畅国会、李谢伟
四川宜宾环球集团格拉斯玻璃制造有限公司
摘要：玻璃行业是能源消耗与碳排放的重点行业，窑炉燃烧系统的效率直接决定产品质量、生产成本与环保水平。本文以FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪为研究对象，系统分析其结构设计、材质选择、工作原理、技术优势及实际应用效果。研究表明，该烧枪通过双通道独立控制与蜂窝状喷嘴结构，在不依赖压缩空气助燃的前提下，显著提升燃烧效率与火焰均匀性，降低吨玻璃液燃气消耗约1.5%，同时减少NOx生成，具有良好的经济与环保效益。文章还提出了选型、安装、调试及维护建议，为玻璃窑炉节能改造提供参考。
关键词：玻璃窑炉；蜂窝状烧枪；双通道燃气；节能燃烧；低氮氧化合物
一、引言
玻璃熔制过程温度高、热负荷大，通常占工厂总能耗的70%以上。传统烧枪多采用单通道结构，燃气与窑内空气混合不充分，易出现火焰集中、局部过热、热效率低、NOx排放高等问题。近年来，随着环保政策趋严与燃料成本上升，玻璃企业对高效低氮燃烧装置的需求日益迫切。
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪正是针对这一需求开发的新型燃烧装置。其名称“FWZ”取自“蜂窝状”拼音首字母，核心特征在于喷嘴端面采用多孔蜂窝结构，并设置内外两个独立燃气通道。本文将从结构、原理、性能及应用等方面展开系统阐述。
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪结构示意图
二、产品结构与材质解析
（一）枪头：蜂窝状耐高温设计
FWZ烧枪的枪头采用SU316耐高温不锈钢制造，耐受温度可达1300℃以上，具备优异的抗氧化与抗玻璃液挥发物腐蚀能力。枪头端面为蜂窝状多孔外喷嘴结构，孔径均匀、排列紧密，形成多个微小火焰单元。
设计理念方面，传统单孔或少数大孔喷嘴，燃气以射流形式喷出，与空气接触面积小，混合受限。蜂窝状结构将燃气分散为数十股微细气流，大幅增加燃气与窑内高温空气的接触界面，实现“微焰矩阵”燃烧，火焰辐射面积增大、温度梯度减小。
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪枪头结构图
（二） 枪体：双通道独立控制
枪体材质为45#碳钢作为标配，也可根据用户需求选配全不锈钢，表面经防高温氧化处理，适应窑炉周边高温环境。枪体内部设置了两个相互隔离的燃气通道。
其中，内通道位于中心，连接内喷嘴，用于控制火焰核心区域的燃气量，从而调节火焰根部温度与穿透力。外通道则连接蜂窝状端面，用于控制外围微焰的强度与分布。两个通道可独立调节燃气流量与压力，实现对火焰形态、长度、刚度及温度分布的灵活控制。
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪内、外枪体结构示意图
（三）连接与密封系统
连接部件包括快速逆止接头、金属软管及高温石墨垫片。快速逆止接头内置防回火设计，在意外熄火或压力波动时自动切断燃气，保障安全。金属软管耐高压且具备柔性连接特性，便于烧枪的安装、角度微调及快速更换。高温石墨垫片耐温可达600℃以上，确保烧枪与窑炉开孔处无燃气泄漏。
连接与密封系统
三、核心技术优势
（一）双通道燃气喷射系统
双通道结构是FWZ烧枪最核心的创新点。传统烧枪仅能整体调节燃气量，而FWZ可以实现分区燃烧，即内喷嘴控制火焰芯温度，适用于玻璃配合料快速熔化阶段；外喷嘴控制外围火焰，适用于澄清与保温阶段。同时，该结构支持动态响应，当窑炉工况变化（如换向、投料波动）时，可单独调整内外通道比例，避免火焰冲击窑壁或烧蚀碹顶。此外，通过外喷嘴分散燃烧，可有效降低火焰峰值温度，避免局部高温区，从而抑制热力型NOx生成。
（二）无压缩空气助燃
许多低氮烧枪依赖外部压缩空气或预混系统，但FWZ烧枪直接利用窑炉内高温环境（通常1400℃以上）及燃气自身压力（范围为0.02至0.3MPa）实现充分燃烧。其优势在于无需空压机、管路、阀门等辅助设备，降低了初投资与运维成本；避免冷空气进入窑炉导致的热效率下降；同时简化控制系统，提高可靠性。
（三） 智能火焰调节能力
FWZ烧枪支持手动调节，例如通过针阀控制内外通道比例，也可接入自动化控制系统（如PLC配合电动调节阀），实现火焰长度可调（短而集中或长而扩散）、热负荷分段控制（熔化区高负荷、澄清区中负荷、保温区低负荷），并可与窑压、氧含量、排烟温度等参数联动，实现闭环优化控制。
四、技术参数与性能指标
FWZ烧枪适用燃气为天然气，要求热值不低于33MJ/m³，也可适配焦炉煤气但需定制。工作压力标准范围为0.02至0.2MPa。单支烧枪最大热负荷在标准条件下为3700kW，对应天然气流量约370m³/h，可根据窑宽定制更高流量型号。火焰温度调节范围在1400至1600℃之间，具体取决于空气过剩系数与窑内温度。枪头材质连续使用耐受温度不低于1300℃，瞬时耐温可达1400℃。在氮氧化物排放方面，相比传统单通道烧枪，FWZ可降低NOx浓度，但需配合适当的氧含量控制。
