玻璃熔窯,特別是浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯。
背景技術(shù):
目前,用燃料連續(xù)熔制玻璃液均采用表面加熱的方法。它有著幾個難以克服的缺點:一是熱效率較低,熱損耗嚴(yán)重;二是熔化率較低;三是熔化池燃燒空間的燃?xì)鉁囟雀?、流速大,對窯爐耐火材料侵蝕較快,降低了窯爐使用壽命。為了節(jié)省能源、減少排放和降低成本并提高窯爐使用壽命,國內(nèi)外都在探索更有效的加熱方法代替表面加熱,例如浸沒燃燒和電極加熱。
但是,迄今為止,所謂浸沒燃燒是將氣態(tài)燃料燃燒器從窯底插入窯內(nèi),使燃燒的廢氣以高溫高速直接噴入熔池玻璃液中,攪動著玻璃液,并將大部分熱量傳給玻璃液和配合料,使玻璃料迅速熔化。
這種方法不僅可使燃燒氣體的熱量被玻璃液充分吸收,熱損失小,熔化率高,節(jié)能效果十分顯著(國外介紹浸沒燃燒方法的熔化率可達(dá)9~10噸/平方米·日,每公斤玻璃液熱耗在1000千卡以下)。而且由于高溫氣體翻騰,對玻璃液起攪拌作用,使池內(nèi)的玻璃液更均勻。又由于離開玻璃液的廢氣溫度基本和熔池中表面玻璃液的溫度相同,因而降低了熔窯空間的溫度,延長了窯爐的使用壽命。
浸沒燃燒方法有許多優(yōu)點,因此包括中國在內(nèi)的美、日、法、俄等國都先后進(jìn)行了深入的研究和試驗,但到目前為止均未在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用上獲得成功。
其原因在于,這種傳統(tǒng)浸沒燃燒的方法有著難以解決的問題: 1、澄清問題:在向玻璃液中噴入燃?xì)夂涂諝饣旌衔飼r(燃燒產(chǎn)物),噴嘴的作業(yè)條件比較困難,只有混合氣體耗量大大超過用空氣或蒸汽鼓抱時,熔制才會正常進(jìn)行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻騰,使玻璃液呈泡沫狀,自身的微小氣體夾雜物顯著增多,因此,使玻璃液澄清很困難。 2、燃料問題:在熔體中吸留或夾雜的灰泡成分主要是未參加反應(yīng)的不活潑氣體,也就是燃料燃燒過程中釋放出的氮,如:用天然氣一空氣混合氣體的浸沒燃燒噴嘴所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物中,含氮量超過70%,而一般的燃燒方法則允許在燃燒產(chǎn)物中的含氮量不超過30%,對于平板玻璃,則最好不超過10%(重量)。因此,這也是氣體夾雜物多的主要原因。用純氧燃燒工藝可有效解決上述兩個問題,但帶來的問題是,火焰溫度過高,噴嘴蝕損過快,又無法補償或更換。 3、燃燒器問題:由于燃燒器是浸沒在熔體中的,其質(zhì)量、安放位置以及操作控制都比以往要求嚴(yán)格,否則,一旦燃燒發(fā)生故障,使玻璃液進(jìn)人其內(nèi)固化,則不能繼續(xù)使用。另外,當(dāng)玻璃液達(dá)到一定深度時,噴嘴的沖力不夠,火焰則不進(jìn)玻璃液,而從旁邊耐火材料噴出。秦皇島玻璃研究院在試驗中就遇到過這種情況。縮小噴嘴直徑可解決上述問題,但又會造成燃燒熱量不足的問題。 4、耐火材料問題:由于玻璃液在窯內(nèi)劇烈翻騰,上部結(jié)構(gòu)空間會被飛濺出來的玻璃液所沖刷,一般的硅磚和鉻磚適應(yīng)不了這種熔窯的需要。當(dāng)在池底設(shè)置多個燃燒噴嘴時,也會削弱耐火材料的強度。另外,如在熔液中燃燒天然氣(為供入窯內(nèi)總量的7-10%),會使熱交換大大加強。過多地提高直接在熔窯中燃燒的天然氣量,耐火材料受蝕嚴(yán)重。 5、玻璃液粘度、氣源壓力和流量的波動,對混合氣體壓力和噴速的影響很大,使其難以長期恒定地保持在玻璃液中燃燒,極易造成脫火或回火現(xiàn)象。 