CN103562148A

CN103562148A - 熔化装置

Info

Publication number: CN103562148A
Application number: CN201280022335.2A
Authority: CN
Inventors: M·德穆特; B·霍莱斯; G·帕尔迈; M·波特塞尔; D·施波尔加里克
Original assignee: Messer Austria GmbH; Messer Hungarogaz Kft
Current assignee: Messer Austria GmbH; Messer Hungarogaz Kft
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2014-02-05
Also published as: WO2012130725A1; DE102011014996A1; EP2688846A1

Abstract

本发明涉及一种熔化装置，它包括具有多个设置在熔化池（2）的侧壁（9）上燃烧器（12、13、14）的燃烧器组件（8），燃烧气体分别以预先确定的角度从各燃烧器中施加到待熔化的物料（5）上，使得构成多个具有不同热输入的区域。这里优选采用无火焰工作的燃烧器和/或空气/氧气混合燃烧器（12、13、14），其中输入的氧化剂中的氧气的含量可以根据在熔化池（2）中测量的参数调节。根据本发明的装置特别适于制造陶瓷釉料并且突出之处在于高的经济性和废气中低的NO_x值。

Description

熔化装置

技术领域

本发明涉及一种熔化装置，特别是涉及一种用于熔化非金属材料、特别是陶瓷釉料/玻璃料（Fritte）的熔化装置。

背景技术

用于熔化非金属材料，如釉料、陶瓷、玻璃或玄武岩的装置本身是已知的。所述装置通常具有熔化池和多个燃烧器，所述燃烧器的燃烧火焰在运行期间向熔化池中定向。所属的燃烧器通常利用化石燃料，多数是天然气或油运行。为了维持燃烧供应氧化剂，所述氧化剂通常是空气，但在较新的设备中也越来越多地采用纯氧气。在所述的再生性燃烧器中，通过炉壁中的出口向炉内腔中供应经预热的空气。

在EP2030953A1中记载了一种用于熔化玻璃的方法和装置，其中，通过入口区域向玻璃熔化池供应玻璃配料。接着通过多个燃烧器的热输入使玻璃熔化。熔化的物料通过纯化区

和静止区，在所述纯化区和静止区中同样通过燃烧器供应热能。这里，在纯化区中燃烧器这样运行，使得进行无火焰的燃烧。无火焰的燃烧实现了玻璃熔化炉中明显更为均匀的热分布。以这种方式，可以向玻璃熔化炉供应更多的能量，因为“热点”，即具有温度极值的位置的温度比相反具有发光的火焰的类似燃烧低，因此特别是熔化池的热负荷明显降低。此外，无火焰的燃烧使得废气中NO_x的浓度较低。

发明内容

本发明的目的是，提高非金属材料熔化时的经济性并相对于根据现有技术的方案降低废气中的NO_x浓度。

所述目的通过具有权利要求1的特征的熔化装置来实现。

根据本发明的熔化装置包括熔化池，所述熔化池具有用于待熔化的物料的输入区域、用于已熔化的物料的导出通道以及设置在与输入区域对置的壁部中的燃烧器组件，所述燃烧器组件具有多个设置在燃烧器砖中的燃烧器，其中燃烧器组件的至少两个燃烧器以不同的角度这样定位，使得在待熔化的物料的表面上形成至少两个具有不同的热作用的区域。

这里本发明基于一种形式为基本上水平设置的池（熔化池）的燃烧炉，所述熔化池至少在其纵向延伸的绝大部分上被待熔化的材料（以下称为“物料”）通过，所述物料从输入区域出发，所述输入区域设置在熔化池的一个端侧的区域内并通常包括用于输入待熔化的材料的输入口，所述输入口设置在端侧本身中和/或设置在侧壁或盖板区域的与端侧相邻的部段中。以固体形式、例如作为颗粒输入的物料在与输入区域相邻的熔化区域中熔化并转换为可流动的状态。接着物料朝导出通道的方向流动通过熔化池，所述导出通道通常在熔化池的底部区域中设置在熔化池的与输入口相对置的端侧的区域中。物料穿过熔化池的运输优选这样来实现，即，熔化的物料在重力作用下朝导出通道的方向流动；为此，熔化池可以具有朝导出通道向下倾斜的底部。熔化的物料接着经由导出通道输送给进一步的处理步骤。

