3.2　玻璃燃料供应工艺

3.2.1　液体燃料供应工艺

液体燃料供应工艺指的是将厂内油罐中的重油（或乙烯焦油燃料油、煤焦燃料油等）通过各种供应设备输送到熔窑喷枪前的工艺过程。本书以重油供应工艺为例进行重点介绍，其他液体燃料供应方式类同。

燃料油供应工艺包括卸油、储油和供油三部分。

燃料油由汽车或火车的油槽车或驳船运到工厂后，先将油卸入有加热装置的低（零）位油罐，然后再用卸油泵送到总油罐，燃料油在进泵前须先经过过滤器，所有输油管道都有保温或加蒸汽管伴热。由于燃料油黏度较大，运输燃料油的车船都是加保温层的特制车船，这样燃料油在运输途中油温能保持在60～70℃，在到达目的地卸油时不需采取加热措施即可自流卸车。特殊情况下在卸油时需要用蒸汽将车、船中的燃料油加热到能自流或能泵送操作的黏度，以加快卸油速度。

由储油罐向熔窑燃烧设备供应燃料油时，须经过过滤、泵送、加热、雾化等环节。燃料油供应工艺按照储油罐的设置情况可以有以下两种流程：

① 不设车间油罐的供油流程

② 设车间油罐的供油系统

当卸油站与用油点距离较远时，应在用油点附近设置车间油罐。当车间内有几座窑炉或同时有几个车间需要供油时，设置车间油罐也可以缩短供油管路的总长度，保证枪前供油压力和流量稳定。

当熔窑与炼油厂中的储罐距离不远时，燃料油也可用管道输入工厂。燃料油经80℃左右加热、1.0MPa加压，用保温管道从炼油厂或集中油库直接送到用户的储油罐内。

3.2.1.1　卸油系统

常用的卸油方式见表3-12。

表3-12　常用卸油方式

在卸油前槽车内的燃料油温度应保持在60℃以上，不得超过90℃，以免卸油时发生喷油、烫伤事故。

对于铁路运输，现在我国运输燃料油的槽车大都设有下部卸油设备，可以自流卸油。通过内敷蒸汽管的卸油沟或有蒸汽管伴热的卸油集管，将燃料油输送至零位油罐。只有下部卸油设备失灵或没有下部卸油设备的槽车，才用上部卸油的方法。汽车油槽车的容量小，一般可采用自流卸油或下部泵抽吸卸油。当采用水路运输时，由于水面高度较地面低，不能自流卸油，需要采用上部泵强力抽吸，或用油驳船内自备泵卸油。

3.2.1.2　储油系统

为了保证工厂连续生产，用油单位一般都储存一定数量的燃料油。储存量与用户距炼油厂的远近、炼油厂的生产情况及运输条件和运输方式有关。

储油一般用油罐，油罐除起储存作用外，还起加温和脱水作用。储罐内设有蒸汽管，以便将油加热到必要的温度。

为了满足使用、脱水和清理检修的要求，一般重油储油罐不少于三个，一个用于加热脱水，一个使用，一个用于卸油。但对于乙烯焦油燃料油、煤焦燃料油，由于不需脱水，故在投资许可情况下最多设置两个油罐即可。

油罐按制作材料不同分为钢质油罐、钢筋混凝土油罐；按安装高度可分为地上油罐、地下油罐和半地下油罐。

储油罐应加热、保温，油罐中的最高温度必须低于燃料油闪点10℃，并且不高于90℃，一般工作油罐中部的加热温度为80～90℃。

为了减少油罐的散热，都要对罐壁和罐顶进行保温。20世纪90年代前，保温方式主要采用厚度为60～80mm的石棉硅藻土外抹石棉水泥保护层，或厚度30～50mm的岩棉毡外包0.6mm厚的镀锌钢板（或彩钢板）进行保温。随着保温技术的进步，20世纪末开始采用罐壁30～40mm、罐顶50mm厚的复合硅酸盐保温涂料（主要成分硅酸镁、石棉绒等）进行保温，当达到要求厚度后，在保温层外做一层GPS防水涂料和两层丙烯酸防水涂料的保温方法。这种保温方法与以前的保温方法相比，具有无接缝、防雨水、耐脱落、寿命长、保温效果好等优点，所以得到广泛采用。

3.2.1.3　厂内供油系统

将燃料油储库中的燃料油通过油泵输送到燃烧器——喷枪的系统称为厂内供油系统。厂内供油系统主要由供油泵、过滤器、输油管道、加热器、流量计、调节阀、燃烧换向控制系统和燃烧系统组成。

