CN113716839A - 一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉和方法，燃料和氧气燃烧后产生的烟气在通过烟气出口排出的过程中，有一部分烟气从烟气管道的顶端流入烟气管道中，在通过液池区域时，与玻璃液之间进行换热，为玻璃液提供热量，以达到助熔的目的，在一定程度上，减少电助熔装置的使用，降低电助熔系统的电功率，进而降低熔化过程的成本。

Description

一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉及方法

技术领域

本发明涉及玻璃制品制造领域，具体涉及一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉及方法。

背景技术

一直以来，玻璃行业属于高耗能、高污染行业，玻璃窑炉是玻璃生产过程的关键设备，按照不同作用可以分为投料区、熔化部和冷却区等几个部分。玻璃窑炉的熔化部按照上下分为两个部分：火焰空间和液池区域。火焰空间由前脸墙、胸墙、顶部的大碹和底部的玻璃液面构成，其中，胸墙开设有若干喷枪(燃烧器)入口，在玻璃熔制的过程中，燃料和氧气反应，产生火焰，火焰气体将热量用于熔化配合料，同时辐射给玻璃液、窑墙和窑顶。目前，多数玻璃窑炉采用全氧燃烧技术，使用全氧燃烧器，助燃气体中氧气含量高于85％。与普通的燃烧技术相比，全氧燃烧技术具有能耗低、污染少、效率高等优点，因此被广泛使用。液池是熔化后的玻璃液所处区域，由池底和池壁构成，用来澄清、均化玻璃液。

浮法玻璃窑炉中的配合料浮在玻璃液面上，在火焰和窑体的辐射作用下熔化。温度稳定是玻璃液均化、澄清的关键，由于固体在熔化过程中吸收大量的热量，玻璃液前部区域的温度偏低，与其他区域温度差距大，另外，随着玻璃液深度的增加，玻璃液温度下降，导致玻璃液温度分布不均匀，不利于玻璃液的均化、澄清，影响玻璃液的质量，也会导致生产出的玻璃制品质量差，缺陷多。为了解决玻璃窑炉生产过程中温度分布不均的问题，助熔手段被应用于玻璃熔化过程，电助熔是常用的玻璃窑炉助熔措施。电助熔系统一般由电极、水套和水冷系统、电控系统组成，电极采用金属钼电极。

电助熔按照电极插入方式有两种，分别是从玻璃窑炉底部插入和从窑炉两侧插入，按照工艺可以分为控制对流式、分布式和侧插电极式，控制对流式可以在窑炉中产生可控的液流，改善玻璃液的传热；分布式的优点在于可以改善玻璃液池随深度增加而温度降低的缺点，提高玻璃制品的成品率；侧插电极用于加热分布于窑炉两侧的配合料和玻璃液，使泡界线两侧回缩，防止出现“跑料”现象。电助熔系统可以有效地改善玻璃液的质量，但是，电助熔系统的电功率约占整个玻璃生产线电功率的35％，占比比较大，使用电助熔也使玻璃的生产成本提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉及方法，以克服玻璃助熔系统成本高的缺点，本发明采用一种新的助熔技术，在加热玻璃液，使温度稳定的同时，降低助熔成本，利用燃烧得到的高温烟气加热玻璃液助熔，从而减少电助熔的使用，降低电助熔系统的电功率，进而降低熔化过程的成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，包括用于容纳熔融后玻璃液的液池，所述液池两侧的池壁上部连接有胸墙，所述液池前侧的池壁上部连接有前脸墙，所述液池后侧的池壁上部连接有后背墙，所述胸墙、前脸墙和后背墙上侧设置有大碹，所述胸墙上对称设置有若干氧气喷枪入口，所述胸墙、前脸墙、后背墙及大碹和玻璃液表面之间形成火焰空间，所述前脸墙上设置有烟气出口，烟气出口通过烟囱连接至烟气处理装置；

所述液池的底部呈阵列设置有若干电助熔装置，相邻的两列电助熔装置之间设置有水平段烟气管道，所述水平段烟气管道上均匀分布有若干直立段烟气管道，且每行直立段烟气管道位于相邻的两行电助熔装置之间，所述水平段烟气管道和直立段烟气管道共同形成烟气管道，所述直立段烟气管道的下部位于液池中，上部位于火焰空间中，所述水平段烟气管道的一端封堵，另一端通过连接管路汇集后通过烟气的外部管道连接至烟囱中。

