專利名稱：玻璃熔融爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃熔融爐，其中熔融能量基本通過被進(jìn)給(alimneter)燃料并 被進(jìn)給氧氣或富含氧的氣體的燃燒器而產(chǎn)生。這些爐通常被定義為“氧氣-燃料燃燒 (oxy-combustion)，，爐。
背景技術(shù)：
附帶使用氧氣-燃料燃燒器在玻璃熔融爐中是非常公知的。在通常伴有空氣的 熔爐運(yùn)行的情況下，則加入一個(gè)或有限數(shù)量的氧氣-燃料燃燒器。引入這些附加燃燒器的 目的通常在于提高現(xiàn)有熔爐的生產(chǎn)量，可能在觀察到現(xiàn)有熔爐的性能由于它們年久而下降 時(shí)。這種情況例如發(fā)生在發(fā)現(xiàn)與這種熔爐相關(guān)的換熱器已經(jīng)變得退化并且不再能充分加熱 用于燃燒的空氣時(shí)。所給出的熔爐的生產(chǎn)量也能夠通過引入補(bǔ)充的能量源而簡單地提升。作為一般規(guī)則，附加的氧氣-燃料燃燒器靠近熔爐的區(qū)布置，原材料被裝入該熔 爐的區(qū)中。這些燃燒器因此熔融該原材料。在大容量熔爐中少量氧氣-燃料燃燒器的增加 通常不需要對熔爐的正常運(yùn)行這方面作大量的改變就能進(jìn)行，特別是換熱器繼續(xù)運(yùn)行，并 因此同時(shí)處理從帶有空氣運(yùn)行的燃燒器的燃燒產(chǎn)生的廢氣以及從帶有氧氣運(yùn)行的燃燒器 的燃燒產(chǎn)生的廢氣。除了布置有輔助能量源的事實(shí)之外，以定義為“增氧(d’ oxy-boosting)，，方式運(yùn) 行的這些系統(tǒng)不會受益于能從氧氣_燃料燃燒產(chǎn)生的所有已知的優(yōu)勢。其中潛在的優(yōu)勢主 要表現(xiàn)為更低的能量消耗和減少的不期望的廢氣散發(fā)。氧氣-燃料燃燒允許能量節(jié)約，至少由于燃燒氣體的能量未被空氣中的氮部分地 吸收這樣的原因。在通常的熔爐中，即使氮帶走的能量的一部分在換熱器中被回收，最終排 出的廢氣仍然會帶走大量的能量。氮的存在參與損耗。通過所述的生產(chǎn)單元減少能量消耗另外具有因此限制二氧化碳排放的優(yōu)勢，并因 此滿足本領(lǐng)域中的法定需求。氮的存在也是稱為NOx的氧化物形成的根源，由于與這些化合物存在于大氣中相 關(guān)的損害，該氧化物的排放實(shí)際被禁止。實(shí)際上，使用者力爭在產(chǎn)生盡可能有限排放的條件 下操作熔爐。在玻璃熔爐的情況中，這些實(shí)際不足以滿足非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，并且必須通過使 用催化劑進(jìn)行昂貴的廢氣凈化。使用氧氣能夠應(yīng)對與空氣中的氮相關(guān)的問題，這在增氧技術(shù)中不再是問題。不管上述的優(yōu)勢，在大型玻璃熔爐中氧氣-燃料燃燒的使用仍然有待發(fā)展。原因 有多個(gè)類型。首先，使用氧氣比使用空氣必然更貴。僅在能夠從廢氣回收大量熱的情況下，使用氧氣-燃料燃燒的經(jīng)濟(jì)平衡才是肯定 的。迄今為止，這種能量的回收的利用似乎并不令人滿意。潛在的能量節(jié)約實(shí)際上并未獲得。此外，氧氣-燃料燃燒的利用仍然引起抵消某些優(yōu)勢的技術(shù)方面的問題。一個(gè)公 認(rèn)的困難是因?yàn)槟突鸩牧系母g，該腐蝕縮短了爐頂?shù)墓栀|(zhì)耐火材料的使用壽命。這是因
3為燃燒氣體中較高的H2O含量造成兩個(gè)退化現(xiàn)象-第一現(xiàn)象與H2O擴(kuò)散進(jìn)入玻璃相的耐火墊中有關(guān)。-第二現(xiàn)象與存在于空氣中的氫氧化鈉在耐火磚上的冷凝有關(guān)，這導(dǎo)致高度的氧 化，在氧氣-燃料燃燒爐的情況中高出五倍?？紤]到這些情況，必須使用比那些通常選擇的材料更耐腐蝕的材料。通常，由于各 種原因，大型玻璃熔爐的爐頂由硅磚制成。在氧氣-燃料燃燒爐的情況中，更確切地必須求 助于例如氧化鋁、AZS或尖晶石的材料，然而，另一方面，這些材料更昂貴，并且由于它們明 顯更重也會引起問題。在實(shí)踐中也出現(xiàn)了其它的新問題，需要利用特別的新的條件，以便使得這個(gè)技術(shù) 被有效地用在理論有優(yōu)勢的應(yīng)用中。本發(fā)明涉及在大型玻璃熔爐中利用氧氣-燃料燃燒技 術(shù)的方法，其形成本說明書中所附的權(quán)利要求的主題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人致力于這種氧氣-燃料燃燒技術(shù)的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題。具體地，發(fā)明人提議，使得 熔爐廢氣的能量被大量回收，并用于預(yù)熱氧氣以及有必要的話預(yù)熱消耗的燃料。廢氣的一 部分熱量也可以用于預(yù)熱裝入熔爐中的原材料。經(jīng)濟(jì)平衡——特別是關(guān)于能量平衡，需要回收廢氣的熱量。原理是已知的。