專利名稱：玻璃熔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熔化玻璃的燃燒方法，以及主要涉及一種用于執(zhí) 行該方法的玻璃熔爐，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用到其它類型的高溫熔爐上。
背景技術(shù)：
大多數(shù)種類的玻璃，特別是平板玻璃和容器玻璃，通過在每天或每個 單元生產(chǎn)數(shù)噸到數(shù)百公噸玻璃的大型熔化爐中熔化原料制成。在這樣的熔 爐中使用的燃料通常為天然氣或燃油，盡管也可以使用其它燃料。某些熔
爐還使用電力來提高產(chǎn)量(電助熔)。高溫熔爐(典型地為150(TC,但有 時更高)對于所述熔化是必需的。最理想的爐溫條件通過預(yù)熱燃燒空氣(典 型地達(dá)到1000。C，但有時更高)獲得。用于預(yù)熱燃燒空氣所需的熱量通過 廢氣進(jìn)行傳導(dǎo)，這通常通過可逆換熱器獲致。該方法使人能夠獲得與高熔 化率相結(jié)合的高水平的熱效率?，F(xiàn)有的幾種形式的熔化爐，包括
橫焰爐在這些熔爐中，具有通常大于701112的熔化表面面積，并且操 作時大約每20-30分鐘火焰的方向反轉(zhuǎn)一次，廢氣中蘊(yùn)含的熱量在由成堆 的耐火磚制成的換熱器中被回收。冷的燃燒空氣在其經(jīng)過所述換熱器期間 被預(yù)熱(上升的空氣)，同時離開熔爐的熱的廢氣被用于再熱其它的換熱 器(下降的廢氣)。這些每天產(chǎn)量有時超過600噸并且用作生產(chǎn)平板玻璃 和容器玻璃的熔爐，耗能巨大。橫焰爐操作的圖解在圖1中被呈現(xiàn)。
端焰爐在這些熔爐中，所述火焰(有時稱作馬蹄形火焰)形成圈形。 這些熔爐操作時通過堆棧形成的換熱器回收廢氣的熱量并將之傳導(dǎo)給燃燒 空氣。此種類型的熔爐操作的圖解在圖2中被呈現(xiàn)。
燃料被噴射進(jìn)熔爐中并進(jìn)入或接近離開換熱器的氣流。燃燒器(或火 口 )被設(shè)計成能產(chǎn)生具有好的輻射質(zhì)量的高溫火焰以便獲得高效的熱傳導(dǎo)。配制燃燒物/燃料混合物存在一定數(shù)量的可選方案。這些工藝的名稱反映出
所述燃料是如何被引入的。最經(jīng)常碰到的結(jié)構(gòu)如下
"下口"在氣流之下，
"上口"在氣流之上，
"側(cè)口"在氣流旁邊，
"通口"穿過氣流。 從這些不同的噴射方式中進(jìn)行選擇以便得到氣流和使用的熔化爐的配 置的合適結(jié)果，并且作為與燃料供應(yīng)(例如被供給天然氣的熔爐的合適 的氣壓)或燃料特性相聯(lián)系的約束函數(shù)。
盡管就熔爐操作而言這樣的燃燒方法是高效率的，但是它們帶來諸如 產(chǎn)生大量的作為最嚴(yán)格控制的空氣污染物之一的氮氧化物(接下來稱 NOx)的不利影響。在絕大多數(shù)工業(yè)化國家，對大產(chǎn)能玻璃制造熔爐施加 限制(就濃度和流速而言)以減少NOx的排放。此外，管制每年都變得更 為嚴(yán)厲。
如同在玻璃熔爐中一樣，在高溫熔爐中，NOx生成的主要途徑是"熱 力，，途徑，在該途徑中，所述NOx在熔爐的火焰溫度高于1600。C的區(qū)域中 生成。超出該閾值，NOx的生成隨著火焰溫度呈指數(shù)形式增大。不幸的是， 通常使用于熔爐中的諸如那些先前提及的用于產(chǎn)生高輻射火焰的燃燒工藝 導(dǎo)致很高的火焰溫度(具有高于2000°C的最高點)并且?guī)砩蒒Ox排放 的后果遠(yuǎn)高于那些世界上眾多國家能夠接受的后果。
此外，由于實質(zhì)上火焰周圍的燃燒產(chǎn)物在將其熱量釋放給玻璃熔池時 逐漸冷卻，因此傳統(tǒng)燃燒方法的 一個后果在于在熔爐的容積的主要部分中 幾乎沒有燃燒熱的釋放。
隨著時間的過去，廢氣在將熱量傳導(dǎo)給玻璃熔池時變得效率很低。如 果能找出 一種提高仍然處在熔化腔室中的燃燒產(chǎn)物溫度的方法的話，將能 夠提高從火焰向所述玻璃熔池的經(jīng)由輻射的熱傳導(dǎo)。
現(xiàn)有的幾種工藝能夠減少回?zé)崾饺蹱t的NOx排放。在這些工藝中，可 以分為初級工藝(其中減少發(fā)生在燃燒期間)、次級工藝(其中減少通過 處理熔爐出口的燃燒產(chǎn)物而發(fā)生)以及中間工藝，在該中間工藝中處理發(fā)生在熔化腔室的出口到換熱器的區(qū)域(皮爾金頓3R步驟或重新燃燒)。 可以采用的工藝如下
-初級工藝一 "低NOx，，燃燒器在市場上有幾種形式的"低NOx，，燃 燒器，也就是說即使單獨使用時也能減少NOx排放的燃燒器。然而，他們 的實施并不總能獲致與歐洲標(biāo)準(zhǔn)或者那些在全世界其他國家有效的標(biāo)準(zhǔn)一 致的必需的減少水平。更特別地，以下形式的燃燒器會遇到
