本發(fā)明涉及玄武巖熔融池窯系統(tǒng)及方法領(lǐng)域，特別是涉及一種以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)及熔融方法。適用于各類玄武巖礦石、以及玄武巖配料(例如添加硅酸鹽礦物及氧化物等)，特別是鐵含量較高的玄武巖礦石?？蓮V泛應(yīng)用于連續(xù)玄武巖纖維、巖棉、玄武巖鱗片等材料生產(chǎn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、玄武巖是我國分布最廣泛且儲量最大的基性火山噴出巖之一。目前，玄武巖礦石主要用于交通建筑行業(yè)，例如道路鋪設(shè)及混凝土骨料。這些行業(yè)通常直接使用玄武巖礦石碎石，需求量大但是產(chǎn)品附加值低。而將玄武巖礦石通過高溫熔融后，對熔體牽引成纖可制備連續(xù)玄武巖纖維，其在具有優(yōu)異的力學(xué)性能的同時，還具有絕緣、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好、耐高低溫等特殊的性能。此外，還可利用玄武巖熔體制備巖棉及玄武巖鱗片等材料。將玄武巖礦石制成上述產(chǎn)品可以有效地提高其經(jīng)濟附加值，有助于玄武巖礦石的高值化利用。

2、目前，在生產(chǎn)玄武巖纖維或是上述其它材料時，熔融玄武巖礦石所使用的窯爐主要有坩堝爐和池窯兩種。坩堝爐是早期采用較多的一種窯爐，其通過頂燒產(chǎn)生的火焰結(jié)合電輔助加熱原料，火焰輻照面積較小，熱效率相對較低且能耗較高。同時，其僅能給一個漏板供給熔體，生產(chǎn)效率相對較低。而池窯法的原料可由池窯的一端連續(xù)投料，由多個火焰噴槍或加熱電極對礦物進行加熱熔融并形成熔池。該方法可以同時對多個漏板供給熔體，生產(chǎn)效率高且能耗相對較低。然而，目前池窯法多使用火焰加熱的方法對原料進行加熱，通常選擇天然氣作為燃料，會造成較大的碳排放。對于全電池窯，其耗電量較大，成本較高，且對電力供應(yīng)要求嚴格。氫能是一種綠色無污染的清潔能源，還具有能量密度高的優(yōu)點。使用氫氣作為池窯加熱裝置的燃料可以極大地降低玄武巖熔融過程中的碳排放，并減少對化石能源的消耗。然而，氫氣的存在可能會導(dǎo)致玄武巖礦石及熔體中的fe等元素析出，如果不能去除析出的物質(zhì)，會導(dǎo)致后續(xù)生產(chǎn)的纖維性能減弱，同時對漏板也存在嚴重的腐蝕作用。此外，氫氣燃燒時會產(chǎn)生堿蒸汽，必須要嚴格控制氣氛。

3、因此，為了解決上述問題，有必要提供一種以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)及熔融方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于，提供一種以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)及熔融方法，該系統(tǒng)是由：窯體、控制系統(tǒng)、煙道口、投料裝置、玄武巖礦石和熔體、輔助電熔組件、燃燒裝置、傳感器、出料口、擋磚、收集盒、熔化區(qū)、澄清沉淀均化區(qū)和冷卻調(diào)溫區(qū)組成，其中燃燒裝置包括燃料輸送系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、玄武巖纖維池窯及控制系統(tǒng)，燃料輸送系統(tǒng)首先包括氫氣、天然氣輸氣管道，二者的出氣端與混氣管道相連。經(jīng)過混合后，混氣管道與氧氣管道的出氣端與燃燒系統(tǒng)相連接，燃燒系統(tǒng)主要包括設(shè)置在玄武巖纖維窯體內(nèi)壁的燃燒槍，用于點燃燃料輸送系統(tǒng)所輸入的燃料，以加熱玄武巖纖維窯體，同時也設(shè)置有電加熱輔助裝置；所有輸氣管道均通過流量控制閥控制通氣流量，玄武巖纖維窯體由耐火材料裝砌而成，外側(cè)設(shè)有保溫隔熱層，同時窯體內(nèi)設(shè)有溫度傳感器及氣體傳感器并通過控制器與其它系統(tǒng)相連，用以監(jiān)控溫度并控制輸氣管道流量控制閥對溫度及氣氛進行調(diào)控。此外，在窯體澄清區(qū)底部設(shè)置沉淀室，用于沉淀還原出的物質(zhì)，同時在底部設(shè)置可向下開啟的閥門用于清理沉淀物質(zhì)。熔體通過出料口流出可用于支持后續(xù)相關(guān)成形工藝，例如玄武巖纖維、玄武巖鱗片、巖棉等產(chǎn)品的生產(chǎn)。通過本發(fā)明提出的設(shè)計，可以有效地降低玄武巖類材料生產(chǎn)過程中的碳排放，同時可以將玄武巖熔體中的鐵等物質(zhì)還原沉淀，提高玄武巖熔體的可成形性并降低其對后續(xù)工藝設(shè)備的腐蝕性。該系統(tǒng)能夠解決玄武巖纖維生產(chǎn)過程中碳排放量高和燃燒效率較低的問題，并通過精確調(diào)控燃燒氣體比例，可以有效控制窯體內(nèi)氣氛及熔體溫度。同時，解決了玄武巖熔體中鐵含量過高及析出物影響熔體成纖及纖維強度的問題。

