3.1　玻璃用燃料

通常要求生產(chǎn)壓延玻璃的燃料具備以下條件：

① 燃料所含可燃成分多，能充分燃燒，燃燒過程火焰長(zhǎng)度易于控制，便于溫度調(diào)節(jié)，能滿足生產(chǎn)工藝和溫度要求；②燃燒產(chǎn)物對(duì)玻璃液、耐火材料無害，對(duì)環(huán)境污染小；③燃料可連續(xù)穩(wěn)定使用；④燃料供應(yīng)成本經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低玻璃制造成本。

符合上述要求的有液體燃料、氣體燃料和電能，目前太陽能壓延玻璃熔制過程中只使用液體燃料和氣體燃料，電能僅使用在熔化噸位較小的生產(chǎn)線和特種玻璃熔窯上，或作為全氧燃燒的輔助熱能。

液體燃料主要包括石油及其加工產(chǎn)品——重油、乙烯焦油和生產(chǎn)焦炭產(chǎn)生的煤焦燃料油。

氣體燃料主要有天然氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、液化石油氣、石油裂解氣及在未來將有可能使用的新型氣體燃料可燃冰等。

電能在熔制玻璃中使用有很多優(yōu)點(diǎn)：①可提高熔化率（可達(dá)3～3.5t/m²·d），增加熔化量10%～60%；②改善玻璃液質(zhì)量，減少條紋、氣泡、結(jié)石等缺陷，提高成品率；③熱效率高（50%～70%），能耗低；④料粉飛散少，減輕窯體損壞，延長(zhǎng)窯爐壽命；⑤廢氣量減少，環(huán)境污染小，勞動(dòng)條件好。為了提高玻璃質(zhì)量，減少能耗，液體燃料（或氣體燃料）與電能結(jié)合共同作為熔制玻璃的能源，在以后的玻璃熔制中可能會(huì)成為一種新趨勢(shì)。

雖然粉體燃料也有使用的實(shí)例，但因?qū)Νh(huán)境和產(chǎn)品質(zhì)量有所影響，故本書僅對(duì)液體和氣體燃料在太陽能壓延玻璃生產(chǎn)過程中的供應(yīng)進(jìn)行闡述。

3.1.1　液體燃料

太陽能壓延玻璃生產(chǎn)中所用的液體燃料主要有：原油提煉輕質(zhì)燃料油后的副產(chǎn)品——重油；石油烴類裂解生產(chǎn)乙烯的副產(chǎn)品乙烯焦油綜合利用后的剩余物——乙烯焦油燃料油；煉焦工業(yè)煤熱解生成煤焦油副產(chǎn)物，再由煤焦油工業(yè)專門進(jìn)行分離、提純后可以利用的副產(chǎn)品——煤焦燃料油。

隨著世界原油日趨緊張，重油價(jià)格持續(xù)上漲，所以，現(xiàn)在許多玻璃生產(chǎn)線使用乙烯焦油燃料油、煤焦燃料油和在重油中摻加石油焦，以降低制造成本。

3.1.1.1　重油

重油來自原油，按原油加工工藝過程的不同，可分為直餾重油、減壓重油、裂化（催化）重油和混合（調(diào)和）重油。

① 直餾重油。當(dāng)原油在常壓蒸餾裝置中分餾時(shí)，依汽油、煤油、柴油的順序，從蒸餾塔或塔的側(cè)線分餾出來，分子量較大的重的油分餾不出而殘留在塔底，一般稱為直餾重油，也叫直餾渣油或常壓渣油，俗稱油漿。

② 減壓重油。為了從直餾重油中制取輕質(zhì)油，將其在減壓蒸餾裝置中再次加熱蒸餾時(shí)，便從塔頂和塔側(cè)線分餾出輕油和輕質(zhì)潤(rùn)滑油，這時(shí)未能分餾出的高分子重質(zhì)部分留在塔底，這種重油稱為減壓重油或?yàn)r青重油。減壓重油因含瀝青較多，黏度太大，使用時(shí)需配上一部分柴油，稀釋成黏度低一些的燃料油。這種混合后的重油和直餾重油可作為優(yōu)質(zhì)重油直接出廠。

③ 裂化重油。為了進(jìn)一步增產(chǎn)汽油，將直餾重油或減壓重油放在裂化裝置中，經(jīng)裂化、蒸餾后留下的稱為裂化（催化）重油。

④ 混合重油。由減壓重油和裂化重油按一定比例混合在一起的重油稱為混合重油。

⑤ 調(diào)和重油。由于重質(zhì)燃料油高溫裂化后還能聚合，所以其中含不飽和烯烴較多，而且在裂化過程中產(chǎn)生的碳多呈游離狀態(tài)混于重油中，不容易燃燒，因此，一般裂化重油要與其他輕質(zhì)油調(diào)和，以提高其燃燒性能，此種油稱為調(diào)和重油。

多數(shù)煉油廠所產(chǎn)重油均為混合重油。由于各廠實(shí)際混合比例有時(shí)有所改變，故不同時(shí)間生產(chǎn)的重油產(chǎn)品，其指標(biāo)并不完全相同。

太陽能壓延玻璃熔窯常用的重油技術(shù)指標(biāo)要求見表3-1。

表3-1　重油技術(shù)指標(biāo)

國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)油區(qū)所產(chǎn)原油經(jīng)各煉油廠加工后產(chǎn)生的重油性質(zhì)范圍見表3-2。