五、适用窑型与应用场景
（一）主要应用领域
FWZ烧枪适用于蓄热室马蹄焰玻璃窑炉，利用蜂窝状火焰改善温度均匀性。在光伏玻璃窑炉中，由于对玻璃液质量要求高，FWZ可减少局部结石、气泡等缺陷。在日用玻璃窑炉（尤其是马蹄焰窑）中，因空间紧凑，FWZ的短焰特性可避免火焰冲刷对面窑墙。
（二）适配窑型与布置建议
对于横火焰窑，建议在两侧布置FWZ烧枪，外喷嘴朝向玻璃液面，内喷嘴略向上倾斜3至5度，形成“软火焰”。对于马蹄焰窑，应将烧枪布置在火焰转向区，并选用较短火焰配置，即适当加大内通道比例。
六、节能与减排机理分析
（一）节能机理
FWZ烧枪实现吨玻璃液能耗降低约1.5%，主要基于以下三方面机理。
首先是传热效率提升。蜂窝状微焰矩阵增大了火焰辐射面积，辐射传热系数可提高10%至20%。根据在马蹄焰窑上的热工测试，采用FWZ后窑顶温度下降10至20℃，而玻璃液温度基本不变，说明火焰热量更有效地传递给料层。
其次是排烟热损失减少。由于燃气与空气混合更充分，相同热负荷下所需过剩空气系数可从传统的1.1降至1.01至1.05，从而减少烟气带走的热量。
第三是熔化速率提高。火焰均匀覆盖料堆，加速配合料熔化，允许适当提高出料量或降低燃料供应。综合上述因素，实际应用数据显示吨玻璃液天然气消耗降低约1.5%。
使用FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪前、后的吨玻璃液能耗对比
（二）低氮排放机理
氮氧化物主要分为热力型与燃料型，其中天然气燃烧中热力型NOx占主导，其生成速率与火焰峰值温度呈指数关系。FWZ烧枪通过蜂窝状结构分散燃烧，避免单点高温区，使火焰整体温度均匀保持在1450至1550℃之间，远离1600℃以上的快速生成区。实测表明，在相同氧含量条件下，FWZ可比传统烧枪降低NOx浓度5%至20%。
七、安装、调试与维护要点
（一）安装注意事项
安装时，烧枪中心线应略高于玻璃液面，根据窑型不同通常高出200至400毫米。外喷嘴端面不宜缩入窑墙内部，应与窑墙内壁平齐或突出10至20毫米，防止火焰切割砖材。金属软管需避免过度弯曲，弯曲半径应不小于200毫米。
（二）调试方法
初始点火时，应先开启内通道，待点燃后再缓慢开启外通道，防止回火。火焰观测应通过看火孔进行，正常火焰应为明亮橘黄色、无明显黑心、不扫窑壁。在比例优化方面，对于熔化区，建议内外通道燃气比为4比6；澄清区为5比5；保温区为6比4。具体比例需根据窑炉实际热平衡进行调整。
（三）日常维护
日常维护方面，每1至2周应检查蜂窝孔有无因玻璃挥发物或灰分附着而堵塞，可使用细不锈钢针疏通。每3至6个月测量一次内外通道压力，若偏差超过±10%则需检查阀门或管路。大修周期建议与窑炉冷修同步，通常为5至8年，届时更换枪头及内部密封件。
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪的主要零部件构成（通体材质为316L渲染效果图）
八、与传统烧枪的应用对比
与传统单通道烧枪相比，FWZ双通道蜂窝烧枪在多个方面表现出明显差异。
在火焰形态上，传统烧枪为射流状，中心高温区明显；而FWZ为微焰矩阵，分布均匀。温度均匀性方面，传统烧枪较差，易出现峰值；FWZ良好，温差小。调节灵活性上，传统烧枪仅能整体调节流量；FWZ可实现内外独立调节，火焰长度与形状可变。
在助燃方式上，传统烧枪可选用压缩空气或自然引射；FWZ无需压缩空气。对窑体寿命的影响方面，传统烧枪易冲刷窑壁，加剧侵蚀；FWZ火焰贴壁少，有助于延长窑墙寿命。
在成本方面，单支传统烧枪成本较低，约为FWZ基准的0.6倍；FWZ成本较高。但综合经济回收期方面，FWZ因节能效果显著，通常6至12个月即可收回投资成本。
九、结论与展望
FWZ（蜂窝状）双通道燃气烧枪通过蜂窝状多孔结构与双通道独立控制，解决了传统玻璃窑炉燃烧装置混合差、火焰集中、调节能力弱三大痛点。在实际应用中，它具有以下突出优势。
节能效果明确，吨玻璃液燃气消耗降低约1.5%，直接降低生产成本。减排潜力大，无需外部助燃空气即可实现NOx减排5%至20%，有利于环保达标。适应性广，可适配浮法、光伏、日用玻璃等多种窑型，支持手动与自动控制。安全可靠，防回火接头、高温密封垫片、耐腐蚀枪头等设计保障长期稳定运行。
未来发展方向包括开发更大单支热负荷（不低于5000kW）以适应超大型窑炉；集成火焰检测与智能自优化算法；探索纯氧燃烧场景下的蜂窝状结构改进。FWZ技术为玻璃行业的低碳转型提供了切实可行的装备支持。
参考文献
[1] 张伟, 李建国. 玻璃窑炉燃烧技术与节能降耗. 玻璃与搪瓷, 2021.
[2] 王明. 蜂窝状烧嘴在工业窑炉中的应用研究. 工业加热, 2019.
[3] 生态环境部. 玻璃工业大气污染物排放标准（GB 26453-2022）.