2、本發(fā)明所述的一種以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由：窯體(1)、控制系統(tǒng)(2)、煙道口(3)、投料裝置(4)、熔體(5)、輔助電熔組件(6)、燃燒裝置(7)、傳感器(8)、出料口(9)、擋磚(10)、收集盒(11)、熔化區(qū)(12)、澄清沉淀均化區(qū)(13)、冷卻調(diào)溫區(qū)(14)、可移動窯體(15)和閥門(16)組成，在窯體(1)內(nèi)設(shè)有熔化區(qū)(12)、澄清沉淀均化區(qū)(13)和冷卻調(diào)溫區(qū)(14)，熔化區(qū)(12)一端設(shè)有投料裝置(4)，在冷卻調(diào)溫區(qū)(14)一端設(shè)有出料口(9)，在窯體(1)的一側(cè)設(shè)有煙道口(3)，在窯體(1)的上部設(shè)有若干個傳感器(8)，和設(shè)置有若干個燃燒裝置(7)，在窯體(1)內(nèi)的熔化區(qū)(12)、澄清沉淀均化區(qū)(13)和冷卻調(diào)溫區(qū)(14)之間設(shè)有擋磚(10)，在窯體(1)的下部設(shè)有若干個收集盒(11)，收集盒下部設(shè)有閥門(16)，窯體(1)下部設(shè)有可移動窯體(15)，池壁底部設(shè)有若干個輔助電熔組件(6)，通過變壓器(6-1)與控制系統(tǒng)(2)電連接；窯體(1)的下部一側(cè)設(shè)有出料口(9)，控制系統(tǒng)(2)分別與窯體(1)、投料裝置(4)、傳感器(8)以及燃燒裝置(7)電連接，根據(jù)回傳的電信號來控制投料裝置(4)、輔助電熔組件(6)以及燃燒裝置(7)，實現(xiàn)對熔體(5)溫度及生產(chǎn)效率的控制，窯體(1)的外側(cè)設(shè)有保溫隔熱層。

3、所述燃燒裝置(7)由燃料輸送系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)組成，燃料輸送系統(tǒng)包括氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)、氧氣輸送管道(7-3)、一級混氣系統(tǒng)(8-2)及二級混氣系統(tǒng)(8-3)；氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)和氧氣輸送管道(7-3)的輸入端與輸氣源連接；氫氣輸氣管道(7-1)與天然氣輸氣管道(7-2)輸出端與一級混氣系統(tǒng)(8-2)輸入端連接，一級混氣系統(tǒng)(8-2)與氧氣輸送管道(7-3)輸出端與二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸入端連接；二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸出端與止回閥(8-4)輸入端連接；止回閥(8-4)輸出端與火焰槍(8-6)連接，通過燃燒氣體的火焰加熱玄武巖礦石和熔體(5)；氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)、氧氣輸送管道(7-3)輸入端到一級混氣系統(tǒng)(8-2)，二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸入端之間依次設(shè)置有過濾設(shè)備(7-4)、一級壓力變送器(7-5)、調(diào)節(jié)器(7-6)、二級壓力變送器(7-7)、止回閥(7-8)、氣閥(7-9)、阻燃閥(8-0)、流量控制閥(8-1)以及氣體泄漏傳感器(8-5)。