雙脈沖燃燒器一這些燃燒器在火焰的頂部產(chǎn)生低的氣體流速以便降低 生成大多數(shù)NOx的區(qū)域中的火焰溫度。所述燃燒器還可以提高火焰的發(fā)光 度，這通過提高向所述玻璃熔池的輻射熱傳遞促進(jìn)了火焰前面的溫度的降 低。
包封氣體噴射或"籠罩氣體噴射" 一使用該工藝，氣態(tài)燃料在"下口" 燃燒器上方以低速噴射，以便阻擋燃燒物流以及推遲來自"下口"燃燒器 高速氣體與所述氣流之間的混合，因而降低火焰頂部的溫度。
超低速氣體噴射一用以水循環(huán)冷卻的特殊燃燒器以非常低的速度(低 于3m/s)噴射燃料氣體被采用，以便使火焰的局部溫度最小化以及提高其 發(fā)光度。此種類型的燃燒器在減少NOx方面的效率強(qiáng)烈地依賴于熔爐的設(shè) 計。
初級方法一分階段該工藝使用傳統(tǒng)的燃燒器通過氣流來噴射燃料并 減少燃燒空氣的流量，目的是為過量燃料創(chuàng)造條件以及將余下的燃燒物引 入熔爐的其它位置以便完成燃料的氧化。雖然這種工藝能夠顯著減少NOx 排放，但是由于其需要純氧或用于在超過100(TC的溫度下以獲得熱效率而 引導(dǎo)空氣的導(dǎo)管，因此，該工藝執(zhí)行困難，并且昂貴。(冷空氣中的燃燒 物的分階段將導(dǎo)致能效減低)該分階段工藝的例子如下
空氣分階段使用沿廢氣方向朝向燃燒腔室噴射的噴射器，將來自換 熱器的熱燃燒空氣分流，以便實現(xiàn)充分燃燒。該方法需要使用熱絕緣導(dǎo)管 和冷空氣來定向噴射器，由此損失熱效率。該技術(shù)僅在端焰爐上有所使用， 并且主要在德國。
富氧空氣分階段或OEAS(用于富氧空氣分階段)進(jìn)入氣流的燃燒空氣 使用用于完全燃燒的不充分的流量被引導(dǎo)，以便創(chuàng)造亞化學(xué)計量條件，且純氧或富氧空氣在熔爐的后部朝向廢氣流噴射，以便在熔爐的回流區(qū)域完
成燃燒。OEAS噴射器一般被安裝在與燃燒器相分離的下口位置。該技術(shù) 已經(jīng)被成功應(yīng)用在端焰爐和橫焰爐上，并且主要在美國。
在所述各種分期技術(shù)中，專利WO 97/36134批露了一種具有線形燃燒 器的裝置。該裝置使得在氣流中將燃料分階段成為可能。供給到熔爐的燃 料被分為兩部分，并且一部分被向燃燒器的上游噴射，直接進(jìn)入到熱燃燒 空氣中。該方法不像本發(fā)明那樣，采用直接進(jìn)入燃燒腔室中的燃料噴射。 但該工藝采用始終與空氣噴射相伴的燃料噴射。
初級方法一多操作條件
該技術(shù)通過將額外的燃料噴射進(jìn)燃燒腔室中來減少NOx排放，以便在 燃燒腔室中創(chuàng)造"還原氣氛"。該還原氣氛將火焰中形成的NOx轉(zhuǎn)化成氮 和氧。在該工藝中，在高溫火焰前面產(chǎn)生的NOx在第二步驟中得以減少。
效果上，例如，如文件JP A 08208240示出的那樣，由位于支撐燃燒器 的壁上、位于側(cè)壁上或面對燃燒器的噴射器引導(dǎo)的額外的燃料，被加入到 供給一個燃燒器或多個燃燒器的初始燃料中。然而，依據(jù)該方法，在使得 燃燒腔室中相當(dāng)量的NOx減少成為可能的同時，有必要在從燃燒腔室退出 之后提供額外的燃燒氣體。該方法不僅需要消耗額外的燃料，而且，該額 外的燃料不在燃燒腔室中燃燒，并因此并未參與到玻璃的熔化當(dāng)中。
該過程為減少NOx而過度消耗燃料，并且其應(yīng)用會導(dǎo)致再生換熱器中 的溫度上升，并且遲早會導(dǎo)致再生換熱器的性能衰減。
次級方法一廢氣處理所述NOx的大部分通過使用化學(xué)還原過程，在 熔爐的出口處進(jìn)行處理。這樣的過程需要使用諸如含有燃燒殘留物的氨或 碳?xì)浠衔锏氖褂没虿皇褂么呋瘎┑倪€原媒介。盡管能夠達(dá)到由法規(guī)所設(shè) 定的NOx的還原水平，但這些工藝安裝和操作非常昂貴，在使用碳?xì)浠?物的工藝比如之后將要解釋的3R工藝或體系的情況下，可觀察到燃料消耗 增長5-15%。該工藝的例子將在以下給出
3R工藝(再生換熱器中的反應(yīng)過程和還原過程；Pilkington公司的專 利工藝)一一在該工藝中，氣體被噴射到腔室頂部，以便消耗任何過量的 空氣，并在位于熔爐出口的換熱器中產(chǎn)生還原條件，結(jié)果是NOx轉(zhuǎn)化成氮和氧。由于必須使用過量的氣體，其在空氣被吸入或噴射的換熱器的下部 被消耗。產(chǎn)生的額外熱量通常由鍋爐回收。為了使3R系統(tǒng)必需的氣體量最 小化，通常以最低可能的過量氣體操作熔爐。該技術(shù)能夠獲得目前法規(guī)所
設(shè)定的NOx的還原水平，甚至能夠超過這些水平。通常，實施3R工藝需 要消耗掉熔爐全部燃料消耗的5-15%。所述換熱器中的還原氣氛通常是導(dǎo) 致組成換熱器的耐火材料出現(xiàn)問題的原因。