（1）油泵

油泵通常设置在油罐附近、且低于油罐最低油面、具有良好通风的油泵房内。

玻璃厂的油泵大都选用螺杆泵和齿轮泵。各种不同类型的油泵使用范围见表3-13。

表3-13　螺杆泵和齿轮泵使用范围表

通常根据运输量和卸油速度，卸油泵选用流量大、压力较低的油泵；供油泵的选择则是根据生产耗用、回油量及喷枪前工作压力要求来决定，一般供油泵选用流量小、压力较高的油泵（若采用泵后回油，供油泵额定流量应接近实际耗油量的1.5～2倍；若采用循环回油，供油量为最大耗油量的3～5倍）。

（2）过滤器

燃料油在装卸和运输过程中，不可避免地要混入一些杂质，另外，燃料油在加热过程中也会析出沥青胶和炭化物，这些杂质如不及时清除，将堵塞和磨损管道、油泵和喷嘴，以致影响正常生产。所以，在供油系统中，在油泵前和喷嘴前要设置过滤器。

过滤器的形式和尺寸没有定型，常用的有网状过滤器和片状过滤器两类。网状过滤器结构简单，加工制作方便，过滤能力大，在玻璃厂中用得较多。

过滤器一般都是成对并列装置在管路中，一个使用，一个备用或清洗。

过滤器有粗滤、中滤和细滤之分，主要根据油泵的类型和设备要求选用。在卸油时最好先用粗过滤器滤去重油在运输过程中带入的夹杂物；油泵后的过滤器主要是滤去燃料油中的机械杂质；窑头加热器后的过滤器是为了滤去燃料油在加热和加压过程中所分解出来的胶质沥青和油焦等杂质，避免堵塞喷嘴及流量计。各部位过滤器滤网网孔尺寸见表3-14。

表3-14　各部位过滤器滤网网孔尺寸表

工厂生产中网孔除用孔（孔/cm²）表示外，还有用目（孔/in）表示的，其关系见表3-15。

表3-15　过滤器滤网“目”与“孔”的关系

有些工厂在燃料油加热器后不装过滤器，而在油泵前用576孔/cm²的滤网，实践证明，泵前太粗的滤网对泵和喷嘴等起到保护作用；过滤网的滤网太细或滤网面积过小，不仅影响过滤效果，而且过滤器前后的压力降显著增大，油泵发出噪声，泵出口压力降低，严重时油泵甚至吸不上油来，在运转中，若滤网严重积垢，也会产生同样现象；在泵后压力线上，阻力过大时滤网会被击穿，因而过滤器的网孔要选择得当。

为了便于检查，在过滤器前后的管上，装上两只压力表（过滤器前吸入管应安装正负值真空压力表），经常指示燃料油通过过滤器时的压力差，若压力差的数据显著增加，就必须进行清洗。泵前过滤器一般每月清洗1～2次，压力线上的过滤器每1～2周清洗一次。

（3）加热器

燃料油的特性之一是凝点高、黏度大。在供油系统中，油的黏度是一个主要矛盾。当加热温度不够时，黏度大，油泵和喷嘴的效率降低，并恶化油的输送和雾化。但是过热会引起燃料油气化和产生泡沫，从喷嘴喷出时形成的气体会发生气阻现象，使喷油时产生脉动并发出噪声，还导致燃烧不稳定。另外，油温太高（＞145℃），由于燃料油的分解和凝聚作用，生成中性胶质、沥青质和碳，产生结焦现象，导致加热器的传热效率下降，并使过滤器容易堵塞。同时，随着油温升高，其黏度下降幅度逐渐减小。所以应根据燃料油性质及技术、经济上的合理性来确定燃料油的加热温度，一般重油以不超过130～140℃为宜，对于乙烯焦油燃料油和煤焦燃料油，加热温度一般以100～115℃为宜。

① 蒸汽加热器

a.套管式加热器。套管式加热器由两个同心管组成，重油在内管流动，蒸汽按逆流方向沿环隙流动。管道截面积不大，油在管内可保持较高的流速，因此，传热效率高，加热能力大，蒸汽消耗少。套管式加热器结构简单，加工容易，检修和清洗方便；缺点是接头多，易漏油，体积和占地面积大，单位加热面积的金属用量较多，适宜于油泵房加热燃料油使用。

b.列管式加热器。列管式加热器又称管壳式加热器，燃料油在列管内流动，蒸汽通过管外侧壁。其优点是加热面积大，结构紧凑，体积小，单位加热面积的金属用量少。缺点是结构复杂，加工要求高，检修不方便；油在管内流速较慢，因而传热系数比套管式低，管径小容易结垢，清洗困难。列管式加热器有单程和双程的，也有多程的。

c.蛇形管加热器。蛇形管加热器管内通蒸汽，管外罐内盛有很大体积的燃料油，燃料油在罐内移动极慢，传热主要是靠自然对流方式进行，所以传热效率低，升温不敏感。但它结构简单，加工容易，检修方便，适用于加热强度小的装置，在中、小型窑炉上通常用作炉前加热器。

