导读：控制玻璃窑炉的氮氧化物减排是当前玻璃企业的重点工作，怎样进行现有的玻璃窑炉烟气治理，德国SGT公司对现有的窑炉设计提出了无需改变就能能够达到减排需求的解决方案，用这家德国公司的话说，传统的横焰窑和马蹄焰窑不仅能够达到降低NOx排放的目标，而且可以实现天然气和重油的无差异化使用。
译者将原文编译后，给各位同行供参考。
原文来源：《玻璃机械工厂与配件》
简介
对于很多现存的窑炉来说，当初并没有为NOx的减排而做专门的设计。而在接下来的几年里，它们正面临着NOx减排的新要求：降到800，600甚至500mg/Nm3。为此它们需要而完全重新设计吗，或者有没有一种基于最初设计的现实机会能够满足低NOx排放的要求呢？
对这个问题的一般回答是“是的，有可能”。表l显示了不同燃料和窑炉类型的NOx可能排放值。
毫无疑问，窑炉的设计、类型可以对NOx排放和能耗产生很大影响。然而，在绝对没有必要让传统的横焰窑和马蹄焰窑淘汰的前提下，使它们能够满足NOx排放的目标值还是有可能的。与此同时，使用天然气和重油的结果也会基本相同。
玻璃池窑中氮氧化物的形成，一般来说由两种情况引起：局部高温和炉膛中氮、氧气的局部浓度过高，后者主要是由炉膛漏风或过早燃烧的所造成的。
局部高温和漏风，通常由进入窑炉的燃油、燃气和助燃空气的不恰当流入特性而引起，两者均为生产高质量玻璃的不必要因素。此外，炉温、燃油燃气和助燃空气的不充分控制，以及燃烧器、小炉口、蓄热室和窑炉本身的不充分设计也会导致局部高温和漏风。
DeNOx技术
SGT的DeNOx技术是一种用来减少NOx形成和降低能耗的典型一次措施。
DeNOx技术基于两点思想之上：
1．对过剩氧气的低量保持和较好的控制；
2．改善热量从火焰到玻璃和配合料的传导情况
其效果是：
降低了火焰和窑炉的温度，使玻璃温度保持在一个最佳水平
较低的火焰温度减少了NOx形成和烟气热损失。
燃烧喷枪技术
燃烧喷枪技术是DeNOx技术中最必不可少的关键部分，其主要目标是：
避免过早点燃：最好能有一个可控的延迟来调节燃料与助燃空气的混合
·产生一道长而平顺的火焰，其与玻璃和配合料之间具有宽泛的热交换区域。同时，在提供相同或更有效能量传导的情况下，该火焰的温度更低。
燃油喷枪
利用较窄的雾化粒度分布，SGT DeNOx的重油燃烧喷枪可以达到以上所述目标。切断成较小尺寸的油滴可以帮助避免过早燃烧。与此同时，切断成较大油滴可以避免火焰过长，并允许在有效区域内形成范围较大的火焰，以覆盖整个玻璃表面。该种喷枪所具备的功率是0.22至6.5 MW，并利用压缩空气或者天然气来雾化重油。图1、2、3分别为喷枪的装配图、喷枪实体照片和雾化粒度窄范围分布曲线。这种粒度分布特性得益于喷嘴元件的精确中心化安装，同时这也具备了另外一个好的副作用。…… 这套系统已经良好运行了数年并积累很好的客户口碑。
图4显示的是一座6对小炉的横焰平板玻璃窑炉一年多的NOx排放结果。运用SGT DeNOx技术之前，其排放水平在l200mg/Nm3以上。在引进SGT DeNOx燃油喷枪和SGT Lambda控制系统之后，如图所示，其NOx排放水平稳定的保持在700mg/Nm3左右。
燃气喷枪