但困 難來自利用回收技術(shù)用以熔爐本身的運(yùn)行。發(fā)明人的選擇在于使用廢氣的能量，特別是用于預(yù)熱氧氣。由于顯而易見的原因， 用于該回收的換熱器的使用被排除在外。必須在特別的交換器中操作。在熱的氧氣對于所 有與之相接觸的材料都特別具有侵蝕性的情況下，該操作不是非常容易。這個(gè)腐蝕特性因 為氧氣達(dá)到的溫度更高而變得更突出。根據(jù)本發(fā)明對于所涉及的熔爐，也必須是基本上沒有含氮的氣氛。為此，與之前提 出的某些解決方案不同，優(yōu)選使得熔爐的所有燃燒器以氧氣-燃料燃燒模式運(yùn)行。雖然仍 然可能保持空氣-燃料燃燒類型的部分燃燒，由氧氣_燃料燃燒產(chǎn)生的能量占熔爐中利用 的總能量的至少65%，優(yōu)選至少80%并且更優(yōu)選至少90%。一部分空氣-燃料燃燒的使用可以基于完全以空氣-燃料燃燒模式運(yùn)行的有限量 的燃燒器，其也可以基于包含一定量空氣的氧氣的使用。在基于包含一定量空氣的氧氣的 使用的情況中，由于以氧氣-燃料燃燒模式使用的燃燒器具有特殊的特征，氧氣/空氣混合 物必須具有至少80%的氧氣含量，并且優(yōu)選至少90%的氧氣含量。為了簡化說明書下文的內(nèi)容，涉及氧氣-燃料燃燒和氧氣燃燒。對該主題的發(fā)展， 除非另外指出，包含氧氣_燃料燃燒的利用，該氧氣_燃料燃燒帶有可能包含少量空氣的 氧氣或者這樣的組合物(ensemble)，該組合物包括與最主要氧氣_燃料燃燒結(jié)合的以空 氣_燃料燃燒模式運(yùn)行的有限部分。與由燃燒產(chǎn)生的熔爐氣氛的組分無關(guān)，還必須盡可能防止來自外部的空氣的滲 入，一方面用于避免與加熱該空氣相對應(yīng)的能量損耗，特別是用于盡可能防止由于該空氣 達(dá)到燃燒火焰的高溫而形成不期望的NOx (根據(jù)所選氧氣燃燒器的類型，該溫度約為1800°C 至 2300 0C )·與構(gòu)想的結(jié)構(gòu)無關(guān)，玻璃熔爐不能保持對外部大氣的完全密封。為此相關(guān)的努力主要涉及安裝物理屏蔽，該物理屏蔽限制氣體從外部流向熔爐的內(nèi)部。這些方法當(dāng)然是有 效的，但如果希望保持基本由燃燒氣體組成的氣氛則顯得不充分。根據(jù)本發(fā)明，因此通過設(shè)置熔爐以便產(chǎn)生動態(tài)密封來防止環(huán)境氣氛的進(jìn)入。為此， 根據(jù)本發(fā)明，必須以在下文詳細(xì)描述的方式調(diào)節(jié)廢氣在熔爐內(nèi)的流動。在大型玻璃熔融爐中，特別是在那些使用換熱器的熔融爐中，氣體在熔爐中的流 動以橫向的方式進(jìn)行。燃燒器分布在包含熔融玻璃的池的每側(cè)上。燃燒器交替地運(yùn)行。在 一個(gè)時(shí)期內(nèi)，位于熔爐一側(cè)的所有燃燒器處于工作狀態(tài)。相應(yīng)的廢氣通過位于面向它們的 壁上的管道而被排出。廢氣在與相關(guān)側(cè)相對應(yīng)的換熱器上通過。在下一時(shí)期內(nèi)，另一側(cè)的 燃燒器起動，空氣在預(yù)先加熱的換熱器上流動，就這樣繼續(xù)下去。對于氧氣_燃料燃燒熔爐，位于熔爐的每側(cè)上的燃燒器連續(xù)地運(yùn)行。兩側(cè)上的燃 燒器的分布不因?yàn)椴淮嬖诘臑榇私惶娴男枰豢刂?，而更多地因?yàn)閷で笤诨鹧婧筒Ａ?浴之間或者在火焰和漂浮的原材料之間的熱交換的優(yōu)化而被控制。對于同樣的功率，氧氣-燃料燃燒器的火焰比空氣-燃料燃燒器的火焰更短。原 因特別是在于由于氮的缺乏而氣流體積更小。為了能量分布盡可能地均勻，對于相似的熔 爐寬度，因此希望將燃燒器布置在兩側(cè)上，以便更好地覆蓋熔浴表面。不希望氧氣-燃料燃燒氣體的噴射速度增加一一該噴射速度增加可能導(dǎo)致加長火 焰，以便特別是不會促使粉塵的飛出。也優(yōu)選使得火焰以盡可能少被干擾的方式發(fā)展。為了避免相對布置火焰之間的沖 突，燃燒器因此有優(yōu)勢地交錯(cuò)排列地布置。根據(jù)氧氣-燃料燃燒火焰的另一特性，為了實(shí)現(xiàn)在火焰長度上的燃燒的分級，其 與在空氣-燃料燃燒器中的一樣是優(yōu)選的，有優(yōu)勢地使得來自這些燃燒器的火焰以一層的 方式展開，該層位于基本平行于玻璃熔浴表面的平面中。這例如借助于具有多個(gè)氧氣噴射 噴嘴的燃燒器獲得，所述噴嘴位于燃料進(jìn)入噴嘴的每側(cè)上，所有這些噴嘴平行于熔浴的表 面基本對齊。來自火焰的廢氣并不如空氣-燃料燃燒中的一樣橫向地流動。根據(jù)兩個(gè)目的安排 該流動。一方面，問題在于使得從廢氣傳遞給玻璃熔浴的熱量盡可能得大。換句話說，努力 使得在熔爐出口處廢氣溫度盡可能得低，同樣考慮這樣的事實(shí)，與空氣_燃料燃燒模式的 相比，氧氣-燃料燃燒的火焰處于更高的溫度，并且整體地廢氣也處于更高的溫度。為了達(dá)到更多的熱交換，使得在熔爐中的滯留時(shí)間被延長。由于這樣的事實(shí)，對于同樣的消散能量，與空氣-燃料燃燒模式中的相比，廢氣量 減少超過一半，對于容積保持相同的熔爐，所有其它的情況也都相同，廢氣滯留時(shí)間將必須 增加。另一方面，與廢氣流動有關(guān)的布置也能夠改善與熔浴的熱傳遞。具體地，這源于廢 氣出口的定位、燃燒器的位置以及由這些燃燒器的每一個(gè)局部產(chǎn)生的功率的分布。根據(jù)本發(fā)明，并且為了進(jìn)行與熔浴或與原材料之間更好的能量傳遞，應(yīng)該使廢氣， 或者至少使廢氣的主要部分，在沿與熔浴流出相反的方向流動。因此，廢氣的溫度隨著廢氣 不斷穿過熔爐而降低，直到其從熔爐排出的那一點(diǎn)。為此，廢氣或者至少其主要部分的排出，定位在靠近將原材料裝入熔爐的點(diǎn)處。一
