[发明专利]一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法

说明书

本发明公开了一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，该方法包括：1)根据玻璃熔窑炉型建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，并确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；2)对模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场；3)计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；4)统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的生成量随温度的变化曲线；5)利用实际玻璃熔窑氮氧化物的浓度测量值对氮氧化物浓度随温度的变化曲线进行校正，得到玻璃熔窑内氮氧化物浓度随温度变化的基准曲线；6)获取玻璃熔窑内的平均温度，根据基准曲线预测获得璃熔窑内氮氧化物的生成量。本发明提供了一种快速准确的玻璃熔窑内氮氧化物生成量预测方法。

技术领域

本发明涉及节能环保技术，尤其涉及一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法。

背景技术

氮氧化物是玻璃熔窑内主要排放污染物之一。浮法玻璃的生产过程中主要产生三种类型的NOx：“热力型NOx”、“快速型NOx”和“燃料型NOx”。热力型NOx”是在高温条件下空气中的氮气和氧气发生氧化反应形成的，当温度高于1500℃时，这种类型的NOx占主导地位，并且产生的NOx量随着温度的升高快速增加；“快速型NOx”是空气中的氮气首先与燃料中的碳氢化合物反应生成中间产物，再继续与氧气反应而形成的，玻璃熔窑中它的生成量较小，对产生的NOx总量影响不大；“燃料型NOx”是燃料中的氮元素发生氧化反应而形成的，在玻璃熔窑内它的生成量与燃料中氮元素含量有关，随温度的变化不明显。由于玻璃熔窑火焰空间中平均火焰温度达到了1600℃，尽管玻璃熔窑常用燃料中含有氮元素，但含量较少，且燃料中以有机化合物形式存在的N，在高温时化学键断裂形成游离态的N，只有一部分被氧化形成NO，其余会形成氮气、氨气和氰化氢等，因此玻璃熔窑烟气中的NOx主要是“热力型NOx”，其占氮氧化物生成总量的95％以上。

《平板玻璃工业大气污染物排放标准》对玻璃熔窑氮氧化物的排放指标提出了严格和明确的量化要求。各玻璃企业分别在一次氮氧化物的控制与末端治理方面进行技术改进，期望能够达到更好的尾气处理效果，将熔窑烟气中氮氧化物的浓度降到国家标准以下。在此情况下，玻璃熔窑内氮氧化物的生成量的预测显得尤为重要，既可以作为氮氧化物浓度超标的警报和技术改进效果的预测，其预测方法和思路也可为在燃烧过程中脱硫、脱硝提供有效指导。然而，氮氧化物生成机理复杂，影响因素很多，玻璃熔窑内氮氧化物生成的主要影响因素是熔窑火焰空间内的燃烧温度、火焰空间内氧含量和火焰空间内高温区域的分布及面积等。在燃烧状况下，火焰空间内燃料剧烈燃烧，气体成分快速变化，影响氮氧化物生成的变量，如燃料量、氧气浓度、温度等都是变化且互相影响的。因此难以单独对某个变量进行辨识以研究其对氮氧化物生产量的影响，也无法对氮氧化物的生成量进行定量计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种玻璃熔窑中氮氧化物生成量的预测方法，包括以下步骤：

1)根据玻璃熔窑炉型建立玻璃熔窑火焰空间的三维物理模型，确定燃料及其相关的初始条件与边界条件；所述初始条件包括燃料的入炉温度、燃料的工业分析、元素分析及发热量数据、助燃空气的入炉温度、燃料用量及燃烧的平均空气过剩系数；

边界条件包括玻璃熔窑小炉口处的助燃空气与燃料喷入的速度、燃料喷入的角度、小炉烟气出口处的压力、胸墙和碹顶的散热量以及玻璃液面的传热或温度分布；

2)利用气体动力学和燃烧学方法对模型进行数值模拟计算，建立玻璃熔窑火焰空间内的温度场和气流场；

3)根据热力型、燃料型和快速型氮氧化物的生成机理，计算玻璃熔窑火焰空间内氮氧化物浓度分布；

4)基于步骤3)的计算结果，统计分析得到玻璃熔窑内氮氧化物的浓度随温度的变化曲线，并拟合得到其函数表达式，依据玻璃熔窑内温度场的模拟计算结果，计算火焰空间内不同温度等值面的积分面积，拟合得到各温度等值面的积分面积与温度的函数关系；