4、所述的以氫氣為主要燃料的玄武巖纖維池窯系統(tǒng)的熔融方法，按下列步驟進行：

5、所述系統(tǒng)是由：窯體(1)、控制系統(tǒng)(2)、煙道口(3)、投料裝置(4)、熔體(5)、輔助電熔組件(6)、燃燒裝置(7)、傳感器(8)、出料口(9)、擋磚(10)、收集盒(11)、閥門(16)、熔化區(qū)(12)、澄清沉淀均化區(qū)(13)、冷卻調(diào)溫區(qū)(14)可移動窯體(15)和閥門(16)組成；

6、a、通過投料裝置(4)將熔體(5)原料為玄武巖礦石粉、高鐵含量的玄武巖礦石或高硅含量的玄武巖礦石輸送至窯體(1)內(nèi)的熔化區(qū)(12)中；通過燃燒裝置(7)將氫氣/氧氣/天然氣氣體點燃，通過火焰的熱輻射傳熱加熱熔體(5)；

7、b、熔融后的熔體(5)在窯體(1)內(nèi)流動，通過傳感器(8)監(jiān)控溫度及窯內(nèi)(1)氣氛，并利用控制系統(tǒng)(2)調(diào)控投料速度及燃燒氣體的流量；

8、c、在氫氣的還原作用下熔體(5)內(nèi)的fe金屬元素析出，并沉積在收集盒(11)底部，當沉積過多時停止投料，待熔體(5)液面低于收集盒(11)盒壁后，移開下方可移動窯體(15)，并打開底部閥門(16)將收集盒(11)中的沉淀物質(zhì)及熔體排出；

9、d、熔體(5)經(jīng)過澄清沉淀均化區(qū)(13)流入冷卻調(diào)溫區(qū)(14)，并通過出料口(9)流出即可。

10、本發(fā)明提供了一種以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)，包括：

11、采用耐火材料砌筑而成窯體(1)和可移動窯體(15)，所述窯體(1)內(nèi)部設(shè)有熔化區(qū)(12)、澄清沉淀均化區(qū)(13)、冷卻調(diào)溫區(qū)(14)(包括通路)，在所述窯體(1)熔化區(qū)(12)一端設(shè)有投料裝置(4)，在窯體(1)冷卻調(diào)溫區(qū)(14)一端設(shè)有出料口(9)，同時在窯體(1)上設(shè)有煙道口(3)及傳感器(8)；窯體(1)內(nèi)部熔化區(qū)(12)及澄清沉淀均化區(qū)(13)設(shè)置有至少一個燃燒裝置(7)用于燃燒氫氣或氧氣加熱熔體(5)；控制系統(tǒng)(2)分別與窯體(1)、投料裝置(4)、傳感器(8)以及燃燒裝置(7)電連接，用以根據(jù)回傳的電信號來控制投料裝置(4)、輔助電熔組件(6)以及燃燒裝置(7)，最終實現(xiàn)對熔體(5)溫度及生產(chǎn)效率的控制；

12、所述窯體(1)和可移動窯體(15)的耐火材料為硅磚、黏土磚、高鋁磚、氧化鋁磚、鋯剛玉磚、莫來石磚、鋯英石、石英磚或各類適用的電熔磚中的一種或多種；

13、所述燃燒裝置(7)由燃料輸送系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)組成，燃料輸送系統(tǒng)包括氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)、氧氣輸送管道(7-3)、一級混氣系統(tǒng)(8-2)及二及混氣系統(tǒng)(8-3)，所述氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)、氧氣輸送管道(7-3)的輸入端均與輸氣源連接，用于向系統(tǒng)供氣；氫氣輸氣管道(7-1)與天然氣輸氣管道(7-2)輸出端均與一級混氣系統(tǒng)(8-2)輸入端連接，實現(xiàn)氫氣與天然氣的混氣，一級混氣系統(tǒng)(8-2)與氧氣輸送管道(7-3)輸出端均與二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸入端連接，實現(xiàn)氫氣、天然氣與氧氣的混氣；二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸出端與第二止回閥(8-4)輸入端連接，第二止回閥(8-4)輸出端與火焰槍(8-6)連接，通過燃燒氫氣或氧氣氣體的火焰加熱熔體(5)；