5種可能的情況是使得廢氣通過與原材料被引入熔爐中的管道相分離的管道而被排出。另一 種可能的情況是該排出通過裝料通道本身進(jìn)行，并且因此與原材料逆流。對于后一種可能 的情況，特別地必須避免與包含在廢氣中的水氣一旦與這些“冷的”原材料接觸就凝結(jié)而造 成的凝聚風(fēng)險(xiǎn)。為了獲得最好的熱傳遞，大部分廢氣在靠近將原材料裝入熔爐的點(diǎn)處被排出。具 體地，這涉及至少65%的廢氣，并優(yōu)選至少75%的廢氣。如上所述未被排出的剩余的廢氣沿一路徑(cheminement)行進(jìn)，該路徑特別地用 于保持針對外部大氣的動態(tài)密封。至少該剩余的廢氣的一部分被有優(yōu)勢地朝向熔爐的下游 排出。如所示述的，該部分廢氣盡可能得小。該部分廢氣有優(yōu)勢地小于所有廢氣的35%，優(yōu) 選小于所有廢氣的25%。廢氣在熔爐下游的排出在最后的燃燒器上方進(jìn)行。必須避免燃燒氣體在盡可能完 全的熱傳遞之前被排出。為此，這些氣體必須在熔爐中滯留少許，因此必須不能將燃燒器布 置得太靠近排出管道。在燃燒器區(qū)下游出口的存在使得特別地能夠避免來自該燃燒器區(qū)的空氣穿過燃 燒器區(qū)。因?yàn)榇蟛糠值南掠慰諝鈦碜哉{(diào)節(jié)區(qū)(zone de conditionnement) 0 NOx含量在上 游出口處被動態(tài)地檢測。如果該含量證實(shí)過高，可以根據(jù)本發(fā)明通過調(diào)節(jié)排出流而修正該 含量。該下游排出的增加帶走更多來自熔爐下游的空氣，并避免該含氮的空氣穿過火焰并 形成NOx。有優(yōu)勢地，該調(diào)節(jié)導(dǎo)致在上游出口排出的廢氣中的氮含量盡可能得低。該含量優(yōu) 選保持低于10%，并且特別優(yōu)選保持低于5%。在下游排出的氣體的溫度通常略高于在上游排出的廢氣的溫度，由于廢氣與熔爐 的最少熱區(qū)接觸，具體地，因?yàn)樵谘b爐點(diǎn)附近，通常未布置燃燒器，并且因?yàn)槠〉脑牧?的覆蓋物吸收了融化這些原材料中的大部分的能量。廢氣在熔爐中的滯留時(shí)間取決于一組條件。在這些條件中，除了如上所述的廢氣 流動的安排(organisation)之外，還必須加上所產(chǎn)生廢氣流以及在熔爐的內(nèi)部由這些廢 氣所占的體積。對于給定的廢氣流，平均的滯留時(shí)間取決于可用的體積。體積越大，滯留時(shí) 間越長，并且原則上，熱傳遞越完全。實(shí)際上，由于以下的原因如果其未被很好地控制，熔爐容積的增加影響有限，并且 可能導(dǎo)致更不令人滿意的平衡。經(jīng)驗(yàn)顯示，首先，與待熔融的物質(zhì)量(masse)以及與熔浴的 熱傳遞主要通過輻射的方式進(jìn)行。廢氣對流貢獻(xiàn)只有小于供給(apport)的10%，并且這經(jīng) 常小于供給的8%。在這些條件下，廢氣滯留時(shí)間的增加很少增加該對流供給。此外，熔爐 容積的增加還導(dǎo)致耐火材料方面的補(bǔ)充平衡，并導(dǎo)致消散到外部的補(bǔ)充能量損耗，而不管 熔爐的絕熱質(zhì)量如何，該能量損耗取決于暴露到環(huán)境氣氛的壁的面積。有優(yōu)勢地，廢氣在熔爐中的滯留略微降低廢氣的排出溫度。在空氣-燃料燃燒熔 爐中，廢氣溫度通常低于1650°C，優(yōu)選低于1600°C并且特別優(yōu)選低于1550°C。在氧氣-燃 料燃燒熔爐的情況中，廢氣溫度低于1500°C，優(yōu)選低于1450°C并且特別優(yōu)選低于1350°C。此外，熔爐容積也決定熔爐中廢氣的速度。優(yōu)選使得熔爐中的廢氣流動速度保持 適中以避免干擾火焰。還必須防止粉塵在原材料上通過而飛出，該粉塵因此必須在通過交 換器之前就被除去。
憑經(jīng)驗(yàn)，廢氣在空氣_燃料燃燒熔爐中的平均滯留時(shí)間為1秒至3秒。在本發(fā)明 的情況中，對于氧氣-燃料燃燒熔爐，廢氣的平均滯留時(shí)間在10秒至40秒之間，并且更有 優(yōu)勢地在15秒至30秒之間。燃燒器的定位，或者是已提到的更好的能量供給的分布對于熔爐的能量平衡和生 產(chǎn)的玻璃質(zhì)量都是非常重要的因素。所有大型的玻璃熔爐通常都包括兩個(gè)區(qū)，該兩個(gè)區(qū)分別對應(yīng)于熔融和精煉。在精 煉區(qū)之外，玻璃繼續(xù)行進(jìn)到冷卻池中，在該冷卻池中玻璃溫度逐漸降低以達(dá)到其成形溫度。 為了通過“懸浮”技術(shù)制造平板玻璃，這個(gè)溫度約為1100°c。