化钡、氧化铜、氧化镁、氧化铝等组分中的一种或几种，以烧结成型结构件、表面涂覆等工艺形成蓄热体；在高温低氧环境中，利用蓄热体氧化物材料表面形成的氧空缺吸附烟气中的NO，在氧空缺的作用下N-O键快速断裂，烟气中的NO直接分解为N2和O2并释放，从而实现氮氧化物在高温区的直接降解，达到减少烟气中的NOx浓度的目的。蓄热材料形状为球状、蜂窝状、片状、管状、方形带孔等结构体，通过堆积安装形成蓄热体主体结构，并在蓄热体主体中形成规则或者不规则的烟气通道。中低温蓄热体采用普通的氧化铝材料格子砖搭建而成。
本实施例的具体工作过程如下：燃料喷枪5喷入的燃料与高温蓄热室7进入玻璃窑炉的高温空气混合燃烧，燃烧产生的热量将熔池内的玻璃原料融化为玻璃液，由于玻璃熔池内的温度超过1500℃，根据泽尔多维奇机理，此时热力型NOx浓度与温度呈指数级增长关系，烟气内生成大量氮氧化物。随着燃烧的进行，携带氮氧化物的高温烟气进入高温蓄热室1，温度超过1000℃的烟气首先进入高温蓄热体2中的烟气通道，对高温蓄热体2进行加热，高温蓄热体温度快速上升到800℃以上；在高温低氧环境中，蓄热体氧化物材料表面形成的氧空缺大量吸附烟气中的NO，吸附后氧空缺通过电子争夺使N-O键快速断裂，将NO直接分解为N2和O2并释放，烟气中的氮氧化物下降到700mg/Nm3以下，同时烟气温度降低到800℃以下；经过降氮处理的烟气进入中低温蓄热体12继续放热，将热量传递给中低温蓄热体后，进入由四通换向阀11和烟囱10联通的排烟通道排出。此时助燃风机9送入的助燃空气进入四通换向阀11和高温蓄热室(二)7联通的空气通道，经过蓄热室内中低温蓄热体8和高温蓄热体6的连续加热后，被送入玻璃熔池4内与燃料混合进行燃烧。
在运行至高温蓄热体6和中低温蓄热体8温度下降后，先关闭燃料喷枪5，之后切换四通换向阀门11，使助燃风机9与高温蓄热室1联通，高温蓄热室7与烟囱10联通；待助燃风机9送入的助燃空气经过中低温蓄热体12和高温蓄热体2的连续加热进入玻璃熔池后，开启燃料喷枪3，喷入燃料在高温空气中燃烧供热，燃烧后的高温烟气进入高温蓄热室7，重复和烟气进入高温蓄热室1相同的过程，如此反复循环切换，形成玻璃熔池高温蓄热燃烧，并降低烟气中的氮氧化物浓度，减少玻璃窑炉的氮氧化物排放使之满足国家排放标准。
实施例一：
采用氧化锆为基体制作高温蓄热材料，表面涂覆氧化铈、氧化钡、氧化钇材料，三者比例为10％:20％:70％，蓄热体材料放置于800～1100℃温度环境中，并通入含NO浓度1000ppm的O2、CO2混合烟气，经过一段时间的材料降解后，出口NO浓度下降到了88ppm，NO降解率在90％以上，完全满足目前的行业排放标准。
与现有技术相比，本发明具有一次性投资、安装方便维护少、无额外设备和新增场地的特点，同时不改变玻璃窑炉现有结构和工艺流程，大大减少了玻璃企业氮氧化物减排的高昂投资和运行维护成本，还能够实现较低的NOx排放要求，能够很好地配套应用在采用高温蓄热燃烧技术的玻璃熔窑、有色冶金熔炼炉、钢铁行业蓄热炉等场合，以减少高温生产中的NOx排放浓度，为企业的污染物减排做出贡献。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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