待熔化的物料的加热至少主要通过燃烧器组件实现，所述燃烧器组件设置在与用于待熔化的物料的输入区域相对置的壁部上，优选设置在导出通道的上方。其他燃烧器，特别是按横向燃烧炉的形式侧向于物料的正常流动方向设置的燃烧器在本发明的范围内是不需要的，但同样也不排除使用这种燃烧器。燃烧器组件包括多个容纳在一个燃烧器砖或设置在分开的多个燃烧器砖中的燃烧器，这些燃烧器成角度设置，使得从这些燃烧器中流出的燃烧气体到达物料的表面。这些燃烧器定位的角度取决于熔化池的几何形状；但至少两个燃烧器具有不同的角度定位，使得用燃烧气体加载物料的表面的不同区域并由此形成热输入的不同区域。这里对于一个或多个作用于物料表面的与输入区域相邻的区域的燃烧器设置相对于水平方向较为平坦的角度位置，以便在该区域内形成熔化区域，以便使输入的物料熔化。与前面所述的燃烧器相比相对于水平方向具有更陡的角度位置的一个或多个燃烧器用于，使处于“保温区”中的已经熔化的物料保持在预先规定的温度和/或保持处于液态的粘度。就是说，所述保温区位于熔化区和导出通道之间。在本发明的范围内，在熔体的内部可以附加地存在另外的功能区，所述功能区通过相应成角度定位的燃烧器加载热，所述功能区例如是纯化区。在导出通道中或者在下游的输送或处理阶段中，可以按本身已知的方式设置所谓的“供料燃烧器（Feederbrenner）”，所述供料燃烧器将液化的物料的流出的路线保持在预先规定的温度和/或粘度。

燃烧器的数量、功率和角度位置与不同的情况、特别是与熔化池的几何条件和相应的熔化任务相应地适配。例如，紧凑的装置包括三个燃烧器，这三个燃烧器安装在一个燃烧器组件中，该燃烧器组件设置在熔化池的与输入区域相对置的侧壁中。这三个燃烧器中的至少两个燃烧器设置为用于使物料熔化并与水平方向成例如5°至10°的锐角地安装在燃烧器组件中。所述角度的大小设计成，使得由燃烧器流出的燃烧气体在这里称为熔化区的、与输入区相邻的区域内到达物料的表面并在这里实现所输入物料的熔化。第三个燃烧器用于在位于熔化区和导出通道之间的保温区中在已经液化的熔体内部保持确定的温度。因此，与另外两个燃烧器相比，第三个燃烧器相对于水平方向具有更陡的例如20°至45°的定位角并通常具有比前面所述的（两个）燃烧器小的最大功率。更大的装置具有带多于三个用于前面所述或其他使用目的的燃烧器的燃烧器组件。

根据本发明的装置的各燃烧器优选以液态或气态的燃料工作，例如油、丙烷、天然气或其他碳氢化合物，并以含氧的气体作为氧化剂工作。优选氧化剂是富氧的气体，即具有大于空气的氧气浓度的气体，例如具有大于按体积25%、优选大于按体积40%、特别优选大于按体积90%的氧气浓度的气体。

相对于按现有技术的熔化装置，根据本发明的装置在较小的燃料使用量和的较小的空间需求情况下提供了高的熔化物料的生产率，由此实现了高效率、低能耗和废气中低的NO_x浓度。根据本发明的熔化装置特别是适于熔化非金属的材料、特别是玻璃、陶瓷釉料或玄武岩。

本发明的一个有利的改进方案设定，至少一个燃烧器的角度位置是可调的。以这种方式，可以使燃烧器组件中的燃烧器的设置针对相应的熔化任务进行适配或优化。例如每个燃烧器的角度位置可以—既便是在运行期间—无级地调整。

本发明的一个优选的实施形式的特征在于，至少一个燃烧器的功率可以根据在熔化池中测量的参数、例如温度或熔化池中气氛的组成或熔体的温度或粘度来调节。这种调节这里优选是与区域相关的，就是说，作用在一个区域上燃烧器的功率可以分别独立于作用于其他区域的燃烧器的功率地调节。

优选燃烧器组件的其中至少一个燃烧器能够以氧气作为氧化剂运行。通过使用氧气燃烧器提高了经济性并相对于以空气作为氧化剂工作的燃烧器明显降低了氮氧化物的比例。作为“氧气”这里是指这样的气体，所述其他的氧含量为按体积至少95%，优选至少99%。

可选地或补充地，燃烧器组件中的一个燃烧器有利地是空气/氧气混合燃烧器，其中，所供应的氧化剂中的氧气含量可以调整，优选在在按体积21%、即空气中的氧气含量至100%的整个范围内调整。氧化剂中的氧气含量越高，火焰的温度可以调整得越高。这种燃烧器的一个例子由WO2008092763A1已知。

