專利名稱：玻璃的懸浮沸騰熔化方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃懸浮沸騰熔化方法及設(shè)備，特別涉及玻璃配合料球形顆粒的快速
熔化，火焰與配合料之間具有非常高的熱交換效率，從而達(dá)到降低能源消耗的目的。
背景技術(shù)：
在世界范圍內(nèi)，資源、能源趨于緊張，節(jié)能、減排工作己經(jīng)勢在必行。玻璃工業(yè)屬于 能源消耗的大戶。傳統(tǒng)的玻璃池窯熔化技術(shù)，玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄層投 料，燃料通過熔燃系統(tǒng)送入到窯爐火焰空間，并且與經(jīng)過蓄熱室預(yù)熱，通過小爐進(jìn)入火焰 空間的助燃空氣相混合燃燒，釋放出大量的熱量?；鹧媸歉采w在配合料及玻璃液的表面， 火焰與玻璃表面的距離大約在200 350mra的范圍內(nèi)。火焰對(duì)配合料及玻璃液的熱量交換是 通過輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)等途徑完成的。在配合料及玻璃液的加熱過程中，往往是物料的表 面加熱以后再通過傳導(dǎo)與對(duì)流將熱量傳遞到配合料及玻璃液的內(nèi)部。這種加熱方法，熱交 換效率低，大部分的熱量被煙氣帶走。即使冃前研究開發(fā)的全氧與富氧燃燒技術(shù)，其火焰 仍然是位于玻璃配合料及玻璃的上部，熱交換屬于間接的方式，只不過其熔化溫度更高， 燃燒產(chǎn)物較少，污染物排放較少。
傳統(tǒng)的玻璃熔化方法，在火焰與玻璃配合料及玻璃液之間的熱交換是有限的，且現(xiàn)代 的燃燒技術(shù)己經(jīng)使其達(dá)到了極限。玻璃的沸騰熔化技術(shù)是一種更為先進(jìn)的熔化技術(shù)，其特 點(diǎn)是將玻璃配合料球團(tuán)通過一段高溫火焰區(qū)(160CTC以上)，在火焰與熱氣流的共同作用下， 玻璃配合料被迅速熔化，形成粘度非常小的玻璃液。由于玻璃配合料球團(tuán)是以沸騰狀在高 溫區(qū)域進(jìn)行非常充分的熱交換，且配合料及玻璃與火焰充分接觸，熱交換效率更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速高效的玻璃熔化方法及設(shè)備，以達(dá)到提高玻璃熔化率， 節(jié)約能源，降低單位重量產(chǎn)品的污染物排放量的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了玻璃懸浮沸騰熔化技術(shù)與裝置。
本發(fā)明的方法原理玻璃沸騰熔化技術(shù)的核心是將玻璃配合料制備成一定粒度與強(qiáng)度 的料團(tuán)，讓它們直接通過高溫火焰區(qū)域，并形成懸浮沸騰狀，此時(shí)，玻璃配合料團(tuán)和玻璃 液滴與火焰充分接觸，使火焰對(duì)配合料團(tuán)形成多方位、立體加熱的形式，并能夠使其快速 形成液滴。通過控制懸浮沸騰區(qū)域的浮力，以及小的玻璃液滴在相互接觸以后，由于表面 張力的作用使得它們相互融合，形成較大的顆粒的液滴，在重力的作用下下落、積聚。利用懸浮沸騰熔化技術(shù)熔化玻璃，無論是輻射、對(duì)流還是傳導(dǎo)等熱交換方式都利用的 十分充分，熱效率更高。由于玻璃配合料團(tuán)具有非常的表面積，物料被包圍時(shí)兩物體之間 的輻射傳熱公式為
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中
Q^單位時(shí)間內(nèi)，單位面積高溫物體傳給低溫物體的凈熱量(千卡/米、時(shí)) L為被包圍物質(zhì)體的溫度("K); L為包圍物質(zhì)的溫度("K);
c ,,為黑度；