表3-2　國(guó)內(nèi)重油性質(zhì)范圍表

重油的特點(diǎn)是黏度大，含非烴化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)多。其性質(zhì)主要取決于原油本性及加工方式，而決定重油品質(zhì)的主要技術(shù)指標(biāo)包括黏度、硫含量、閃點(diǎn)、機(jī)械雜質(zhì)等。

（1）化學(xué)組成和熱值

重油是一些有機(jī)物的混合物，主要由不同族的液體烴和溶于其中的固體烴組成，它們包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量烯烴。

重油熱值的計(jì)算可概略取分子式為C₁₂H₂₃（C≈87%，H≈13%）。

國(guó)內(nèi)主要產(chǎn)油區(qū)所產(chǎn)原油經(jīng)各煉油廠加工后得到的重油的可燃元素百分組成及發(fā)熱值相差不是很大，平均范圍見表3-3。

表3-3　重油主要元素組成表

通常含氫量高、密度小的重油，其熱值高；含氫量低、比重大的重油，其熱值低。

（2）黏度

黏度是表示液體物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間內(nèi)摩擦力大小的一個(gè)物理指標(biāo)。

1991年以前，我國(guó)普遍使用恩氏黏度（°E_t）表示重油黏度，1991年后我國(guó)開始實(shí)行計(jì)量單位國(guó)際化，重油的黏度就以運(yùn)動(dòng)黏度來表示了。

恩氏黏度是用恩格拉黏度計(jì)測(cè)出的黏度，其定義是：°E_t=t℃時(shí)200mL油的流出時(shí)間/20℃時(shí)200mL水的流出時(shí)間。

運(yùn)動(dòng)黏度是指相同溫度下，液體的絕對(duì)黏度η與同溫度下密度ρ之比，用ν表示，即ν=η/ρ。它的單位常用厘斯（cSt）表示，1cSt=1mm²/s。運(yùn)動(dòng)黏度（ν）用運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)測(cè)定。

黏度對(duì)重油的輸送和霧化都有很大影響。黏度愈大，流動(dòng)性愈小，重油的黏度隨著溫度的升高而顯著降低。一般來說，溫度在70℃以下變化時(shí)，對(duì)重油的黏度影響很大；溫度在70～100℃時(shí)，對(duì)重油的黏度影響較小；而在100℃以上變化時(shí)，對(duì)重油的黏度影響更小。重油的黏度隨溫度變化的關(guān)系與重油的化學(xué)組成有關(guān)，即不同的油種，其黏度-溫度特性曲線是不同的。

我國(guó)石油多是石蠟基石油，含蠟多，黏度大，凝點(diǎn)一般都在30℃以上，常溫下大多數(shù)重油都處于黏滯狀態(tài)。為了便于輸送和燃燒，必須把重油加熱，以降低其黏度，提高其流動(dòng)性和霧化性，通常把重油加熱到70～90℃；為了提高霧化質(zhì)量，在重油進(jìn)入噴嘴前，需進(jìn)一步加熱，一般加熱到110～140℃。

我國(guó)商品重油牌號(hào)是按該種重油在50℃時(shí)的恩氏黏度來命名的。例如，20號(hào)重油在50℃時(shí)，恩氏黏度為20。

20世紀(jì)90年代前，生產(chǎn)平板玻璃常用180～200號(hào)的重油做燃料。隨著世界原油日趨緊張和加工技術(shù)的不斷提高，提煉輕質(zhì)油品后的重油越來越接近瀝青，致使市場(chǎng)上很少見到上述牌號(hào)的商品重油，即適用于玻璃生產(chǎn)的重油也越來越少。因此，我國(guó)平板玻璃生產(chǎn)線現(xiàn)在用的重油大都沒有牌號(hào)，所采用的重油其100℃時(shí)的恩氏黏度大都在20～40，霧化前大多要加熱到130～140℃。

（3）閃點(diǎn)

將重油在規(guī)定條件下加熱，重油隨溫度的升高有可燃蒸氣揮發(fā)出來，可燃蒸氣與周圍空氣混合后，當(dāng)接觸外界火源時(shí)，發(fā)生閃火現(xiàn)象，這時(shí)的溫度就叫重油的閃點(diǎn)。閃點(diǎn)有開口閃點(diǎn)和閉口閃點(diǎn)之分，一般多用開口閃點(diǎn)。不同產(chǎn)地和不同牌號(hào)的重油，其閃點(diǎn)不同。通常從原油中提煉出來的石油產(chǎn)品越多，重油越重，黏度愈大，閃點(diǎn)溫度就愈高。

我國(guó)各主要煉油廠供應(yīng)的重油，其閃點(diǎn)約在130～150℃。重油的閃點(diǎn)對(duì)安全生產(chǎn)有很大影響，閃點(diǎn)低的重油如果加熱溫度過高，容易引起火災(zāi)，所以重油的閃點(diǎn)是控制加熱溫度的依據(jù)，一般要求大于130℃。

重油的閃點(diǎn)比它的著火溫度（指能夠使重油連續(xù)燃燒的溫度）低得多，一般重油著火溫度在500～600℃。

（4）凝點(diǎn)

重油冷卻到一定溫度時(shí)，就會(huì)凝固而失去流動(dòng)性，開始凝固的溫度稱為凝點(diǎn)。為防止重油凝固，有必要采取保溫和加熱措施。重油的凝點(diǎn)與含蠟量和水分有關(guān)，含蠟和水分多的重油，凝點(diǎn)高，流動(dòng)性差。

