有史以来，玻璃熔窑一直都是以空气作为助燃介质。经过对现有燃烧系统的分析研究，认为采用空气助燃是导致高能耗、高污染、温室效应高的重要因素。空气中只有21%的氧气参与助燃，78%的氮气不仅不参与燃烧，还携带大量的热量排入大气。通过长期反复地试验研究认为；采用纯度≥85%的氧气作为助燃介质，对于节约能源，改善环境效果十分显著：能耗可降低12.5% - 22%，未来可望降低30%以上（见图二），废气排放量减少60%以上，废气中“NOx”下降了80-90%、烟尘也降低50%以上。
图一
这种采用纯度≥85%的氧气参与燃烧的系统，我们称之为全氧燃烧、玻璃熔窑中，部分设置全氧燃烧系统（浮法玻璃熔窑俗称的“0”号小炉助熔）称之谓全氧助燃。由于燃烧系统的改变，引起玻璃熔窑结构的变革，全氧燃烧窑炉取消了蓄热室、小炉、换火系统，如同单元窑（见图一）。就采用横火焰窑炉的玻璃厂而言，熔化部厂房跨度可缩小2/5，主生产线投资减少30%左右。鉴于采用全氧燃烧的熔窑，无需“传统换火工艺” 使得玻璃熔化更加稳定，近乎达到理想境界。
熔化过程飞料大幅度降低，澄清区气泡释放非常彻底，玻璃熔化质量显著提高。
图二：全氧燃烧的能耗比较
采用空气或全氧作为助燃介质，其传热过程差异很大(见表一)。
传统的空气助燃，需要通过定时换火进行烟气与助燃空气的热交换，回收部分热能。但是，换火过程窑内瞬间失去火焰，玻璃液必然失去热源，导致窑温波动，受到换火过程的冲击，窑压瞬间波动也是必然的结果。
通常空气助燃，因为小炉结构的需要，必须占据沿池壁长度方向较宽的位置，因此，喷枪的合理布置受到限制。采用全氧燃烧，由于燃烧器不同于小炉，外形结构尺寸相对较小，它可以按照熔化温度曲线合理分布，“燃烧器”或对烧、或交叉燃烧。完全可以按照熔化温度曲线自动控制窑内温度，不致烧坏窑体。就浮法窑而言，一般反而使热点温度下降，原料预熔区温度上升，其结果是预熔区的原料受高温气体传热很快形成薄壳，从而阻止了粉料的飞扬。用于浮法玻璃熔窑的全氧助燃，俗称“0号小炉”，是在“1号小炉”与前脸墙之间两侧胸墙上各安装一支“氧+燃料”燃烧器，用于熔窑的中、后期以及生产特种深色玻璃时投运，以提高预熔区的温度，将泡界线前移，减少飞料，可提高产量约10-15%，并大幅度减少玻璃中的气泡，提高产品质量，以便恢复熔窑前期功能，而无需进行蓄热室热修，节约了人力、物力、热修费用。
二、“全氧 + 燃料”燃烧的技术成果
到本世纪初，全世界已有200多座全氧燃烧窑炉，北美拥有的550座包括小型特种玻璃窑在内, 其中约有140座为全氧燃烧窑炉，欧洲现有的350座窑炉中已有30余座为全氧燃烧窑（不包括玻璃棉及特种玻璃窑），亚洲已有20多座全氧燃烧窑炉。近几年在中国已开始推行全氧燃烧，如玻璃纤维池窑、薄壳、玻锥电子窑及在浮法窑增设“0号小炉”的全氧助燃已相继建成投运，（见图三、图四）。
图三：全氧燃烧窑在北美的分布图
图四：全氧燃烧窑在欧洲的分布图
美国Praxair 、Air Product等公司为了开发气体市场，长期进行全氧燃烧技术的开发研究。十五年来，全氧燃烧技术逐步完善,世界上有燃烧试验装置的公司取得了许多成功经验。诸如：提供包含数学模型等技术软件在内的设计依据资料、全氧燃烧窑炉的结构设计，还包含供氧系统、燃烧器、支撑燃烧器的耐火砖材、燃料（重油、煤焦油、天然气）自供系统、“氧气 + 燃料”的自控系统在内的各项装备以及各种不同类型制氧装备等。
美国Praxair公司在这方面还拥有多项专利，如硅砖高碹结构设计技术、“氧气 + 燃料”的燃烧器专利等。到目前为止，全氧燃烧已经是一项成效显著的成熟的科技成果。
三、全氧燃烧的有关问题
在此仅就玻璃窑全氧燃烧氧气纯度（富氧、全氧）、浮法窑内温度场、窑内气氛、全氧助燃“0号小炉”的氧气用量、高碹等的有关问题进行讨论。
1、氧气纯度：空气中只有21%的氧气，氧气大于21%，如22%就是富氧，所以，通常提到的“富氧燃烧”没有定量，易混淆含义。试验证明，含氧量≥85%作为助燃介质，燃烧效果才显著，一般全氧燃烧含氧量≥91-92%，含氧量< 85%燃烧效果不好，因此将供给一条浮法线锡槽用氮所采用的空分设备产出的含氧尾气，作为助燃介质是不够的，燃烧效果甚微。
2、浮法窑内温度场：由于燃烧器外形结构尺寸相对较小，“氧气
图五
+燃料燃烧器”可以按照熔化温度曲线合理分布，与空气助燃相比，一般浮法窑预熔区温度（投料口至一号小炉间），上升65℃，热点温度下降20℃（见图五），实践证明这对玻璃熔化过程：预熔、熔化、澄清及调节窑内气氛，减缓对耐火材料的侵蚀是有利的。