蛇形管加热器也可以在管内通燃料油，罐内盛大体积的蒸汽，这样，加热效率有所提高，但蒸汽消耗量亦相应增加。

燃料油的加热温度与油流量、加热面积以及饱和蒸汽的压力等有关。当加热面积一定时，如油量大或者油加热温度要提高，则所需的饱和蒸汽的压力就要高，因为饱和蒸汽的压力高，油与汽之间的平均温度差就大。效率较高的蒸汽加热器的出口油温一般比饱和蒸汽温度低20℃左右，因此，燃料油加热温度的高低，往往受到工厂蒸汽设备条件的限制。例如表压为0.2MPa的饱和蒸汽是不可能把油温加热到120℃以上的；反之，工厂中的蒸汽压力高，则加热器的加热面积可以适当缩小。

加热器出口的油温，可用自动调节设备调节蒸汽流量来保持。

② 电加热器

电加热器可作为蒸汽加热器的补充，或作为蒸汽来源不易解决时的一种加热手段。

电加热器一般做成罐状或管状形式，其内设置1～3个电热元件作间接加热，电功率大小视加热油量与升温要求而定。其优点是结构简单，不需变压器；缺点是加热温度不够均匀，温度调节不够灵活，在更换电热元件时要解决漏油问题。

现在有些工厂采用蒸汽和电联合加热燃料油，即在蒸汽加热器外另装上管状电加热器，或在蒸汽加热器以后串联一个电加热器。

（4）供油管道

供油管道是将储油罐中的燃料油送往喷枪进行燃烧的通道，管道是否畅通关系到燃料油能否连续输送和燃烧能否连续进行。所以，管道材质的好坏，管径选择的是否合理，管道保温是否到位，都对燃料油输送起到至关重要的作用。

① 管道材质的选用。通常供油管道选用无缝钢管，用焊接或法兰连接，以保证在工作压力下的严密性和安装、拆卸的方便。

② 管径的选择。管径的选择除应满足喷嘴所要求的额定油压外，还应考虑燃料油在输送过程中温度、压力等的变化，以及燃料油加热后从燃料油中析出的沥青、胶质和油焦等，不致因管道中燃料油的流速低而在长期运行后沉积在管壁上。当燃料油的黏度较大时，如果流速过大，将导致管内阻力增加，压力将增大，这就得加大油泵的输送功率，并改变其他设备的安装要求；流速大时，因摩擦而发生的静电效应的危险性也增大，这是因为管路中静电荷的集聚与输送速度成正比。若流速太小，管径相应增大，这就增加了不必要的投资费用，同时又因为温降大而引起较多的热损失，增加了蒸汽的耗用量，油中析出物也更容易沉积在管壁上。故在选择管径时，必须权衡利弊，原则是经济、合理，保证供油管道运行畅通。

选择管径时应根据供油系统流程，以每一段管道的最大运输油量计算；根据油的黏度与压力的不同情况取合适的流速；在转弯时曲率半径不能过小，以减少阻力。在输油量较大的供油系统中，管内流速一般为0.6～1.5m/s。

③ 管道的保温。由于燃料油黏度大，易凝固，在管道运行过程中，需要一定的温度条件。若油在管道中降温过多就容易失去流动性，再想恢复通畅就比较麻烦，所以必须防止油路系统温降过多。一般通过在油管路系统上加蒸汽伴热和保温的方法来保证燃料油管路的正常运行。当管路距离较长时，还应装置膨胀补偿器及静电接地装置，以保证安全运行。

蒸汽伴热有蒸汽伴管保温和蒸汽套管保温两种方式。

a.蒸汽伴管保温。沿油管平行敷设一根或二根蒸汽管，蒸汽管放在油管下方45°角的范围，两管用铁丝网或薄铁皮共同包扎后，在外面用保温材料和保护层进行保温。通常在保温层和管道之间留有一定的传热空间，这样能使蒸汽放出的热量更有效地传给油管。此法加工制作施工简单，检修方便，油和汽不会相互渗透。但其传热效率比套管法低，保温效果较差。蒸汽伴管保温效果与它的安装和外面保温材料质量、包扎情况密切有关。

b. 蒸汽套管保温。蒸汽套管保温有油管包蒸汽管和蒸汽包油管两种方式。油管包蒸汽管就是蒸汽管套装在油管之中，燃料油通过蒸汽的全部放热面，热量能得到充分的利用，从热利用角度来讲，这是较好的方法。缺点是油管的散热面增大，加热效果差。蒸汽管包油管是油管套装在蒸汽管内，蒸汽的热量没有像油管包蒸汽管那样得到充分的利用，但油管的保温效果较好，目前大多数采用蒸汽管包油管的方法。