C。為輻射系數(shù)(千卡/米2 時(shí) ':K); F,為物體的表面積(米O。
物質(zhì)之間的對(duì)流傳熱遵循
Q=a k(t「 UF
Q—單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量(千卡/時(shí))； a k —對(duì)流給熱系數(shù)(千卡/米2 時(shí) "C);
t,一火焰的溫度 rc); u—玻璃料團(tuán)的溫度rc);
F—物料的接觸面枳(米2)。
由以上兩組公式可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物料的物質(zhì)一定、燃料的性質(zhì)及溫度場一定時(shí)，決定物 質(zhì)之間的熱交換量只與物料之間的相互接觸的表面積有關(guān)，且接觸的表面積越大，熱交換 越充分，熱量利用率也越高。
被加熱物料的受熱表面積，以及與火焰的接觸方式?jīng)Q定了兩者之間的熱量交換。目甜，
傳統(tǒng)的玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄層投料，料層厚度一般在50 100mm之間。
若以料層厚度50mm計(jì)算，1立方米玻璃配合料可以受到相當(dāng)于20平方米火焰直接加熱的
面積。當(dāng)采用沸騰熔化時(shí)，情況就大不一樣了。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是沸騰熔化的玻璃配合料球是
全部被火焰所包裹的。此法所采用的玻璃配合料的直徑范圍是10 25mm。若以料球直徑為
20mra的料團(tuán)計(jì)算，料球的體積與表面積分別為
V球=土 it R:,= i X3. 14X (0. 01) :i = 4. 19X10—6 m3; 3 3S球=3 n If = 3X3. 14X (0.01) 2 = 9.42X10一1 m2。
1立方米的配合料相當(dāng)于有2. 39X l(f個(gè)直徑為20mm的料球。它們的表面積為 S表=9. 42X 10—;X2. 39X 10r' = 225 m2。
通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，料團(tuán)的換熱面積增加了 IO倍多，這勢必會(huì)造成其換熱效率更高， 更加充分，在相同的加熱時(shí)間內(nèi)，料團(tuán)的溫度提高更快，其中的液相出現(xiàn)更快，更多，熔
化效率更高。
根據(jù)以卜.分析，達(dá)到本發(fā)明目的的技術(shù)方案是 一種玻璃懸浮沸騰熔化方法，其特征在于，該方法步驟包括
1) 、將玻璃配合料制備成直徑范圍為10 25mm的球形顆粒(制備方法為按照所熔化 的配方進(jìn)行配料，將所有原料裝入研磨機(jī)屮進(jìn)行研磨0.5-1小時(shí)，研磨的同時(shí)摻入相當(dāng)于 配合料總質(zhì)量5-10%的水分與少量有機(jī)粘結(jié)劑(小分子樹脂，如聚乙二醇)，得到配合料泥 料；利用壓制制球機(jī)將玻璃配合料泥料制備成具有一定強(qiáng)度的球形顆粒。)；
2) 、使歩驟l)得到的球形顆粒通過一段直徑為4-6米、高度為8-12米的懸浮沸騰熔 化爐，該懸浮沸騰熔化爐的中下部有一段布置著多層燃燒器的高溫沸騰段，此段溫度1600 r.以上，長度為2-6米，玻璃配合料從上部加入懸浮沸騰熔化爐，在爐內(nèi)高溫火焰與熱氣 流的共R]作用下得到快速液化、相互融合長大成更大的液珠，在重力的作用下落入玻璃液 積聚池；
3) 、玻璃液積聚池中的玻璃液通過積聚池的淺池澄清區(qū)使于玻璃液中的氣泡排除。 本發(fā)明的玻璃懸浮沸騰熔化方法使用的玻璃熔窯(參見附圖)，呈L型，它包括投