通常，一卡口(goulet)將精煉區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)分開。在玻璃工業(yè)不規(guī)范的語言中，該 卡口稱為頸口(neck)。該卡口能夠特別地限制氣氛從一個(gè)區(qū)通過到另一個(gè)區(qū)中。根據(jù)本發(fā) 明，努力使得相應(yīng)開口最小化，并因此使得來自調(diào)節(jié)區(qū)進(jìn)入精煉區(qū)的氣氛的流動最小化。在 任何情況中，廢氣必須不能滲入調(diào)節(jié)區(qū)中，否則仍然懸浮的粉塵可能被帶走并沉積在玻璃 表面上。并不由燃燒產(chǎn)生的氣體的引入，特別是通過頸口滲入的氣體，也被盡可能地限制， 并且有優(yōu)勢地不超過在熔爐中流動的氣體總體積的15%，優(yōu)選小于氣體總體積的10%。熔融區(qū)和精煉區(qū)之間的區(qū)別涉及通常稱為玻璃的“對流環(huán)”。這些對流環(huán)由兩個(gè)現(xiàn) 象產(chǎn)生自然對流和強(qiáng)制對流。一方面，自然對流運(yùn)動與溫度條件以及沿著熔爐的功率分布 (“時(shí)間-燃燒溫度曲線”)相關(guān)。另一方面，強(qiáng)制對流運(yùn)動與例如由噴流器、攪拌器或障礙 物引起的流變相關(guān)。這兩個(gè)對流現(xiàn)象導(dǎo)致玻璃前進(jìn)，在熔融區(qū)中形成在表面上從上游向下 游運(yùn)動并且熔爐底部附近反向地流動。在精煉區(qū)中，流動方向是相反的。通常，熔融區(qū)需要最大的能量供給，并因此其中燃燒器的整體功率是最大的。分配 是這樣的，該能量供給不小于總體的40%，優(yōu)選不小于總體的50%。它可以高達(dá)能量供給 的80%，但優(yōu)選不超過釋放能量的70%。相關(guān)的百分比涉及由懸掛在相關(guān)區(qū)上方的燃燒器 釋放功率。為了熔爐能盡可能高效地運(yùn)行，燃燒器必須沿著熔爐適當(dāng)?shù)胤植?。該分布不是?勻的。必須避免靠近廢氣出口布置最大功率的燃燒器，以便最小化廢氣中的能量損耗。 然而，如果熔融原材料覆蓋層下面的玻璃溫度過低，對于凝固玻璃的風(fēng)險(xiǎn)，輔助燃燒器可以 定位在原材料的裝爐點(diǎn)附近，安裝在熔爐壁上或在熔爐頂上。為最小化廢氣中的能量損耗 的一個(gè)可選方式是使用電輔助器(玻璃由穿過熔爐底的電極加熱)。借助于浸沒電極的加 熱具有根據(jù)局部需求精確調(diào)節(jié)溫度控制的優(yōu)勢。此外，該電能量供給的效率比火焰加熱要 大的多，這使得能夠保持在相對較低的水平。通常實(shí)施能量補(bǔ)給時(shí)，其表現(xiàn)不超過熔爐中產(chǎn) 生的能量總量的10%，并且經(jīng)常低于能量總量的5%。燃燒器位于距原材料的裝爐點(diǎn)和上游廢氣出口一定距離處。在該區(qū)中需要的能量 供給因此一方面來自熔浴內(nèi)的對流，隨著在覆蓋有待熔融材料的表面與熔融浴的更下游之 間的溫度差越大，這些對流就越強(qiáng)烈。該能量供給也來自廢氣，該廢氣逆流地流動，朝向設(shè) 置在上游的出口。整體上，在這個(gè)區(qū)中的溫度在熔爐中不是最高的，但該溫度保持足夠高以 維持熔融。盡管第一燃燒器位于距廢氣排出點(diǎn)一定距離處，以便不會延遲原材料的熔融，仍然必須將這些第一燃燒器安置在熔爐的一區(qū)中，在該區(qū)中熔浴仍覆蓋有未熔融的原材料。 該區(qū)優(yōu)選不超出熔爐長度的一半，特別優(yōu)選不超過熔爐長度的三分之一。這是因?yàn)槌巳?融該“覆蓋物”之外，必須確保分散在熔浴中的材料顆粒已經(jīng)完全熔融，并且確保溫度升高 到最高，這使得不僅能夠完成熔融而且使得熔融浴能夠均勻。除了定位燃燒器以外，釋放功率的分布是很重要的。燃燒器的功率在靠近精煉區(qū) 的熔融區(qū)中是最強(qiáng)的。在該部分中達(dá)到的溫度是最高的。在精煉區(qū)中，平衡溫度整體上必須被保持。需要的能量供給因此更加受限。優(yōu)選 地，在該精煉區(qū)中的燃燒器位于最靠近熔融區(qū)的部分中。優(yōu)選地，能量供給在精煉區(qū)中沿前 進(jìn)方向中降低。必須能夠改變?nèi)蹱t的運(yùn)行參數(shù)，特別是總的應(yīng)用功率。根據(jù)原材料特性、輸出變化 等控制的這些變化通常是有限程度的。為了盡可能地保持最優(yōu)化的穩(wěn)固的(etabli)能量 分布狀態(tài)，這些變化主要涉及在玻璃前進(jìn)方向中位于下游最遠(yuǎn)端的燃燒器。該特性會造成 該區(qū)中的廢氣體積變化。因此，為了避免由于打破動態(tài)平衡而造成上游的更多改變，如上所 述的，根據(jù)本發(fā)明有優(yōu)勢地借助于布置在熔爐的下游區(qū)中的出口來調(diào)節(jié)廢氣流。在以空氣-燃料燃燒模式運(yùn)行的傳統(tǒng)的熔爐中，燃燒器布置在熔爐的側(cè)壁上，從 而火焰靠近熔浴表面展開。這種布置部分地基于廢氣在熔爐中有限的滯留時(shí)間，該廢氣基 本上在熔爐面向該燃燒器的一側(cè)上被直接排出。