通过形成接近于自由气体喷射状的气流，SGT DeNOx天然气喷枪可以产生低湍流燃气火焰，这就避免了燃气和空气在火焰根部区域内的过早混合。这道发光强烈的天然气火焰形成了一块自增碳燃烧区域，显著提升了火焰的热辐射传导，自然而然地降低了火焰温度、NOx含量和烟气携带的热损失。典型的燃烧喷枪安装图如图5所示。
过去的一些否定性的经验已经说明，低湍流燃气不应该与耐火烧嘴砖直接接触，渗碳、低温燃烧端与排热端的热震变化都能导致耐火砖的损坏。因此，喷枪本身被做成气筒形，而且喷枪末端正好与喷嘴砖的玻璃液接触面对齐。这就要求喷嘴砖需要专门的设计，以至于在现有的窑炉上安装喷枪时，只需要更换相应的喷嘴砖即可。喷枪的位置需要完全按照图5的示意来安放，并且有空气冷却和水冷喷嘴环来保护枪体。
该种喷枪具有四种型号可用：如图6和表2所示，功率范围为0.2至8.7MW，并且使NOx的排放低至800-500mg/Nm3，如果窑炉的设计和操作得当，此数据还可以更低。
SGT DeNOx燃烧喷枪是为在小炉下方安装所设计，从而获得最好的应用结果。只有在小炉下方安装才能调整燃料流体（油、气）与助燃空气形成的夹角，以实现前文所述的混合延迟、低温的火焰根部以及火焰至熔融玻璃的最大热传导率。因此，小炉的安装为SGT DeNOx在现有窑炉上的实施提供了最佳条件。
图7所示的是在小炉侧面安装燃烧器的解决方案，利用的是额外安装的火焰根部遮挡隔断。这些耐火部件在燃气输入点附近形成了低湍流区域，通过类似于自增碳或燃料裂化的效应来改善火焰到熔融玻璃的热传导，如同在小炉下方安装时所描述一样。然而，在全面运行下的现有小炉中安装此遮挡隔断，是一项极为艰苦的工作。其使用结果虽然改善了NOx的排放（达到l400～l000mg/Nm3范围内），但是永远不会好于在小炉下方安装所取得的效果。
至于传统的小炉通底安装，SGT DeNOx还没有解决方案，这种安装设计基于恰好相反的目标一一尽早达到燃料和空气的强化混合，根据SGT的经验，这正好与低NOx燃烧的要求完全相矛盾。
窑炉设计
窑炉自身的设计对DeNOx技术的应用结果有着重要影响。小炉助燃空气的流速不能超过lOm/s。图10中展示了应用效果最好的最佳小炉设计案例。跟随之前关于天然气气流的相同思路，助燃空气气流应与喷枪火焰呈10度锥角无干扰流入，以获得低湍流状态。在俯视图中，也强烈建议两者的流入角为10度，这是达到火焰最大覆盖面的基础（如图11所示）。当火焰覆盖面达到融化区域的50%以上时，预计可以取得最好的效果。这是一个经常被忽视的窑炉设计法则，但是在设计低DeNOx排放窑炉时，却显得尤为重要。
在保持整体设计时的窑炉维修期间，适当的改动是有可能的。在正确方向上哪怕很小的改动，都很利于为NOx减排提供条件。有些在正确方向哪怕几公分 的改动就有可能比新技术的实施节省很多成本，而且这些改动的方向是十分明确的。
链条的强度取决于它最薄弱的环节。燃烧器技术是DeNOx技术中重要的一部分，但是只有在稳定并良好控制的助燃空气条件下，才能提供好的效果。
LAMBDA控制系统
基于氧化锆传感器的Lambda控制系统是DeNOx技术中另外一个基本的、不可或缺的组成部分，其可以满足任何窑炉或燃料类型的要求。Lambda控制系统的细节将是另一篇公开文献的主题。图10是横焰窑熔池两侧每个小炉氧气传感器的典型安装图。SGT Lambda传感器目前的使用寿命为3到8年，并且为优化燃烧效率的自动化控制提供可靠的信号。在现有的窑炉上安装SGT Lambda传感器是已经普遍实践的，并且对于任何类型的窑炉均没有问题，但是硼硅玻璃窑炉除外，由于化学腐蚀的原因，该种窑炉的传感器探头寿命会大大缩短。
