CN104529133A - 富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法 - Google Patents

Abstract

将富氧燃烧技术与浸没燃烧技术相结合，通过浸入玻璃液中的气体喷管（6），将气体燃料和富氧气体分别射入玻璃液内，使其在玻璃液内混合燃烧并形成燃烧空腔，或将气体燃料和富氧气体混合后射入玻璃液内燃烧，产生的高温气体搅动玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化和均化；通过一种组合衔接装置将气体喷管（6）和补偿管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后，将其向窑池内推进，以补偿其被蚀损的部分，以保持气体喷管（6）的喷口在玻璃液内的位置基本不变，从而保持火焰在玻璃液内的稳定燃烧，同时保证气体喷管（6）的长期使用寿命，并在其被侵蚀损耗后可不断获得补偿。

Description

富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法

技术领域

玻璃熔化工艺。

背景技术

玻璃液的熔制是玻璃制造工艺中最重要、最核心的工艺。它的优劣对于绿色环保、节能减排以及玻璃的制造成本的高低，有着举足轻重的作用。

目前，用燃料连续熔制玻璃液均采用表面加热的方法。它有着几个难以克服的缺点：一是热效率较低，其热损耗约占总热耗量的70%~80%，每公斤玻璃液热耗在1800千卡以上；二是熔化率较低，一般在1.5吨/平方米·日以下；三是熔化池燃烧空间的燃气温度高、流速大，对窑炉耐火材料侵蚀较快，降低了窑炉使用寿命。为了省能源和降低成本并提高窑炉使用寿命，国内外都在探索更有效的加热方法代替表面加热，浸没燃烧就是其中一种。

迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器浸没在玻璃液中，燃烧的废气以高温高速直接喷入熔池玻璃液中，搅动着玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。

这种浸没燃烧方法不仅使燃烧气体的热量被玻璃液充分吸收，热损失小，熔化率高，节能效果十分显著（国外介绍浸没燃烧方法的熔化率可达9~10吨/平方米·日，每公斤玻璃液热耗在1000~1300千卡）。而且由于高温气体翻腾，对玻璃液起搅拌作用，使池内的玻璃液更均匀。又由于离开玻璃液的废气温度基本和熔池中表面玻璃液的温度相同，因而降低了熔窑空间的温度，延长了窑炉的使用寿命。

浸没燃烧方法有许多优点，因此从50年代起美、日、法、俄等国都先后对此进行了深入的研究和试验，我国的玻璃研究机构也在1979年到1984年由国家立项对玻璃液浸没燃烧工艺进行过详细的试验探索，但到目前为止均未获得成功。

其原因在于，这种浸没燃烧的方法存在着技术瓶颈问题：一是：玻璃液粘度、气源压力和流量的波动，对混合气体压力和喷速的影响很大，使其难以长期恒定地保持在玻璃液中燃烧，极易造成脱火或回火现象；二是：由于受材料限制，燃烧器(尤其是喷火嘴)极易损耗、寿命较短，而且既无法补偿也难以更换；三是：燃烧速度不够快，形成的火焰较长，有时会冲出玻璃表面在空间燃烧；四是：喷嘴在玻璃液中的深度位置不可调节，造火焰在玻璃液中的燃烧位置难以控制；五是：燃烧产生的高温气体量过大，翻腾过于剧烈，从而造成窑池耐火材料侵蚀严重和玻璃液澄清困难；六是：助燃风量大、温度低，使得燃气温度不够高（即便使用高热值燃料，其燃气温度也只有1350℃～1480℃），造成燃烧不完全的废气对玻璃液的污染。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。

另外，富氧燃烧是又一项高效节能的燃烧技术。它在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。富氧燃烧指的是用比通常空气（含氧21%）含氧浓度高的富氧空气（包括纯氧）进行燃烧。但是到目前为止，富氧燃烧还仅限于窑内空间燃烧，未见用于浸没燃烧尤其是用于玻璃液浸没燃烧的报道。

与用普通空气燃烧有以下优点：1.高火焰温度和黑度。辐射换热是玻璃液主要的加热方式之一，按气体辐射特点，只有三原子和多原子气体具有辐射能力，原子气体几乎无辐射能力。所以在常规空气助燃的情况下，无辐射能力的氮气所占比例很高，因此烟气的黑度很低，影响了烟气对玻璃液的传热。富氧助燃技术因氮气量减少，空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热。2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4．2倍，天然气则达到10．7倍左右。故用富氧空气助燃后，不仅使火焰变短，提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由于温度提高了，将有利于燃烧反应完全。3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。燃料的燃点温度随燃烧条件变化而变化。燃料的燃点温度不是一个常数，如CO在空气中为609℃，在纯氧中仅388℃，所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放热量等。4.减少燃烧后的烟气量。随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气需要量减少，烟气量减少。采用纯氧燃烧时烟气量减少近80%，故可以减小甚至去掉换热或蓄热设备，减少工程造价。5.减少污染物排放。富氧燃烧烟气量减少，使燃烧废气中的污染物浓度增加，可使废气处理更有效率。同时N2减少可减少热力型NOx生成量。6.有利于CO2的捕获。富氧燃烧技术的原理是用纯氧燃烧同体燃料，由二氧化碳循环流控制燃烧。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。富氧燃烧技术适用于新机组，也可应用于某些改造机组。因此，富氧燃烧是很有前途的CO2分离方法。