6、最為關(guān)鍵的問題是:由于受材料限制,燃燒器(尤其是噴火嘴)極易損耗、壽命較短,而且既無法補償也難以更換。所以盡管經(jīng)過長期的研究和試驗,卻難以投入實際應(yīng)用。而電極加熱存在的問題是:熔化率低;加熱面積有限;電極昂貴并更換困難且易氧化;需先用其它加熱方式將玻璃熔化成液體后,才能夠通電加熱,增加了設(shè)備及工藝成本。因此。目前電極加熱的玻璃電熔窯僅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小規(guī)模產(chǎn)品的生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯,其特征是:在構(gòu)成玻璃熔窯窯底的耐火材料上,密布排列有數(shù)量眾多的通氣孔,它們與外界的輸氣管路相通;燃?xì)夂椭細(xì)夥謩e通過這些通氣孔以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液中;其中燃?xì)鈿饪缀椭細(xì)鈿饪字g相隔一定的間距,使燃?xì)夂椭細(xì)馔ㄟ^各自的管路獨立送入窯內(nèi);燃?xì)夂椭細(xì)庠诓Aб簝?nèi)部上升膨脹過程中相遇并形成半混半燃的過度氣泡,然后繼續(xù)上升,達(dá)到完全混合燃燒,并形成高溫?zé)煔馀荩粡亩鴮崃總鹘o周圍的熔液,達(dá)到熔化和均化物料的目的;在玻璃液體上表面,始終覆蓋有一層待熔的原料配合料層,玻璃液內(nèi)的燃燒煙氣經(jīng)此料層逸出,并通過與料層換熱降溫后排掉;燃燒煙氣中未完全燃燒的燃?xì)猓诓Aб罕砻嬉约霸吓浜狭蠈又杏鲅鯕馊紵?,并給原料配合料加熱;隨著原料配合料層底層不斷熔化,頂層不斷鋪上新料層,熔窯便能夠連續(xù)生產(chǎn)出所需要的玻璃液。
上述構(gòu)成玻璃熔窯窯底的耐火材料為池底大磚和/或鋪設(shè)在池底大磚上面的耐火材料搗打?qū)印?/p>
上述浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯主要分為熔化池和澄清池兩部分,在它們窯底的耐火材料上,均密布排列有數(shù)量眾多的通氣孔;其中,熔化池底的通氣孔鼓入高頻氣泡或射流氣體,從而形成大熱量、高強度燃燒;澄清池底的通氣孔鼓入低頻氣泡,從而形成小熱量、低強度燃燒,并將玻璃液中的微小氣泡澄清。
通過窯底耐火材料通氣孔排布密度和/或出口尺寸及氣壓的不同,在水平面積上將熔化池和澄清池從中心向四周,分別劃分為中心高溫區(qū)、低溫過度區(qū)和環(huán)池壁氣幕保護(hù)區(qū)(參見:熔窯池壁氣幕保護(hù)法,專利申請?zhí)枺?01610088619.1),以加強玻璃液的熱對流,從而達(dá)到使玻璃液均化的目的。
考慮到玻璃液的均化和窯爐的整體穩(wěn)定性,可將熔窯的整體形狀設(shè)計為圓筒形高爐(類似于煉鐵高爐)形狀??蓪t體的外壁設(shè)計為金屬殼體。這種金屬殼體可由許多圓環(huán)形金屬管在高度方向上組合構(gòu)成。在金屬殼體內(nèi)側(cè)設(shè)置有耐火材料層(圖中未畫出)??稍趫A環(huán)形金屬管內(nèi)通入冷卻流體,以保證爐體的使用安全與使用壽命。在高爐頂部設(shè)有投料口和岀煙道;在高爐底部設(shè)有盛液池和流液洞。
上述助燃?xì)饪梢允菈嚎s空氣、富氧或純氧氣體;燃?xì)饪梢允翘烊粴狻⒚簹?、氫氣、液化石油氣等?/p>
上述原料配合料層的厚度控制在燃燒煙氣能夠低壓逸出為宜。