我國(guó)主要煉油廠供應(yīng)的重油凝點(diǎn)約為24～45℃。

（5）殘?zhí)?/p>

重油在規(guī)定的條件下隔絕空氣加熱，將蒸發(fā)出來的油蒸氣點(diǎn)火燃燒，最后剩下不能蒸發(fā)的焦炭稱為殘?zhí)浚再|(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。

一般石蠟基重油，沸點(diǎn)高、黏度大的，其殘?zhí)苛恳泊蟆：灦嗟闹赜偷臍執(zhí)砍视步範(fàn)睿h(huán)烷烴較多的重油的殘?zhí)砍受浭珷睢?/p>

重油燃燒噴嘴在熔窯上連續(xù)使用時(shí)，殘?zhí)恳话悴粫?huì)析出，但是在用高溫空氣或蒸汽霧化和經(jīng)常關(guān)閉噴嘴的情況下，往往會(huì)導(dǎo)致殘?zhí)课龀觯斐蓢娮旖Y(jié)炭而堵塞。在加熱器中殘?zhí)繒?huì)聚集在管壁上。

重油中的殘?zhí)吭谌紵龝r(shí)能增加火焰亮度，對(duì)輻射傳熱有利。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的重油其殘?zhí)看蟛糠衷?.5%～8.0%，個(gè)別有高至14%及低至3%的。

（6）安定性

一般直餾重油在安定性方面不存在問題，但裂化重油的安定性較差。安定性差的重油在儲(chǔ)存過程中和水起作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沉淀和析出膠狀物，這些膠狀物會(huì)堵塞過濾器或附著于噴嘴附近，影響正常燃燒。

（7）密度

重油的相對(duì)密度為0.90～0.98（重油20℃時(shí)對(duì)4℃水的密度）。重油的相對(duì)密度隨溫度有較大變化，油溫相差100℃時(shí)，體積相差可達(dá)5%～9%，所以，在計(jì)量和儲(chǔ)運(yùn)中往往不可忽略。

（8）含硫量、水分及夾雜物

重油中的硫是有害物質(zhì)，國(guó)產(chǎn)重油大部分的含硫量小于1%，屬于低硫重油。

重油中的水分也是有害雜質(zhì)，它會(huì)降低重油的熱值，水分過多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致著火情況變壞，噴嘴火焰跳動(dòng)。重油水分的來源為：①重油自身的化學(xué)變化；②用蒸汽直接加熱時(shí)帶進(jìn)的水分；③運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中混入的水分。

目前一般通過在儲(chǔ)存油罐中自然沉淀的方法使油水分離而排除。脫水后的重油要求水分小于1%，進(jìn)廠重油水分小于2%。

重油中的機(jī)械夾雜物也是有害的，因?yàn)閵A雜物會(huì)磨損油泵及導(dǎo)致噴嘴堵塞。機(jī)械雜質(zhì)是運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中混入的，可用過濾器濾掉。一般要求機(jī)械雜質(zhì)小于1%。

3.1.1.2　乙烯焦油燃料油

乙烯焦油是烴類裂解生產(chǎn)乙烯時(shí)得到的副產(chǎn)品，是裂解原料在蒸氣裂解過程中原料及產(chǎn)品高溫縮合的產(chǎn)物，其組成極其復(fù)雜，主要成分為各種烷烴、C₈～C₁₅芳烴、芳烯烴及N、S、O等元素的雜環(huán)化合物等，具有側(cè)鏈短、碳?xì)浔雀摺⒒曳趾康汀⒅亟饘俸亢苌俚奶攸c(diǎn)。其中含量較高的茚、甲茚及其同系物，萘 、甲基萘、乙基萘、二甲基萘以及蒽、苊、菲等組分，均為有機(jī)化工合成的重要原料，有較高的綜合利用價(jià)值。

乙烯焦油燃料油是乙烯焦油通過一級(jí)蒸餾塔、二級(jí)蒸餾塔在245～360℃下經(jīng)過分餾、結(jié)晶、過濾、調(diào)和等工序，提取萘 、甲基萘、碳纖維瀝青、活性炭瀝青、石油樹脂等后的副產(chǎn)品。經(jīng)過綜合利用后的乙烯焦油燃料油可作為工業(yè)鍋爐燃料、生產(chǎn)道路瀝青等使用。

玻璃熔窯使用的乙烯焦油燃料油在20℃以上為黏稠液體狀，不允許有結(jié)塊現(xiàn)象，不允許在其中夾雜有泥沙及其他礦物等雜質(zhì)；其成分必須穩(wěn)定。所供應(yīng)的乙烯焦油燃料油應(yīng)達(dá)到表3-4所列指標(biāo)。

表3-4　乙烯焦油燃料油技術(shù)指標(biāo)

乙烯焦油燃料油各種理化指標(biāo)與重油基本相同。與重油相比，除熱值比重油低，氣味比重油稍重外，其他理化指標(biāo)均優(yōu)于重油。乙烯焦油的氣味比煤焦燃料油要小得多。在重油、煤焦燃料油和乙烯焦油燃料油三者之間，乙烯焦油燃料油的各種性能最好。乙烯焦油燃料油由于含水量低，因此無需脫水，可以直接使用，而重油要脫水后才能使用。