进一步地，所述直立段烟气管道与火焰空间中烟气流动方向垂直设置，或者所述直立段烟气管道与火焰空间中烟气流动方向呈倾斜迎风方向设置。

进一步地，所述直立段烟气管道的下部安装有若干肋片，且肋片从上至下排布逐渐变密，所述肋片的径向外表面开有肋片凹槽。

进一步地，所述烟气管道和肋片均采用碳化硅材质。

进一步地，所述的位于火焰空间中的直立段烟气管道外侧设置有封闭涂料ZS-1021。

进一步地，所述烟气出口处设置有引射器，所述引射器位于烟囱内侧。

进一步地，所述烟囱包括粗端、细端以及连接粗端和细端的渐缩段，所述引射器的出口位于烟囱的细端。

进一步地，所述烟气的外部管道连接至烟囱的细端，且烟气的外部管道出口位于引射器的出口附近。

进一步地，所述电助熔装置采用九列十排等距分布。

一种利用高温烟气助熔玻璃的方法，将玻璃粉末加入玻璃窑炉，燃料和氧气从氧气喷枪入口进入玻璃窑炉，在氧气喷枪入口的位置发生反应，产生火焰气体，产生的热量用于熔化玻璃粉末，形成玻璃液，不断加入的玻璃粉末漂浮在玻璃液表面，燃料和氧气反应生成大量烟气，其中一部分进入烟气管道，流经液池区域，与玻璃液产生热交换，与电助熔装置共同作用，助熔玻璃液，剩余的火焰空间中的烟气从烟气出口排出，与烟气的外部管道排出的烟气一起排入烟囱中，以回收流经烟气管道的烟气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的烟气管道铺设在窑炉的底部，一部分穿过液池区域，另一部分处于窑炉火焰空间中，燃料和氧气燃烧后产生的烟气在通过烟气出口排出的过程中，有一部分烟气从烟气管道的顶端流入烟气管道中，高温的烟气从火焰空间通入烟气管道，在烟气管道中流经液池区域时，与玻璃液进行热交换，提高玻璃液的温度，对玻璃液进行助熔，在一定程度上，减少电助熔装置的使用。

进一步地，在烟气管道位于液池区域的部分装有肋片，以强化烟气与玻璃液之间的传热，肋片间具有一定的间隔，随着玻璃液深度的增加，肋片排布变密，以加强烟气与底部玻璃液的传热。

进一步地，烟气管道处于高温的环境中，另外，高温的烟气和玻璃液通过管壁发生热交换，烟气管道要具有良好的导热性能，综合上述两个要求，烟气管道使用耐高温导热性能好的碳化硅材料，另外为防止采用碳化硅材质的烟气管道火焰空间段在高温条件被氧化，需要在火焰空间段的管壁使用耐高温封闭涂料——ZS-1021耐高温封闭涂料。

进一步地，引射器的通道截面积会发生变化，由大变小，同样的，外部烟囱的内径在不同的区域也不相同，在引射器出口区域，外围烟囱的直径较小，进而能较好地实现引射作用，通过引射作用，带动外部的烟气管道中的烟气进入烟囱中，以达到回收烟气的目的。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为玻璃窑炉整体示意图。

图2为玻璃窑炉的右视剖面图。

图3为玻璃窑炉的主视剖面图。

图4为烟气管道的上视图。

图5为烟气管道排布的示意图。

图6为烟气管道肋片分布示意图。

其中，1、大碹；2、胸墙；3、玻璃液表面；4、池壁；5、电助熔装置；6、肋片；7、烟气管道；8、氧气喷枪入口；9、烟气出口；10、烟囱；11、引射器；12、烟气的外部管道；13、肋片凹槽。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

如图1至图3所示，一种利用高温烟气助熔的玻璃窑炉，包括顶部的大碹1、两侧的胸墙2、玻璃液表面3、液池的池壁4、电助熔装置5、烟气管道上的肋片6、穿过玻璃窑炉火焰空间和液池的烟气管道7、氧气喷枪入口8、烟气出口9、烟囱10、引射器11和烟气的外部管道12。烟气管道7铺设于玻璃窑炉的底部，与烟气的外部管道12相连，最终将管道中的烟气经由烟囱10排出。