料器l，懸浮沸騰熔化爐3，燃燒器6，玻璃液積聚池8，輔助熔化燃燒器10和供料槽14; 投料器1在懸浮沸騰熔化爐3上部，在懸浮沸騰熔化爐3的懸浮沸騰區(qū)域4布置有多層燃 燒器6，不同層高的燃燒器6相互交錯(cuò)布置，在懸浮沸騰熔化爐3下部，設(shè)計(jì)有高溫玻璃 液積聚池8，在玻璃液積聚池的上部布置有多支輔助熔化燃燒器10調(diào)節(jié)玻璃液9溫度，玻 璃液積聚池S有一段淺池澄清區(qū)11，淺池澄清區(qū)11上部無輔助熔化燃燒器10，在淺池澄 清區(qū)11的熔化部與冷卻部13之間有"U"分隔吊頂12，淺池澄清區(qū)11的冷卻部13與玻 璃液供料槽14相通。
本發(fā)明具有顯著的節(jié)能效果,預(yù)計(jì)綜合節(jié)能2 0 %以上。


圖1是玻璃懸浮沸騰熔化爐示意圖。 圖2是玻璃懸浮沸騰熔化爐A-A剖面圖。 圖3是玻璃懸浮沸騰熔化爐B-B剖面圖。 圖4是玻璃懸浮沸騰熔化爐C-C剖面圖。
圖中l(wèi).投料器；2眉己合料顆粒；3.懸浮沸騰熔化爐；4.懸浮沸騰熔化區(qū)；5.火焰； 6.燃燒器；7.玻璃液滴；8.玻璃液積聚池；9.玻璃液；IO.輔助熔化燃燒器；ll.淺池澄清區(qū)；12.熔化部 7令卻部的"U"分隔吊頂；13.冷卻部；14.供料槽。
具體實(shí)施例方式
卜面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn) 一 歩說明。 實(shí)施例1
玻璃懸浮沸騰熔化裝置的結(jié)構(gòu)如圖1一4所示，呈L型，主要包括l.投料器；3.懸浮
沸騰熔化爐；6.燃燒器；S.玻璃液積聚池；IO.輔助熔化燃燒器；12.熔化部與冷卻部的 "U"分隔吊頂；14.供料槽等。.投料器1在懸浮沸騰熔化爐3上部，在懸浮沸騰熔化爐 3的懸浮沸騰區(qū)域4布.覽有多層燃燒器6，不同層高的燃燒器6相互交錯(cuò)布置，在懸浮沸騰 熔化爐3下部為玻璃液積聚池8，在玻璃液積聚池的上部布置有多支輔助熔化燃燒器10， 玻璃液積聚池8有一段無輔助熔化燃燒器10的淺池澄清區(qū)11，在淺池澄清區(qū)11的熔化部 與冷卻部13之問有"U"分隔吊頂12，冷卻部13與玻璃液供料槽14相通。
懸浮沸騰熔化爐3有一段直徑為4-6米、高度為8-12米的豎立段，160(TC以上高溫沸 騰段長度為2-6米，本實(shí)施例豎立段直徑為4米、高度為8米，在該豎立段從下至上1. 5 米和3. 5米部位布置著兩層燃燒器6，每層6個(gè)燃燒器等角度均布，兩層燃燒器6相互交 錯(cuò)布置，并在筒體中形成一定的向上浮力。
本發(fā)明的玻璃懸浮沸騰熔化方法，玻璃配合料制備成直徑范圍為i0 25mm的球形顆粒
(以通常造粒方法制備，制備方法為按照所熔化的配方進(jìn)行配料，將所有原料裝入研磨
機(jī)中進(jìn)行研磨0.5-1小時(shí)，研磨的同時(shí)摻入相當(dāng)于配合料總質(zhì)量5-10%的水分與少量有機(jī)
粘結(jié)劑(聚乙二醇)，得到配合料泥料；利用壓制制球機(jī)將玻璃配合料泥料制備成具有一定
強(qiáng)度的球形顆粒。)，投料器1將配合料球形顆粒2投入到懸浮沸騰熔化爐3中，在懸浮熔
化區(qū)4內(nèi)與火焰5進(jìn)行充分的熱交換，并被迅速熔化。在懸浮沸騰區(qū)域4的懸浮力由此段
所布置的多層燃燒器6燃燒的火焰產(chǎn)生(溫度160CTC以上)。不同層高的燃燒器6相互交錯(cuò)
布置，以便在整個(gè)熔化區(qū)斷面上形成均勻的懸浮力。被迅速熔化的配合料顆粒(球形)2
出現(xiàn)了人量液相，形成玻璃液滴7。在玻璃表面張力的作用下，玻璃液滴相互接觸長大，
在重力的作用下，落入玻璃液積聚池8，在其中形成玻璃液9。在玻璃積聚池的上部布置有
多支輔助熔化燃燒器10，用于玻璃液9溫度的調(diào)節(jié)。玻璃液通過玻璃液積聚池8的一段淺
池澄清區(qū)11對(duì)玻璃液9進(jìn)行澄清。玻璃液積聚池的淺池澄清區(qū)11不設(shè)輔助熔化燃燒器。