3.1.1.3　煤焦燃料油

煤焦燃料油是在煤焦油中提取可利用的化工原料后剩余的渣油。

煤焦油是煤干餾過程中所得到的一種液體產(chǎn)物。高溫干餾得到的焦油稱為高溫干餾煤焦油（簡(jiǎn)稱高溫煤焦油）；低溫干餾得到的焦油稱為低溫干餾煤焦油（簡(jiǎn)稱低溫煤焦油）。兩者的組成和性質(zhì)不同，其加工利用方法各異。高溫煤焦油呈黑色黏稠液體，相對(duì)密度大于1.0，含大量瀝青，其他成分是芳烴及雜環(huán)有機(jī)化合物，包含的化合物已被鑒定達(dá) 400余種。低溫煤焦油也是黑色黏稠液體，與高溫煤焦油不同的是其相對(duì)密度通常小于1.0，芳烴含量少，烷烴含量大，其組成與原料煤質(zhì)有關(guān)，其中市場(chǎng)中出現(xiàn)的中低溫煤焦油較多，其特點(diǎn)含水高，質(zhì)量不穩(wěn)定，含有較多對(duì)大氣、對(duì)窯爐有害成分。

煤料在煉焦?fàn)t炭化室中受熱分解時(shí)，首先析出吸附在煤中的水、二氧化碳和甲烷等，當(dāng)煤層溫度達(dá)到300～550℃時(shí)，發(fā)生煤大分子側(cè)鏈和基團(tuán)的斷裂，所得產(chǎn)物為初次分解產(chǎn)物，即初煤焦油。初煤焦油主要含有脂肪族化合物、烷基取代的芳香族化合物及酚類。初次分解產(chǎn)物少部分通過炭化室中心的煤層，大部分經(jīng)過赤熱的焦炭層及沿著爐墻進(jìn)入炭化室頂部空間，在800～1000℃的條件下發(fā)生深度熱分解，所得產(chǎn)物為二次熱解產(chǎn)物，即高溫煤焦油。高溫煤焦油主要含有稠環(huán)芳香族化合物。高溫煤焦油實(shí)質(zhì)是初煤焦油在高溫作用下經(jīng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化形成的，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過程非常復(fù)雜，包括熱分解、聚合、縮合、歧化和異構(gòu)化等反應(yīng)。

煤焦油的組成和物理性質(zhì)波動(dòng)較大，這主要取決于煉焦煤組成和煉焦操作的工藝條件。對(duì)于不同的焦化廠來說，各自生產(chǎn)的煤焦油質(zhì)量和組成是有差別的。但通常煤焦油產(chǎn)品應(yīng)符合YB/T 5075—2010的規(guī)定，見表3-5。

表3-5　煤焦油產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

煤焦油的閃點(diǎn)為96～105℃，自燃點(diǎn)為580～630℃，燃燒熱為35.7～39MJ/kg。

組成煤焦油的主要元素中，碳占90%以上，氫占5%，此外還含有少量的氧、硫、氮及微量的稀有金屬等。高溫煤焦油主要是芳香烴所組成的復(fù)雜混合物，估計(jì)其組分總數(shù)有上萬種，目前已查明的約400種，其中某些化合物含量甚微，含量在1%左右的組分只有10多種。表3-6列出了高溫煤焦油中主要芳香烴組分的含量及性質(zhì)。

通常煉焦生產(chǎn)出來的煤焦油不直接作為燃料使用，而是要進(jìn)行加工，提取表3-6中的化工產(chǎn)品后，剩余物才作為燃料使用。

表3-6　高溫煤焦油主要芳烴組分含量及性質(zhì)

生產(chǎn)規(guī)模較大的煤焦油加工企業(yè)通常采用管式爐連續(xù)蒸餾工藝來分離煤焦油中的化工產(chǎn)品。由于煤焦油是出爐荒煤氣在集氣管用循環(huán)氨水噴灑冷卻并在初冷器中進(jìn)一步冷卻，通過冷凝回收的，因此含有大量的水，雖經(jīng)回收車間（澄清和加熱靜置）脫水，但送往煤焦油精制的煤焦油含水量仍在4%左右，煤焦油中含有較多的水分，不利于煤焦油蒸餾操作，所以，在進(jìn)行蒸餾之前要對(duì)煤焦油進(jìn)行脫水，脫水分初步脫水和最終脫水兩個(gè)步驟。初步脫水是在儲(chǔ)罐內(nèi)以靜置加熱的方法實(shí)現(xiàn)的，溫度維持在80～90℃，靜置36h，水和煤焦油因密度不同而分離。溫度稍高，有利于乳濁液的分離，但溫度過高，則因?qū)α髯饔迷鰪?qiáng)，反而影響澄清，并使煤焦油揮發(fā)損失增大。靜置加熱脫水可使煤焦油中水分降至2%～3%，雖然脫水時(shí)間長(zhǎng)，所需儲(chǔ)罐容積大，但方法簡(jiǎn)單，易操作，是普遍采用的一種脫水方法。初步脫水的同時(shí)，溶于水中的鹽類（主要是銨鹽）也隨水分一起排出。最終脫水的方法有蒸氣加熱法、間歇釜法和管式爐法，目前普遍應(yīng)用的是管式爐脫水。在連續(xù)管式爐煤焦油蒸餾系統(tǒng)中，煤焦油的最后脫水是在管式爐的對(duì)流段（一段）及一段蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行的。如原料煤焦油含水為2%～3%，當(dāng)管式爐的一段煤焦油出口溫度達(dá)到120～130℃時(shí)，可使煤焦油水分降至0.5%以下。

煤焦油中所含的水實(shí)際上是氨水，其中所含少量的揮發(fā)性銨鹽在最終脫水階段可被除去，而絕大部分的固定銨鹽仍留在脫水煤焦油中，當(dāng)加熱到220～250℃時(shí)，固定銨鹽會(huì)分解成游離酸和氨。以氯化銨為例：

