CN110691952A - 组合熔炉 - Google Patents

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Abstract

一种设备，其包括工业玻璃熔炉(1)以及石材熔炉(11)，所述工业玻璃熔炉(1)包括用于熔融玻璃(3)的罐(2)；位于罐(2)上方的燃烧加热室(4)；以及与所述加热室(4)连通的用于排出烟道气体的管道；所述石材熔炉(11)包括用于待被烧制石材的烧制区域(21)，烟道气体排出管道包括与待被烧制石材的烧制区域(21)相连以及向待被烧制的石材的烧制区域(21)提供高温度下的烟道气体的烟道气体出口。

Description

组合熔炉
技术领域
本发明涉及玻璃制造工业领域。熔融构成玻璃的材料需要输入大量的能量。玻璃熔池的温度约为1300℃至1500℃。根据玻璃的成分，玻璃可直接用于家庭中，例如用于瓶子、饮水杯、窗户，或间接用于家庭中，例如玻璃陶瓷板片，或工业用途。
背景技术
熔炉承受很高的热应力和机械应力。该熔炉由高品质的耐火衬构成。这些耐火衬是昂贵的并且对易于发生化学反应的玻璃的某些成分是敏感的。耐火衬是不良的热导体，玻璃熔池从上方加热。
一个或多个液体或气体燃料火焰燃烧器安置在玻璃熔池和熔炉的顶部(也被称为拱顶)之间。玻璃熔池基本上通过辐射加热。气体出口温度取决于玻璃系列为从1300℃至1600℃。
此外，玻璃的制造释放出大量的气体。将玻璃熔池脱气数小时，以防止玻璃中形成气泡。为了促进脱气，可以使用澄清添加剂，诸如硫酸盐。该熔炉可生产成批的选定成分的玻璃。
来自脱气和燃烧的烟道气体通过烟囱排出。
已经尝试从玻璃熔炉中回收烟道气体中包含的能量。燃料(燃料油或甲烷)可以通过烟道气体进行预热，但只能在低于550℃的温度下。高于该温度，会分解为氢气和碳。氢气难于安全操作。碳以焦油的形式沉积在管道壁上。能量获取缓慢，不到烟道气体潜热的50％。
另一建议是使烟道气体进入第一热量回收装置，该第一热量回收装置用于存储热能并氧化空气从而进入已存储烟道气体的热能的第二热量回收装置。由一组阀控制变换。该系统需要大量投资，该系统可提供约65％的良好效率。回收装置出口处的气体温度约为400℃。
申请人已经实现了相对于所生产的玻璃质量显著降低能耗的目标。
申请人提出了一种玻璃和石材组合的熔炉。至于“石材熔炉”是指用于固化石材的熔炉，固化石材诸如石灰石、白云石、火石、水合氧化铝，在原料烧制后、特别是在形成玻璃成分的一部分之后易于提供它们。
在钠钙玻璃中，主要的初始材料是石灰石，例如为碳酸钠(Na2CO3)形式的苏打和为石英砂形式的二氧化硅。石灰石和碳酸钠在玻璃生产过程中释放出二氧化碳(CO2)。
尽管减少了运输和操纵的吨位，但与使用预制原料(生石灰、镁质石灰石等)相关的经济平衡却不如传统原料有利。
申请人提出了一种设备，该设备包括：工业玻璃熔炉以及石材熔炉，工业玻璃熔炉包括熔融玻璃罐；布置在该罐上方的燃烧加热室；以及与加热室连通的用于排出烟道气体的管道；该石材熔炉包括用于待被烧制石材的烧制区域，该烟道气体排出管道包括与该待被烧制石材的烧制区域相连向待被烧制的烧制区域提供高温下的烟道气体的烟道气体出口。
石材熔炉以错流模式运行。待被烧制的石材被装入石材熔炉的顶部内，并且其随着热量的作用变形而下降。在石材熔炉的底部处回收石灰、氧化镁、二氧化硅碎片、脱水氧化铝等。将热气体引入石材熔炉内。热气体的热能被传递到正在烧制的石材上。气体出口温度可能是低的。通过回收不可避免的能量可实现卓越的能量回收。
在石材熔炉中遇到的温度下：
-通过煅烧将石灰石转化为石灰，并释放出二氧化碳。
-通过煅烧并释放二氧化碳，将白云石转化为氧化镁和氧化钙的混合物。