這種淺池結(jié)構(gòu)有利于玻璃液中氣泡的排除，提高玻璃液的質(zhì)量。澄清好的玻璃液通過熔化
部與冷卻部的"U"分隔段12進(jìn)入冷卻部13,經(jīng)過溫度控制達(dá)到成形要求的玻璃液流入供
料槽14。
本發(fā)明提供的玻璃懸浮沸騰熔化方法的操作是
一、點(diǎn)燃燃燒器6，在懸浮沸騰熔化爐3中形成一定的由高溫火焰的懸浮沸騰熔化區(qū)4;
二、 待懸浮沸騰熔化區(qū)的溫度達(dá)到1600'C以上后，開動(dòng)投料器l，將玻璃配合料顆 粒(球形)2均勻投放進(jìn)懸浮沸騰熔化爐3中。玻璃配合料顆粒2在懸浮沸騰熔化區(qū)進(jìn)行 懸浮、熱交換、熔化，迅速形成液相，并在表面張力的作用下形成較大顆粒的玻璃液滴9。 玻璃液滴在重力的作用卜-，落入玻璃液積聚池8;
三、 玻璃液9在玻璃液枳聚池8中形成一定深度的玻璃液，玻璃液的溫度由其上部的 輔助熔化燃燒器10來調(diào)節(jié)。玻璃液到一定深度后，會(huì)流到玻璃液深度較淺的淺池澄清區(qū) 11;
四、 經(jīng)過澄清的玻璃液通過熔化部與冷卻部的"U"分隔吊頂(分隔段)12進(jìn)入冷卻 部13,經(jīng)過溫度控制達(dá)到成形要求的玻璃液流入供料槽14。為玻璃成形提供合格的玻璃液。
權(quán)利要求
1、玻璃懸浮沸騰熔化方法，其特征在于，其方法步驟包括1)、將玻璃配合料制備成直徑范圍為10～25mm的球形顆粒；2)、使步驟1)得到的球形顆粒通過一段直徑為4-6米、高度為8-12米的懸浮沸騰熔化爐，該懸浮沸騰熔化爐的中下部有一段布置著多層燃燒器的高溫沸騰段，此段溫度1600℃以上，長度為2-6米，玻璃配合料從上部加入懸浮沸騰熔化爐，在爐內(nèi)高溫火焰與熱氣流的共同作用下得到快速液化、相互融合長大成更大的液珠，在重力的作用下落入玻璃液積聚池；3)、玻璃液積聚池中的玻璃液通過積聚池的淺池澄清區(qū)使玻璃液中的氣泡排除。
2、 一種玻璃懸浮沸騰熔化方法使用的玻璃熔窯，其特征在于，呈L型，它 包括投料器(1)，懸浮沸騰熔化爐(3)，燃燒器(6)，玻璃液積聚池(8)，輔 助熔化燃燒器(10)和供料槽(14);投料器(1)在懸浮沸騰熔化爐(3)上部， 在懸浮沸騰熔化爐(3)的懸浮沸騰區(qū)域(4)布置有多層燃燒器(6)，不同層高 的燃燒器(6)相互交錯(cuò)布置，在懸浮沸騰熔化爐(3)下部，設(shè)計(jì)有高溫玻璃液 積聚池(8)，在玻璃液積聚池的上部布置有多支輔助熔化燃燒器(10)調(diào)節(jié)玻璃 液(9)溫度，玻璃液積聚池(8)有一段淺池澄清區(qū)(11)，淺池澄清區(qū)(11) 上部無輔助熔化燃燒器(10)，在淺池澄清區(qū)(11)的熔化部與冷卻部(13)之間 有"U"分隔吊頂(12)，冷卻部(13)與玻璃液供料槽(14)相通。
全文摘要
一種玻璃懸浮沸騰熔化方法及設(shè)備，方法玻璃配合料制成直徑10～25mm的球體；其球體通過懸浮沸騰熔化爐，該爐有1600℃以上高溫沸騰段，玻璃配合料在爐內(nèi)高溫火焰與熱氣流共同作用下液化、并長大成液珠落入玻璃液積聚池；然后玻璃液通過澄清排除氣泡。其設(shè)備呈L型，它包括投料器(1)，懸浮沸騰熔化爐(3)，燃燒器(6)，玻璃液積聚池(8)，輔助熔化燃燒器(10)和供料槽(14)；懸浮沸騰熔化爐懸浮沸騰區(qū)域(4)交錯(cuò)布置有多層燃燒器(6)，玻璃液積聚池在熔化爐下部，在玻璃液積聚池上部布輔助熔化燃燒器(10)，玻璃液積聚池有淺池澄清區(qū)(11)，該區(qū)熔化部與冷卻部(13)之間有“U”分隔吊頂(12)，冷卻部與供料槽(14)相通。
文檔編號(hào)C03B5/00GK101407369SQ20081019746
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者峰 何, 宏 李, 湯李纓, 程金樹, 俊 謝, 鄭偉宏, 平 陸 申請人:武漢理工大學(xué)