CN102229465A - 铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置及用法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置，包括玻璃熔窑（10）和重油喷枪（9），重油喷枪（9）的喷口位于玻璃熔窑（10）内；还包括依次相连的鼓风机（1）、空气净化器（2）、气体分离装置（3）、真空泵（4）、水气分离装置（5）、稳压系统（6）、预热系统（7）和富氧空气喷枪（8）；在每个重油喷枪（9）的正下方对应的设置1个富氧空气喷枪（8），富氧空气喷枪（8）的喷口位于玻璃熔窑（10）内。本发明还同时公开了利用上述铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧装置所进行的富氧燃烧法。采用本发明能使熔窑内的温度分布更加均匀，降低了温度梯度，加快了玻璃的熔制，节约了原料。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝锂硅微晶玻璃熔窑的局部富氧燃烧法及所用装置。
背景技术
铝锂硅体系微晶玻璃作为微晶玻璃中的一个重要品种，具有低膨胀、耐高温、耐热冲击和透明性等特性；因此，广泛用于制造天文望远镜、炊具、餐具、高温电光源玻璃、实验室用加热器具、高温热交换器、代石英玻璃、高温窗、雷达天线罩等。
与普通玻璃相比，微晶玻璃的熔制温度偏高，熔制时间偏长，微晶玻璃熔窑的能耗很高。随着熔炉节能降耗技术的发展，微晶玻璃原料配方、熔窑结构等手段已经完善；因此为了进一步降低能耗，改变重油的燃烧效率已成重点。
富氧燃烧技术是近年来发展起来的玻璃熔窑节能降耗技术。所谓富氧燃烧是指采用比常规空气含氧量高的富氧空气来助燃称富氧燃烧，它有提高火焰温度、加快燃烧速度、降低燃料燃点和增加热量利用率的优点，此外富氧燃烧增加了空气中的氧浓度，减少了助燃空气量，从而降低了烟气生成量，也降低了废气的排放，改善了环境。
关于玻璃熔窑的富氧燃烧，在公开号CN 101108766A、101303124A、2330650Y、2245166Y、1603258A等各个公报中，公开了浮法玻璃的富氧燃烧以及富氧燃烧装置。上述专利主要涉及浮法玻璃的富氧燃烧，没有涉及熔制温度更高、玻璃特性要求更为苛刻的微晶玻璃熔窑的富氧燃烧。
现有装置的富氧燃烧大多采用纯氧与热风进行混合，形成助燃风而实现富氧燃烧，富氧燃烧成本偏高；同时，目前大多富氧燃烧装置中富氧空气和重油都通过同一喷嘴喷入熔窑中，一旦发生堵塞，会出现安全问题，火焰的大小和方向无法调节，导致熔窑温度场分布不均，且造成燃料浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧局部燃烧法及所用装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置，包括玻璃熔窑和重油喷枪，重油喷枪的喷口位于玻璃熔窑内；还包括依次相连的鼓风机、空气净化器、气体分离装置、真空泵、水气分离装置、稳压系统、预热系统和富氧空气喷枪；在每个重油喷枪的正下方对应的设置1个富氧空气喷枪，富氧空气喷枪的喷口位于玻璃熔窑内。
作为本发明的铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置的改进：在玻璃熔窑相对应的两侧交叉对喷的设置重油喷枪，所有的重油喷枪位于同一水平面上；所有的富氧空气喷枪位于重油喷枪下方的同一水平面上。
作为本发明的铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置的进一步改进：富氧空气喷枪的喷口与富氧空气喷枪转动相连，富氧空气喷枪的喷口转动范围为0°～上仰45°。
作为本发明的铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置的进一步改进：位于玻璃熔窑同一侧的相邻的2个富氧空气喷枪之间的水平间距为0.5～1.5m(当然，位于玻璃熔窑同一侧的相邻的2个重油喷枪之间的水平间距也为0.5～1.5m)；重油喷枪与富氧空气喷枪的垂直间距为0.1～0.3m。