選擇性催化還原或SCR ( Selective Catalytic Reduction)——該方法使 用鉑催化劑來催化NOx與氨或尿素的反應(yīng)，以將NOx還原成N2和水。該 過程必須在特定的溫度下進(jìn)行，并且需要對氨的精確控制，以避免意外的 產(chǎn)生污染的排放物。由于這種反應(yīng)在表面進(jìn)行，因此，需要具有大表面面 積的催化劑，涉及相對大的設(shè)備。該化學(xué)過程相對較為復(fù)雜，并且在控制 和維護(hù)方面，要求苛刻。雖然可以獲得較高的NOx還原水平，然而，存在 由來自玻璃熔爐的帶有顆粒的廢氣對催化劑的污染引起堵塞和腐蝕的問 題。在一定長度的時間后，必須以相當(dāng)高的成本來更換催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因而是提供一種工藝以及設(shè)備，使得克服所有上述缺陷 成為可能。
尤其是，本發(fā)明必須在增加熔爐內(nèi)所圍繞的廢氣的溫度的同時(在這 些區(qū)域所產(chǎn)生的NOx排放非常低)，使得減少NOx排放成為可能。此外， 本發(fā)明必須使得維持或者甚至是提高向玻璃熔池的熱傳遞以及熔爐的產(chǎn)量 成為可能。
本發(fā)明的目的是獲得一種用于熔化玻璃的燃燒工藝，根據(jù)該工藝，具 有同樣特性或不同特性的兩種燃料，被引入到熔化腔室的彼此具有一定距 離的兩個位置，以便為了限制NOx排放的目的來配置熔化腔室中的燃料， 同時燃燒空氣僅在兩個位置中的一個處供給。
本發(fā)明的目的還在于獲得一種玻璃熔化爐，該玻璃熔化爐具有用以接 收行將熔化的玻璃并且容納熔化玻璃的熔池的罐，所述罐具有位于玻璃上 方的，分別形成前壁、后壁、側(cè)壁、頂部并且構(gòu)成熔化腔室也叫燃燒腔室的壁、以及至少一個比如位于換熱器出口處的熱燃燒空氣進(jìn)口 (燃燒空氣 進(jìn)口也被稱為"氣流")、至少一個用于熱廢氣的出口 、以及至少一個用 于將第一燃料引入熔化腔室中的燃燒器。
根據(jù)本發(fā)明，此外，熔化腔室還至少具有一個用于將第二燃料噴射進(jìn) 所述熔化腔室的一區(qū)域中的一個噴射器，該區(qū)域與燃燒器具有一定距離， 并且介于蓋體和一水平面之間，該水平面設(shè)置在高于或等于穿過熱燃燒空 氣進(jìn)口的下邊沿的水平面高度的位置，所述噴射器可以相對于燃燒器根據(jù) 流量以互補(bǔ)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣，使得由噴射器和燃燒器所使用的第一 和第二燃料的噴射總量達(dá)到100%成為可能，而不管第一和第二燃料是否具 有相同或者不同特性。有利地，所述限定第二燃料的噴射區(qū)域界限的水平 面位于蓋體和與玻璃熔池的距離大于或等于熔化腔室中的氣流的高度的水 平面之間。
第二燃料在任何情況下都不被直接噴射進(jìn)熱燃燒空氣中。 根據(jù)為前述段落所選用的語言，在目前的整個文本中，術(shù)語"燃燒器"
專門指用于噴射和燃燒第一燃料的裝置，而術(shù)語"噴射器"專門指用于噴
射和燃燒第二燃料的裝置。
傳統(tǒng)上，尤其是當(dāng)想到現(xiàn)行的可以被改裝以在其中實施本發(fā)明的熔爐，
所述燃燒器也可以被稱作"燃燒器，，，以及所述噴射器于是將不得不被稱
為"輔助燃燒器，，。然而，這樣的用語將會損害目前的文本，并成為錯誤
的來源。
同樣，在根據(jù)本發(fā)明對熔爐的描述中以及在對那些燃燒器位于設(shè)定的 壁上或只有一個燃燒器的其他熔爐的描述中，前壁支撐一個燃燒器或多個 燃燒器組，后壁為相反的壁，以及側(cè)壁為另外兩個壁。在熔爐具有非矩形 底座的情況下，目前的限定以類似的方式應(yīng)用于相應(yīng)的壁部分。
并且，根據(jù)本發(fā)明的熔化爐中燃燒器或噴射器的數(shù)量的任何表示純粹 是作為例子，并且決不假定為這樣的熔爐的一個特定實施例。實際上，當(dāng) 根據(jù)本發(fā)明的熔爐具有單個燃燒器和單個噴射器時，如同其具有幾個燃燒 器和幾個噴射器時一樣，本發(fā)明的原則同樣有效，并不一定要具有相同數(shù) 量的燃燒器和噴射器。根據(jù)本發(fā)明，目前應(yīng)用于傳統(tǒng)熔爐上的燃燒器得以保留。所述燃燒器 由一個或多個噴射器予以補(bǔ)充，使得或者另一種燃料或者燃燒器引入的相 同燃料的小部分引入到熔化腔室中的一個或多個與燃燒器具有一定距離的 區(qū)域中成為可能。相對于額外噴射而言，該噴射器有時被稱為輔助物，比 如，在燃燒之后，由于目的不是增加燃料數(shù)量或流速，而是為了更好地分 配或散布對于行將熔化的玻璃的數(shù)量和類型來說必需的燃料數(shù)量并由此獲 得向行將熔化的玻璃的更好的熱傳導(dǎo)，而與此同時減少NOx排放。