但同时富氧燃烧还面临很多问题：1. 运行方面 ：由于富氧燃烧，炉膛温度很高，需要采取措施(如烟气再循环)降低炉膛温度。需要进一步了解富氧燃烧点火，火焰稳定性，耐腐蚀，传热的问题。2. 污染物控制方面：由于燃烧环境变化，将改变污染物的形成，因此需要更多相关研究。3. 氧气的分离和净化需要消耗大量的能量。在限制碳排放的国际大背景下，如何更高效、稳定和持续地利用有限的能源，是世界各国一直努力研究的课题。总结富氧燃烧的优缺点，鉴于富氧燃烧降低污染、节约能源及二氧化碳捕集等效益，只要能进一步降低富氧燃烧的成本和相关技术的成熟性，在环境污染问题和温室效应日益严重的未来，富氧燃烧必然会有很好的发展前景。近年来，富氧燃烧已成为各国积极研究发展之项目之一，根据中油公司研究，富氧燃烧技术未来研发重点如下： 1、加热炉与燃烧器的设计开发：使用富氧燃烧所产生的温度极高，需要大量回流烟道器以降低温度避免损害炉体，但也因此增加了操作成本。2、氧气产生：目前氧气分离技术之成本仍高，不利应用。3、高浓度CO2烟道气回流及压缩 。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：将富氧燃烧技术与浸没燃烧技术相结合，通过浸入玻璃液中的气体喷管，将气体燃料和富氧气体分别射入玻璃液内，使其在玻璃液内混合燃烧并形成燃烧空腔，或将气体燃料和富氧气体混合后射入玻璃液内燃烧，产生的高温气体搅动玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化和均化。通过一种组合衔接装置将气体喷管（6）和补偿管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后，将其向窑池内推进，以补偿其被蚀损的部分，以保持气体喷管（6）的喷口在玻璃液内的位置基本不变，从而保持火焰在玻璃液内的稳定燃烧，同时保证气体喷管（6）的长期使用寿命。并在被侵蚀损耗后可不断获得补偿。

上述组合衔接装置为前后布置的一对具有半管对合组装结构的三通（或多通）管（A）和（B）。在气体喷管（6）和补偿管（7）的两端设有螺纹，使其通过螺纹连接在一起。在衔接气体喷管（6）和补偿管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿管（7）从三通管（B）底部插入后，关闭三通管（B）的输送支管阀门（5a），并用定位螺丝（2a）将补偿管（7）临时定位在三通管（B）和三通管（A）的两个输送支管（1a）和（1）之间；然后打开三通管（B）的进气支管阀门（3a）和三通管（A）的输送支管阀门（5），同时关闭三通管（A）进气支管阀门（3）；再将三通管（B）和固定在其上的补偿管（7）共同推进到气体喷管（6）的底部，并将气体喷管（6）和补偿管（7）通过螺纹连接起来；然后将三通管（A）拆除；通过三通管（A）和三通管（B）的循环交替向窑池推进，从而实现对气体喷管（6）的长期不断补偿。

为确保气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后顺利向窑池内推进，在其与窑底耐火材料（8）的孔壁之间埋设有可确保气体喷管（6）在其中密封滑动的密封套筒（9）。密封套筒（9）的材质可选择石墨，尤其是弹性石墨。

考虑到密封套筒（9）是易损件，可将其设计成半管对合组装结构，当其被侵蚀到一定程度后，将替补件扣合在气体喷管（6）或补偿管（7）的外壁上，将被侵蚀到一定程度的密封套筒（9）逐步顶入窑内替换，以确保窑炉的使用寿命。

上述气体喷管（6）和补偿管（7）的材质可采用石英管、耐热金属管、衬有耐火材料内衬的金属管、耐火材料管（如锆刚玉）等。因为石英具有膨胀系数低、耐高温化学侵蚀、不污染玻璃液和易加工制作等优点，所以可优先选用石英管。

与先前人们研究试验的以固定燃烧器为基础和以普通空气为氧化助燃气体的浸没燃烧方法相比，这种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法的优点在于：1、将富氧燃烧技术与浸没燃烧技术相结合熔制玻璃液，可使两项节能燃烧技术相辅相成、取长补短，使二者的优势得到最大限度的发挥，并相互解决其前述存在的问题；2可克服玻璃液粘度和燃烧产物压力波动的影响，燃烧过程稳定可靠；2、在玻璃液中的燃烧深度可调可控；3、这种浸没燃烧设备的使用和更换简单方便且使用寿命可与窑龄同长。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是气体喷管（6）和补偿管（7）的衔接原理剖面结构图。

