CN105621859A - 低强度混泡浸没燃烧法 - Google Patents

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Abstract

一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：将燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器从熔窑底部插入熔池中，燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器之间相隔一定的距离，使燃气泡和助燃气泡各自独立鼓出，在熔液内部上升膨胀过程中相遇并形成半混半燃的过度气泡，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡；从而将热量传给周围的熔液，达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉。

Description

低强度混泡浸没燃烧法
技术领域
物料的燃烧熔制方法，特别是无机物料浸没燃烧方法。
背景技术
无机物料，包括玻璃、陶瓷、耐火材料等的熔制是材料制造工艺中最重要、最核心的工艺。它的优劣对于绿色环保、节能减排以及材料的制造质量和成本的高低，有着举足轻重的作用。
以玻璃熔制为例：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，热损耗严重；二是熔化率较低；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。为了节省能源、减少排放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，例如浸没燃烧和电极加热。
但是，迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器从窑底插入窑内，使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。
这种方法不仅可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1000千卡以下）。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，因此包括中国在内的美、日、法、俄等国都先后进行了深入的研究和试验，但到目前为止均未在大规模工业应用上获得成功。
其原因在于，这种传统浸没燃烧的方法有着难以解决的问题：1、澄清问题：在向玻璃液中喷入燃气和空气混合物时(燃烧产物)，喷嘴的作业条件比较困难，只有混合气体耗量大大超过用空气或蒸汽鼓抱时，熔制才会正常进行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻腾，使玻璃液呈泡沫状，自身的微小气体夹杂物显著增多，因此，使玻璃液澄清很困难。2、燃料问题：在熔体中吸留或夹杂的灰泡成分主要是未参加反应的不活泼气体，也就是燃料燃烧过程中释放出的氮，如：用天然气一空气混合气体的浸没燃烧喷嘴所产生的燃烧产物中，含氮量超过70%，而一般的燃烧方法则允许在燃烧产物中的含氮量不超过30%，对于平板玻璃，则最好不超过10%(重量)。因此，这也是气体夹杂物多的主要原因。用纯氧燃烧工艺可有效解决上述两个问题，但带来的问题是，火焰温度过高，喷嘴蚀损过快，又无法补偿或更换。3、燃烧器问题：由于燃烧器是浸没在熔体中的，其质量、安放位置以及操作控制都比以往要求严格，否则，一旦燃烧发生故障，使玻璃液进人其内固化，则不能继续使用。另外，当玻璃液达到一定深度时，喷嘴的冲力不够，火焰则不进玻璃液，而从旁边耐火材料喷出。秦皇岛玻璃研究院在试验中就遇到过这种情况。缩小喷嘴直径可解决上述问题，但又会造成燃烧热量不足的问题。4、耐火材料问题：由于玻璃液在窑内剧烈翻腾，上部结构空间会被飞溅出来的玻璃液所冲刷，一般的硅砖和铬砖适应不了这种熔窑的需要。当在池底设置多个燃烧喷嘴时，也会削弱耐火材料的强度。另外，如在熔液中燃烧天然气(为供入窑内总量的7-10%),会使热交换大大加强。过多地提高直接在熔窑中燃烧的天然气量，耐火材料受蚀严重。5、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。6、最为关键的问题是：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。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。而电极加热存在的问题是：熔化率低；加热面积有限；电极昂贵并更换困难且易氧化；需先用其它加热方式将玻璃熔化成液体后，才能够通电加热，增加了设备及工艺成本。因此。目前电极加热的玻璃电熔窑仅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小规模产品的生产。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：将燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器从熔窑底部插入熔池中，燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器之间相隔一定的距离，使燃气泡和助燃气泡各自独立鼓出，在熔液内部上升膨胀过程中相遇并形成半混半燃的过度气泡，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡；从而将热量传给周围的熔液，达到熔化和均化物料的目的；在熔融液体上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。
这种低强度混泡浸没燃烧法的燃烧原理是：两个（或多个）独立上升的燃气泡和助燃气泡，在上升膨胀过程中气泡边缘首先相碰，混合并燃烧。其结果是：相碰混合燃烧的气体部分温度会急剧升高而突然快速上升，其底部形成的低压会将其两侧的气泡向一起拉，使它们迅速混合并燃烧，然后继续上升形成高温烟气泡（如果燃气泡和助燃气泡配比适当，便会达到完全燃烧的效果）。高温烟气泡将热量传给周围的熔液；当高温烟气泡上升到达液面后，因外界压力降低而破碎，并进入原料配合料层，并与原料配合料层换热而急剧降温；如果烟气泡中有未烧尽的燃气，会与原料配合料层中的空气相遇燃烧。