本發(fā)明的這種安排在第 一和第二燃料具有相同特性時，如同它們具有 不同特性時一樣，是有效的，而且，本發(fā)明的安排為調(diào)整以上所示的噴射 器的流速的所謂的"補(bǔ)充"方法打下了基礎(chǔ)。
實際上，第二燃料的流速作為第一燃料的流速的函數(shù)進(jìn)行變化，這樣， 當(dāng)燃燒器沒有將熔化玻璃所必需的所有燃料都引入時，剩下的燃料由設(shè)置 在與該燃燒器具有一定距離的一個(或多個)噴射器引入，并且如果必要 噴射器之間也具有一定距離，所述噴射器位于第二燃料將最初與可循環(huán)的 燃燒產(chǎn)物混合的地帶或區(qū)域中，也就是說，所述燃燒產(chǎn)物來自一個或多個 燃燒器并因此在與未被一個或多個燃燒器的火焰消耗的熱燃燒空氣接觸點 燃之前具有低的氧氣含量。
請?zhí)貏e注意，在根據(jù)本發(fā)明的熔爐中，由于沒有后期燃燒，因此也沒 有用于第二燃料的燃燒的第二空氣進(jìn)口。
通常地，為了獲得NOx排放的降低，燃燒器在過量空氣下操作，也就 是說將允許燃燒器引入比燃燒空氣的流速更少的第一燃料。就化學(xué)計量條 件下火焰應(yīng)有的溫度而言，這降低了燃燒器的火焰溫度，并由此降低了 NOx 排放。
在我們的發(fā)明的情況下，當(dāng)?shù)谝蝗剂媳蝗紵龝r，燃燒產(chǎn)物充滿燃燒腔 室且因此出現(xiàn)在噴射器被放置以引入第二燃料的一個或所有位置。在第二 燃料的引入期間，其被第一燃料的燃燒產(chǎn)物第一次稀釋并且接下來隨著未 被第 一 燃料的燃燒而消耗的燃燒空氣的到達(dá)而點燃。
關(guān)于噴射器"有距離的"設(shè)置，所述區(qū)域(用于配置噴射器)離一個 或多個燃燒器的距離有賴于例如熔爐的幾何數(shù)據(jù)并由此有賴于廢氣到達(dá)噴射器所用的時間噴射器必須離燃燒器足夠遠(yuǎn)以在來自第一燃料的燃燒的
未被消耗的燃燒空氣到達(dá)且點燃第二燃料之前允許廢氣到達(dá)噴射器并與第 二燃料混合。
與根據(jù)本發(fā)明的玻璃熔爐的燃燒器有關(guān)的一個或更多個噴射器的設(shè)置 導(dǎo)致引入這些地帶或區(qū)域的燃料的使在這些燃料富集區(qū)域的廢氣的溫度升 高的逐步的燃燒，同時導(dǎo)致向玻璃熔池的熱傳遞的提高。
本發(fā)明的目的還可以由操作這樣一種玻璃熔爐的方法來達(dá)到，該種玻 璃熔爐具有接收行將熔化的玻璃并容納熔化玻璃的熔池的熔化罐，該熔化 罐具有在玻璃之上的，形成熔化腔室的壁、至少一個熱燃燒空氣進(jìn)口、至
少一個熱廢氣出口以及至少一個燃燒器和至少一個噴射器用于分別將第一 燃料和第二燃料噴射進(jìn)所述腔室中。
根據(jù)該方法，具有相同特性或不同特性的第 一燃料和第二燃料通過燃 燒器和噴射器被噴射進(jìn)熔爐中，噴射器被配置在不同于燃燒器被定位于其 上的壁的壁上且與一個或多個燃燒器間具有一定距離，且燃燒器和噴射器
以互補(bǔ)的方式被調(diào)節(jié)由此由噴射器(4)和燃燒器(1)使用的第一和第二
燃料的總量與熔爐上正常使用的總流量的絕大部分相當(dāng)，而不管第一和第 二燃料是否屬于相同的特性或不同的特性。
作為第二燃料被引入的燃料的小部分，或者不同于第一燃料的第二燃
使用該技術(shù)，據(jù)此第一燃料和就燃燒空氣的化學(xué)計量流量而言的過量 空氣一起被引入熔爐，由于由噴射器引入的燃料的小部分不再向燃燒器供 給，在高溫火焰面前燃燒的燃料份額被減少，因此通過熱力途徑產(chǎn)生更少
的NOx。
沒被燃燒器使用的燃燒空氣依然適合于由噴射器引入的第二燃料的燃燒。
同樣可能的是，被引入熔爐的所述區(qū)域中的具有高溫但是具有減少了 的氧氣含量的燃料將會裂解以便產(chǎn)生煙塵，由此提高了從這些區(qū)域向玻璃 溶池的熱傳遞。
潛在的噴射點可以位于熔爐的側(cè)后壁上以及位于形成蓋體的壁上。在某些情形下，即在傳統(tǒng)的矩形形狀的玻璃熔爐的情形下，蓋體的中心為對 稱的橫線或相對于由燃燒器火焰給出的參照方向為蓋體的對稱的縱線。所 述中心可以顯著有利于第二燃料的噴射，因為通過選擇該位置有可能將對 于實施本發(fā)明來說是必需的噴射器的數(shù)目減少兩個。
對來自噴射器噴射的方向以及這些噴射的速度的噴射點的選擇對于該 燃燒技術(shù)的成功實施是關(guān)鍵的。最合適的位置以及噴射器的幾何形狀必須 與每個熔爐相匹配。