蒸汽套管保温，油、汽两根管子应保持一定的间距。间隙过小，阻力增大，流量减小；间隙过大，浪费材料，增加散热。两管之间的间隙一般保持在8～10mm，不大于15mm。

蒸汽套管保温的传热效率比蒸汽伴管保温法高，但是油管和汽管承受着较大的热应力，焊接点易渗漏，渗漏后不易发现，检修困难，并且加工与拆装较伴管法复杂得多。

若蒸汽压力较低，管线距离不太长，可采用蒸汽管包油管的保温方法，例如，从换向室到喷枪的供油管路系统可采用这种方法；若管线较长，蒸汽压力又高，可采用蒸汽伴管方法，例如，从油罐区到换向室的供油管路系统可采用这种方法。

管道外层常用热导率低、质量轻、使用温度高的岩棉、矿渣棉、玻璃棉等做保温材料。

④ 管道的吹扫和排污。新建的供油管道系统在开始使用时必须打压检漏，并用压缩空气进行吹扫，以清除管道内残留的焊渣等杂物；发生事故后的管道系统在重新使用时，应用蒸汽进行吹扫，以防因燃料油温度降低而凝结。

为了保证每段管道都能吹扫干净，通常在卸油管起端、吸油管末端、供油主管、过滤器、加热器出入口及喷嘴前等处都设置吹扫点。吹扫方向一般是，对于喷嘴及供油支管，向窑内吹，其余则向油罐方向吹扫。过滤器吹扫时必须将滤网取出，以免堵塞。

为了防止在发生事故吹扫时，出现燃料油渗入蒸汽管道内的情况，造成不良后果，最好在需要经常吹扫的管道或设备上装有固定的吹扫头，必要时还应安一些活动吹扫头。固定吹扫头应装有止回阀，以免燃料油倒流。

通常在供油和回油管道上的最低点设置排污阀，供吹扫完毕后放水排污之用。另外，在最高点设置放气阀，以备初次启用时排除管道中的空气。

供油系统的管道除焊接外，都用法兰连接，并用阀门控制油的流向、调节油量和油压。

常用的阀门主要有闸阀、截止阀、止回阀、安全阀、溢流阀、气动薄膜调节阀、电磁阀、针形阀等。

（5）燃烧设备

燃烧设备是供油过程的最后一个环节，是使燃料油雾化，并在熔窑内形成具有一定形状、长度火焰的装置。从油罐出来的燃料油，经过管路系统中的各个环节，经喷枪喷出后，在熔窑内进行燃烧。因此喷枪质量的好坏，直接关系燃烧的质量。

燃烧设备由喷枪、喷枪支架、吹扫阀、针形阀、流量计及空气雾化装置等部件组成，其中喷枪是关键部件。对于玻璃熔窑上使用的喷枪，有下列要求。

a.喷出的油滴要细而均一，黑区（粗雾化区）要尽量短，不能有火星。在垂直于喷嘴中心线的断面上，油滴要分布均匀，不能有空心，并且在喷射的射程上和较大的喷油量调节范围内都要保持不变。

b.喷出的火焰要能控制，火焰刚性不要太强，覆盖面要大，方向性要好，油雾与助燃空气混合要好，燃烧速度要快。

c.油滴不能落入玻璃液面上。

d.雾化介质消耗量要少。

e.结构要简单，便于保证同心度和扩散角，便于制造、拆装、清洗和检修，并且要坚固、耐用、不漏油、不堵塞、不结焦。

f.调节方便，调节幅度要大、精度要高。

g.工作时噪声要小。

3.2.2　气体燃料供应工艺

3.2.2.1　天然气供应工艺

气态天然气从气井内喷出时的压力各不相同。当出井压力低又需要长距离输送时，常建立加压站，根据输送距离使主输送管内的压力保持在10～15MPa，而在天然气配气站内则降至用户所要求的压力。长距离输送天然气的管道是埋设在地下的，所以通到远方配给网的天然气温度并不高，且在一年内的变化也很小。

从气井内流出的天然气中含有大量矿物杂质、水蒸气，有时还有水，而与石油一起采得的天然气则还有石油。当长距离输送时，为了预防输送管道及其配件和其他器件的损坏和阻塞，天然气须先经分离器净化，预先除去所有的杂质、水分以及硫化氢等有侵蚀性的物质。