NH₄Cl = HCl+NH₃

產(chǎn)生的酸存在于煤焦油中，會(huì)引起管道和設(shè)備的腐蝕。此外，銨鹽的存在還會(huì)導(dǎo)致煤焦油餾分產(chǎn)生乳化作用，給萘油餾分的脫酚操作造成困難。為降低煤焦油中固定銨鹽含量，一是基于固定銨鹽易溶于水、而不溶于煤焦油的特性，盡量減少煤焦油中的水分含量，特別是煤焦油中乳化水的含量；二是基于荒煤氣中夾帶的微細(xì)煤粉、焦粉、游離碳等會(huì)導(dǎo)致煤焦油中乳化水含量增大的事實(shí)，在煉焦生產(chǎn)中嚴(yán)格控制集氣管壓力及入爐煤的細(xì)度；三是在煤焦油加入管式爐前連續(xù)加入碳酸鈉水溶液，使固定銨鹽與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成鈉鹽，而鈉鹽在煤焦油蒸餾加熱溫度下是不會(huì)分解的。

脫鹽后的煤焦油中，水分小于0.5%，固定銨含量小于0.01g/kg煤焦油，pH值為7.3～8.0。

煤焦油脫水、脫氨鹽后即可進(jìn)行連續(xù)蒸餾。連續(xù)蒸餾按溫度分為以下過程：

170℃，輕油餾分（約占無水煤焦油的0.4%～0.8%）；170～210℃，酚油餾分（約占無水煤焦油的1.4%～2.3%）；210～230℃，萘油餾分（約占無水煤焦油的11%～13%）；230～300℃，洗油餾分（約占無水煤焦油的4.5%～6.5%）；300～330℃，蒽油餾分（約占無水煤焦油的14%～20%）。

經(jīng)過上述各種餾分，提取了利用價(jià)值較高的酚、萘、苊、苯、蒽、菲、咔唑、芘、茐等化工產(chǎn)品后，剩余的殘?jiān)阶鳛槿剂铣鍪邸?/p>

高溫煤焦油通過不同蒸餾溫度提出煤焦油中包括硫、苯、萘在內(nèi)的各種化工產(chǎn)品后，剩余的殘?jiān)鼮槊簽r青，為多種高分子多環(huán)芳烴所組成的混合物。根據(jù)生產(chǎn)條件不同，煤瀝青軟化點(diǎn)可波動(dòng)在70～150℃，中溫煤瀝青的軟化溫度為75～90℃。煤瀝青與蒽油在一定溫度下按一定比例（60%～65%煤瀝青+35%～40%蒽油）進(jìn)行調(diào)和后，就成為玻璃熔窯可使用的煤焦燃料油，此種煤焦燃料油雖然經(jīng)過分級(jí)提取，降低了煤焦油中對(duì)大氣的有害成分，但是，也造成煤焦燃料油成分不穩(wěn)，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)。

煤焦燃料油在80℃左右為黏稠液體狀，不允許有結(jié)塊現(xiàn)象，不允許在其中夾雜有泥沙及其他礦物等雜質(zhì)；其化學(xué)成分必須穩(wěn)定。所供應(yīng)的煤焦燃料油應(yīng)達(dá)到表3-7指標(biāo)。

表3-7　煤焦燃料油技術(shù)指標(biāo)

重油和煤焦燃料油在物理、化學(xué)指標(biāo)上有一定差別。重油運(yùn)動(dòng)黏度較高，一般在120～160mm²/s，在常溫下，肉眼看起來比較黏稠，而煤焦燃料油運(yùn)動(dòng)黏度一般在40～60mm²/s，常溫下比較稀，因此煤焦燃料油供油壓力與霧化氣壓比使用重油要低；煤焦燃料油沒有潤(rùn)滑性，對(duì)機(jī)械磨損加劇；重油無臭味，而煤焦燃料油帶有刺激性的臭味，長(zhǎng)時(shí)間聞到會(huì)讓人有頭暈感及眼睛受刺激流眼淚；若重油和煤焦燃料油在噴前油溫高于150℃，均容易在噴槍口積垢結(jié)炭，故噴前油溫應(yīng)降至125℃左右。重油和煤焦燃料油混合會(huì)產(chǎn)生凝聚狀物質(zhì)，堵塞油路系統(tǒng)，故不能混合使用。

3.1.2　氣體燃料

氣體燃料的種類比較多，也有天然的，也有人工的，目前國(guó)內(nèi)玻璃工業(yè)常用的氣體燃料主要有天然氣（自然態(tài)天燃?xì)狻⒁夯烊粴狻嚎s天然氣）、液化石油氣、焦?fàn)t煤氣和發(fā)生爐煤氣。此外，據(jù)最新研究表明，可燃冰作為一種新的能源燃料，在價(jià)格性能比合理的情況下有可能進(jìn)入玻璃行業(yè)。

氣體燃料若作為太陽能壓延玻璃熔窯的燃料，除發(fā)生爐煤氣外，天然氣和焦?fàn)t煤氣的供應(yīng)工藝相對(duì)重油來說，較為簡(jiǎn)單。通常天然氣和焦?fàn)t煤氣都是天然氣公司或焦化廠以管道的形式輸送進(jìn)廠，在廠內(nèi)經(jīng)過減壓后入窯燃燒。發(fā)生爐煤氣則是在廠內(nèi)自己制氣后，通過管道直接輸送到窯內(nèi)燃燒。