这种低强度混泡浸没燃烧法，与靠压力和速度使燃气和助燃气强制混合的喷枪截然不同。它使燃气和助燃气自然混合，达到完全燃烧的目的。
与喷枪相比，每组鼓泡器在单位时间内输出的热能较小，因此需要在窑底高密度布置较大数量的鼓泡器组，以提供物料熔化所需的热能。这样做的好处是，可使物料十分均匀地熔化和均化；使烟气大面积、均匀、低速、低温排出熔窑，从而提高热效率并及大地简化窑炉结构。
上述燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器成对或成组分布在熔池底部。根据熔化面积大小和每对鼓泡器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需鼓泡器的组数和安装位置。要根据燃烧效果决定每组鼓泡器中燃气鼓泡器与助燃气鼓泡器的数量比，可以是1:1或1:2等。
上述燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器的出口内径，根据其在熔池底部所处位置和熔液深度的不同而异，可从几毫米至几十毫米不等；其鼓泡频率可调。
上述燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器插入熔池内的深度可调。
为了燃气能够完全燃烧，上述成组的燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器的匹配直径和压力可以不同。
上述助燃气可以是压缩空气、富氧或纯氧气体；燃气可以是天然气、煤气、液化石油气等。
上述原料配合料层的厚度控制在燃烧烟气能够低压逸出为宜。
上述熔液为玻璃熔液。
上述熔液为石灰石熔液。
上述熔液陶瓷材料熔液。
上述熔液为耐火材料熔液。
可通过调节燃气和助燃气的鼓出压力以及鼓泡器的高低位置，以调节燃烧效果，使燃料尽量完全燃烧。
其它浸没燃烧方法相比，这种低强度混泡浸没燃烧法的有益之处在于：1、窑炉及燃烧设备结构简单，使用寿命长；2、方法可靠，燃烧完全；3、熔化效率高，熔液均化效果好；4、对耐火材料的侵蚀小；5、高温烟气在熔液和原料配合料层中的换热时间长，热利用率高；6、适合于纯氧高温燃烧，不仅可以熔化高熔点物料，而且烟气量大为减少，利于熔液的澄清；对于节能减排具有十分重大的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明实施例之一剖面原理图。
图中1.窑底耐火材料，2.燃气鼓泡器，3.助燃气鼓泡器，4.燃气泡，5.助燃气泡，6.过渡气泡，7.高温烟气泡，8.熔液，9.原料配合料层。
具体实施方式
图1中，将燃气鼓泡器2和助燃气鼓泡器3从熔窑底部插入熔池中，燃气鼓泡器2和助燃气鼓泡器3之间相隔一定距离，使燃气泡4和助燃气泡5各自独立鼓出，并在熔液8内部上升膨胀过程中相遇，并形成半混半燃的过渡气泡6，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡7；从而将热量传给周围的熔液8，达到熔化和均化物料的目的；在熔液8的上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层9，熔液8内的高温烟气泡7经此料层逸出，并通过与原料配合料层9换热降温后排掉；高温烟气泡7中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层9中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。

Claims (8)

1.一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：将燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器从熔窑底部插入熔池中，燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器之间相隔一定的距离，使燃气泡和助燃气泡各自独立鼓出，在熔液内部上升膨胀过程中相遇并形成半混半燃的过度气泡，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡；从而将热量传给周围的熔液，达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。
2.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：上述燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器成对或成组分布在熔池底部，根据熔化面积大小和每对或每组鼓泡器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需鼓泡器的对数或组数以及安装位置，并根据燃烧效果决定每组鼓泡器中燃气鼓泡器与助燃气鼓泡器的数量比。
3.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：上述燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器的出口内径，根据其在熔池底部所处位置和熔液深度的不同而异，从几毫米至几十毫米不等；其鼓泡频率可调。
4.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：上述助燃气为纯氧或富氧气体。
5.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：所述熔液为玻璃液。
6.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：所述熔液为石灰石熔液。
7.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：所述熔液为陶瓷材料熔液。
8.根据权利要求1所述的一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是：所述熔液为耐火材料熔液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106673405A (zh) * 2017-01-21 2017-05-17 徐林波 玻璃液浸没加热高温分步熔化法

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