当输气管网负荷变化时，供气压力有波动，因此需安装气压自动控制装置，以保证用气压力的稳定。输送到用户处的天然气含杂质少，可用流量计计量，并便于实现流量自控。

为了保证有充分的调节余地，管道天然气进厂压力控制在0.2～0.3MPa，进玻璃熔窑换向室之前压力控制在0.15～0.2MPa，经过天然气换向室调压后，将各小炉枪前压力控制在 0.02～0.04MPa，进入窑内燃烧。其供气工艺流程如下：

厂外气态天然气管道进厂→厂内调压、计量撬→车间窑头调压、换向室→各支路薄膜调节阀→分支流量计→熔窑喷枪→窑内燃烧。

天然气在燃烧前不能进行预热，以免碳氢化合物热解。天然气特别是气井天然气中含重碳氢化合物少，故燃烧时火焰的亮度较差，火焰辐射传热能力较低。为了弥补这一缺点，可使天然气在进入熔窑前在小炉中产生局部燃烧（预燃烧），使部分碳氢化合物热解出微粒炭，以增加火焰的亮度及辐射传热能力。

液化天然气和压缩天然气与气态天然气在厂内供气工艺基本相同，不同之处在于，液化天然气和压缩天然气用槽罐车运输到厂后，要经过气化装置气化（或减压装置降压）转换到正常压力后，方可进入厂内天然气管道使用。

天然气液化后可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。LNG的运输方式主要有轮船、火车和汽车槽车等方式，槽车罐体采用双壁真空粉末绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。汽车在500～800km运输半径范围内较经济，自重较轻，单车运装能力为3000～5000m³，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。

液化天然气（LNG）与压缩天然气（CNG）比较，在相同行程和运行时间条件下，对于中型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，质量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源之一。

3.2.2.2　液化石油气供应工艺

液化石油气通常采用槽罐车从工厂运输到储气点，然后根据不同的用户需求将液化石油气灌充到不同大小的气瓶内，再供诸如家庭、商业和工业用等用户使用。对工业用户其使用和液化天然气一样要经过气化装置气化（或减压装置降压）转换到正常压力后方可进入厂内天然气管道使用。使用液化石油气时应注意以下事宜：

① 由于液化石油气具有较大的体积膨胀系数，当温度升高时，储罐（或钢瓶）内压会缓慢上升，液态体积膨胀，气态空间逐渐被液态挤占。当温度达到60℃时，液态存在整个储罐，如果灌装量超过规定，温度升高，液态体积膨胀，当储罐内完全充满液态时，由于液体近似不可压缩，其膨胀力就会直接作用于储罐，温度每升高1℃时，压力急剧上升，这样很可能在温度不太高时，储罐内的压力就超过储罐的爆炸压力，引起储罐爆裂，造成严重事故。所以在储存液化石油气时，液态液化石油气大约占储罐容积的85%，应留有约15%的气态空间。通常100m³储罐储存约45t液化石油气。

② 注意保温。因为液化石油气由碳氢化合物组成，这些化合物中碳含量越高，沸点就越高，气化时所需温度也较高。在使用过程中，碳氢化合物因沸点不同，气化的顺序不同，最后剩下的是沸点较高的碳氢化合物C₅、C₆，留存在罐内形成残液。液态的液化石油气的密度是水的1/2左右，当寒冬时，外界温度低，液化气的气化率比较低，液化石油气不易挥发，所以液化气燃烧不净，瓶中残液多，不气化。所以，冬天使用石油液化气时应注意防冻保温，并定期排污。

③ 注意冻伤。物质从一种状态转变为另一种形态的过程中，要吸收或放出热量，这部分热量只用来改变物质的状态，而不改变物质的温度，所以称为潜热。1kg饱和液体完全转变成相同温度的饱和蒸气所吸收的热量称为气化潜热。从液化变成气体的过程叫气化，气化有蒸发和沸腾两种形式。液化气的沸点很低，在0℃以下时就达到它的沸点，在常温常压下气化也很快。因此，在实际工作，液化气泄漏喷溅到人体上时就会从人体上吸收热量而气化，使人体降温，造成“冻伤”，液化气储罐“结霜”就是由液化气吸收热量而气化造成的。液化石油气从储罐等容器或管道中泄漏后将迅速气化，需吸收大量的热量，这将导致泄漏的容器及周围环境温度急剧降低，与人体皮肤接触会造成冻伤。所以在储罐附近操作时应注意安全，不要被液化气“冻伤”。

④ 注意防火。各种液体的表面都有一定量的蒸气存在，蒸气的浓度取决于该液体的温度。可燃液体表面的蒸气与空气混合形成混合可燃气体，遇火源即发生燃烧，形成挥发性混合气体的最低燃烧温度称为闪点。在闪点时所发生的燃烧只出现瞬间火苗或闪光，这种现象叫闪燃，闪燃燃烧是不连续的，液化石油气的闪点非常低。所以，在已储存了石油液化气的储罐周围不可进行焊接等动火操作，以免发生意外。