3、窑内气氛：全氧燃烧窑内气氛变化较大，在玻璃熔体表面碱（NaOH）的挥发反应，碱蒸气（NaOH）浓度增加数倍，造成碹顶硅砖侵蚀加剧（见图六）。
图六
4、全氧助燃“0号小炉”的氧气用量：氧气用量可按全窑助燃氧气用量≧15%或按增加玻璃产量计算。
5、高碹：为了防止硫酸钠（Na2SO4）等物质造成碹顶硅砖侵蚀，美国Praxair公司采取了高碹顶技术，提高碹顶高度、将加料段温度升高、抬高燃烧器，降低了碱蒸气（NaOH）挥发浓度，减低了对碹顶硅砖的侵蚀，延长了窑龄，实际效果很好（见图六、图五、图七）。
图七
四、全氧燃烧技术经济分析
1、全氧助燃“0号小炉”投入成本低，日用氧气量少，效果明显。在浮法窑炉投运的中、后期可增加产量、提高玻璃质量、无需再支付蓄热室等热修费用，其经济效益十分明显。
2、全氧燃烧的技术经济比较（见表二）
表二：“空气+燃料 ”、“氧气+燃料”的可比成本比较
注： a.本表以700T/d浮法玻璃窑为例
b.熟料(碎玻璃)占配合料比例为15%；
c.重油按3000元/吨；
d.氧气按0.35元/标立方米
e.未考虑“环保”要求支付、奖励的收支；
f.未列入“空气+燃料”窑炉维修支出；
g. “氧气+燃料”土建、换向工艺设备节省的投资未列入。
上述700T/d浮法生产线氧气供应站投资，由供气方投资。氧气价格为含电价。
从简略的测算可以看出，由于能源(重油)价格上涨，两者可比成本仅差1.85元/箱，如果考虑“氧气+燃料”熔化玻璃的质量提高，使得质量从建筑级提高到汽车级，则5毫米玻璃每平米售价可增加1-1.5元的因素，同时国家对新的环保、节能技术的应用实施政策倾斜，采用全氧燃烧的经济效益是好的。
五、如何应用全氧助燃、全氧燃烧
应用“氧气 + 燃料”的方案实际上有两种选择：第一，采用全氧助燃安装“0号小炉”。原则上国内现在运行的浮法窑都可以安装，特别对于已运行3-4年的中、后期熔窑，增加“0号小炉”，运行之后，它可以恢复窑前期产量，而且玻璃质量明显提高。对新投运的窑，施工前预留“0号小炉”安装位置，在运行之后安装更加合理。对于某些大型玻璃集团公司，在一地有三条以上浮法线，可以合用一套制氧设备，节省设备投资。
第二，设计全氧燃烧熔窑。由于制备氧气的成本比空气高，因此，在选择应用全氧燃烧方案时应做可行性分析，选择可靠性高的制氧机组(如真空变压吸附法可制造浓度为90-91%以上的制氧气设备),同时也要考虑附近是否有“液氧气源”，作为应急备用氧气供应基地，一般在高速公路连接处，距液氧工厂300-400公里之内为宜。
对现有浮法玻璃公司的浮法线冷修改造，如采用全氧燃烧方案也可以节约用于蓄热室、小炉的投资，并减低换火系统维修费用，提高产品质量、产量。
测算运营成本：测算时应逐项考虑，氧气支出费用、燃料节省费用、增加的收益、玻璃产品质量等级提升增加的产品收益，投资节约减低的财务费用收益以及窑龄延长摊销的费用等。
从运行效益考虑，对于马蹄焰窑，单元窑、横火焰窑等，应选择产品附加值高的窑炉实行全氧燃烧。对于浮法玻璃熔窑应选择附加值高的超薄玻璃、超透明玻璃的熔窑以及大、中型生产中、高档浮法玻璃的熔窑。从长远的观点看，一旦能源价格继续上涨，玻璃污染费征收额度增加，国家施行减排烟气的奖励办法得以落实，全氧燃烧的推行势在必行。
六，“全氧燃烧”已经是一项成效显著的成熟技术,建议如下：
1、普查全国玻璃工业能耗、大气排放、大气污染现状，制订相应措施,鼓励采用“全氧燃烧”及其它节能、环保新技术。
2、依据“京都协议书”、“万象协议”及我国相关法规制订切实可行的节约能源，控制大气污染、降低温室气体排放的新法规。
3、制订对采用新燃烧技术、节能、减少大气排放技术的奖励制度, 实施定额减免税管理办法，技改贴息贷款优惠信贷等政策。
4、制订对发明创造、推广、设计节能、环境保护新技术的个人、单位进行奖励的政策。
5、建议选择一个新建或冷修改造项目，试行全氧燃烧技术取得经验以利推广。
结束语：全氧燃烧是一种成熟可靠的技术，它不但对采用此项技术的企业有利，而且在治理大气污染方面也是行之有效的，它有益于改善地区大气环境。同时，由于它带来的窑炉结构变化，节省30-40%以上的蓄热室小炉用砖，节省2/5的土建投资。因此而使耐火材料、水泥、钢材等原材料制造用能源节省了下来，就全社会 |
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