似乎必須最大化熱交換——包括在這個(gè)短 暫的滯留時(shí)間期間對流熱交換，并因此必須使得火焰也與熔浴表面接觸。在如本發(fā)明以氧氣-燃料燃燒模式運(yùn)行的情況中，如上所述，由對流供給的部分 是有限的。因此優(yōu)選將燃燒器以距熔融表面一定距離布置在側(cè)壁上，保證從火焰朝向熔浴 和朝向爐頂直接放射的能量都適當(dāng)?shù)胤植?。?yōu)選地，燃燒器的定位導(dǎo)致火焰在基本平行于熔浴表面的平面中展開并且在熔浴 表面上方展開0. 25m,并且優(yōu)選在該熔浴表面上方展開至少0. 40m。該距離可以高達(dá)1. Om, 但優(yōu)選小于0. 80m。如上所述，氧氣-燃料燃燒的使用改變了熔爐氛圍，該熔爐氣氛實(shí)際上不包含氮 氣。相反地，熔爐氣氛相對更富含水蒸氣。該特性對熔融行為影響更顯著。具體地，熔浴上 方水含量的增加伴隨著在玻璃中水含量的增加。較大的水含量的存在因此促進(jìn)玻璃的脫氣并使得精煉容易。較高水含量的一個(gè)可能不利方面是在熔浴表面上形成泡沫。泡沫的存在是不期望 的，特別是因?yàn)榕菽拇嬖谧璧K了良好熱交換。能夠減少如果產(chǎn)生的泡沫的方法是已知的， 這些方法與用以避免泡沫出現(xiàn)的所采取的措施無關(guān)。例如通過使用在公開文本EP1046618 中描述的技術(shù)，這些方法改變玻璃的表面張力。用于在泡沫可能特別造成問題的區(qū)中——特別在精煉區(qū)中——最小化泡沫形成 風(fēng)險(xiǎn)的另一種方法，在于通過選擇在熔爐的該部分中使用的燃料來限制水蒸氣含量。氧氣-燃料燃燒可以由不會損失上述優(yōu)勢的有益效果的不同類型的燃料實(shí)現(xiàn)。最 通常使用的燃料是天然氣或液體燃料。關(guān)于水蒸氣含量，使用天然氣比使用液體燃料產(chǎn)生的水蒸氣含量更高。為此，除了 與上述的能量成本有關(guān)的問題，根據(jù)本發(fā)明對位于精煉區(qū)中的燃燒器供給液體燃料可能是 有優(yōu)勢的。這樣，降低了熔爐部分中可能是最有害的泡沫形成的風(fēng)險(xiǎn)。
氧氣-燃料燃燒的經(jīng)濟(jì)評估一方面基于氧氣的成本和采用的耐火材料的成本，另 一方面，基于燃料節(jié)約以及涉及廢氣凈化的局部缺乏的節(jié)約。為了獲得正平衡，必須回收相 當(dāng)大部分包含在離開熔爐的廢氣中的熱量。實(shí)際上，與空氣-燃料燃燒熔爐一樣，最有效的 使用在于加熱引入到熔爐中的反應(yīng)物氧氣、燃料以及可能的原材料。與空氣-燃料燃燒技術(shù)相比，特別是那些使用換熱器的技術(shù)，一個(gè)困難來自必需 裝置的特性。換熱器實(shí)際可以接收如在熔爐出口處收集的廢氣。組成換熱器的材料，特別 是組成通常由耐火陶瓷材料制成的襯套的材料，無困難地耐受廢氣溫度以及該廢氣可能攜 帶的粉塵。隨后，換熱器中空氣的預(yù)熱不需要特別的預(yù)防措施。與之相反，對于氧氣-燃料燃燒所使用的產(chǎn)品的加熱，特別是氧氣的加熱時(shí)，需要 更加嚴(yán)格的預(yù)防措施。氧氣在其中流動的裝置必須完全氣密、抵抗高溫并抵抗以這些溫度 輸送的氧氣。對于廢氣，努力使得它們帶走最少量的粉塵。火焰遠(yuǎn)離熔浴表面，特別是在熔浴覆 蓋有仍未熔融的材料的區(qū)中，有助于最小化該帶走。同樣有幫助的是當(dāng)燃燒器交錯(cuò)排列布 置時(shí)燃燒器最小化紊流，該紊流可能源于從互相面對的燃燒器發(fā)出的氣流沖擊。在縱向方向中廢氣的平均速度通常不超過3m/s，并且經(jīng)常小于2m/s。在火焰中， 該速度要高得多，約為30m/s至100m/S，該速度通常小于空氣-燃料燃燒火焰中的速度。根據(jù)本發(fā)明，氧氣的預(yù)熱有優(yōu)勢地在由表現(xiàn)良好耐熱氧氣性的鋼構(gòu)成的交換器 中進(jìn)行。交換器和適于該用途的材料在2007年5月10日提交的未公開歐洲專利申請 NO. 07/107942 中被描述。由交換器提供的熱氧氣達(dá)到最高可能到650°C的溫度。該值依賴于能由具有最優(yōu) 性能的金屬合金可以獲得的抗性(resistance)。該限制使得能夠保證與所涉及類型的裝置 相關(guān)的使用壽命。實(shí)際上，為了更安全，優(yōu)選將氧氣的溫度保持低于600°C。為了將氧氣預(yù)熱得充分高以顯著提升能量平衡，優(yōu)選規(guī)定溫度不低于35°C。同樣地，有優(yōu)勢地預(yù)熱使用的燃料，不論它是天然氣或液體燃料。燃料達(dá)到的溫度 不依賴于裝置的抗性。然而，溫度可能依賴于這些燃料可能的分解。特別地，必須避免它們 “裂化”，甚至部分的裂化，這將導(dǎo)致裝置積垢。對于天然氣，預(yù)熱溫度有優(yōu)勢地低于650°C， 優(yōu)選低于550°C。對于重燃油，該預(yù)熱溫度通常更低，不超過180°C并且優(yōu)選不超過150°C。當(dāng)在上述專利申請?zhí)岢龅臈l件下實(shí)施廢氣熱回收時(shí)，廢氣熱回收足夠充分以使氧 氣和燃料加熱到所指定的溫度，而與熱交換的產(chǎn)率無關(guān)。也可能有過量的熱量來預(yù)熱原材 料或者進(jìn)給鍋爐，而不管產(chǎn)生蒸汽的用途。