3.2.2.3　焦炉煤气供应工艺

太阳能压延玻璃厂用的焦炉煤气通常是由附近的焦化厂供应的。除个别焦化厂是直接将炼焦的副产品——焦炉煤气供给玻璃厂使用外，大多数的焦化厂是采用以下流程进行供给：

焦炉煤气→脱硫、脱焦、脱水、脱杂质→大型煤气储罐→煤气厂加压至0.15～
0.2MPa→管路井脱水→进入玻璃厂→除尘器→换向室→过滤器→总薄膜调节阀调压至0.04MPa→总流量计→各支路薄膜调节阀→分支流量计→入炉前手动调节阀→喷枪。

3.2.2.4　发生炉煤气供应工艺

（1）发生炉煤气的生产

① 煤气发生炉的生产原理。生产太阳能压延玻璃用的发生炉煤气是在单段或两段煤气发生炉中生产的。

煤气发生炉由金属炉体、金属炉体下部的裙形挡板、金属转动灰盆（灰盘在操作时充满水，水起着水封作用，将煤气发生炉的内部空间与外面的大气隔绝）、灰盆上固定着的炉栅、炉顶的加煤机及附属设备风机、汽包等部分组成。

煤气发生炉工作时，煤仓内的燃料煤通过加煤机进入煤气发生炉，落在炉栅上的灰渣上，气化过程中所生成的灰渣在灰盆转动时自动由灰刀排出。随着气化过程的进行，燃料逐渐下降，在其原来的位置不断进入新的燃料，生成的发生炉煤气聚集在燃料层上部，由出口管引出，进入耐火材料做内衬砌筑而成的热煤气管道。

按照煤气发生炉内生产过程进行的特征，从上到下分为五层：燃料干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层，总层高度约为900～1100mm。最上面的两层组成燃料的准备层，其次的两层是气化层。理论上，发生炉中气体的生成是一种分层式的过程，而实际上在发生炉中各层间并没有明显的界线，一个层可以部分地穿入其他层。

从炉底进入的蒸汽和空气的混合气体，首先通过150～250mm的灰渣层。在灰渣层气体稍微预热，然后进入100～200mm赤热焦炭的火层（亦称氧化层），混合气体中的氧在此与碳发生反应，同时生成反应产物 CO₂和 CO，其中CO₂的量通常较多，在反应进行中放出大量的热，因此氧化层的温度最高，可达1100～1200℃。在氧化层末端，随着氧气的耗尽，开始出现CO₂和H₂O的还原过程，进入200～400mm厚的还原层，当混合气体进一步向上移动时，CO₂和 H₂O的还原过程继续激烈进行，而到还原层末端，CO₂和H₂O的量就所剩无几，由于还原反应是吸热反应，故还原层温度低些，温度为 800～1100℃。氧化层和还原层联系紧密，在这两层中，生成发生炉煤气的主要可燃组分为CO和H₂。干馏层位于还原层之上，其厚度一般由煤种和操作规定而决定。煤炭进入炉内经干燥后，在400～550℃下析出挥发分及其他干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入还原层进行热化学反应。燃料干燥层是最上面的一层，原煤的水分在这一层被蒸发，为干馏层准备好干燥的原料。

气化层中自下而上发生的反应如下：

C+O₂=CO₂

2C+O₂=2CO

C+CO₂=2CO

C+H₂O=CO+H₂

C+2H₂O=CO₂+2H₂

CO+H₂O=CO₂+H₂

煤气由气化层出来时，除了可燃组分CO和H₂外，还有H₂O、CO₂和大量由空气带来的N₂，这些气体具有较高的温度，所以在其进一步向上移动时，能将向下移动的燃料块加热至500～800℃，使后者产生干馏作用，生成焦油和其他液体馏分的蒸气，热分解水汽，可燃气体CH₄、C₂H₆、C_mH_n（主要是C₂H₄）、H₂，不可燃气体N₂、CO₂以及固体残留炭。这些热分解的挥发分与来自气化层的气体混合后，一起上升，能将燃料干燥，使燃料放出水分。

