玻璃熔融爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及借助于燃燒器加熱的玻璃熔融爐，其中燃燒能量通過氧燃燒產生至少65%并且優(yōu)選至少80%，在爐出口處的燃燒氣體被傳送到在其中流通有空氣的第一熱交換器（2）中，該空氣和該燃燒氣體處于不同的且分開的線路中，在此第一交換器（2）中加熱的空氣被傳送到至少一個旨在預熱氧基助燃劑的第二交換器（4）中，該助燃劑和該空氣在不同的且分開的線路中流通，離開此第二交換器（4）的空氣被傳送到干燥組件（S），在該干燥組件（S）中其與預先以粒料或壓縮的聚結料的形式構成的可玻璃化爐料接觸。
【專利說明】玻璃熔融爐
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及玻璃熔融爐，其中熔融能量基本上由供應有燃料和氧氣或非常富氧氣體的燃燒器產生。這些爐通常被稱作“氧燃燒(oxy-combustion)”爐。
【背景技術】
[0002]出于簡化的原因，在本文的以下內容中提及氧燃燒和氧氣。除非另外指出，關于此主題的開發(fā)包括實施使用可包含小比例空氣的氧氣的氧燃燒，或者包括有限部分的空氣燃燒與占主要部分的氧燃燒組合的整體。
[0003]在使用氧燃燒技術的眾多優(yōu)點中，主要包括較低的能量消耗以及不希望的煙氣的排放減少。
[0004]氧燃燒使得能夠實現能量增益，這至少是因為燃燒氣體的能量不會部分地被空氣中的氮氣吸收。在傳統(tǒng)爐中，即使氮氣所夾帶的能量的一部分在再生器中被回收，最終排放的煙氣仍然帶走了其相當大的一部分。氮氣的存在是這種損失的原因之一。
[0005]每生產單位的能量消耗的減少因而還具有以下優(yōu)點:限制二氧化碳的排放，并且因而滿足在此領域中的法定要求。
[0006]氮氣的存在還是所謂NOx的氧化物形成的原因，而該氧化物的排放由于與這些化合物在大氣中的存在有關的危害而是被嚴格控制的。
[0007]氧氣的使用可以擺脫與空氣中的氮氣有關的問題，條件是爐的運行要確保除了助燃劑(comburant)之外，空氣以及因此的氮氣不會意外地進入到進行該燃燒的腔室中。
[0008]公開文獻W02009/118333提出使大容量玻璃熔融爐在氧燃燒下運行。如上所指出的，使這些爐相對于使用空氣作為助燃劑的傳統(tǒng)爐具有盡可能多的優(yōu)點的條件之一在于該燃燒在沒有氮氣的氣氛中進行。
[0009]通過氧燃燒的玻璃熔融的經濟性是與氧氣使用有關的成本密不可分的。為了使這項技術保持經濟上的吸引力，需要由同時在以下方面的增益來補償這種額外的成本:在熔融所需的能量消耗方面的增益，以及在不立即用于熔融的熱量的回收技術方面的增益。由于離開所述爐的燃燒氣體處于非常高的溫度，因此與這些氣體一起排放的能量的回收是必不可少的。在上述公開文獻中的這種能量被用于使消耗的氧氣升溫。此現有技術文獻詳細展示了用于氧氣預熱的煙氣的熱量的回收模式。
[0010]在熱氧氣腐蝕所容許的溫度限度內的氧氣預熱并不會耗盡煙氣中所含的能量。因而額外的回收是所希望的。在此意義上，加熱原材料是針對此問題的一種可能的解決方案。
[0011]不過，原材料的加熱帶來了與所考慮的材料的性質有關的眾多問題。在玻璃的構成中所含的基礎產品以它們的常規(guī)形式提供，例如為大體上細的粉末。在所有這些材料當中，構成玻璃基質并且具有最高熔融溫度的最豐富材料依然是砂形式的二氧化硅。其它最豐富的成分:碳酸鈉、碳酸鈣、碳酸鎂(被稱作“熔劑”)可導致各組分在低得多的溫度下聚結，尤其是在高水分含量的情況下。