图2是喷气装置在正常工作状态的剖面结构图。

图3和图4分别是具有半管对合组装结构的三通管的剖面立体图和外形立体图。

 图中1. 三通管（A）的输送支管，1a. 三通管（B）的输送支管，2. 三通管（A）的定位螺丝，2a. 三通管（B）的定位螺丝，3. 三通管（A）的进气支管阀门，3a. 三通管（A）的进气支管阀门，4. 三通管（A）的进气支管，4a. 三通管（B）的进气支管，5. 三通管（A）的输送支管阀门，5a. 三通管（B）的输送支管阀门，6. 燃气喷管，7. 补偿管，8. 窑底耐火材料，9. 密封套筒，10.冷却水套。 

具体实施方式

图1中，在衔接气体喷管（6）和补偿管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿管（7）从三通管（B）底部插入后，关闭三通管（B）的输送支管阀门（5a），并用定位螺丝（2a）将补偿管（7）临时定位在三通管（B）和三通管（A）的两个输送支管（1a）和（1）之间；然后打开三通管（B）的进气支管阀门（3a）和三通管（A）的输送支管阀门（5），同时关闭三通管（A）进气支管阀门（3）；再将三通管（B）和固定在其上的补偿管（7）共同推进到气体喷管（6）的底部，并将气体喷管（6）和补偿管（7）通过螺纹连接起来；然后将三通管（A）拆除；通过三通管（A）和三通管（B）的循环交替向窑池推进，从而实现对气体喷管（6）的长期不断补偿。

图2中，当气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后，将三通管（B）和固定在其上的补偿管（7）以及气体喷管（6）共同向窑池推进，以补偿气体喷管（6）被蚀损的部分，以保持气体喷管（6）的喷口在玻璃液内的位置基本不变，从而保持火焰在玻璃液内的稳定燃烧，同时保证气体喷管（6）的长期使用寿命；考虑到密封套筒（9）是易损件，可将其设计成半管对合组装结构，当其被侵蚀到一定程度后，将替补件扣合在气体喷管（6）或补偿管（7）的外壁上，将被侵蚀到一定程度的密封套筒（9）逐步顶入窑内替换，以确保窑炉的使用寿命。

图3是上述三通管的外形立体图，它具有半管对合组装结构，使其可在气体喷管（6）和补偿管（7）上快速方便的拆卸组装，以完成三通管（A）和三通管（B）的循环交替。

Claims (9)

1.一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：将富氧燃烧技术与浸没燃烧技术相结合，通过浸入玻璃液中的气体喷管（6），将气体燃料和富氧气体分别射入玻璃液内，使其在玻璃液内混合燃烧并形成燃烧空腔，或将气体燃料和富氧气体混合后射入玻璃液内燃烧，产生的高温气体搅动玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化和均化；通过一种组合衔接装置将气体喷管（6）和补偿管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后，将其向窑池内推进，以补偿其被蚀损的部分，以保持气体喷管（6）的喷口在玻璃液内的位置基本不变，从而保持火焰在玻璃液内的稳定燃烧，同时保证气体喷管（6）的长期使用寿命，并在其被侵蚀损耗后可不断获得补偿。

2.根据权利要求1所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：上述组合衔接装置为前后布置的一对具有半管对合组装结构的三通管（A）和（B），在气体喷管（6）和补偿管（7）的两端设有螺纹，使其可通过螺纹连接在一起。

3.根据权利要求2所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：在衔接气体喷管（6）和补偿管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿管（7）从三通管（B）底部插入后，关闭三通管（B）的输送支管阀门（5a），并用定位螺丝（2a）将补偿管（7）临时定位在三通管（B）和三通管（A）的两个输送支管（1a）和（1）之间；然后打开三通管（B）的进气支管阀门（3a）和三通管（A）的输送支管阀门（5），同时关闭三通管（A）进气支管阀门（3）；再将三通管（B）和固定在其上的补偿管（7）共同推进到气体喷管（6）的底部，并将气体喷管（6）和补偿管（7）通过螺纹连接起来；然后将三通管（A）拆除；通过三通管（A）和三通管（B）的循环交替向窑池推进，从而实现对气体喷管（6）的长期不断补偿。

4.根据权利要求3所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：为确保气体喷管（6）被侵蚀损耗到一定程度后顺利向窑池内推进，在其与窑底耐火材料（8）的孔壁之间埋设有可确保气体喷管（6）在其中密封滑动的密封套筒（9）。

5.根据权利要求4所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：密封套筒（9）的材质为石墨。

6.根据权利要求5所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：所述石墨为弹性石墨。

7.根据权利要求4所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：密封套筒（9）为半管对合组装结构，当其被侵蚀到一定程度后，将替补件扣合在气体喷管（6）或补偿管（7）的外壁上，将被侵蚀到一定程度的密封套筒（9）逐步顶入窑内替换，以确保窑炉的使用寿命。

8.根据权利要求1所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：所述气体喷管（6）为石英管。

9.根据权利要求1所述的一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：所述气体喷管（6）为衬有耐火材料内衬的金属管。