-火石通常包含约90％的二氧化硅和约10％的Mg、Ca、Al和/或Na的化合物。这些物质与玻璃的生产有关。加热到高温的火石变得易碎并碎裂。相反，未烧制的火石硬度高，因此使其难以研磨。现在需要毫米级的粒径范围才能更快地熔融。可以使用河火石、海火石或石火石进行烧制。
-水合氧化铝在高温下脱水。
此外，一些烟道气体可以被送到石材熔炉，而其余的烟道气体则被送到串联的替代回收装置。石灰的生产可以适应需求。
另一个意想不到的优势已变得显而易见。在本设备中，存在于烟道气体中的氯可沉积在待被烧制的石材表面上并再循环到玻璃熔炉中。氯可与以氯化钙的形式存在的石灰和以氯化镁的形式存在的镁砂相关联地存在。氯是促进熔融玻璃脱气的澄清剂。
硫是比氯更好的澄清剂。烟道气体中存在的硫可能会沉积在待被烧制的石材表面上，然后再循环到玻璃熔炉中。硫可以硫酸钙、硫酸镁或硫酸钠的形式存在。再循环与烧制的石材相关的硫酸盐中的硫可使向玻璃熔炉供应减少约50％的硫酸盐、特别是硫酸钙。此外，使烟道气体释放到大气中之前的烟道气体的处理变得更简单，甚至是不必要的。
该设备由于以下特性而使得能够进行再循环，所述特性即：(i)烟道气体中存在的酸类物质的自中和；(ii)限制烟道气体管道的维护操作的自清洁。
所述石材熔炉或辅助石材熔炉可以同样地用于生产镁和钙的氧化物。然后通过煅烧白云石产生该混合物。使用所述镁和钙氧化物的混合物能够减少缩孔，即特别是二氧化碳的释放。
在一个实施例中，所述烟道气体出口形成在烟道气体排出管道的烟道中。可以控制在所述烟道气体出口中的烟道气体的流率。
在一个实施例中，燃料是气体和/或燃料油。
在一个实施例中，氧化剂是空气。
在一个实施例中，氧化剂是氧气。烟道气体中的NOx量减少并降低了能耗。
在一个实施例中，玻璃熔炉的产量每天大于10吨玻璃。该熔炉是工业类型的。
在一个实施例中，该设备包括至少两个玻璃熔炉和一个石材熔炉。玻璃熔炉的关闭可以错开，以确保石材熔炉的加热连续性。该设备还可以包括在使用空气作为氧化剂的情况下从烟道气体中回收能量的装置。
在一个实施例中，该设备包括玻璃熔炉、石材熔炉和适于加热石材熔炉的加注燃烧器。通过石材熔炉获得持续且稳定的生产。
在一个实施例中，烧制区域是管状的，用于供给待被烧制石材的区域设置在上方以及用于提取烧制石材的区域设置在下方。在常规的熔炉中，通过从下面引入的氧化剂空气来冷却烧制的石材。在此，在烧制石材提取区域中的小的压力降低防止烟道气体向下逸出。因此产生向上的空气流。如果烟道气体的温度过高，例如对于石材熔炉衬而言，则使用更大的压力降低，从而在烧制区域中稀释烟道气体并降低温度。
在希望在烧制区域中保持高温的相反情况下，通过烧制石材提取区域进入并在烧制区域的底部中发现的空气被转移。可以将该转移引向玻璃熔炉的空气入口。该转移可以朝向再生器的入口，使得在操作以供应玻璃熔炉时能够限制冷却。可以将该转移引向位于烧制区域上方的石材熔炉的区域。
本发明提出一种烧制待被烧制的石材的方法：
-将待被烧制的石材引入待被烧制的石材的烧制区域内；以及
-向烧制区域供给来自工业玻璃熔炉的燃烧加热室下游的烟道气体排出管道的燃烧烟道气体，所述工业玻璃熔炉包括熔融玻璃罐，并且所述烟道气体排出管道在玻璃熔炉加热期间与加热室连通。
在一个实施例中，待被烧制的石材选自石灰石、白云石、火石和水合氧化铝。烧制石灰石和白云石是煅烧，也就是说释放二氧化碳或进行脱碳。火石的烧制是热碎裂。水合氧化铝的烧制是通过消除结合水而进行的干燥。
在待被烧制的石材的温度上升期间，先除去游离水，再除去结合水，然后碳酸盐分解为氧化物和二氧化碳。在采用天然气燃烧的石灰熔炉中，将燃料引入石灰熔炉的一个或多个燃烧区域中，并通过石灰提取区域的底部部分地引入氧化剂空气和/或在一个或多个燃烧区域中部分地引入氧化剂空气。
