CN105800911A - 补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法 - Google Patents

Abstract

一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：通过插入玻璃液中并在其被侵蚀损耗后可不断获得补偿、且内部开有诸多贯通气道的多孔喷管（6），将气体燃料和气体氧化剂的混合气体射入玻璃液内，使其燃烧并在玻璃液内形成燃烧空腔，产生的高温气体搅动玻璃液，并将热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化；通过一种组合衔接装置将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在多孔喷管（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，以保持多孔喷管（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，和多孔喷管（6）的使用寿命。

Description

补偿式多孔喷管稳定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质量和成本的高低，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。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：通过插入玻璃液中并在其被侵蚀损耗后可不断获得补偿、且内部开有诸多贯通气道的多孔喷管（6），将气体燃料和气体氧化剂的混合气体射入玻璃液内，使其燃烧并在玻璃液内形成燃烧空腔，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，使玻璃料迅速熔化均质；通过一种组合衔接装置将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在多孔喷管（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，以保持多孔喷管（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，同时保证多孔喷管（6）的长期使用寿命。

为了提高气体燃料和气体氧化剂的混合程度以达到完全燃烧的目的，并改善燃烧气泡的大小和形状以及防止玻璃液在气压不足时流入多孔喷管（6）内造成阻塞，可将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）内部的诸多贯通气道设计为细长的窄缝形状。

在多孔喷管6）和补偿多孔喷管（7）的两端设有对接结构（如螺纹、卡口、榫卯等），使其可稳固连接在一起。

被连续送入玻璃液内的多孔喷管（6）分为窑内和窑外两部分，窑内部分浸入高温玻璃液中，当通过其内部诸多贯通气道的混合气体冲出多孔喷管（6）并达到燃点温度时，便会燃烧；根据多孔喷管（6）的被侵蚀速度，逐渐将多孔喷管（6）送入窑内，以补偿其被蚀损的部分，并保证燃烧位置和燃烧状态的稳定；多孔喷管（6）窑外部分的表面通过冷水套或吹冷风等方式被冷却，以防其内部的混合气体达到燃点而燃烧。

上述气体氧化剂可采用纯氧。

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）。在衔接多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿多孔喷管（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）将补偿多孔喷管（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多孔喷管（7）共同推进到多孔喷管（6）的底部，并将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）通过对接结构连接起来；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，从而实现对多孔喷管（6）的长期不断补偿。

为确保多孔喷管（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多孔喷管（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。

上述多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（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的浸没燃烧方法相比，这种补偿稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法的优点在于：1、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是多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（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是具有半管对合组装结构的三通管剖面立体图。

图4是具有半管对合组装结构的三通管外形立体图。

图5是多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）的外形立体图。

图6是多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）的剖面立体图。

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.多孔喷管，7.补偿多孔喷管，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，在衔接多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿多孔喷管（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）将补偿多孔喷管（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多孔喷管（7）共同推进到多孔喷管（6）的底部，并将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）通过对接结构连接起来；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，从而实现对多孔喷管（6）的长期不断补偿。

图2中，当多孔喷管（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多孔喷管（7）以及多孔喷管（6）共同向窑池推进，以补偿多孔喷管（6）被蚀损的部分，以保持多孔喷管（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，同时保证多孔喷管（6）的长期使用寿命。

图3、图4分别是上述三通管的剖面和外形立体图，它具有半管对合组装结构，使其可在多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（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。

图5、图6分别是多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）的外形和剖面立体图。为了改善气体燃料和气体氧化剂的混合程度以达到完全燃烧的目的，并改善燃烧起跑的大小和形状以及防止玻璃液在气压不足时流入多孔喷管（6）造成阻塞，将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）内部的诸多贯通气道设计为细长的窄缝形状。在多孔喷管6）和补偿多孔喷管（7）的两端设有对接结构（图中未画出），使其可稳固连接在一起。

Claims (10)

1.一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：通过插入玻璃液中并在其被侵蚀损耗后可不断获得补偿、且内部开有诸多贯通气道的多孔喷管（6），将气体燃料和气体氧化剂的混合气体射入玻璃液内，使其燃烧并在玻璃液内形成燃烧空腔，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，使玻璃料迅速熔化均质；通过一种组合衔接装置将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）在不切断气源的前提下衔接起来，并在多孔喷管（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，以保持多孔喷管（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，同时保证多孔喷管（6）的长期使用寿命。

2.根据权利要求1所述的一种组合衔接装置，其特征是：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）。

3.根据权利要求1所述的一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：在衔接多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）时，首先将三通管（B）布置在三通管（A）后方，将补偿多孔喷管（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）将补偿多孔喷管（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多孔喷管（7）共同推进到多孔喷管（6）的底部，并将多孔喷管（6）和补偿多孔喷管（7）通过对接结构连接起来；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，从而实现对多孔喷管（6）的长期不断补偿。

4.根据权利要求1所述的一种多孔喷管和补偿多孔喷管，其特征是：其内部开有诸多贯通气道，其截面形状为细长的窄缝。

5.根据权利要求1所述的一种多孔喷管和补偿多孔喷管，其特征是：在其两端设有对接结构，使其可稳固连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种多孔喷管和补偿多孔喷管，其特征是：多孔喷管和补偿多孔喷管的材质为石英。

7.根据权利要求1所述的一种气体氧化剂，其特征是：上述气体氧化剂采用纯氧。

8.根据权利要求1所述的一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：为确保多孔喷管（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多孔喷管（6）在其中密封滑动的密封套筒（9）。

9.根据权利要求8所述的密封套筒，其特征是：密封套筒的材质为石墨。

10.根据权利要求1所述的一种补偿式多孔喷管稳定浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是：多孔喷管（6）窑外部分的表面通过冷水套或吹冷风等方式被冷却，以防其内部的混合气体达到燃点而燃烧。