[0012]在原材料的預熱中，當然合適的是不超過可玻璃化爐料的成分變?yōu)檎承缘臏囟龋员苊饩劢Y并且保持一定的流動性，以使得不需要復雜的布置就可以輸送這些材料。
[0013]所用材料通常還具有一定的水分含量。這種天然或非天然的水分在運輸這些爐料時并且在其本身的裝爐中(相當強烈的氣流經過所述爐)具有限制飛灰的優(yōu)點。優(yōu)選此水分含量不要過高。在這些材料中所含的水的蒸發(fā)也參與了能量平衡。此外，高含量的存在盡管避免了飛灰，但不利于混合物的輸送。
[0014]為了有利于粉狀原材料的處理(尤其是通過避免灰塵夾帶的方式)，先前已經提出形成粒料(granules)，尤其是具有特性組合的粒料，其目的在于促進各成分的熔融，同時改善爐的供料操作。在實踐中，以粉末狀組分為原料構成粒料意味著要添加粘結劑并且在機械造粒機上經過。所用粘結劑基本上由水構成，可任選地向其中添加可溶性堿金屬硅酸鹽或氫氧化鈉。
[0015]該造粒操作在所有情況下在給定階段均導致構成可玻璃化爐料的材料的水含量增加，此水在粒料形成之后應當至少部分地被除去以利于輸送并且限制在與熔融浴接觸時的蒸發(fā)。
[0016]為了降低聚結的配混料的水含量，在2012年3月15日提交的申請BE2012/0180中還提出通過壓制材料構成“餅塊”形式的聚結料。為了便于實施，在此同一申請中還提出將碳酸鈉溶液用作粘結劑。餅塊形式的聚結使得能夠限制水含量到大約2-6%重量的值，相比于常規(guī)粒料的含量為大約10-12%。這種聚結料的使用通過限制干燥操作而有利于根據本發(fā)明的隨后處理。

【發(fā)明內容】

[0017]在包括以原材料粒料形式供 料的氧燃燒運行的爐中，本發(fā)明提出至少部分地干燥餅塊(briquette)類型的粒料或聚結料(agglom6rats),并且任選地,在將它們引入到爐中之前使它們預熱。所考慮的干燥通過使用在煙氣(fum6eS)中所含的能量來進行。
[0018]即使未達到以空氣燃燒運行的爐的溫度，從爐排出的煙氣仍處于高溫下。在所考慮的氧燃燒爐的情況下，可玻璃化爐料與燃燒氣體之間的熱交換通過延長燃燒氣體在爐中的停留時間來提高。實際上，所述燃燒氣體在它們已經沖掃了在熔融浴上漂浮的原材料的整個區(qū)域之后在爐的上游被大部分或完全回收。
[0019]在氧燃燒爐的情況下，從爐排出的煙氣通常低于1500°C，而在空氣燃燒中，它們可超過 1600°C。
[0020]正如在上述公開W02009/118333中，煙氣中所含的能量被用來加熱向爐的燃燒器供料的氧氣。這通過熱交換來實現，所述熱交換有利地分兩步來進行，其原因將在下文中描述，并且歸因于需要在燃燒器附近加熱氧氣。
[0021]熱氧氣對于所有合金來說都是極其腐蝕性的。對安全性的要求需要在輸送此熱氧氣的管道中最大限度地限制任何焊縫、任何接頭、任何閥、甚至能夠提高腐蝕機理的過大弧形部分的存在。在氧氣的加熱與其在爐的燃燒器中使用之間的線路必須要盡可能短。大容量爐在長度上延伸，這使得不能通過保持在燃燒器附近布置僅一個交換器來加熱所有的氧氣。出于此原因，該加熱在多個與燃燒器緊鄰定位的受限尺寸的交換器中進行，并且用于加熱氧氣的這些交換器中的每一個只向非常少數目(甚至只一個)的燃燒器供料。