发生炉煤气的热值与组成它的各种气体的热值及其含量有关。由于干馏产物的热值较气化产物CO和H₂的热值高得多，所以发生炉煤气中干馏产物的含量愈高，其热值则愈高。

② 影响煤气热值的主要因素。煤气质量由煤气组成成分内可燃气体的含量来决定。煤气中可燃气体含量越高，则其热值也越高。影响煤气热值的因素较多，主要有以下几项。

a.煤中灰分的影响。煤的一切可燃物质完全燃烧后所残存下来的矿物质混合物即称为灰分。

煤中的灰分含量愈低愈好。如果灰分含量高，会降低煤中可燃组分含量，并增加了由灰分带走的热损失；同时由于出灰次数增加，也影响气化过程的稳定进行。灰分过高的煤，在气化过程中由于出现部分表面被灰分覆盖的现象，导致气化反应的有效面积减小，降低了煤的反应能力。煤气发生炉气化用煤的灰分一般要求低于15%，最好能低于12%。

b.煤中水分的影响。煤块在炉上部被上升的高温煤气加热而干燥。少量的水分是不太影响生产的，但水分高时，将耗费大量的蒸发热，降低燃料层和煤气的温度，增加煤气中的水分和CO₂，降低煤气热值。

当煤中水分增加不多时，如煤气出口温度在标准下限以上，必须增厚煤层以增加水分的干燥时间，否则必然使还原层温度降低，厚度减薄，破坏CO₂的还原及H₂O的分解，使煤气质量下降。

由于煤中水分对气化及煤气质量有不利影响，一般要求烟煤和无烟煤的水分不大于8%。

c.煤中挥发物的影响。煤在高温及隔绝空气的条件下分解，分解出来的液态产物（以蒸气状态逸出）和气体产物称为挥发物质。黏结性煤放出挥发物质后，残存下来的残留物是焦块。

煤中的挥发分具有很高的热值。煤中挥发分越多，煤气热值也越高。一般情况下，泥煤、褐煤等具有较多挥发分；无烟煤挥发分的含量较少。

在挥发分中最主要的是CH₄，一般发生炉煤气中CH₄量为2.5%～3.5%，C_mH_n为0.3%～0.7%，含量均不大。挥发分中的H₂S燃烧后生成SO₂，会增加对熔窑耐火材料的侵蚀和对环境的污染；SO₂浓度高时还会导致玻璃液面产生芒硝水，严重时会影响玻璃质量，故太阳能压延玻璃工业气化用煤的含硫量要求小于1.5%。

焦油是烟煤气化的煤气中的重要产品，在煤气中的含量约为7～20g/m³。焦油在煤气中能增加煤气热值和传热能力。在煤气输送过程中，焦油会逐渐冷凝，堵塞管路，因此，未净化的热煤气，只能短距离输送给熔窑使用，而且温度要保持在400℃以上。

d.煤的机械强度的影响。机械强度是指燃料的坚固性。坚固性高有利于在气化前的运输、加工及气化过程中块度的保持。因为煤在进入发生炉气化前，要经过复杂的加工运输过程，如由煤矿装上火车运到使用地点，卸车后，煤还要经过筛分（块度过大的要先经破碎），将不合格标准的块度筛去，再由运输设备将共输送到发生炉上方的储煤仓中，然后经加煤机喂进发生炉中，在这些过程中都有可能使煤块再破碎，产生大量碎煤造成块度不均，使气化过程中炉内阻力增加、阻力不均并降低煤气质量。

试验证明，低挥发分（以可燃质计25%左右）的烟煤可碎性较高，当其成分分别趋向无烟煤和褐煤时，煤的可碎性逐渐降低，也就是从机械强度来说，低挥发分的烟煤强度低，而无烟煤及干的褐煤强度较高。

e.煤的热稳定性的影响。热稳定性是指在高温下加热、干燥、干馏、气化时是否易于崩裂。煤块崩裂成碎片是特别有害的，这不仅使被气流带出的煤尘量增加，且亦造成燃料层阻力增加，并导致阻力分布不均，引起气化过程的恶化，所以热稳定性差的煤不宜作气化用。

f.水蒸气的影响。向发生炉里输送适量的水蒸气，不但可以调节反应层温度，而且可以提高煤气热值。由于气化所需的一部分氧是由水蒸气供给的，因而加入水蒸气后，相应地减少了空气的消耗量，由空气中引入的氮气量也就相应地减少，生成的煤气中的氮含量则降低；同时水蒸气与红热的焦炭中的碳反应生成CO和H₂，这样可燃气体的百分比相应提高，煤气的发热量亦相应的提高。例如，同样以焦炭为燃料，用纯空气鼓风时，所得的空气煤气的含氮量为66.8%，热值为4.17MJ/m³；用空气蒸汽鼓风所得的混合发生炉煤气的含氮量为52.6%，热值为5.15MJ/m³。

另外，由于水蒸气与焦炭中的碳的反应是吸热的，这就降低了通过的气体的温度，使气体进入干馏层后，不致因高温使干馏产物中的焦油及其他碳氢化合物产生热分解，这样既保留住了发热值高的可燃物，增加了煤气的发热值，又减少了热损失。

