[發明專利]一種浮法玻璃熔窯利用氫能燃燒的燃料控制系統及方法

在審

• 申請號: 202310232221.0
• 申請日: 2023-03-06
• 公開（公告）號: CN116177849A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 金明芳;何峰;謝峻林;王健;梅書霞;陳福;續芯如
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學;秦皇島玻璃工業研究設計院有限公司
• 主分類號: C03B5/235
• 分類號: C03B5/235;C03B5/225;C03B5/183
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明涉及熱工行業氫能燃料應用技術領域，具體涉及一種浮法玻璃熔窯利用氫能燃燒的燃料控制系統及方法。本發明通過將燃料系統細分為三級燃料供給組塊，通過一級組塊控制天然氣燃料氣源，然后通過二級組塊控制燃料摻氫比例，再通過三級組塊對進入玻璃熔窯燃燒的燃料進行流量、壓力調節控制，能夠精準、有效地對玻璃熔窯利用氫能燃燒實現降低COsubgt;2/subgt;排放過程中的火焰氣氛進行控制；本發明適用性廣泛，為氫能在浮法玻璃熔窯的高效利用提供了具體的技術方案，在以天然氣為燃料的浮法玻璃熔窯中，無論是采用底燒方式，還是側燒方式都可以采用此方案。

技術領域

本發明涉及熱工行業氫能燃料應用技術領域，具體涉及一種浮法玻璃熔窯利用氫能燃燒的燃料控制系統及方法。

背景技術

采取更加有力的政策和措施，為此制定了相應的碳排放與控制的技術路線圖。關于排放二氧化碳總量與去除環境(大氣)中存在的二氧化碳總量相等，從而達到二氧化碳凈零的排放狀態。除了積極發展太陽能、風能、氫能等清潔能源外，我國制造業也面臨非常重大的挑戰與發展機遇。

玻璃行業是耗能和碳排放重點行業，其使用的燃料種類主要有天然氣、重油、發生爐煤氣與石油焦粉等。以上化石燃料燃燒時，在釋放大量熱量的同時，會產生大量的CO₂。為降低玻璃行業CO₂的排放，需要使用含碳少或者不含碳的燃料。

世界許多國家已經逐步開展天然氣的摻氫研究。荷蘭于2008年將風電制氫摻入當地天然氣管網，到2010年年平均氫氣摻入體積分數達到12％。日本三菱日立動力系統有限公司將摻氫天然氣通入大型燃燒汽輪機中進行測試。與單純燃燒天然氣相比，CO₂的排放量降低明顯。英國和德國于2020年將其天然氣管網的氫氣混合率提高到20％。

目前，國內外已經提出，在玻璃熔窯中利用氫能(燃料摻氫)燃燒的方式，以降低玻璃制備過程中對化石燃料的依賴。氫能作為理想高效的二次能源，如何使用氫氣取代天然氣為玻璃企業生產提供動力，使玻璃熔窯以極低的碳排放量運行。

浮法玻璃熔窯熔化傳熱主要靠輻射傳熱，火焰輻射傳熱能力取決于火焰的亮度，而火焰亮度取決于燃料燃燒過程中碳微粒的數量多少，摻氫天然氣的碳氫質量比隨著摻氫比例的增加越來越小。摻氫天然氣隨著摻氫比例的增加，助燃空氣量降低，導致氫與氧的相互擴散速度加快，燃燒速度比純天然氣燃燒速度快。

在浮法玻璃的熔化過程中，配合料采用還原性硫澄清技術，使用芒硝+碳粉作為澄清劑，碳粉的環氧性保護可以防止芒硝過早分解，同時還需要在沿浮法玻璃熔窯的長度方向上嚴格控制窯內的氣氛分布，以確保芒硝在高溫分解、泡沫區的位置、玻璃液表面的黏度控制及微小氣泡的排出。

現有技術的摻氫天然氣在浮法玻璃熔窯內燃燒時，只能夠形成較強的氧化氣氛，很難有CO殘留，形成高溫缺氧的環境，導致燃燒后火焰的氣氛難以控制，無法依據浮法玻璃的實際生產要求滿足生產工藝要求。

現有技術的浮法玻璃熔窯中，根據燃燒器的位置布置，可以分為：(1)底燒式——燃燒器布置在小爐噴出口的正下部，實現助燃空氣覆蓋在燃料的上部進行垂直方向上混合燃燒的方式；(2)側燒式——燃燒器布置在小爐噴出口側墻的兩邊，實現助燃空氣與燃料進行水平方向混合燃燒的方式。無論哪一種燃燒方式，要在浮法玻璃熔窯中利用氫能燃燒實現降低CO₂的排放，都會遇到氫能燃燒熔化玻璃時，火焰氣氛難以控制的關鍵技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種能夠浮法玻璃熔窯利用氫能燃燒的燃料控制系統及方法，能夠方便、精確的細分調控氫氣在天然氣中的摻入比例，有效控制浮法玻璃熔制所需要的溫度制度、氣氛制度等關鍵工藝參數，實現浮法玻璃熔窯對氫能的有效利用，提高生產效率。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：