[0022]為了使重新集合的煙氣的處理與定位在燃燒器附近的氧氣的處理相一致，需要求助于雙重熱交換。一方面，在第一交換器中，煙氣被用來加熱構成載熱流體的空氣。這種加熱的空氣供應給用于加熱氧氣的第二交換器。
[0023]在第一交換器中，煙氣可使空氣達到大約800°C或更高的溫度。所考慮的空氣因而運載煙氣中所含的能量的大部分。
[0024]根據本發(fā)明，氧氣的預熱有利地在由顯示優(yōu)異耐熱氧氣性的鋼構成的交換器中進行。適合于此用途的交換器和材料在專利申請EP A2145151中描述。
[0025]使由該交換器提供的熱氧氣達到最多可達650°C的溫度。這個值取決于利用具有最佳特性的金屬合金可獲得的耐受性。這種限制溫度使得能夠確保與所考慮的設備類型相符的使用持續(xù)時間。
[0026]在實踐中，為了更好的安全性，優(yōu)選將氧氣的溫度保持在小于600°C。
[0027]為了使氧氣的預熱足以顯著地改善能量平衡，優(yōu)選調節(jié)該交換的條件以使得氧氣的溫度不小于350°C。
[0028]用于加熱氧氣的交換器的出口處的載熱空氣的溫度因而被降低到至多600°C并且可根據在熱交換中所涉及的氣體的各自流量一直下降到大約350°C。
[0029]在所有的配置中，氧氣的加熱(即使是達到如上所指的最高可行溫度)不能吸收煙氣的所有能量，也不能吸收在第一和第二交換器之間起到載熱體作用的空氣中所含的全部能量。在這些條件下，根據本發(fā)明已加熱氧氣的空氣被用來干燥材料的粒料，并且任選地用來預熱這些粒料。
[0030]離開第一交換器的煙氣仍處于高溫下。在能夠將它們排放之前，這些煙氣應當進行脫硫處理。對于傳統(tǒng)脫硫技術，煙氣應當返回到有利地為300-400°C的溫度。
[0031]通過與用于加熱氧氣的載熱空氣的交換所引起的煙氣的冷卻在以上所指的條件下可能不足以返回到該溫度。在這種情況下，可在額外的交換器中布置第二交換。
[0032]粒料的水含量是可變的。取決于組分的初始狀態(tài)，該水含量可升高到大約10-12%重量或更高的比率。這樣的比例盡管有利于粒料的形成，但對于其輸送并且對于爐供料來說都不令人滿意。
[0033]粒料的干燥旨在使水分含量盡可能低，同時保持這些粒料的內聚力。在如上所指的傳統(tǒng)供料中，爐料的水分含量為大約4%重量。粒料取代這些粉末狀材料的使用使得能夠顯著降低水含量。如上所指出的，壓縮的聚結料的使用可導致初始水含量顯著降低。在這兩種情況下，該干燥使得能夠進一步降低水含量。在根據本發(fā)明的干燥之后，有利地采用2%或更小的值。
[0034]當水尤其為大于4%重量的比例時，根據本發(fā)明的干燥的實施可去除多余的水。粒料或壓縮的聚結料的干燥在熱交換器中使用已經加熱氧氣的空氣，其中該熱交換器使所述粒料和該干燥氣體直接接觸。這帶走蒸汽形式的水。合適的是避免這種蒸汽在該交換器中的冷凝。
[0035]當然，有利地使粒料或聚結料達到與它們的成分的性質相容的盡可能高的溫度。因而需要不超過使它們變?yōu)椤罢承浴钡臏囟?。在實踐中，在交換器中這些產品的溫度不應超過550°C并且優(yōu)選不應大于500°C。
[0036]為了考慮所用合金的耐受性，進入到交換器中的氣體的溫度優(yōu)選不超過650°C，并且有利地小于或等于600°C。[0037]任選地，如果進入到用于加熱原材料的交換器的氣體混合物的溫度過高，則可通過用環(huán)境空氣稀釋來進行調節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]下面參考附圖詳細描述本發(fā)明，其中:
[0039]-圖1是顯示大容量玻璃熔融爐的氧燃燒運行模式的總圖；
[0040]-圖2更詳細地示出了圖1的煙氣處理；
[0041]-圖3概略示出了包括粒料干燥模式的爐運行；
[0042]-圖4示出了本發(fā)明的另一種變化形式；
[0043]-圖5類似于圖4，并且還包括粒料的額外加熱；
[0044]-圖6表示圖3和4中所示方式的另一種變化形式。
【具體實施方式】
[0045]在圖1中示意性顯示的爐的類型是用于大容量生產的爐，例如用于向通過“浮法”玻璃技術向平板玻璃生產供料的爐。這種類型的爐連續(xù)地生產可最高達1000噸/天的玻璃量。為了達到這些性能，所述爐應當具有達到60MW的功率。對于這種類型的爐來說，產量不小于300噸/天。爐的運行模式(并且尤其是與如在下文具體說明的能量消耗的優(yōu)化問題有關的所有方面)至少部分地取決于其容量。
[0046]該爐包括熔融精制池(bassin) 1，在其一端向其中裝入構成可玻璃化爐料(charge)的材料M，并且在另一端提取熔融玻璃Y，以繼續(xù)其在調理區(qū)中的處理，然后一直到在“浮法”浴上形成板材。
[0047]在該爐上，并且特別是在該爐的上游部分中，采用氧燃燒的燃燒器被分配在該熔融池的兩側。未示出的這些燃燒器的定位在圖中以點劃線體現。
[0048]燃燒氣體或煙氣￡在鄰近原材料裝爐位置在爐的上游部分被基本上甚至完全排出。在需要時，適中部分的這些氣體El可被引向該爐的下游端，目的在于防止來源于位于下游的調理區(qū)的空氣滲透到爐的腔室(enceinte)中。
[0049]與玻璃流動的總方向逆流的燃燒氣體的流通使得能夠將該腔室中的傳熱最大化。不過，集中離開該爐的燃燒氣體的溫度保持非常高。它們通常為大約1200-1400°C的溫度。
[0050]在第一熱交換器2中的經過使得能夠降低這些氣體的溫度并且尤其回收它們所運載的熱量的一部分。
[0051]在圖1的示意圖中，示出了兩個交換器2，在爐的每一側上有一個以促進該處理。任選地，兩個交換器的存在使得能夠中斷它們之一的運行以便進行維護，而另一個交換器暫時地處理全部的燃燒氣體。在這種未不出的假設中，與煙氣交換的載熱氣體-空氣A還應當供應兩個對稱管道3，所述管道將空氣引向用于加熱氧氣的交換器。
[0052]回收交換器2中的熱量的氣體應當被用來加熱在燃燒器中使用的氧氣O。出于尤其是氧氣的加熱應當在其使用位置的最近處發(fā)生的原因，該加熱系統(tǒng)性地在接近燃燒器5的交換器4中進行，正如圖2中所示出的。交換器4 一方面接收由交換器2中的煙氣預熱的載熱氣體，典型地是空氣Δ，并且另一方面接收氧氣。與熱氧氣相反，熱空氣Δ可以在一定距離上無損害地輸送。[0053]在交換器4中，氧氣從環(huán)境溫度變?yōu)榭蛇_到最高550-600°C的溫度。.[0054]在圖2中，每個燃燒器5經由交換器4供應熱氧氣Q。在需要時，交換器4可供應多個燃燒器。但是，通常，每個交換器不同時供應多于兩個燃燒器。
[0055]在上述申請W02009/118333中，載熱氣體進行雙重交換。一方面，它被煙氣加熱，而另一方面，它加熱氧氣。載熱氣體在交換器之間的流通在封閉線路中進行。在圖2中再現的這種氣體的線路使得該氣體在已經加熱了氧氣之后返回到交換器2。以此方式，仍存在于此載熱氣體中的能量被保持。