供应给空气/氧气混合燃烧器的氧化剂的氧气含量有利地可以根据熔化池中的测量到的参数调节。所述燃烧器这里应适宜地实现在21%至100%之间尽可能无级地调整氧化剂中的氧气含量。作为用于调节氧气浓度的参数特别是可以采用熔化池中的气氛的温度或熔体本身的参数，如温度或粘度。除了氧气浓度，一个或多个燃烧器的角度位置也可以是调节的内容。

在本发明的一个有利的实施形式中，燃烧器组件的一个或多个燃烧器设计成用于无火焰地运行。这里用于一个或多个燃烧器的燃料和/或氧化剂通过混入来自熔化池的气氛的再循环的燃烧气体而变稀薄，从而燃料与氧化剂的比例变化到点火区域之外。在无火焰的燃烧中，由于所述稀薄作用，放热的氧化不再局限于局部，而是在无火焰燃烧器覆盖的整个炉腔内进行。这种无火焰的运行使得可以在熔化池内实现均匀的温度分布，降低炉壁的磨损并实现了燃烧气体中较低的NO_x浓度。

本发明的目的还通过一种用于使物料熔化的方法来实现，在所述方法中使用根据本发明的装置。

根据本发明的装置的一个优选的应用在于熔化非金属的材料、特别是陶瓷釉料或玄武岩。特别是通过使用无火焰工作的空气/氧气混合燃烧器，可以在使用较少的燃料以及在产生NO_x极低的废气的情况下保持熔化陶瓷釉料所需的1200℃到1650℃之间的温度。

附图说明

根据附图应详细说明本发明的一个实施例。其中用示意图示出：

图1示出根据本发明的装置的剖视图，

图2a示出根据图1的装置的燃烧器组件的正视图，以及

图2b示出图2a的燃烧器组件沿图2a中的线B-B的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出熔化装置1包括熔化池2，所述熔化池具有用于供应材料的输入区域3、用于容纳熔体5的容纳区域4和用于从熔化池2中导出熔化的物料以用于进一步处理的导出通道6。此外在导出通道6的区域中以本身已知的并且因此不感兴趣的方式设置一个或多个燃烧枪7，所述燃烧枪的目的在于，将处于到另外的处理步骤的路程上的熔体5保持在预先规定的温度。

为了使物料熔化，在根据图1的装置中使用燃烧器组件8。所述燃烧器组件8设置在熔化池2的与输入区域3于相对置的端壁9中并包括总共三个设置在燃烧器砖11中的燃烧器12、13、14。

如图2a、2b所示，燃烧器12、13、14容纳在燃烧器砖11的凹口16、17、18中。所述凹口构造成，使得燃烧器砖11内的燃烧器12、13、14可以相对于水平方向成角度地定位。

这里燃烧器13、14的定位角α这样设计，使得由燃烧器13、14最大地对熔化区20加载热量，在熔化区中所输入的物料发生熔化。熔化区30优选处于熔化池20的朝向输入区域的半部中；燃烧器13、14相对于水平方向的定位角α与熔化池的几何形状相关并例如在5°到10°之间。为了实现最佳地向熔化区20加载热量，燃烧器13、14还可以附加地指向熔化池20的竖直中面地定向。

与此相对，燃烧器12的定位角这样设计，使得对在熔体的朝向导出通道6的半部内部的保温区21最大地加载热量。由燃烧器12输出的热量因此特别是用于，在通过导出通道6输出熔体5之前，在液态下将熔体5保持在预先规定的温度。燃烧器12相对于水平方向的定位角β因此比燃烧器13、14的定位角α陡并且同样取决于熔化池的几何形状例如在20°到45°之间。此外，在该实施例中，燃烧器12还这样容纳在凹口16中，使得定位角β例如在图2b中用双箭头22表示的那样相对于水平方向在一定的角度范围内，例如在20°到30°之间变化并由此可以与相应的熔化任务的要求相适配。

燃烧器12、13、14分别是在WO2008092763A1中所记载类型的混合燃烧器，其中通过分开的供应装置既供应空气也供应氧气作为氧化剂，其中氧化剂中的氧气含量可以连续地在按体积21%到按体积100%之间变化。作为燃料在该实施例中使用天然气，但也可以使用其他的气态或液态燃料。两个燃烧器13、14的功率是相同的，而燃烧器12可以具有与它们不同的功率；例如燃烧器13、14的最大功率可以分别是750kW，而燃烧器12具有600kW的最大功率。燃烧器12、13、14设计成用于无火焰运行。在无火焰的运行中，燃烧气体的一部分在熔化池2的内部再循环，由此实现了熔化池2内部中均匀的温度分布。