第二燃料引入的速度和方向?qū)?zhí)行本發(fā)明的各種設(shè)置所獲得的結(jié)果有 影響。然而，這兩個特征在設(shè)計該裝置期間被設(shè)定。在設(shè)定噴射器的位置 或它們的幾何形狀上的錯誤不僅損害本燃燒技術(shù)的效率而且導(dǎo)致熔爐產(chǎn)量 的降低以及導(dǎo)致耐火材料的換熱器溫度的升高。在極端的情形下，可能會 發(fā)生提前停爐。
不僅噴射器的最有利的位置和燃料噴射的方向和速度，而且有關(guān)噴射 器幾何形狀的具有不利于生產(chǎn)的風(fēng)險的明顯跡象，通過對由計算和試驗獲 得的模型的使用被有利地設(shè)定。這樣的模型基于物理和數(shù)學(xué)模擬技術(shù)的結(jié) 合且考慮每種燃料的結(jié)構(gòu)所帶來的技術(shù)約束。采用模擬所建議的最有利的
生的NOx排放明顯更低，并且不會以降低熔爐產(chǎn)量作為代價。輔助燃料比 率被調(diào)節(jié)以在熔爐效率和NOx排放水平之間獲得折衷。通過預(yù)測腔室內(nèi)的
任何冷節(jié)成為可能。應(yīng)該特別注意以避免
堿性物質(zhì)在熔爐的蓋體或壁上的凝結(jié)(耐火材料的磨損和脫落)， 碳?xì)浠衔镌谌蹱t內(nèi)壁上的凝結(jié)，
以及由于向玻璃的組分中加入了碳使得玻璃的特性改變。 通過模擬有可能使普通技術(shù)人員選出切合實際的位置。 例如，對于橫焰爐，該種模型有可能確定位于蓋體和對于燃燒器而言 的所述中心之間的噴射位置，以作為對于意圖減少NOx排放來說最有利的 位置之一 ，以及可以作為排放水平限制的函數(shù)進(jìn)行變化的第二燃料噴射比 率，該第二燃料噴射比率是該燃燒器需要達(dá)到的。蓋體中的對稱噴射相對于橫向噴射的重大好處是對于左側(cè)的火焰和右側(cè)的火焰使用相同的噴射器。
配備有噴射器的燃燒器的數(shù)量可以作為獲得的熔爐NOx減少的總水平 的函數(shù)進(jìn)行變化。
關(guān)于端焰爐，其具有位于熔化和精煉腔室的一端的兩個口部、以及兩 個密封的再生換熱器，每個再生換熱器各自與口部相連。位于蓋體中的輔 助噴射，就像壁上的噴射，優(yōu)選地應(yīng)該發(fā)生在位于蓋體和一水平面之間的 區(qū)域中，該區(qū)域離玻璃熔池的距離大于或等于所述氣流的最小高度。
所述噴射應(yīng)該對稱或者不對稱地發(fā)生在熔爐的兩個側(cè)邊上。由于端焰 爐各不相同，這主要緣于熔爐的寬/長比，因此噴射點的定位最優(yōu)地通過使 用模型來進(jìn)行。
因此，建議實施這里改進(jìn)了的輔助燃燒技術(shù)同時加上熔爐上已經(jīng)應(yīng)用 的燃燒技術(shù)。這通過調(diào)節(jié)噴射器和燃燒器間的燃料流量進(jìn)行實施，以便對 考慮中的每個裝置在NOx減少、玻璃特性、以及合適的熱效率間產(chǎn)生平衡。
能夠在獲致NOx減少的同時保持甚或提高熱傳遞的根據(jù)本發(fā)明的熔爐 的一個實施例，將被進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的方法還使得該新穎的燃燒技術(shù)的逐步的實施成為可能，由此 降低或消除了由于對熔爐的損壞導(dǎo)致的生產(chǎn)損失的風(fēng)險。最后，該方法允 許操作者隨時回復(fù)到其最初的燃燒形態(tài)。
盡管已被改進(jìn)用于再生玻璃熔爐，本發(fā)明的所述輔助燃燒技術(shù)還可以 用于其它類型的玻璃熔爐上(例如單元窯熔爐或同流換熱器爐)，以及不 同于玻璃熔爐的熔爐上。
盡管按照預(yù)期，由輔助途徑噴射的燃料為用在被供給天然氣或燃油的 熔爐中的天然氣，并不排除各種燃料諸如沼氣、氫氣、LPG以及燃油的使 用。
因此，本發(fā)明同等地涉及以下單獨考慮的特點或者任何可能的技術(shù)組
合
噴射器或每個噴射器被設(shè)置在介于蓋體和水平面之間的區(qū)域內(nèi)，該水 平面離玻璃熔池的距離大于或等于氣流的最小高度；噴射器或每個噴射器可以根據(jù)流速被調(diào)節(jié)，以便使用噴射器和燃燒器
噴射的燃料的總量有可能達(dá)到100%;
至少一部分噴射器被設(shè)置在熔爐的蓋體上；
至少一部分噴射器被設(shè)置在熔爐的側(cè)壁上；
至少一部分噴射器被設(shè)置在熔爐的后壁上；
至少一部分噴射器被設(shè)置在熔爐的定位有燃燒器的壁上；
噴射器被定向在與熔爐燃燒器的火焰的主方向相反的方向上；
噴射器被定向在與熔爐燃燒器的火焰的方向至少大致相同的方向上；
噴射器被定向在與熔爐燃燒器的火焰大致垂直的方向上；
噴射器被定向在與熔爐燃燒器的火焰大致成橫置的方向上；
第一燃料和第二燃料具有相同的特性；
第 一燃料和第二燃料具有不同的特性。
噴射器可以被安裝有旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(渦旋式噴嘴)，使其獨立于第二燃料 的流速來控制火焰的形狀成為可能，這樣，在不影響玻璃熔池的前提下有 可能使得用噴射器和燃燒器噴射的燃料的總量達(dá)到100%。