一部分烟气从烟气管道7位于火焰空间的入口进入，流经烟气管道液池段，高温的烟气通过强制对流将热量传递给烟气管道内壁，热量又通过传导从烟气管道内壁传至烟气管道外壁，最后通过强制对流传递给玻璃液，起到加热玻璃液的作用，进而维持液池部分玻璃液温度的稳定，避免因温度分布不均导致的玻璃制品质量差的问题。另外，利用高温烟气与玻璃液发生热交换，还可以减少电助熔装置5的使用，降低电助熔装置5的功率，从而降低玻璃的生产成本。由于窑炉中火焰空间和液池区域的温度均高于1000℃，烟气管道处于高温的环境中，对材质的要求很高，另外，高温的烟气和玻璃液通过管壁发生热交换，烟气管道要具有良好的导热性能，综合上述两个要求，在烟气管道的材料选择上，可以使用耐高温导热性能好的碳化硅材料。目前生产玻璃制品的窑炉一般采用全氧燃烧技术，窑炉的火焰空间是燃料和氧气反应的区域，为防止采用碳化硅材质的烟气管道火焰空间段在高温条件被氧化，需要在火焰空间段的管壁使用耐高温封闭涂料，例如ZS-1021耐高温封闭涂料。

如图1至图5所示，一种利用高温烟气助熔的玻璃窑炉，其液池采用分布式电助熔装置5，烟气管道7由穿过液池与火焰空间的直立段和平行于液池底的水平段构成，直立段每一列平行分布于相邻两列电助熔装置5之间，接入液池底的水平段，水平段烟气管道平行铺设于相邻的两排电助熔装置5之间，如图4所示，烟气管道尾端会聚为一个烟气出口。烟气管道穿过液池与火焰空间的直立段也可以采用图5所示的布置方式，即与火焰空间中烟气的流动方向呈倾斜迎风方向。

随着玻璃液深度的增加，玻璃液温度下降，导致玻璃液温度分布不均匀，为了能够充分地利用烟气给玻璃液实施加热，如图6所示在烟气管道位于液池区域的部分装有肋片6，以强化烟气与玻璃液之间的传热，肋片6间具有一定的间隔，随着玻璃液深度的增加，肋片6排布变密，以加强烟气与底部玻璃液的传热。

如图3所示，火焰空间中，燃料和氧气燃烧后产生的烟气通过烟气出口9及烟气出口外的引射器11排出，火焰空间的烟气进入引射器11，然后排入烟囱10中，烟气的外部管道12接入烟囱10中，其位置如图3所示，烟气的外部管道12的出口在引射器11的出口周围区域，烟气在通过引射器11时，产生引射作用，会带动烟气的外部管道12的烟气进入烟囱中，然后与火焰空间的烟气一同排出，进而达到回收烟气管道7中烟气的目的。如图3所示，引射器11的通道截面积会发生变化，由大变小，同样的，外部烟囱的内径在不同的区域也不相同，在引射器11出口区域，外围烟囱10的直径较小，进而能较好地实现引射作用。

本发明通过在玻璃窑炉中加入烟气管道，使得燃料和氧气反应产生的烟气可流经烟气管道，在液池段与玻璃液产生热交换，利用烟气的热量助熔，减少电助熔装置的使用，在保证玻璃液温度在深度方向稳定的同时，达到降低电助熔装置使用成本和玻璃制品生产成本的目的。进行助熔的烟气进入外部的烟气管道，而火焰空间的烟气在烟气出口排出，通过引射器，产生引射作用，带动外部的烟气管道中的烟气进入烟囱中，以达到回收烟气的目的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种利用高温烟气助熔的玻璃窑炉，其液池长为20m，宽度为9m，深度为1m，整体高度约为3m，其主体部分如图2所示，包括顶部的大碹1、两侧的胸墙2、玻璃液表面3、液池的池壁4、电助熔装置5、烟气管道上的肋片6、穿过玻璃窑炉火焰空间和液池的烟气管道7、氧气喷枪入口8，该玻璃窑炉采用九列十排等距分布的电助熔装置5，电助熔装置5的电极高度为700mm，其烟气出口部分如图3所示，包括烟囱10、引射器11和烟气的外部管道12。如图4所示，每一条烟气管道平行铺设，尾端聚集成烟气排出管道，烟气管道7顶端距液池底部2m，管道外径150mm，厚度8mm。烟气管道7穿过火焰空间和液池时，可以与上方烟气的流动方向呈垂直方向，即如图3所示，还可以设置为图5所示，与烟气流动方向呈倾斜迎风方向。如图6所示，烟气管道的液池段加装具有一定间距的肋片6，肋片6外径600mm，径向外表面开有一个深为100mm的肋片凹槽13。且随着深度增加，肋片的间距减小。

所述烟气管道7及烟气管道7上的肋片6采用碳化硅材质，火焰空间段采用耐高温的封闭涂料——ZS-1021，远离投料口区域的火焰空间温度最低不会低于1400℃，最高可以达到甚至超过1600℃。