本发明还同时公开了利用上述任意一种铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧装置所进行的富氧燃烧法，依次包括以下步骤：
1)、空气从鼓风机进入空气净化器，空气净化器负责滤除空气中的杂质(例如灰尘、颗粒等)；
2)、净化后的空气进入气体分离装置的左侧，气体分离装置负责对净化后的空气进行气体分离，将氧气分离到低压的一侧(即右侧)，从而使气体分离装置的右侧为富氧空气；
3)、富氧空气在真空泵的作用下进入水气分离装置，水气分离装置负责去除富氧空气中的水分和水蒸气，得干燥富氧空气；干燥富氧空气中氧气的体积浓度为25％～27％；
4)、上述干燥富氧空气进入稳压系统，稳压系统负责对干燥富氧空气进行稳定气体流速的处理，从而使气体流量控制在50～100m3/h；
5)、从稳压系统出来的稳压后富氧空气在预热系统内被预热至300～500℃，得加热后富氧空气；
6)、从预热系统出来的加热后富氧空气通过富氧空气喷枪的喷口进入玻璃熔窑内。此时，加热后富氧空气以50～100m3/h的流量进入玻璃熔窑内。
在本发明中，位于气体分离装置前部的鼓风机可以起到给空气增压的作用，同时主要依赖真空泵使得气体分离装置的右端产生低压，真空泵也可以同时起到分离空气和抽出富氧空气的作用。气体分离装置低压侧的压力一般设置在0.01MPa。
本发明的设计原理是：
(1)采用膜法制氧系统进行制氧，利用具有特殊选择分离性的高分子聚合纤维材料作为分离元件；在一定驱动力作用下，混合气体中渗透速率相当快的水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后，在膜的渗透侧(即右侧)被富集；而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧(即左侧)，从而在膜的滞留侧被富集；上述水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等混合气体经过除水汽处理后，从而获得氧浓度为25％～27％富氧空气。
(2)采用预热系统对富氧空气进行预热，有利于熔窑温度的提高，然后将预热后的富氧空气喷枪布置在重油喷枪的下部，借助富氧空气流量和方向的调节，改变火焰的分布区域和燃烧特性，提高火焰温度，使火焰对玻璃料的辐射传热相对加大，从而加速玻璃熔制。
(3)通过将重油喷枪和富氧空气喷枪分开设置，可以提高机器运行的安全性，节约燃料，提高生产效率。
本装置的运行过程是：
通过鼓风机将普通空气抽入，经过空气净化器去除掉空气中多余的杂质，空气通过气体分离装置中的分离膜制成富氧浓度为25％～27％的富氧空气。在真空泵的作用下，将富氧空气抽至水汽分离装置中去除富氧空气中多余的水分和水蒸气，从而得到干燥的富氧空气。再经过稳压系统得到流速平稳的气流，随后经过预热系统将富氧空气进行预热，最后即可由富氧空气喷枪碰出。同时，改变重油喷枪和富氧空气喷枪在熔窑中的排列与分布，有效降低熔窑内部的温度梯度。使用本发明的富氧燃烧技术后，富氧空气成本节约了5％，铝锂硅玻璃液温度提高50°以上，能耗下降20％左右，取得较好的节能效果。
本发明的富氧燃烧技术具有以下优点：
(1)降低燃料燃点温度，加快燃料燃烧速度，提高火焰温度。铝锂硅微晶玻璃的熔制温度高达1550～1650℃，通常使用重油作为燃料，由于重油分子量大，粘度偏高，在普通空气中燃烧速度不高，未能充分发挥重油发热量大的特点，从而影响玻璃特性及微晶玻璃性能；而在本发明的预热富氧空气中，氧分子与重油充分接触，从而降低重油燃点温度，加速燃烧，并提高火焰温度50℃～100℃，从而满足铝锂硅体系玻璃熔制温度需求。
(2)相对于加纯氧和普通空气混合进行的富氧燃烧技术相比，本发明的富氧燃烧技术采用膜法制氧系统进行制氧，富氧空气成本节约了5％～10％。
(3)采用本发明的富氧燃烧技术，喷嘴中喷出的是富氧浓度为25％～27％的富氧空气，与普通空气助燃的熔窑相比，能耗降低20％～30％。
(4)通过将重油喷枪和富氧空气喷枪分开设置，可以达到提高机器运行的安全性，节约燃料，提高生产效率。