噴射器可以安裝有一種裝置，該裝置使得獨立于第二燃料的流速來調(diào) 節(jié)燃料的沖量(雙沖量)成為可能，這樣，在不影響玻璃熔池的前提下有 可能使得用噴射器和燃燒器噴射的燃料的總量達(dá)到100%。
噴射器可以具有非環(huán)形形狀或可以具有多噴射口以便在不影響玻璃熔 池的前提下調(diào)節(jié)火焰的形狀。
在根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)了的熔爐中，通過使用已經(jīng)應(yīng)用在熔爐上的燃燒
物中含有的氮氧化物。所述噴射根據(jù)位于熔爐上的最理想的位置上的 一 個 或多個噴射口進(jìn)行。所述最理想的位置通過使用基于數(shù)字模擬的方法被限 定，該方法可以與或不與通過模仿熔爐的流量的代表物相結(jié)合。噴射的平 面可以與玻璃熔池的表面相平行、垂直或成橫置。本發(fā)明可以應(yīng)用于在玻 璃熔爐中通過初級方法減少氮氧化物的領(lǐng)域。
本發(fā)明使得以下成為可能
減少NOx排方文，降低或消除后續(xù)處理的成本， 提高熔爐產(chǎn)量，和
在提高熔爐產(chǎn)量的同時減少NOx排放。 再者，本發(fā)明
能夠不限定供應(yīng)給燃燒器的燃料而得以應(yīng)用，
可以使用供應(yīng)給噴射器的這樣的一種燃料而得以應(yīng)用，該種燃料與供 應(yīng)給熔爐的燃燒器的燃料具有不同的特性，如果有必要噴射器的類型適合 于選定的燃料，
可以使用供應(yīng)給噴射器的這樣一種燃料，該種燃料與供應(yīng)給熔爐的燃 燒器的燃料具有相同的特性，使用該種燃料于是使得噴射器的類型與燃燒 器的類型就它們對燃料的適合性而言相一致成為可能，
在燃燒腔室也稱熔化腔室中直接被執(zhí)行，
使得在已經(jīng)裝備熔爐的主燃燒器與噴射器以這樣一種方法分配燃料 使得NOx的排放的降低與每臺特定熔爐的適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量結(jié)合起來，
可以使用由噴射器進(jìn)行的噴射，該噴射為由燃燒器噴射的燃料的小部 分，然而
可以無妨由噴射器使用所有的燃料。
所述輔助噴射
不直接在氣流中執(zhí)行，
可以從蓋體(roof)處被執(zhí)行，
可以從位于熔爐的前面或后面的壁處被執(zhí)行，
可以從側(cè)壁處被4丸行，
使用噴射的位置以及角度和速度，這些參數(shù)通過使用意欲改造的熔爐 的建模的參數(shù)研究被設(shè)定，
可以使用從燃燒器噴射的相同燃料或不同燃料被執(zhí)行，
可以使用天然氣被執(zhí)行，
可以使用LPG被執(zhí)行，
可以4吏用燃油禍j丸4亍，
可以使用焦?fàn)t煤氣被執(zhí)行，可以使用高爐氣被執(zhí)行，
可以使用重整氣被執(zhí)行，
可以使用沼氣被執(zhí)行，
可以使用氫氣被執(zhí)行，
可以使用任何其它燃料。


本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將從此后根據(jù)本發(fā)明的熔爐的實施例的描述 中得以呈現(xiàn)。該描述參照附圖給出，其中
圖1和圖2示出在本發(fā)明以前使用的兩種類型的熔爐；
圖3以表示輔助噴射區(qū)域的橫向節(jié)的形式示出根據(jù)本發(fā)明的橫焰熔
爐；
圖4以圖表的形式示出作為燃燒器與相關(guān)聯(lián)的噴射器之間的權(quán)重分配 函數(shù)的NOX的水平；
圖5以表示輔助噴射區(qū)域例子的垂直剖面的形式示出根據(jù)本發(fā)明的熔 爐的圖解視圖6以圖表的形式示出使用和不使用本發(fā)明的熔爐中得到的NOx和 CO的水平的對比；
圖7以圖表的形式示出使用和不使用本發(fā)明的熔爐中得到的溫度水 平；和
圖8以圖表的形式示出使用和不使用本發(fā)明的熔爐中得到的熱傳遞的 對比。
具體實施例方式
圖1和圖2中的每一個非常概略地示出被稱作橫焰蓄熱式加熱爐和端 焰爐的傳統(tǒng)上使用的兩種類型的玻璃熔爐。兩種類型的熔爐具有由四個壁 限定出的矩形底座，其中沿熔爐的縱向方向延伸的兩個壁在本案中稱作側(cè) 壁且其中的另外兩個稱作橫壁。在頂部，兩個熔爐通過蓋體限定。
在橫焰蓄熱式加熱爐中(圖1)，燃燒器1設(shè)置在側(cè)壁2中并且交替地在兩側(cè)運(yùn)行，每側(cè)大約20-30分鐘。冷燃燒空氣A在兩個熱交換器R中 被預(yù)熱，也就是根據(jù)燃燒器工作的節(jié)拍的交替方式，在兩個熱交換器中靠 近正在工作的燃燒器的一個熱交換器中被預(yù)熱。產(chǎn)生的廢氣F接下來在兩 個熱交換器中遠(yuǎn)離正在工作的燃燒器的 一個熱交換器中被預(yù)熱。