燃烧器12、13、14的功率和氧化剂中相应的氧气含量可以根据在熔体5中或在熔化池2的内部的气氛中检测到的参数而改变和调节。例如，在图1中示出温度传感器23、24，这些温度传感器测量炉气氛的温度，但也可以在燃烧器的功率调节中采用其他参数，熔体的温度或粘度。通过设置在熔化池2的盖区域或设置在侧向壁部（由燃烧器组件8出发观察）的区域中的温度传感器23、24，例如可以确定在熔化区20和保温区21的区域熔化池2的气氛中的温度并将其传输给这里未示出的控制单元。控制单元然后按照规定的程序根据所测得的参数的值调节按比例供应给燃烧器12、13、14的空气和氧气和/或燃料。例如这样来调整通过燃烧器12、13、14进行的燃烧，使得在采用软陶瓷釉料的情况下在保温区21的区域内将温度保持在1360℃，对于硬陶瓷釉料，保持1450℃的温度。

在装置1运行时，待熔化的物料、例如陶瓷釉料按图1所示的箭头穿过熔化池2。物料经由输入区域3送入熔化池并在熔化区20中筒管燃烧器14、15熔化。已熔化的物料到达保温区21中，在保温区中，物料通过燃烧器12保持在预先规定的温度。接着，熔化的物料通过导出通道6离开熔化池2并接着被进一步处理（这里未示出）。通过使用无火焰的混合燃烧器作为燃烧器12、13、14，实现了熔体5非常均匀的升温并降低了熔化池2的炉壁的磨损。由此根据本发明的装置特别适于高温应用场合。同时氮氧化物的排放量相对于按现有技术的熔化装置明显降低。

通过使用根据本发明的燃烧器组件，可以相对于按现有技术的设备实现明显的产量提升。因此，可以通过安装根据本发明的燃烧器组件将确定的陶瓷釉料在炉设备中的生产从约20吨/天提高到45吨/天。

附图标记列表

1 装置

2 熔化池

3 输入区域

4 容纳区域

5 熔体

6 导出通道

7 燃烧管

8 燃烧器组件

9 端壁

10 -

11 燃烧器砖

12 燃烧器

13 燃烧器

14 燃烧器

15 -

16 凹口

17 凹口

18 凹口

19 -

20 熔化区

21 保温区

22 双箭头

23 温度传感器

24 温度传感器

α、β定位角

Claims

1.一种熔化装置，具有熔化池（2），所述熔化池具有用于待熔化的物料的输入区域（3）、用于已熔化的物料的导出通道（6）以及设置在与输入区域（3）相对置的壁部（9）中的燃烧器组件（8），所述燃烧器组件包括多个设置在燃烧器砖（10）中的燃烧器（12、13、14），其中燃烧器组件（8）的至少两个燃烧器（12；13、14）成不同角度地定位，使得在待熔化的物料的表面上形成至少两个具有不同热作用的区域（20、21）。

2.根据上述权利要求之一所述的熔化装置，其特征在于，至少一个燃烧器（12、13、14）的角度位置是可调的。

3.根据上述权利要求之一所述的熔化装置，其特征在于，至少一个燃烧器（12、13、14）的功率能够根据在熔化池中测量的参数调节。

4.根据上述权利要求之一所述的熔化装置，其特征在于，燃烧器组件（8）的至少一个燃烧器（12、13、14）是能够用氧气作为氧化剂运行的燃烧器。

5.根据上述权利要求之一所述的熔化装置，其特征在于，燃烧器组件（8）的至少一个燃烧器（12、13、14）是空气/氧气混合燃烧器。

6.根据权利要求4所述的熔化装置，其特征在于，供应给空气/氧气混合燃烧器（12、13、14）的氧化剂的氧气含量能够根据在熔化池（2）中测量的参数调节。

7.根据上述权利要求之一所述的熔化装置，其特征在于，燃烧器组件（8）的至少一个燃烧器（12、13、14）设计成用于无火焰运行。

8.用于通过使用根据上述权利要求之一所述的熔化装置（1）使物料熔化的方法。

9.根据权利要求1至6之一的装置（1）的应用，用于使非金属的材料、特别是陶瓷釉料熔化。