以下將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中-圖1是本發(fā)明的熔爐的示意性透視圖；-圖2以頂視圖示意性圖釋了圖1中的布置；-圖3是用于本發(fā)明的熔爐的熱交換回路的整體示意圖；-圖4是示意圖的細(xì)節(jié)圖，涉及一個(gè)用于預(yù)加熱氧氣的實(shí)施方式中的流動；-圖5示出在燃燒器在本發(fā)明的熔爐中的布置的局部頂視圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示出的熔爐是用于大量玻璃生產(chǎn)的類型，例如那些使用懸浮玻璃技術(shù)用于 進(jìn)給平板玻璃的生產(chǎn)單元。這種類型的熔爐連續(xù)生產(chǎn)數(shù)量可達(dá)到1000噸/天的玻璃。為 了實(shí)現(xiàn)這些性能，熔爐必須具有達(dá)到60MV的功率。熔爐1包括一布置在密閉腔室中的池。該組件由耐受高溫、耐受廢氣腐蝕并耐受 熔融材料的侵蝕的耐火材料構(gòu)成。池中熔浴的高度由虛線2表示。熔爐在其一端處進(jìn)給原材料。通過其將該原材料裝入爐中的開口以3示出。實(shí)際 上，為了便于在熔浴表面上的分布，通常設(shè)置多個(gè)裝爐點(diǎn)。由箭頭V表示的熔融玻璃的輸 出，在相反端通過與池的寬度相比寬度更小的卡口 4( “頸口”)而進(jìn)行。最通常的，頸口 4 的底部與熔爐底齊平。頸口并未完全浸沒在熔融玻璃中。在頸口的頂部和玻璃層的表面之間保持一定的 空間。關(guān)于熔爐中的氣流，調(diào)節(jié)運(yùn)行條件，從而爐內(nèi)氣氛不會通過頸口，以避免任何產(chǎn)生懸 浮粉塵的風(fēng)險(xiǎn)。為了確保該運(yùn)行，優(yōu)選保持微小的氣體流——由箭頭Δ表示，與熔融玻璃的 流動成逆流流動。僅用于防止沿相反方向的氣流，該氣流Δ被保持盡可能得小。使氣流Δ 最小化是重要的，因?yàn)樵摎饬魍ǔＳ纱嬖谟谠趫Dι中未示出的調(diào)節(jié)區(qū)(在圖2中為標(biāo)號5) 上方的空氣構(gòu)成，該調(diào)節(jié)區(qū)在卡口之后。其位置由6表示的燃燒器沿著熔爐的側(cè)壁布置在熔爐的每側(cè)上，以便使火焰幾乎 在池的整個(gè)寬度上展開。燃燒器彼此間隔開，以便在此熔融/精煉池的大部分的長度上分 配能量供給。燃燒氣體E最主要通過出口 7排出，該出口位于裝爐區(qū)附近并離開最近的燃燒器 一定距離。在示圖(圖1和2)中，在側(cè)壁上對稱布置兩個(gè)出口 7，而原材料(MP)的裝爐沿 著熔爐的軸線。這是一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，但其它的布置也是可能的，例如壁8中的氣體出 口在熔爐的上游部分中封閉熔爐。這些出口也可以不同的方式分布，重點(diǎn)在于使得廢氣與 熔爐內(nèi)的玻璃流Y成逆流地溯流。有必要的話，廢氣的排出可以，至少部分地，通過一個(gè)或 多個(gè)裝爐開口而進(jìn)行。如前所示，根據(jù)本發(fā)明，使得熔爐的外殼對外部空氣是幾乎密封的。廢氣朝向上游 的流動避免了從熔爐這一側(cè)的滲入?？赡懿贾迷趥?cè)壁上的通道對于環(huán)境氣氛也是基本上密 封的。為了抑制可能來自冷卻部5的微量空氣，廢氣的非常有限的流動有優(yōu)勢地布置成朝 向熔爐的下游。該廢氣巴通過出口 9排出。在調(diào)節(jié)從調(diào)節(jié)區(qū)流到精煉區(qū)的空氣量的過程中，除了由燃燒器產(chǎn)生的氣流以外， 如前所示，能夠調(diào)整在熔爐的下游區(qū)中引出并通過出口 9排出的廢氣量也是非常重要的。大容量的玻璃熔爐通常包括兩個(gè)區(qū)，一個(gè)被稱作熔融區(qū)，而另一個(gè)被稱作精煉區(qū)。 在圖1和圖2中，這兩個(gè)區(qū)并未被劃界。熔融和精煉之間的邊界在熔爐的結(jié)構(gòu)中通常并未標(biāo)示。實(shí)際上，如果在這些熔爐 中在熔爐底上布置一個(gè)障礙物，該障礙物通常不與該邊界一致，既使它參與確定該邊界的 定位。熔融區(qū)和精煉區(qū)之間的區(qū)別在所有情況中在于功能(fonctionelle)區(qū)別。該區(qū) 別對應(yīng)于池中的玻璃流動模式。該玻璃流動模式包括在熔融部分中的第一運(yùn)流和在精煉部分中其朝與第一運(yùn)流相反的方向轉(zhuǎn)動的運(yùn)流。在沒有直接影響流動裝置的情況中，熔融區(qū) 和精煉區(qū)的邊界的位置由一組運(yùn)行參數(shù)確定，該組運(yùn)行參數(shù)特別包括通過燃燒器的能量分 布。在圖2中，這兩個(gè)區(qū)以I和II表示。作為一般規(guī)則，熔融原材料所需的能量供給大于將玻璃保持在用于精煉的溫度所 需的能量供給。因此，燃燒器的數(shù)目，特別是它們發(fā)出的功率，在熔融區(qū)中更大。