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(diǎn)：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(diǎn)，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(yàn)，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(bǔ)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(yàn)中就遇到過這種情況?？s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(qiáng)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(qiáng)。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(bǔ)償也難以更換。所以盡管經(jīng)過長期的研究和試驗(yàn)，卻難以投入實(shí)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(shí)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(dú)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)?，在玻璃液表面以及原料配合料層中遇氧氣燃燒，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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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。可將爐體的外壁設(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?、煤氣、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??；5、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(diǎn)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(shí)施例之一的剖面原理圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例之二的剖面原理圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例之三俯視示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)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(shí)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(dú)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(qiáng)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）?？稍趫A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。