常用的氣體燃料種類和基本組分見表3-8。

表3-8　常用氣體燃料種類和基本組分表

通常按表3-9中單質(zhì)成分的低熱值來計(jì)算氣體的熱值。

表3-9　各種單質(zhì)可燃成分低位熱值表

3.1.2.1　天然氣

天然氣是指地層內(nèi)自然存在的以碳?xì)浠衔餅橹黧w的可燃性氣體。它是由有機(jī)物質(zhì)經(jīng)生物化學(xué)作用分解而成，或與石油共存于巖石的裂縫和空洞中，或以溶解狀態(tài)存在于地下水中，是一種無毒無色無味，發(fā)熱值很高的優(yōu)質(zhì)氣體燃料和化工原料。天然氣主要成分是甲烷（CH₄），約占85%～98%，還含有乙烷、丙烷和丁烷，在0℃、101.352kPa時(shí)密度為0.7174kg/m³，約比空氣輕一半，完全燃燒時(shí)，需要大量的空氣助燃。1m³天然氣完全燃燒大約需要9.52m³空氣，著火溫度為530℃，理論燃燒溫度2020℃。如果燃燒不完全，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體一氧化碳，因而在燃?xì)馄骶呤褂脠?chǎng)所，必須保持空氣流通。在封閉空間內(nèi)，天然氣與空氣混合后易燃、易爆，當(dāng)空氣中的天然氣濃度達(dá)到5%～15%時(shí)，遇到明火就會(huì)爆炸，因此一定要防止泄漏。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者以氣體來源、天然氣成因、化學(xué)成分、存在條件為基礎(chǔ)，對(duì)天然氣的分類進(jìn)行劃分，分為自然氣態(tài)天然氣、壓縮態(tài)天然氣和液化天然氣。

（1）自然態(tài)天然氣

根據(jù)來源可分為三種:氣田氣（或純天然氣）、油田氣（石油伴生氣、凝析氣田氣）和煤田氣（煤層氣）。根據(jù)氣體成分，天然氣可分為干氣（貧氣）、濕氣（富氣）。干氣主要成分為甲烷（含90%～100%），我國(guó)四川等地的天然氣大都屬于這種氣體。濕氣往往與原油共生，這種天然氣除主要成分甲烷外，并含有少量乙烷、丙烷和丁烷。

純天然氣是指從天然氣井直接開采出來的，未與石油伴生的氣田氣，主要成分是甲烷，還有少量的乙烷、二氧化碳、硫化氫、氮等氣體，不容易液化，所以又稱為干天然氣。低熱值為33.5～38.5MJ/m³，理論燃燒溫度高達(dá)1990℃。

石油伴生氣是指在開采石油的同時(shí)所采出的天然氣。石油伴生氣的產(chǎn)量很大，每采出一噸石油，就伴生幾十立方米到幾百立方米的油田氣。新開采的油田，油田氣的產(chǎn)量更多。油田氣含有石油蒸氣，亦稱油性天然氣。油田氣中主要成分是甲烷，含量約為80%，乙烷（C₂H₆）、丙烷（C₃H₈）和丁烷（C₄H₁₀）等含量約為15%，低熱值高達(dá)41.86MJ/m³以上。

凝析氣田氣除了含有大量甲烷外，還含有少量的乙烷、丙烷、丁烷和2%～5%戊烷及戊烷以上的碳?xì)浠衔铮谳^低溫度下可變成液態(tài)的輕質(zhì)油。

煤田氣亦稱煤層氣，即生成煤炭過程中逸出的天然氣，一部分吸附在煤層上成為煤礦瓦斯氣；一部分經(jīng)地層裂隙轉(zhuǎn)移到空隙處被巖石蓋住，聚儲(chǔ)起來，成為聚煤氣；還有一部分則經(jīng)過地層縫隙跑出地面失散。煤層氣與常規(guī)天然氣的主要成分一致，其主要可燃組分都是甲烷，其含量隨采氣方式而定。吸附在煤層上的瓦斯氣是礦井致爆的主要因素，長(zhǎng)期被作為采煤中的有害物對(duì)待，在采煤工業(yè)中早已被人們所知曉。

自然態(tài)天然氣由于熱值高而穩(wěn)定、沒有雜質(zhì)，含微量S和V₂O₅，不需加熱、過濾、霧化，火焰長(zhǎng)度和氣氛易于調(diào)節(jié)、燃燒性能良好，能滿足所有的工藝要求，對(duì)耐火材料侵蝕輕，且現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境干凈，所以是生產(chǎn)玻璃最好的清潔燃料。

（2）壓縮天然氣

壓縮天然氣（compressed natural gas，CNG）是天然氣在脫水、脫硫化氫后，通過設(shè)備施加20～25MPa的高壓，并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中的天然氣。所以，其成分、熱值等性能與天然氣基本相同。1體積CNG能轉(zhuǎn)化為200標(biāo)準(zhǔn)體積的天然氣，若用汽車運(yùn)輸，單車運(yùn)輸氣量為4550m³，因汽車自重大，運(yùn)輸距離較短，通常運(yùn)距在250km左右較合適。