（2）发生炉煤气供应工艺

发生炉煤气通常分为热煤气和冷煤气两种。当利用煤气发生炉生产出的煤气不经冷却，仅经干式旋风除尘器粗除尘后，通过热煤气管道直接以热的状态供应熔窑熔化部使用时称为热煤气；当生产出的煤气经除尘、洗涤、干燥、除焦油等净化装置后，煤气温度由出煤气炉时的450～550℃降低到35℃左右，经加压送往熔窑成形部使用时称为冷煤气。由于冷煤气处理过程较复杂，并且处理后污染物较多，所以，现在大部分的玻璃厂从环保角度出发，不再将热煤气洗涤后制成冷煤气，仅在熔窑熔化部使用热煤气，熔窑成形部使用的冷煤气多用液化气替代，故在此不再赘述冷煤气的生产供应流程，仅简述热煤气的工艺流程。

热煤气的特点是出炉的煤气未经冷却和净化，温度较高，含有焦油雾，由于煤气出口温度较高，焦油没有凝结，与热煤气一起被燃烧，煤气的显热也被利用，故热煤气的热值及含热量都较高，在窑炉中燃烧后火焰的辐射传热能力较强，热效率高。使用不同煤种产生的热煤气热量见表3-16。

表3-16　不同煤种产生的热煤气热量

为了避免煤气中焦油雾的冷凝及减少物理热的损失，热煤气站应尽可能建立在窑炉附近，输送管道不要超过100m，而且所有的煤气管道系统均应进行保温。由于在煤气管道的沿线上有焦油及烟尘沉降，必须经常清扫管道；热煤气温度高，且有烟尘和焦油，不能用煤气加压机加压，因此煤气到达熔窑处压力较低，只有200～300Pa，出炉压力一般低于500～600Pa；由于低压输送，煤气流速低，只有2～3m/s。此外，热煤气较难分配调节，难以进行煤气量的测量和自动控制。

热煤气的生产供应流程一般是：原料煤（弱黏结煤）从运输工具上卸下后，按煤种及进厂的先后，分堆存放。如进厂的是中块煤，在使用前只需过筛即可输送到发生炉顶上的煤仓，过筛分粗筛与细筛，粗筛将大于80mm的大块筛出，细筛则将小于12mm的末煤筛出；如进厂的是特大块，还需经过破碎工序。中块煤入发生炉气化成热煤气后，经除尘器进行粗除尘，然后经盘形阀或水封阀导入设有降尘斗的热煤气总管道中，然后送入熔窑内。在盘形阀或水封阀与发生炉之间的煤气管道上，设有与大气相通的放散管，用来在点炉、止炉时放散烟气和煤气。

热煤气的生产供应工艺流程如下：

在太阳能压延玻璃工厂中，如有若干座彼此距离不远的熔窑使用煤气，一般不建立单独和分散的煤气发生炉装置，此时可将煤气的生产集中在一个地方，即组成煤气发生站；如窑炉分布较分散，彼此距离相隔很远，而又需要热煤气时，可建立单独的煤气发生装置。

在以上四种气体燃料中，发生炉煤气与天然气、焦炉煤气和液化石油气相比，对环境造成的污染要大，从环保角度考虑，熔化玻璃的气体燃料建议尽量采用天然气、焦炉煤气或液化石油气，而不使用发生炉煤气。

天然气由于具有高而稳定的热值、输送和调节方便、没有杂质、燃料消耗量和燃料/空气比例容易控制、节省基建投资、生产的玻璃质量好等优点，所以在供应条件具备的情况下，是熔化玻璃的首选燃料。在天然气中，由于甲烷黑度小，燃烧亮度不够，所以甲烷含量高的气田气比甲烷含量低的油田气传热效率差。

与燃料油相比，天然气具有燃烧设备投资低、设备维修费用少、含硫量低，环境污染小，容易操作等优点；但是，由于天然气含重烃类少，火焰黑度小，故燃烧时火焰的亮度较差，火焰辐射传热能力比燃料油低，所以，天然气消耗量为燃料油的1.1～1.2倍。且其火焰发飘，不如燃料油火焰容易调节，此外，天然气采用在小炉下底烧时火根为还原气氛，使玻璃液中的Fe²⁺较高，生产白色玻璃时颜色偏绿色调。若天然气采用在小炉上侧烧，与助燃空气在小炉内会形成预燃，虽然会消除天然气火焰的还原性气氛，并且克服了天然气底烧形成火焰较长的缺点，但同时易带来火焰发飘，易烧损大碹等不利因素。