在端焰玻璃熔爐(圖2)中，其中熔爐的長度不比其寬度大很多，燃 燒器1設(shè)置在橫壁3上。每個燃燒器1的火焰范圍滿足這樣的條件，即在 相對的橫壁的影響下，每個火焰的端部形成環(huán)狀。冷燃燒空氣在作為熱燃 燒空氣AC向燃燒器定向之前被具有幾個腔室的交換器R的一部分中被預(yù) 熱。產(chǎn)生的廢氣接下來向另一個交換器定向供給以便對其進(jìn)行預(yù)熱。 在兩個熔爐中，火焰被定向成大致平行于玻璃熔池B的表面。 圖4以圖表的形式示出獲得的作為燃燒器1和噴射器4之間的權(quán)重分 配函數(shù)的NOx水平，該結(jié)果來自半工業(yè)試驗爐(或試驗室)。應(yīng)該特別注 意的是NOx的排放水平隨著通過第二噴射器噴射的燃料的份額的增加而降 低。
圖5再次示出圖2中的端焰爐，但是該情形下示出了區(qū)域IN,根據(jù)本 發(fā)明第二燃料噴射必須發(fā)生于火焰之上的限定空間內(nèi)，即介于蓋體V和 水平面P之間，該水平面P離玻璃熔池的距離大于或等于氣流VA的最小 高度。也就是說，所述限定空間位于熔化腔室中的一個區(qū)域內(nèi)，該熔化腔 室遠(yuǎn)離燃燒器，位于蓋體和水平面P之間，該水平面P高于或者等于穿過 熱燃燒空氣進(jìn)口的水平面。
輔助噴射是有益的，但沒有必要對稱地發(fā)生在熔爐的兩側(cè)。
如圖3中圖解示出的那樣，根據(jù)在噴射器4的數(shù)量方面非常經(jīng)濟(jì)的實 施例，噴射器被設(shè)置在一個區(qū)域中，該區(qū)域至少大致與相對于設(shè)置在熔爐 側(cè)壁中并且以交替或同時的方式工作的燃燒器而言的中央?yún)^(qū)域相對應(yīng)。
在該視圖中，還可以看到冷燃燒空氣A的引入，其通道穿過熱交換器 R以便在進(jìn)入熔化罐或熔化腔室L之前被預(yù)熱；以及熱的廢氣從熔化腔室 中離開，且在離開熔爐之前它們通過熱交換器。以及特別是可以看到噴射 器設(shè)置的一個例子?；叵胍幌拢總€噴射器的精確位置通過依據(jù)模擬計算 和試驗的結(jié)合予以確定，該模擬計算和試驗針對安裝有該種噴射器的特定的熔爐進(jìn)行。
關(guān)于這種熔爐的試驗已被做過用1.03MW的與燃燒器成10°角噴射 的小爐下口燃燒器的單位功率、1.1的空氣過剩系數(shù)、1000°C的預(yù)熱溫度 以及1500。C的熔爐溫度。所述結(jié)果呈現(xiàn)在圖4、 6、 7和8中。
圖6以圖表的形式示出在燃燒器與一個或更多分派的噴射器之間的不 同權(quán)重分配且具有8°/。的氧時CO和NOx的水平，所述一個或多個噴射器 設(shè)置在熔爐的蓋體中。
圖7以圖表的形式示出熔爐實施不同方法時的蓋體的溫度水平，也就 是在單個燃燒器的情形下，和在燃燒器具有于30%和100%范圍內(nèi)噴射燃料 的噴射器的情形下?？梢钥闯鲈撨^程不會帶來蓋體的任何過熱。
圖8以圖表的形式示出沒有和有第二噴射時傳遞到負(fù)載的熱流量。在 該例子中，該熱流量在燃料的介于30%和80%的第二噴射的情形下為最高。
圖6以圖表的形式示出不使用和使用燃料的輔助噴射幅度變化范圍高 達(dá)100%時熔爐的NOx和CO的水平?？煽闯龅氖钱?dāng)輔助燃料的份額增加 時，NOx的水平下降。至于CO的水平，它們隨著輔助燃料的份額而逐步 增加提高，但是完全處于可容忍的比例以內(nèi)。
因此，在NOx和CO水平以及產(chǎn)量之間必須實現(xiàn)折衷。在示出的例子 中，該種折衷以介于50%和70%之間的燃料流量得以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種用于熔化玻璃的燃燒方法，根據(jù)該方法，兩種具有相同或不同特性的燃料從彼此具有一定距離的兩個位置處被引入熔化腔室內(nèi)以便為了限制NOx排放的目的在熔化腔室中分配燃料，燃燒空氣的供給僅發(fā)生在兩個位置中的一個位置處。
2、 一種意在限制玻璃熔爐中產(chǎn)生NOx的操作方法，該玻璃熔爐具有 用于接收行將熔化的玻璃以及容納熔化玻璃的熔池的熔化罐(L),該熔化 罐(L)具有位于玻璃上方的，形成腔室的壁、至少一個熱燃燒空氣進(jìn)口 ()、 至少一個熱廢氣出口 (F)、以及用于分別將第一燃料和第二燃料噴射進(jìn)所 述腔室中的至少一個燃燒器(1)和至少一個噴射器(4)，根據(jù)該操作方法，具有相同或不同特性的第 一燃料和第二燃料通過燃 燒器(1)和噴射器(4)被噴射進(jìn)熔爐中，噴射器被設(shè)置在與燃燒器被定 位于其上的壁不同的一個或多個壁上，以及根據(jù)該操作方法，燃燒器和噴射器以互補(bǔ)的方式被調(diào)節(jié)由此由噴 射器(4)和燃燒器(1)使用的第一燃料和第二燃料的總量對應(yīng)于預(yù)定的 總流速，而不管第 一和第二燃料是否具有相同或不同的特性。