[0056]在已經在交換器4中加熱了氧氣之后的這種氣體的溫度仍然是相對高的。它可以達到500°C或者更高。在此氣體中保存的能量的使用因而仍是重要的。本發(fā)明的主題在于使用這種載熱氣體Δ的能量來加熱原材料。
[0057]與對應于所引述的現有技術的圖2中所示相反，根據本發(fā)明，如圖3、4、5和6中所示，載熱空氣Δ在加熱氧氣Q之后并不返回交換器2。這種來自不同交換器4的空氣被合并而且被引向交換器干燥器S，以在粒料或壓縮的聚結料￡裝爐之前將它們干燥。
[0058]在加熱氧氣之后的空氣A所運載的能量使得能夠至少部分地干燥粒料或聚結料G0不過優(yōu)選增加額外的來源以達到更為顯著的干燥/加熱。如圖3和5所示，一種措施在于采用載熱空氣的另外供給(apport)。如圖3和5所示，這種供給由離開交換器2的載熱空氣的一部分構成，但其被直接送到干燥器S而不用于加熱氧氣并且因此處于明顯更高的溫度。這部分的空氣被添加到用于加熱氧氣的空氣中。這兩個來源的組合使得能夠達到適合于進入干燥器的溫度。在需要時，環(huán)境空氣的額外供給使得能夠降低該溫度。
[0059]通常，在交換器2之后，煙氣仍處于過高的溫度而不能進行脫硫。不進行如圖3所示的煙氣/空氣逆流流通，煙氣的出口溫度通常不小于700°C。
[0060]當然，可在利用環(huán)境空氣稀釋以使溫度返回到與在靜電過濾器(electro-filtres)上的脫硫相容的水平之后排出這些煙氣。但這種操作方式在能量方面不是特別有利。優(yōu)選地，例如如圖4所示，重復與新鮮供給的空氣的熱交換，該空氣還通過與來自交換器2的煙氣的熱交換進行加熱，該空氣被添加到已經用于加熱氧氣的空氣中，它們的組合用于干燥粒料或聚結 料。
[0061]圖6所示的變化形式在于使用離開交換器2的煙氣以使先前用于加熱氧氣的空氣過熱。該操作在位于該干燥上游的交換器8中進行。
[0062]無論被引向該干燥的熱空氣的來源如何，其溫度不應超過可使產品變得“粘性”的溫度。對于這些粒料或聚結料的典型可玻璃化組合物，該溫度不應超過600°C。
[0063]如果空氣溫度大于600°C，則可例如通過添加額外的處于環(huán)境溫度的空氣來降低。
[0064]粒料或聚結料的干燥通常伴有加熱。這由于水蒸發(fā)的高能量吸收的原因是保持適度的?？捎欣匮娱L產品的加熱而不超過以上所示的極限值。
[0065]圖5示出了與由該干燥操作所導致的模式不同的粒料或聚結料的加熱模式。在這種變化形式中，來源于交換器2的煙氣被送到交換器6，在其中它們被用來加熱由該干燥產生的粒料或聚結料。
[0066]在此交換器6中，煙氣和粒料或聚結料在分開的線路中。該加熱主要通過傳導獲得，粒料或聚結料與被煙氣加熱的交換器6的壁接觸。這種配置還使得能夠使煙氣返回到適合于它們的脫硫處理的溫度，并且粒料或聚結料可以達到與它們的組成相容的盡可能高的溫度。
[0067]根據本發(fā)明的技術在以氧燃燒運行的每天生產750噸玻璃的玻璃熔爐中進行。運行示意圖是在圖3中所示的圖。該模式如下建立:
[0068]在爐中
[0069]-氣體消耗3900Nm3/h
[0070]-氧氣消耗8000Nm3/h
[0071]-爐出口處的煙氣流量18700Nm3/h
[0072]-爐出口處的煙氣溫度1400°C
[0073]I個交換器(2)
[0074]-煙氣出口溫度450°C
[0075]-空氣進入時處于環(huán)境溫度并且在離開時被加熱到800°C
[0076]-空氣流量29000Nm3/h，其中的15300Nm3/h被用來加熱氧氣