（3）液化天然氣

液化天然氣（liquefied natural gas，LNG），因產(chǎn)地不同成分稍有差異，主要成分是甲烷（93%以上）、乙烷、氮?dú)猓?.5%～1%）及少量C₃～C₅烷烴的低溫液體，無色、無味、無毒，且無腐蝕性。LNG臨界溫度為-82.3℃，臨界壓力為45.8kg/cm³，沸點(diǎn)為-162℃，著火點(diǎn)為650℃；液態(tài)密度為0.420～0.46t/m³，氣態(tài)密度為0.68～0.75kg/m³；氣態(tài)熱值38MJ/m³，液態(tài)熱值50MJ/kg；爆炸范圍上限為15%，下限為5%；LNG體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，質(zhì)量?jī)H為同體積水的45%左右。

LNG是先將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再在常壓下將氣態(tài)的天然氣經(jīng)超低溫冷卻至-162℃，使之凝結(jié)成液體。產(chǎn)品采用深冷液體儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，液體儲(chǔ)罐為雙壁真空粉末絕熱，LNG的日蒸發(fā)率可控制在0.46%之內(nèi)，儲(chǔ)存周期為4～7天。LNG儲(chǔ)存效率高，占地少，投資省。由于LNG組分較純，燃燒完全，燃燒后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清潔燃料，有利于保護(hù)環(huán)境，減少城市污染。LNG氣化后密度很低，只有空氣的一半左右，稍有泄漏就會(huì)立即飛散開來，不致引起爆炸。

3.1.2.2　液化石油氣

液化石油氣（liquefied petroleum gas，LPG）也稱液化氣或壓縮汽油，是一種適用于工業(yè)、商業(yè)和民用的優(yōu)質(zhì)燃料，是指容易液化、常常以液態(tài)運(yùn)輸和儲(chǔ)存的“石油氣”。

液化石油氣的主要成分是丙烷（C₃H₈）、丙烯（C₃H₆）、丁烷（C₄H₁₀）、丁烯（C₄H₈），習(xí)慣上又稱C₃～C₄，簡(jiǎn)稱為“烴”。它的組成隨原料的種類和裂解方法而異，不同性質(zhì)煉油廠生產(chǎn)出來的石油液化氣的組成是不一樣的。

在常溫常壓下，液化石油氣是氣態(tài)；而在常溫下升壓或常壓下降溫，就容易從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。人們正是利用了液化石油氣的這個(gè)特性，在常溫常壓下是氣體，將它做燃料使用；用降溫或升高壓力的方法，使它從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，以便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

液化石油氣可從煉制石油和加工石油化工產(chǎn)品過程中作為副產(chǎn)品而獲得的一部分氣體碳?xì)浠衔铮@些碳?xì)浠衔镌诔叵陆?jīng)加壓而成的液態(tài)產(chǎn)品；還可從開采油田伴生氣、凝析氣田氣中分離出液化石油氣。目前我國(guó)供應(yīng)的液化石油氣主要來自煉油廠的催化裂解裝置。

（1）液化石油氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

液化石油氣熱值≥45.217MJ/kg；C₅以上組分＜3.0%；總硫含量＜343mg/m³；無游離水；蒸氣壓（37.8℃）＜1380kPa。

其中對(duì)蒸氣壓的要求限制C₁、C₂的含量，以保證儲(chǔ)運(yùn)和使用的安全；限制C ₅及C ₅以上的成分以控制殘液量（在常溫常壓下，含4個(gè)碳以下的烷烴和烯烴為氣體，含5個(gè)碳以上的為液體；含16個(gè)碳以上的為固體）；限制總硫量，防止硫化物對(duì)儲(chǔ)罐、管道、閥門等的腐蝕作用；限制水含量，以防止對(duì)儲(chǔ)罐、管道、閥門等的腐蝕、凍堵危害。

液化石油氣雖然發(fā)熱值高、組成穩(wěn)定純潔，不需脫硫化物和除氨，但大量使用時(shí)由于運(yùn)輸過程復(fù)雜，不含氫，燃燒速度較慢，易冒黑煙，且價(jià)格高，所以，在太陽能壓延玻璃生產(chǎn)中僅用于冷卻部、成形、退火窯加熱或做緊急狀態(tài)下的備用氣源。

（2）液化石油氣的性質(zhì)

① 比空氣重，比水輕。在15.6℃時(shí)，液化石油氣的氣態(tài)密度為1.5～2kg/m³，是空氣的1.5～2倍；液態(tài)的液化石油氣與4℃水相比，相對(duì)密度為0.5～0.6。所以液化石油氣在儲(chǔ)配、運(yùn)輸及使用過程中，如發(fā)生泄漏，氣化的石油液化氣就會(huì)像水一樣流向低洼處并積聚，不易揮發(fā)，不易被風(fēng)吹散，或是沿地面漂流；積存起來，很容易達(dá)到爆炸濃度，遇火花或明火就會(huì)發(fā)生爆炸。

② 揮發(fā)性強(qiáng)。在常溫常壓下，液態(tài)LPG極易揮發(fā)，1L液態(tài)LPG經(jīng)揮發(fā)可變成250L氣體。氣態(tài)液化石油氣與相近體積的空氣混合而形成混合氣，其燃燒性能接近天然氣。

③ 著火溫度低。液化石油氣的著火溫度約為430～460℃，火柴焰、打火機(jī)火星、機(jī)械火星、汽車排氣管火星等均可點(diǎn)燃液化石油氣。

④ 燃燒熱值高。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，液化石油氣態(tài)熱值為91.96～121.22MJ/Nm³；1kg液態(tài)液化石油氣燃燒后，低熱值為45.144～45.980MJ/kg，其溫度可達(dá)2100℃。