(5)使用交叉对喷的结构，使熔窑内的温度分布更加均匀，降低了温度梯度，加快了玻璃的熔制，节约了原料。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是本发明的铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置的连接关系示意图；
图2是图1中的玻璃熔窑10的侧视放大示意图；
图3是图2的俯视示意图；
图4是图1中的气体分离装置3的剖视结构示意图。
具体实施方式
实施例1、一种铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置，包括鼓风机1、空气净化器2、气体分离装置3、真空泵4、水气分离装置5、稳压系统6、预热系统7、玻璃熔窑10、若干个的富氧空气喷枪8和若干个的重油喷枪9，富氧空气喷枪8的数量等于重油喷枪9。富氧空气喷枪8的枪口和重油喷枪9的枪口均位于玻璃熔窑10内。
在玻璃熔窑10相对应的两侧(例如，为左侧和右侧)的同一水平高度交叉设置对喷的重油喷枪9(即，所有的重油喷枪9位于同一水平面上)，位于玻璃熔窑10左侧的2个相邻的重油喷枪9之间的间距为0.5～1.5m，位于玻璃熔窑10右侧的2个相邻的重油喷枪9之间的间距＝位于玻璃熔窑10左侧的2个相邻的重油喷枪9之间的间距；即，位于玻璃熔窑10右侧的1个重油喷枪9正对位于玻璃熔窑10左侧的2个相邻的重油喷枪9的中间。位于玻璃熔窑10左侧的重油喷枪9向玻璃熔窑10的右侧喷出重油，位于玻璃熔窑10右侧的重油喷枪9向玻璃熔窑10的左侧喷出重油。
在每个重油喷枪9的正下方分别对应的设置一个富氧空气喷枪8，因此，富氧空气喷枪8的设置规则同上述重油喷枪9的设置规则。所有的富氧空气喷枪8位于重油喷枪9下方的同一水平面上，重油喷枪9与富氧空气喷枪8的垂直间距为0.1～0.3m。
该富氧空气喷枪8的喷口与富氧空气喷枪8转动相连，即富氧空气喷枪8的喷口转动范围为水平面～上仰45°，如图2所示。
整个气体分离装置3可选用北京东方花电科技有限公司生产的GY-50富氧机组，该富氧机组内设有具有特殊选择分离性的高分子聚合纤维材料作为膜33，从而将富氧机组的内腔分割成左室30和右室34，在左室30的侧壁上设有进口31，在左室30的底部设有废气出口32，废气出口32与恒压系统36相连，以保证富氧机组内部保持高压，废气通过恒压系统36之后再排出；在右室34上设有富氧空气出口34。
鼓风机1、空气净化器2、气体分离装置3的进口31依次相连，气体分离装置3的富氧空气出口34、真空泵4、水气分离装置5、稳压系统6和预热系统7依次相连，预热系统7的出口分别连接每个富氧空气喷枪8。
空气净化器2例如可选用上海安居乐工业用空气净化器，稳压系统6例如可选用济南赛锐自动化设备有限公司生产的Sunrise型气体稳压器。
实施例2、一种利用实施例1所述装置进行的铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧法，依次包括以下步骤：
1)、空气在鼓风机1的作用下进入空气净化器2，空气净化器2负责滤除空气中的灰尘、颗粒等杂质。
2)、净化后的空气在真空泵4的作用下以0.01MPa的负压进入气体分离装置3的左室30中，在驱动力(即压差)的作用下，混合气体中渗透速率相当快的水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜33后，在膜33的渗透侧(即右室34)被富集，而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜33的滞留侧(即左室30)被富集，最终从废气出口32被排出。
3)、右室34中的富氧空气在真空泵4的作用下进入水气分离装置5，水气分离装置5负责去除富氧空气中的水分和水蒸气，得干燥富氧空气；干燥富氧空气中氧气的体积浓度为25％-27％。
4)、上述干燥富氧空气进入稳压系统6，稳压系统6负责对上述干燥富氧空气进行气体稳定流速的处理；从而得到平稳的流速可控的空气流；气体流速控制在50～100m3/h。
5)、从稳压系统6出来的稳压后富氧空气在预热系统7内被预热至300～500℃，得加热后富氧空气。
6)、从预热系统7出来的加热后富氧空气进入玻璃熔窑10内；加热后此时，加热后富氧空气以50～100m3/h的流量进入玻璃熔窑内。