[0077]10個燃燒器和交換器(4)(用于加熱氧氣)
[0078]-交換器⑷出口處的氧氣溫度550°C·[0079]-交換器⑷出口處的空氣溫度350°C
[0080]混合800°C的空氣和350°C的空氣，導致在干燥器S入口處流量為29000Nm3/h，溫度為550°C
[0081]粒料:
[0082]-重量組成％:娃砂59 ;碳酸鈉20 ;白云石20 ;硫酸鈉0.4 ;氧化鋁0.6 ;其中硅酸鈉溶液作為粘結劑，整體上占未玻璃化的原材料的80%，向其中添加20%的玻璃屑
[0083]-初始水含量為10%重量,相對于未玻璃化的原材料
[0084]-直徑為2_
[0085]-進入該干燥時的溫度為環(huán)境溫度，并且
[0086]-在干燥器中的停留時間平均為10分鐘
[0087]-在出口處具有小于1%重量的水含量和大于250°C的溫度。
[0088]對原材料實施干燥所帶來的在能量節(jié)約方面的益處大于加熱氧氣所帶來的益處。粒料的干燥/加熱大致導致大約15%的能量增益，即大約0.82GJ/噸玻璃，外加在氧氣消耗方面的相應節(jié)約。粒料的干燥/加熱因而顯著地有助于以氧燃燒方式運行的爐的總節(jié)約。這種節(jié)約使得這些技術可被使用，盡管需要額外的投資。所考慮的爐的容量越大，資產平衡越為正。
【權利要求】
1.借助于燃燒器加熱的玻璃熔融爐，其中燃燒能量通過氧燃燒產生至少65%并且優(yōu)選至少80%，在爐出口處的燃燒氣體被傳送到在其中流通有空氣的第一熱交換器(2)中，該空氣和該燃燒氣體處于不同的且分開的線路中，在此第一交換器(2)中加熱的空氣被傳送到至少一個旨在預熱氧基助燃劑的第二交換器(4)中，該助燃劑和該空氣在不同的且分開的線路中流通，離開此第二交換器(4)的空氣被傳送到干燥組件(S)，在該干燥組件(S)中其與預先以粒料或壓縮的聚結料的形式構成的可玻璃化爐料接觸。
2.權利要求1的爐，其日產量為至少300噸。
3.權利要求1的爐，其中在第一交換器(2)中加熱的空氣部分地被送到該用于加熱助燃劑的一個或多個第二交換器(4)并且部分地與離開這一個或這些第二交換器(4)的空氣混合，以用于干燥粒料或聚結料。
4.權利要求1的爐，其中離開第一交換器(2)的燃燒氣體送到交換器(7)中，在該交換器(7)中它們加熱空氣，該空氣隨后與離開該一個或多個第二交換器(4)的空氣混合，以用于干燥粒料或聚結料。
5.前述權利要求之一的爐，其中干燥空氣流以及粒料或聚結料流使得它們的溫度不超過550°C且優(yōu)選地不超過500°C。
6.前述權利要求之一的爐，其中進入干燥組件的空氣的溫度不大于600°C。
7.權利要求1的爐，其中在干燥之前的粒料或聚結料具有以重量計大于4%的水含量。
8.前述權利要求之一的爐，其中離開第一交換器(2)的燃燒氣體的至少一部分被傳送到交換器(6)，在該交換器(6)中這些氣體被用來無接觸地加熱預先干燥的粒料或聚結料。
9.權利要求8的爐，其中在交換器(6)中，粒料或聚結料借助重力前進并且燃燒氣體的流通與這種可玻璃化爐料是逆流的并且與可玻璃化爐料無接觸。
【文檔編號】C03B5/235GK103596889SQ201280028102
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月26日 優(yōu)先權日:2011年5月2日
【發(fā)明者】F·拜奧爾, O·科拉特, M·達爾瓦克斯 申請人:旭硝子歐洲玻璃公司