Lambda传感器是一种关键但是只能被动测量的设备。很多窑炉设计的案例要求的不仅仅是可靠的信号，而是一种提供最佳燃烧条件的智能控制环路。如果蓄热室中没有隔墙或不完整时，马蹄焰窑小炉之间的烟气含氧量出现1%至8%的差异是很典型的。
SGT空气幕系统提供了工具设备来控制助燃空气，其流动分布的情况如图11所示。同时，该图也展示了小炉中空气幕系统的功能与安装形式。小炉中使用的压缩空气幕墙通常显示过量空气，并且将一部分预热助燃空气转向输送至相邻的小炉中。工作气流量与被控制气流量之间的比例会因小炉的设计而不同。一种典型的应用比例是1:10，这意味着用l0Nm3/h的工作气流就可以控制l00Nm3/h 的热气流到相邻小炉中。工作气流的用量是很低的，所以对位于下游蓄热室大碹的Lambda测量系统没有太大影响。该空气幕系统随着点火循环而开关，其唯一原因是节省压缩空气。
空气幕系统的喷头由水冷保护，并且在安装时不一定要窑炉中断运行，但是要求在小炉底部钻出直径50mm的孔。为了能够找到正确的安装点，要求工程人员有丰富的经验，有时甚至做一次预先“dry”测试也是很可取的。
图12、13对比了6小炉横焰窑中每个小炉在安装SGT空气幕系统前后余氧含量的测量百分数。4、5、6号小炉的氧含量从初始的4～6%下降到1～2%，特别是对于5、6号小炉所代表的产生大部分NOx排放的最高温区域尤为重要。
应用结果
以下图片中展示的是现有窑炉上采用DeNOx技术后获得的结果样本。这是一个40m2，日熔融30吨高品质荧光管用玻璃的3对小炉横焰窑炉。该炉曾经的NOx排放量为ll50mg/Nm3，问题是，在下一次维修时是否要制定一个完全不同的窑炉设计。
SGT DeNOx技术按照以下三个步骤实施完成（见图14）：
1．SGT Lambda系统在助燃空气过高水平时可以给出可靠的指示。当NOx浓度达到975mg/Nm3，调整助燃空气使之流量下降。
2．利用耐火砖的合理安装和SGT空气幕系统，改良了助燃空气的流动分布，使NOx浓度下降到810mg/Nm3。
3．用SGT DeNOx天然气燃烧喷枪代替原来的燃烧器，使NOx浓度进一步下降到475mg/Nm3。
在相同的步骤内，能源消耗与初始状态相比总共下降百分之五。
主要的目标指标--DeNOx排放，从初始ll50mg/Nm3下降到475mg/Nm3，减少约60%，并且好消息是：不需要新类型的窑炉即可实现。借助于SGT DeNOx技术，现有的窑炉将可能够达到未来的NOx排放目标值。
结论
在不中断运行的情况下，SGT DeNOx技术可用于燃油或燃气的新旧马蹄焰和横焰窑炉。
SGT DeNOx技术的基本原理是DeNOx燃油燃气喷枪技术、借助SGT Lambda传感器的低量过剩空气控制技术和助燃空气流动分布优化技术三者的结合。此外，在蓄热室中没有小炉隔墙或隔墙不完整的情况下，空气幕系统是必要的。图15展示了SGT DeNOx技术概况的原理图解。
整个SGT DeNOx技术就是这些基本原理卓越结合的结果。它将DeNOx的排放显著的降到了800～500mg/Nm3的目标值，并同时做到了节能，在大多数客户案例中，节能省下的开支足以支付引进该技术的成本。