实验1、采用实施例1的所述装置按照实施例2所述的方法进行铝锂硅微晶玻璃的制备，富氧空气喷枪8的喷射角度为上仰20～25°。
结果为：玻璃熔窑10内各个点检测得出最高温度和最低温度的差值在50℃内。所得到的玻璃性能与国外同类产品相媲美。
对比实验1、按照背景技术中告知的现有富氧燃烧法(即，采用纯氧与热风进行混合)，且喷枪是朝着一面喷射的，进行铝锂硅微晶玻璃的制备。
结果为：玻璃熔窑10内各个点检测得出最高温度和最低温度的差值为100℃。按生产每吨微晶玻璃而言：重油用量基本同实验1，但总生产成本是实验1的1.1～1.2倍。所得到的玻璃性能基本同实验1所得。
对比实验2、取消实验1中的富氧空气喷枪8的喷口角度，即富氧空气喷枪8为水平喷射，其余同实验1。
结果为：玻璃熔窑10内各个点检测得出最高温度和最低温度的差值为150℃。由于无法调节富氧空气喷枪8的喷口角度，燃烧所产生的热量无法高效地用于融熔玻璃，因此多耗费的燃料也有所增加；按生产每吨微晶玻璃而言：重油用量为实验1的1.25倍；且所得到的玻璃性能略低于实验1所得。
通过上述实验我们可以得知：采用本发明后，富氧空气成本节约了10％，铝锂硅玻璃液温度提高50℃以上，能耗下降20％左右，取得较好的节能效果。通常的富氧燃烧由于是针对普通的玻璃；而生产微晶玻璃对玻璃熔窑10提出了更高的温度要求，通过交叉对喷的方式可以使得玻璃熔窑10内每一处的重油都得到充分的燃烧，减少温度不均匀的现象，控制2个相邻的重油喷枪9之间的水平间距，可以进一步减少玻璃熔窑10内的温度梯度，避免了因温度不均匀而导致的燃料浪费和产品质量下降的问题。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置，包括玻璃熔窑(10)和重油喷枪(9)，所述重油喷枪(9)的喷口位于玻璃熔窑(10)内；其特征是：还包括依次相连的鼓风机(1)、空气净化器(2)、气体分离装置(3)、真空泵(4)、水气分离装置(5)、稳压系统(6)、预热系统(7)和富氧空气喷枪(8)；在每个重油喷枪(9)的正下方对应的设置1个富氧空气喷枪(8)，所述富氧空气喷枪(8)的喷口位于玻璃熔窑(10)内。
2.根据权利要求1所述的铝锂硅微晶玻璃熔窑的膜法富氧燃烧装置，其特征是：在玻璃熔窑(10)相对应的两侧交叉对喷的设置重油喷枪(9)，所有的重油喷枪(9)位于同一水平面上；所有的富氧空气喷枪(8)位于重油喷枪(9)下方的同一水平面上。
3.根据权利要求1～2所述的铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧装置，其特征是：所述富氧空气喷枪(8)的喷口与富氧空气喷枪(8)转动相连，所述富氧空气喷枪(8)的喷口转动范围为0°～上仰45°。
4.根据权利要求3所述的铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧装置，其特征是：位于玻璃熔窑(10)同一侧的相邻的富氧空气喷枪(8)之间的水平间距为0.5～1.5m；所述重油喷枪(9)与富氧空气喷枪(8)的垂直间距为0.1～0.3m。
5.利用权利要求1～4中任意一种铝锂硅微晶玻璃熔窑膜法的富氧燃烧装置所进行的富氧燃烧法，其特征是依次包括以下步骤：
1)、空气从鼓风机(1)进入空气净化器(2)，空气净化器(2)负责滤除空气中的杂质；
2)、净化后的空气进入气体分离装置(3)的左侧，气体分离装置(3)负责对净化后的空气进行气体分离，将氧气分离到低压的一侧，从而使气体分离装置(3)的右侧为富氧空气；
3)、富氧空气在真空泵(4)的作用下进入水气分离装置(5)，水气分离装置(5)负责去除富氧空气中的水分和水蒸气，得干燥富氧空气；所述干燥富氧空气中氧气的体积浓度为25％～27％；
4)、上述干燥富氧空气进入稳压系统(6)，稳压系统(6)负责对干燥富氧空气进行稳定气体流速的处理，从而使气体流量控制在50～100m3/h；
5)、从稳压系统(6)出来的稳压后富氧空气在预热系统(7)内被预热至300～500℃，得加热后富氧空气；
6)、从预热系统(7)出来的加热后富氧空气通过富氧空气喷枪(8)的喷口进入玻璃熔窑(10)内。
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