3、 一種玻璃熔爐，該玻璃熔爐具有用于接收行將熔化的玻璃以及容納 熔化玻璃熔池(B)的熔化罐(L)，該熔化罐(L)具有位于玻璃上方的， 分別形成前壁(3)、后壁、側(cè)壁(2)和蓋體(V)并構(gòu)成熔化腔室的壁、 以及至少一個熱燃燒空氣進(jìn)口 (VA)、至少一個熱廢氣出口 (F)以及至 少一個將第一燃料引入所述腔室中的燃燒器(1)和至少一個將第二燃料引 入所述腔室中噴射器(4),其特征在于，噴射器(4)被設(shè)置在不同于燃燒器(1 )得以定位于其 上的壁的壁上且與位于一區(qū)域中的燃燒器具有一定距離，該區(qū)域位于蓋體 (V)和水平面(P)之間，該水平面(P)位于高于或等于穿過熱空氣進(jìn) 口 (VA)的下邊沿的水平面的平面內(nèi)，以及特征在于噴射器(4)可以相 對于燃燒器(1)根據(jù)流速以互補(bǔ)的方式被調(diào)節(jié)，由此使得由噴射器(4) 和燃燒器(1 )使用的第一和第二燃料的噴射總量有可能達(dá)到100%，而不管第 一和第二燃料是否具有相同的或不同的特性。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的玻璃熔爐，其特征在于至少一些噴射器(4) 被設(shè)置在熔爐蓋體的至少 一 個對稱軸上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的玻璃熔爐，其特征在于至少一些噴射器 (4)被設(shè)置在熔爐的至少一個側(cè)壁(2)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于至少一些 噴射器(4)被設(shè)置在熔爐的后壁上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于噴射器(4 ) 被定向在至少大致與熔爐的燃燒器(1)的火焰方向相反的方向上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于噴射器(4 ) 被定向在至少大致與熔爐的燃燒器(1)的火焰的方向呈橫向的方向上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于燃燒器(1 ) 和噴射器(4)被形成用于具有相同特性的第一和第二燃料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于燃燒器 (1)和噴射器(4)被形成用于具有不同特性的第一和第二燃料。
11、 根據(jù)權(quán)利要求3-10中任一項所述的玻璃熔爐，其特征在于燃燒器 (1)和噴射器(4)被形成用于屬于包括天然氣、LPG、燃油、煉焦煤氣、鼓風(fēng)爐煤氣、重整氣、沼氣、氫氣的一組燃料中的第一和第二燃料。
12、 根據(jù)權(quán)利要求3-11所述的玻璃熔爐，其特征在于噴射器(4)中 至少一個裝配有用于使燃料產(chǎn)生循環(huán)的裝置。
13、 根據(jù)權(quán)利要求3-11所述的玻璃熔爐，其特征在于噴射器(4)中 至少 一個裝配有使得調(diào)節(jié)燃料的沖量成為可能的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔化玻璃的燃燒方法，其中兩種相同或不同特性的燃料從彼此遠(yuǎn)離以在熔化室中分配燃料的兩個位置被供給到熔化室中以便減少NO_X的排放，燃燒空氣僅僅被供給到所述位置中的一個位置。本發(fā)明還涉及一種操作玻璃熔爐的方法，其中熔化室中的燃料噴射被進(jìn)行分配以便降低NO_X的排放，以及涉及一種嵌入這些方法的玻璃熔爐。該熔爐包括用于接收行將熔化的玻璃且容納熔化玻璃的熔池的熔化室，以及位于限定熔化室的壁中的熱燃燒空氣進(jìn)口(VA)、熱煙出口、至少一個用于噴射第一燃料的燃燒器(1)以及至少一個用于噴射第二燃料的噴射器(4)，噴射器(4)具有相對于燃燒器(1)的可調(diào)節(jié)的流量補(bǔ)充量由此有可能使所用的第一和第二燃料的噴射總量達(dá)到100％。
文檔編號C03B5/00GK101588995SQ200780046204
公開日2009年11月25日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者塞利·菲爾林, 尼爾·弗里克爾, 斯蒂芬妮·馬萊爾, 理查德·斯坦利·龐特, 約翰·瓦爾德 申請人:法國燃?xì)夤?蘇伊士公司