在此石材熔炉是热气体类型的。将热气体引入到位于石材熔炉高度约2/3的区域中。
石材熔炉的高度可以在20到30米之间，以及内径为3到5米，其中烧制区域的高度可以在3到4米之间。
在一个实施例中，待被烧制的石材的烧制区域中的最高温度大于900℃，优选地大于1000℃。脱碳迅速发生。
在一个实施例中，烧制待被烧制的石材将烟道气体的温度降低到低于300℃，优选低于200℃。烟道气体在100℃或稍高的温度下通过石材熔炉的炉喉排出。能量损失非常低，避免了烟道气体中的水蒸气凝结，以及由于待被烧制的石材干燥造成的凝结。
在一个实施例中，烟道气体的温度降低超过900℃，优选地超过1100℃，更优选地超过1200℃。烟道气体能够在高于1300℃，例如大约1500℃的温度下进入石材熔炉。在熔炉中回收的功率针对每天的玻璃生产可以在每吨10至30千瓦之间。
在一个实施例中，待被烧制的石材在待被烧制的石材的烧制区域中停留1至4小时，包括1和4小时，并且在石材熔炉中停留12至36小时。
在一个实施例中，待被烧制的石材与氧化剂气体逆流移动。
在一个实施例中，烟道气体包括氯化成分，并且在使用白云石和石灰石的情况下，所述氯化成分被捕获在待被烧制的石材上。在出口处可获得镁和钙的氧化物或石灰的混合物，其氯化物含量与其在玻璃制造中的用途相容。
在一个实施例中，烟道气体包括硫化成分，并且所述硫化成分被捕获在待被烧制的石材上，特别是当使用白云石和石灰石时。在石材熔炉的出口处获得特别是由镁和钙的氧化物或石灰组成的石材，其硫酸盐的含量与其在玻璃制造中的用途相容。
因此，石材熔炉对其S和Cl含量在正常条件下需要进行特殊处理的烟道气体而言是自中和和自清洁的。烟道气体中和处理没有用。
在一个实施例中，在工业玻璃熔炉中获得的玻璃是钠钙、硼硅酸盐或铝硅酸盐玻璃，石英或玻璃陶瓷。
附图说明
通过阅读以下详细说明并从附图，本发明的其他特征，细节和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明一方面的组合设备的剖视图；
图2是根据本发明另一方面的组合设备的剖视图；
图3示出图2的变型。
具体实施方式
以下描述和附图本质上包含特定特征的要素。因此，它们不仅可以用来更好地解释本发明，而且在必要时有助于其定义。
申请人已经在运行的工业玻璃熔炉的管道中进行了石灰石的试煅烧。石灰石样品的质量为从396克至633克。煅烧开始时的温度在1240℃至1340℃之间，包括1240℃和1340℃。煅烧结束时的温度在1290℃至1380℃之间，包括1290℃和1380℃。煅烧反应CaCO3→CaO+CO2导致43％的理论质量损失。煅烧时间少于1小时会导致质量损失过低，表明煅烧不完全。煅烧一小时产生的质量损失为42.1％。煅烧1.75小时到2.25小时会产生43.7％到44％的质量损失，这反映了完全煅烧和回收样品时材料的轻微损耗。损耗与测试条件有关，并且可以在工业过程中避免。离开玻璃熔炉的烟道气体可以煅烧石灰石。其他待被烧制的石材可能包括白云石、火石、水合氧化铝。
玻璃熔炉1包括容纳用于批量生产的熔融玻璃3的罐2。玻璃熔炉1包括位于熔融玻璃3的熔池上方的燃烧室4和由拱顶5a构成的上壁5和垂直部分5b，垂直部分5b被称为界定燃烧室4的侧壁(长度)或山墙(宽度)。玻璃熔炉1包括至少一个供有燃料油或气体的燃烧器6和氧化剂入口7。氧化剂可以是空气，参见图1，或者是氧气，参见图2。
罐2和上壁5由耐火材料制成，该耐火材料由远离高温区域的外部金属结构增强。燃烧器6在燃烧室4中产生水平定向的火焰。玻璃熔炉1在熔融玻璃熔池上方的其中一个垂直壁5b中包括烟道气体出口8。燃烧器6和烟道气体出口8可以位于相同的较短侧上，使得火焰和烟道气体在燃烧室4中遵循U形路径。玻璃熔炉1可以是环形熔炉。