其工作原理为：在玻璃窑炉中，玻璃粉末熔化成玻璃液，为维持玻璃液温度在深度方向上的稳定，加入电助熔装置5，为降低使用电助熔装置5的成本，使用烟气管道7，高温烟气通过管道流经液池区域，与玻璃液产生热交换，起到助熔的作用，减少电助熔装置5的使用，达到降低生产成本的目的，烟气管道7的液池段装有肋片6，以强化传热。烟气管道7中的烟气进入烟气的外部管道12，在引射作用下被排入烟囱10，以达到回收烟气管道7的烟气的目的。

具体过程为：玻璃粉末从投料口加入，燃料和氧气从氧气喷枪入口8进入窑炉，在氧气喷枪入口8的位置发生反应，产生火焰气体，产生的热量用于熔化玻璃粉末，不断加入的玻璃粉末漂浮在玻璃液表面。燃料和氧气反应生成大量烟气，其中一部分进入烟气管道7，流经液池区域，与玻璃液产生热交换，与电助熔装置5共同作用，助熔玻璃液。剩余的火焰空间中的烟气在烟气出口9排出，然后通过引射器11，在引射作用下，带动烟气的外部管道12的烟气被排入烟囱10中，以回收流经烟气管道7的烟气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，包括用于容纳熔融后玻璃液的液池，所述液池两侧的池壁(4)上部连接有胸墙(2)，所述液池前侧的池壁上部连接有前脸墙，所述液池后侧的池壁(4)上部连接有后背墙，所述胸墙(2)、前脸墙和后背墙上侧设置有大碹(1)，所述胸墙(2)上对称设置有若干氧气喷枪入口(8)，所述胸墙(2)、前脸墙、后背墙及大碹(1)和玻璃液表面(3)之间形成火焰空间，所述前脸墙上设置有烟气出口(9)，烟气出口(9)通过烟囱(10)连接至烟气处理装置；

所述液池的底部呈阵列设置有若干电助熔装置(5)，相邻的两列电助熔装置(5)之间设置有水平段烟气管道，所述水平段烟气管道上均匀分布有若干直立段烟气管道，且每行直立段烟气管道位于相邻的两行电助熔装置(5)之间，所述水平段烟气管道和直立段烟气管道共同形成烟气管道(7)，所述直立段烟气管道的下部位于液池中，上部位于火焰空间中，所述水平段烟气管道的一端封堵，另一端通过连接管路汇集后通过烟气的外部管道(12)连接至烟囱(10)中。

2.根据权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述直立段烟气管道与火焰空间中烟气流动方向垂直设置，或者所述直立段烟气管道与火焰空间中烟气流动方向呈倾斜迎风方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述直立段烟气管道的下部安装有若干肋片(6)，且肋片(6)从上至下排布逐渐变密，所述肋片(6)的径向外表面开有肋片凹槽(13)。

4.根据权利要求3所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述烟气管道(7)和肋片(6)均采用碳化硅材质。

5.根据权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述的位于火焰空间中的直立段烟气管道外侧设置有封闭涂料ZS-1021。

6.根据权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述烟气出口(9)处设置有引射器(11)，所述引射器(11)位于烟囱(10)内侧。

7.根据权利要求6所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述烟囱(10)包括粗端、细端以及连接粗端和细端的渐缩段，所述引射器(11)的出口位于烟囱(10)的细端。

8.根据权利要求7所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述烟气的外部管道(12)连接至烟囱(10)的细端，且烟气的外部管道(12)出口位于引射器(11)的出口附近。

9.根据权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，所述电助熔装置(5)采用九列十排等距分布。

10.一种利用高温烟气助熔玻璃的方法，采用权利要求1所述的一种利用高温烟气助熔玻璃的玻璃窑炉，其特征在于，将玻璃粉末加入玻璃窑炉，燃料和氧气从氧气喷枪入口(8)进入玻璃窑炉，在氧气喷枪入口(8)的位置发生反应，产生火焰气体，产生的热量用于熔化玻璃粉末，形成玻璃液，不断加入的玻璃粉末漂浮在玻璃液表面(3)，燃料和氧气反应生成大量烟气，其中一部分进入烟气管道(7)，流经液池区域，与玻璃液产生热交换，与电助熔装置(5)共同作用，助熔玻璃液，剩余的火焰空间中的烟气从烟气出口(9)排出，与烟气的外部管道(12)排出的烟气一起排入烟囱(10)中，以回收流经烟气管道(7)的烟气。

Images