如果供給最大量的能量用于熔融是有效的，并因此立即將原材料裝入爐中，也必 須避免將第一燃燒器放置得太靠近廢氣出口 7，否則這些非常熱的廢氣將由其帶走過量的 能量。第一燃燒器的位置的選擇因此是折中的結(jié)果。第一燃燒器定位成它們位于漂浮的材 料上方。依然為了限制如上所示通過廢氣的能量損耗，也可能根據(jù)燃燒器的位置調(diào)整它們 的功率。第一燃燒器可以特別地以比更位于下游的燃燒器低的功率運(yùn)行。根據(jù)證實(shí)是最有優(yōu)勢的運(yùn)行模式，“時(shí)間-燃燒溫度曲線”(“courbe de feu"), 即沿著熔爐的溫度分布，首先從上游前進(jìn)到靠近精煉區(qū)初始部的中央部分。因此，溫度變化 很小，略微降低直到頸口 4，準(zhǔn)備在調(diào)節(jié)區(qū)中通過。為此，熔爐的下游端通常不設(shè)有燃燒器。燃燒器的分布在圖2中由其軸線表示。燃燒器優(yōu)選交錯(cuò)排列地布置在池的每側(cè) 上，以便使得朝相對方向噴射的火焰不會互相撞。燃燒器在側(cè)向互相分隔開，以便最好地覆 蓋熔浴表面。同樣就這點(diǎn)而言，所使用的燃燒器有優(yōu)勢地是這樣的類型，燃燒器能夠發(fā)出基 本平行于熔浴表面的層形的火焰。單個(gè)燃燒器的額定功率取決于選擇的燃燒器和所用燃燒 器的數(shù)量。熔爐11側(cè)壁上的可用空間(圖5)由存在的支撐爐頂?shù)慕饘偌訌?qiáng)件12所限制。構(gòu) 成這個(gè)加強(qiáng)件的橫梁因?yàn)槿蹱t越寬以及耐火陶瓷材料越重就越接近。對于非常寬的熔爐， 僅有兩個(gè)在公開文本W(wǎng)02004/094902中描述類型的平流式燃燒器可以被安裝在兩個(gè)連續(xù) 的橫梁之間，一個(gè)在熔爐的每側(cè)上。從與第一氧氣進(jìn)給管(alimentation) 15同心的中央燃 料進(jìn)給管14開始，然后借助于多個(gè)平行于第一氧氣進(jìn)給管的第二氧氣進(jìn)給管16、17，這些 燃燒器構(gòu)成分級燃燒，這些第二氧氣進(jìn)給管互相間隔開并位于基本水平的同一平面中。這 些分級燃燒的燃燒器13產(chǎn)生一種火焰，該火焰在一基本平行于熔浴表面的平面中展開。由 于燃燒器的結(jié)構(gòu)，這些燃燒器具有一定的寬度，因此在兩個(gè)橫梁之間燃燒器的數(shù)量有限。如圖1中所示，燃燒器在熔浴表面上方一定距離處通到熔爐的外殼中。該布置，如 前所釋的，使得來自火焰的輻射能量能夠被適當(dāng)?shù)胤峙?。該布置與爐頂?shù)母叨冉Y(jié)合也使得 燃燒氣體能夠良好流動，特別是那些朝向主出口 7的氣流朝向熔爐上游溯流。與空氣-燃 料燃燒熔爐不同，其廢氣沿著一基本橫向的通道行進(jìn)，在根據(jù)本發(fā)明的氧氣_燃料燃燒熔 爐的情況中，廢氣沿著熔爐的長度并因此橫向于廢氣必須不能干擾的火焰方向釋放。通過 在火焰下方和上方都布置空間，廢氣可以行進(jìn)而不會對火焰的良好展開產(chǎn)生過度有害的紊 流。從熔爐排出的廢氣在用于回收部分由這些廢氣帶走的能量的裝置中使用。雖然原 理上可以在廢氣和待預(yù)加熱的產(chǎn)品之間進(jìn)行直接熱交換，出于在優(yōu)化的效率和安全條件下 進(jìn)行熱交換的考慮，導(dǎo)致使用更復(fù)雜的熱交換裝置。然而在圖3中，出于簡化目的，熱交換裝置整體以18和19示出。在這些裝置中， 氧氣和/或燃料在通過管路20、21被輸送到燃燒器之前被加熱。
11
離開熔爐的廢氣最初的溫度約為1200°C至1400°C。在該溫度，廢氣優(yōu)選在一回收 器——換句話說一簡易的交換器——中通過，該簡易的交換器能夠降低廢氣的溫度，以便 在廢氣通過煙 24排放到大氣中之前對其進(jìn)行處理?；厥掌魇沁@樣一個(gè)系統(tǒng)，在該回收器 中流體與廢氣成逆流地流動。在其最基本的形式中，涉及兩個(gè)同心的管路。一更完善的系 統(tǒng)由一束穿過外殼的管構(gòu)成，熱交換液體在該外殼中流動。這兩種類型可以結(jié)合。在該回收器之后，廢氣仍然處于高溫。除了使用非常大尺寸的回收器，該高溫通常 不低于700°C。在排放之前，廢氣經(jīng)受凈化以便特別地除去硫氧化物。該除去操作例如在電 過濾器中實(shí)施。為了避免損害這些過濾器，溫度必須被進(jìn)一步降低，直至約300°C至400°C。 經(jīng)濟(jì)的方式在于用環(huán)境空氣稀釋廢氣。返回到這些溫度后，混合物仍然可以用作用于例如進(jìn)給產(chǎn)生蒸汽的鍋爐的手段。 相關(guān)的蒸汽特別地可用于預(yù)熱液體燃料。這些液體燃料被有優(yōu)勢地預(yù)熱到100°C至150°C 之間的溫度，優(yōu)選為120°C至140°C之間的溫度。在回收器中使用的流體交換器參考圖4如下所示部分地使用。在圖3所示的顯示中，兩個(gè)熱交換裝置18、19在熔爐的每側(cè)上各布置一個(gè)。兩個(gè) 廢氣管路通過管路22相連接。管路22，在必須維修或整修裝置之一時(shí)，使得至少廢氣的一 部分能夠暫時(shí)地傳遞到第二裝置，過量的廢氣也可以通過管路27或管路28而被排出。