在烟道气体移动方向上在玻璃熔炉1的下游，该设备包括管道10。管道10是基本上水平的烟道气体管道。管道10经由烟道气体出口8与燃烧室4流体连通。管道10由耐火材料制成，该耐火材料由远离高温区域的外部金属结构增强。管道10设置有叉形件并且具有两个出口。管道10不包括阀。
在烟道气体移动方向上在玻璃熔炉1的下游，该设备包括石材熔炉11。石材熔炉11可以是石灰熔炉。石材熔炉11具有垂直定向的结构。石材熔炉11是圆形的。石材熔炉11由耐火材料制成，该耐火材料由远离高温区域的外部金属结构增强。石材熔炉11可以具有例如25米的高度和4米的直径。石材熔炉11包括具有竖直轴线的腔室12，底部开口13和顶部开口14或炉喉。底部开口13使得能够提取烧制的石材并引入足够的空气以防止烟道气体通过所述底部开口13排出。
顶部开口14使得能够例如经由舱口15来引入待被烧制的石材以及使得烟道气体排出。顶部开口14可以装配有分离器，该分离器一方面用于处理烟道气体，特别是抽出过滤器16中的灰尘，以及另一方面用于向石材熔炉11供给待被烧制的石材。在过滤器16的下游，烟囱17适合于排空已除去灰尘的冷却烟道气体。烟道气体可以在过滤器16的下游释放到大气中，而过滤器直接接收来自石材熔炉11或能量回收装置的烟道气体。
腔室12的结构通常是气密的。腔室12包括邻近顶部开口14的预热区域20，位于预热区域20下方的烧制区域21，以及位于烧制区域21下方且与底部开口13相邻的冷却区域22。在烧制区域21与冷却区域22之间，腔室包括与管道10的其中一个出口流体连通的开口23。冷却区域22具有的高度为腔室12的高度的55％至75％。烧制区域21具有的高度为腔室12的高度的5％至20％。预热区域20具有的高度为腔室12高度的10％至25％。
该设备还包括与管道10的另一出口流体连通的热交换器25。热交换器25将来自烟道气体的热能传递给向玻璃熔炉1供气的空气。在回收设备的情况下，传递可以经由导热板进行。在再生器装置的情况下，可以经由在高热容量材料中的中间储热来进行传递。烟道气体和氧化剂空气的流动通过活动挡板交替发生，一种是加热再生器，而另一种是冷却再生器。
热交换器25具有环境空气入口26和热空气出口27。热空气出口27通过管道28连接到氧化剂入口7。热交换器25具有由管道10的另一出口供给的热烟道气体入口29和通向过滤器16的冷却的烟道气体出口30。
在图2中所示的实施例中，玻璃熔炉是氧气熔炉，也就是说，它使用燃料气体(通常是甲烷)以及氧气作为氧化剂。然后，由于空气中不存在氮气，因此在氧化剂入口处的入口和出口气体流速降低，特别是降低80％。因此，NOx的含量可以除以3。烟道气体主要由来自气体燃烧的水蒸气和来自气体燃烧和玻璃脱气的二氧化碳以及其他脱气气体一起组成。烟道气体的流率低于之前的实施例中的烟道气体的流率，可以将至少两个玻璃熔炉1和一个石材熔炉11联接起来。
在图3中所示的实施例中，加注燃烧器35设置在石材熔炉11中并且其消耗在冷却区域22中或在石材熔炉11旁边上升的空气，从而在高温下提供烟道气体的补充流率。
在以上实施例中，烟道气体在离开玻璃熔炉时已经损失了所述烟道气体所含的大部分氯化物和硫酸盐，从而在低温下离开石材熔炉。因此，烟道气体被中和和清洁到中和进一步下游的烟道气体变得没有用的程度。在石灰残留在烧制石材中的情况下，中和产生CaCl2和CaSO4；在白云石残留在烧制石材中的情况下，则会产生MgCl2和MgSO4。这些化合物将氯化物和硫化物添加到玻璃熔池中。
如果玻璃熔炉生产需要高温的等级的玻璃，特别是硼硅酸盐玻璃，例如或玻璃陶瓷，则本发明具有更大的意义。