與其它傳統(tǒng)玻璃熔窯相比,這種浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯的有益之處在于:1、窯爐及燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,使用壽命長;2、方法可靠,燃燒完全;3、熔化效率高,熔液均化效果好;4、對耐火材料的侵蝕?。?、高溫?zé)煔庠谌垡汉驮吓浜狭蠈又械膿Q熱時間長,熱利用率高;6、適合于純氧高溫燃燒,不僅可以熔化高熔點物料,而且煙氣量大為減少,利于熔液的澄清;對于節(jié)能減排具有十分重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例之一的剖面原理圖。
圖2是本發(fā)明實施例之二的剖面原理圖。
圖3是本發(fā)明實施例之三俯視示意圖。
圖4是本發(fā)明實施例之4的外觀立體結(jié)構(gòu)圖。
圖5是圖4的立體剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖中1.窯底耐火材料池底大磚,2.耐火材料透氣孔,3. 輸氣管路,4.燃?xì)馀莼蛑細(xì)馀荩?.玻璃液,6. 原料配合料層,7. 窯底耐火材料搗打?qū)樱?. 窯爐池壁,9.熔化池與澄清池上層隔斷,10. 熔化池中心高溫區(qū),11.熔化池低溫過度區(qū),12.熔化池環(huán)池壁氣幕保護(hù)區(qū),13. 澄清池中心高溫區(qū),14. 澄清池低溫過度區(qū),15. 澄清池環(huán)池壁氣幕保護(hù)區(qū),16.投料口,17. 岀煙道,18. 圓環(huán)形金屬管,19.盛液池,20.流液洞。
具體實施方式
圖1、圖2中,在構(gòu)成玻璃熔窯窯底耐火材料池底大磚1或/和窯底耐火材料搗打?qū)?上,密布排列有數(shù)量眾多的通氣孔2,它們與外界的輸氣管路3相通;燃?xì)夂椭細(xì)夥謩e通過這些通氣孔3以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液5中;其中燃?xì)鈿饪缀椭細(xì)鈿饪字g相隔一定的間距,使燃?xì)夂椭細(xì)馔ㄟ^各自的管路獨立送入窯內(nèi);燃?xì)夂椭細(xì)庠诓Aб?內(nèi)部上升膨脹過程中相遇并形成半混半燃的過度氣泡,然后繼續(xù)上升,達(dá)到完全混合燃燒,并形成高溫?zé)煔馀?;從而將熱量傳給周圍的熔液,達(dá)到熔化和均化物料的目的;在玻璃液體7上表面,始終覆蓋有一層待熔的原料配合料層6,玻璃液7內(nèi)的燃燒煙氣經(jīng)此料層逸出,并通過與料層換熱降溫后排掉;燃燒煙氣中未完全燃燒的燃?xì)?,在玻璃?表面以及原料配合料層6中遇氧氣燃燒,并給原料配合料加熱;隨著原料配合料層6底層不斷熔化,頂層不斷鋪上新料層,熔窯便能夠連續(xù)生產(chǎn)出所需要的玻璃液。
圖3中,通過窯底耐火材料池底大磚1或/和窯底耐火材料搗打?qū)?上的通氣孔2,其排布密度和/或出口尺寸及氣壓的不同,在水平面積上將熔化池和澄清池從中心向四周,分別劃分為熔化池中心高溫區(qū)10,熔化池低溫過度區(qū)11,熔化池環(huán)池壁氣幕保護(hù)區(qū)12,澄清池中心高溫區(qū)13,澄清池低溫過度區(qū)14, 澄清池環(huán)池壁氣幕保護(hù)區(qū)15,以加強玻璃液的熱對流,從而達(dá)到使玻璃液均化的目的。
圖4、圖5中,考慮到玻璃液的均化和窯爐的整體穩(wěn)定性,將熔窯的整體形狀設(shè)計為圓筒形高爐(類似于煉鐵高爐)形狀。將爐體的外壁設(shè)計為金屬殼體。這種金屬殼體可由許多圓環(huán)形金屬管18在高度方向上組合構(gòu)成。在金屬殼體內(nèi)側(cè)設(shè)置有耐火材料層(圖中未畫出)。可在圓環(huán)形金屬管18內(nèi)通入冷卻流體,以保證爐體的使用安全與使用壽命。在高爐頂部設(shè)有投料口16和岀煙道17;在高爐底部設(shè)有盛液池19和流液洞20。