14、所述氫氣輸氣管道(7-1)、天然氣輸氣管道(7-2)、氧氣輸送管道(7-3)輸入端到混氣系統(tǒng)(8-2)，二級混氣系統(tǒng)(8-3)輸入端之間依次設(shè)置有過濾設(shè)備(7-4)、一級壓力變送器(7-5)、調(diào)節(jié)器(7-6)、二級壓力變送器(7-7)、第一止回閥(7-8)、氣閥(7-9)、阻燃閥(8-0)、流量控制閥(8-1)以及氣體泄漏傳感器(8-5)；

15、所述窯體(1)設(shè)置的輔助電熔組件(6)位于窯體(1)池壁之上及熔體(5)液面之下，通過變壓器(6-1)與控制系統(tǒng)(2)電連接；在需要時用以輔助加熱熔體(5)，以保證熔體(5)溫度和成分的均勻性，并促進熔體(5)內(nèi)氣泡的排出以及不溶物、析出物的沉淀；

16、所述窯體(1)內(nèi)的澄清沉淀均化區(qū)(13)和冷卻調(diào)溫區(qū)(14)之間設(shè)置有擋磚(10)，由耐火材料構(gòu)成，用以促使熔體通過對流作用成分均勻化，并防止熱量散發(fā)；

17、所述窯體(1)內(nèi)的冷卻調(diào)溫區(qū)(14)后部通路處深度小于熔化區(qū)(12)及澄清沉淀均化區(qū)(13)深度，并在連接處橫向收緊設(shè)置卡脖，以保證流入冷卻調(diào)溫區(qū)的熔體均勻性；

18、所述窯體(1)內(nèi)設(shè)置的收集盒(11)壁高度低于熔體(5)液面與出料口(9)底部齊平，當沉積過多時停止投料，待熔體液面低于收集盒(11)盒壁后，移開下方可移動窯體(15)，并打開底部閥門(16)將收集盒(11)中的沉淀物質(zhì)及熔體排出；

19、所述傳感器(8)包括溫度傳感器及氣體傳感器，溫度傳感器為熱電偶或紅外測溫儀等各類測溫裝置，氣體傳感器為各類氣體檢測器；

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少具有以下主要的優(yōu)點：

21、1.本發(fā)明中的以氫氣為主要燃料的玄武巖池窯系統(tǒng)及熔融方法，以氫氣及氧氣為主要燃料，必要時輔以天然氣助燃，可以有效地降低燃燒過程二氧化碳的排放量，同時根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)及控制系統(tǒng)及時精確地控制池窯內(nèi)溫度及氣氛，可以在高效熔融原料的同時有效地防止氫氣燃燒過程中產(chǎn)生的堿蒸汽，提高池窯壽命。

22、2.本發(fā)明利用氫氣作為燃料可將玄武巖礦石中的鐵等元素還原，并通過設(shè)置的收集盒將析出物/沉淀物收集并去除，可以有效地降低熔體中的鐵含量，避免后續(xù)冷卻過程中的析晶，進而提高熔體成形過程的穩(wěn)定性及產(chǎn)品力學(xué)性能，并降低熔體對后續(xù)工藝設(shè)備的腐蝕。

23、3.本發(fā)明以氫氣及氧氣為主要燃料，與傳統(tǒng)的天然氣火焰加熱裝置相比，氫氣熱值高，火焰強度大，可以有效提高原料的熔融效率。同時可選的，在熔體液面下部設(shè)置電極輔助加熱裝置，保證熔體受熱及溫度的均勻性。

24、4.本發(fā)明在窯體內(nèi)設(shè)置了多級擋磚及擋板，且后部通路處深度小于熔化區(qū)及澄清沉淀均化區(qū)深度，并在連接處設(shè)置卡脖及攪拌器，有利于玄武巖熔體的熔化、澄清、脫氣和成分自發(fā)均化，以保證流入冷卻調(diào)溫區(qū)的熔體均勻性。