换句话说，待被烧制的石材包括以下至少一种：石灰石，白云石，火石或水合氧化铝。将待被烧制的石材从顶部引入石材熔炉内，并开始下降，在其经过烧制后，通过石材熔炉的腔室，从石材熔炉的底部离开。该腔室在石材下降的方向上依次包括预热区域、烧制区域和冷却区域。
气体向上穿过腔室。所述气体可包括环境空气，其在底部处进入并在石材熔炉的顶部处或冷却区域的顶部处离开。所述气体包括燃烧烟道气体。燃烧烟道气体在待被烧制的石材的烧制区域的底部处进入。燃烧烟道气体行进穿过燃烧区域和预热区域。燃烧烟道气体来自工业玻璃熔炉的燃烧加热室下游的烟道气体排出管道。工业玻璃熔炉包括熔融玻璃罐，以及在玻璃熔炉加热期间在加热室的出口处的所述烟道气体排出管道。在加热室的出口处，燃烧烟道气体的温度在1300℃至1500℃之间，包括1300℃和1500℃。石材熔炉出口处的烟道气温度在100℃至200℃之间，包括100℃和200℃，优选在100℃至150℃之间，包括100℃和150℃。
本发明不限于以上仅通过示例的方式描述的过程和容器的示例，并且涵盖本领域技术人员可以想到的在所附权利要求范围内的所有变型。

Claims (9)

1.一种设备，所述设备包括工业玻璃熔炉(1)以及石材熔炉(11)，所述工业玻璃熔炉(1)包括用于熔融玻璃(3)的罐(2)；位于罐(2)上方的燃烧加热室(4)；以及与加热室(4)连通的用于排出烟道气体的管道；所述石材熔炉(11)包括用于待被烧制石材的烧制区域(21)，烟道气体排出管道包括与待被烧制石材的烧制区域(21)相连以及向待被烧制的烧制区域(21)提供高温度下的烟道气体的烟道气体出口。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述烟道气体出口位于所述烟道气体排出管道的管道(10)中。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述燃料是气体和/或燃料油，所述氧化剂是氧气和/或空气，并且所述玻璃熔炉的日产量大于每天10吨玻璃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述烧制区域(21)是管状的，待被烧制石材的供给区域设置在上方，而烧制石材提取区域设置在下方。
5.一种烧制待被烧制的石材的方法，特别是烧制石灰石、白云石、火石或水合氧化铝的方法，其中将待被烧制的石材引入待被烧制的石材的烧制区域内；以及向烧制区域供给来自工业玻璃熔炉的加热室下游的烟道气体排出管道的燃烧烟道气体，所述工业玻璃熔炉包括熔融玻璃罐，并且所述烟道气体排出管道在玻璃熔炉加热期间与加热室连通。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，待被烧制的石材的烧制区域中的最高温度大于900℃，优选地大于1000℃，和/或烧制待被烧制的石材将烟道气体的温度降低到低于300℃，优选低于200℃。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，与致命热量的回收相对应，将所述烟道气体的温度降低超过900℃，优选地超过1100℃。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，待被烧制的石材在待被烧制的石材的烧制区域中停留1至24小时之间，包括1和24小时，并且待被烧制的石材与燃烧气体逆流移动。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述烟道气体包括氯化和/或硫酸化的成分，并且在使用白云石/或石灰石的情况下，所述氯化和/或硫酸化的成分被捕获在待被烧制的石材上。
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