類 似地，如果需要的話管路23能夠給熔爐兩側(cè)進(jìn)給載熱流體。管路27和28，有必要的話，能夠避免廢氣通過回收器，并使廢氣直接引向排出點(diǎn) 24.在圖3中，從下游排出的廢氣并未顯示為隨著管路到達(dá)交換器。根據(jù)裝置的配 置，也可能連接這些出口，從而回收所有的廢氣。在“可回收”的能量多于可被使用的能量 的情況下，該回收有必要的話可被省略。由于上面所示的原因，以兩步進(jìn)行的熱交換是有優(yōu)勢的。在第一“回收器”中，廢 氣加熱中間流體一例如空氣、氮、CO2、或者任何適合的流體，該中間流體例如在該回收器 和一個(gè)或更好地多個(gè)交換器之間循環(huán)流動，在該一個(gè)或多個(gè)交換器中，該中間流體加熱氧 氣或燃料。關(guān)于中間流體的替代物，例如空氣，不使用循環(huán)，而是在第二交換器的出口處通 過鍋爐或其它的能量回收裝置回收熱空氣。圖4圖釋了該原理?；厥掌?5 —方面接收廢氣F和與之成逆流的流體A，例如空 氣。加熱的空氣朝一系列的交換器26釋放，在交換器中加熱的空氣與氧氣成逆流地流動， 該氧氣在朝燃燒器13釋放之前被預(yù)熱。實(shí)際上，由于由較長管路上輸送熱氧氣的困難，因?yàn)楣苈烦杀净驘釗p耗，根據(jù)本發(fā) 明有優(yōu)勢地提出靠近燃燒器預(yù)熱氧氣，該氧氣在燃燒器中消耗。為此，必須增加交換器的數(shù) 目，根據(jù)情況，交換器的每一個(gè)供給緊鄰其的一個(gè)或少量燃燒器。在圖4中，每個(gè)燃燒器13由交換器26進(jìn)給?？諝猓陬A(yù)熱氧氣之后，返回回收器25或返回熔爐的廢氣管中，以被送入一鍋爐 中。
權(quán)利要求
玻璃熔融爐，其包括通道形式的熔融池，原材料的引入在上游端處進(jìn)行，熔融玻璃在下游端處被回收，所述熔融爐借助于燃燒器被加熱，其中至少65％的燃燒能量通過氧氣 燃料燃燒產(chǎn)生，所述燃燒器沿著熔融爐的長度分布在壁上，其中大部分的廢氣排放靠近原材料的引入的開口附近的上游端，剩余的廢氣在下游部分附近被排出，以便保持針對環(huán)境氣氛的動態(tài)密封，其中所述燃燒器分布成至少40％并優(yōu)選至少50％的熔融爐的功率被輸送到所述熔融區(qū)中。
2.如權(quán)利要求1所述的熔融爐，其中輸送到所述熔融區(qū)的功率不超過熔融爐的總功率 的80%，并優(yōu)選不超過熔融爐的總功率的70%。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中工作燃燒器布置在距原材料的裝料區(qū) 和廢氣排出點(diǎn)一定距離處。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中在玻璃前進(jìn)方向中的第一工作燃燒 器，沿著熔融爐的長度位于具有漂浮材料的區(qū)的上方。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中最大功率沿著熔融爐的長度被輸送到 熔融區(qū)和精煉區(qū)之間的邊界處。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中所述第一燃燒器的運(yùn)行功率和最后的 燃燒器的運(yùn)行功率小于其它燃燒器的運(yùn)行功率。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中所述燃燒器在熔浴上方一定的距離處 通到熔融爐的外殼中，該距離不小于0. 25m，并且優(yōu)選不小于0. 40m。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，其中所述燃燒器在熔浴上方一定的距離處 通到熔融爐的外殼中，該距離不超過1. Om,并且優(yōu)選不超過0. Sm。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔融爐，該熔融爐在裝爐區(qū)中包括電極，該電極用 于供給有限的能量到該裝爐區(qū)中。
10.如權(quán)利要求9所述的熔融爐，其中借助于電極供給的能量不超過熔融爐中使用總 能量的10%，并且優(yōu)選不超過熔融爐中使用總能量的5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃熔融爐，其包括通道形式的熔融池，原材料的引入在上游端處進(jìn)行，熔融玻璃在下游端處被回收，所述熔融爐借助于燃燒器被加熱，其中至少65％的燃燒能量通過氧氣-燃料燃燒產(chǎn)生，所述燃燒器沿著熔融爐的長度分布在壁上，其中大部分的廢氣排出靠近原材料的引入的開口附近的上游端，剩余的廢氣在下游部分附近被排出，以便保持針對環(huán)境氣氛的動態(tài)密封。
文檔編號C03B5/04GK101980974SQ200980110648
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者J·貝昂, O·杜尚 申請人:旭硝子歐洲玻璃公司