⑤ 沸點(diǎn)低。常壓下，丙烷的沸點(diǎn)為 -42℃，丁烷的沸點(diǎn)為 -10℃。因此，在容器中儲(chǔ)存的液化石油氣，只要溫度略有升高，就會(huì)引起飽和蒸氣壓的升高。

⑥ 燃爆危險(xiǎn)性大。液化石油氣20℃的爆炸極限是1.5%～9.5%，而天然氣和煤氣分別為5%和4.5%，所以液化石油氣遇明火極易燃燒和爆炸。

⑦ 體積膨脹系數(shù)大。由于液化石油氣常以液態(tài)儲(chǔ)存，其危險(xiǎn)性是它具有較大的體積膨脹系數(shù)。在15℃時(shí)，液化石油氣的體積膨脹系數(shù)約為0.003，為水的16倍。因此容器超量灌裝液態(tài)液化石油氣是非常危險(xiǎn)的，充裝時(shí)必須留出一定的氣相空間，以供液化石油氣液態(tài)膨脹時(shí)占用。

3.1.2.3　焦?fàn)t煤氣

焦?fàn)t煤氣簡(jiǎn)稱焦?fàn)t氣，是指用幾種煙煤配成煉焦用煤，在煉焦?fàn)t中經(jīng)高溫干餾后，產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所得到的可燃?xì)怏w，是煉焦生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品，其產(chǎn)率和組成因煉焦煤質(zhì)、結(jié)焦時(shí)間、出焦溫度等焦化過程條件不同而有所差別。一般一噸煤在煉焦過程中可產(chǎn)出730～780kg焦炭和300～340m³焦?fàn)t煤氣（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）以及35～42kg焦油。代表性的焦?fàn)t煤氣主要成分組成見表3-10。

表3-10　焦?fàn)t煤氣主要成分組成表

焦?fàn)t煤氣本身是無色有臭味的氣體，但由于凈化不好，含有少量如硫化氫、苯、萘、氨、焦油、吡啶、氰化氫、氧化氮等其他物質(zhì)而有異味，因含有CO和少量H₂S而有毒。焦?fàn)t煤氣熱值一般為16.75～18.81MJ/m³，密度為0.38～0.50kg/m³，著火溫度為600～650℃，空氣中的爆炸極限為6%～30%（體積分?jǐn)?shù)）。

焦?fàn)t煤氣由于含H₂量多，燃燒速度快，火焰較短；火焰透明，火焰黑度較小，影響火焰的輻射傳熱能力。另外，焦?fàn)t煤氣中主要組成是H₂和CH₄，密度較小，火焰容易上浮，剛性較差，對(duì)于要求火焰具有足夠剛性的爐子來說，必須同其他密度比空氣大的氣體燃料混合后使用，或在噴嘴和小爐方面采取措施，以增加火焰的剛性和黑度。此外，如果焦?fàn)t煤氣凈化不好，將含有較多的焦油和萘，在冬天就會(huì)堵塞調(diào)節(jié)閥和管道，給調(diào)火工作帶來困難。盡管如此，由于焦?fàn)t煤氣熱值較高而穩(wěn)定，燃燒性能良好，仍是玻璃熔窯最適宜的燃料之一。焦?fàn)t煤氣燃燒前不能預(yù)熱，以免烴類熱解。

3.1.2.4　發(fā)生爐煤氣

發(fā)生爐煤氣是將固體燃料在煤氣發(fā)生爐中進(jìn)行氣化而得到的一種人造氣體燃料。根據(jù)煤氣發(fā)生爐氣化時(shí)所用氣化劑的不同，我國(guó)工業(yè)用煤氣可分為下列三種：

① 空氣煤氣。以空氣為氣化劑與煤炭進(jìn)行反應(yīng)而生成以一氧化碳為主要成分的煤氣，也稱為低熱值煤氣，這種煤氣存在發(fā)熱值低（4.1～4.32MJ/m³）、氣化效率低、爐溫不易控制等缺點(diǎn)，目前工業(yè)上已不采用這種氣化工藝。

② 水煤氣。是以水蒸氣為氣化劑，使水蒸氣通過灼熱的煤發(fā)生反應(yīng)而生成以氫氣和一氧化碳為主的可燃性氣體。這種煤氣低熱值為10.05MJ/m³，理論燃燒溫度2210℃，但由于效率低、需用優(yōu)質(zhì)無煙煤或焦炭作為原料、工藝和操作復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，所以，一般只用于制作玻璃工藝品的熱源。

③ 混合煤氣。亦稱為發(fā)生爐煤氣，它在某種程度上克服了上述兩種工藝方法的缺點(diǎn)，是以空氣和適量水蒸氣的混合氣體為氣化劑，與煙煤（或無煙煤）進(jìn)行反應(yīng)而制得的以一氧化碳和氫氣為主要組分的煤氣，這種煤氣低熱值為5.65～6.7MJ/m³，著火溫度為530℃，理論燃燒溫度為1750℃。

單段或兩段煤氣發(fā)生爐所生產(chǎn)的發(fā)生爐煤氣，生產(chǎn)簡(jiǎn)便，煤炭熱利率較高，成本較低，發(fā)熱值和燃燒溫度可以滿足需要，且在一定距離內(nèi)可連續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)太陽能壓延玻璃生產(chǎn)。所以，目前國(guó)內(nèi)以煤氣為燃料的太陽能壓延玻璃廠都采用發(fā)生爐煤氣。

發(fā)生爐煤氣主要成分見表3-11。

表3-11　發(fā)生爐煤氣主要成分表