CN115397782A - 用于熔化可玻璃化材料的熔炉 - Google Patents

Abstract

用于熔化可玻璃化材料的熔炉(1)具有由模块形成的组合式壁结构，每个模块包括由间隙(4)隔开以循环冷却水的两个扁平金属面板(3a，3b)。

Description

用于熔化可玻璃化材料的熔炉

本发明涉及一种用于熔化可玻璃化材料或含有可玻璃化材料的废物的熔炉。

旨在熔化可玻璃化材料的熔炉在市场上是已知的。

此类熔炉必须达到1200℃至1600℃的温度范围，以便正确且完全熔化可玻璃化材料，可玻璃化材料的成分可能不时变化。

为了实现大规模的工业应用，熔炉显然必须具有简单、经济但坚固的结构，必须承受所达到的非常高的温度。

市场上的各种解决方案尽管实用，但使用的通用性很差，因此它们通常无法灵活地适于特定应用。

US 2011/0236846披露了一种熔炉，该熔炉由于其构造而在工业级规模使用中可能会具有一些缺点，其中包括在运行一段时间后被阻塞的风险。事实上，由于熔炉内的熔体强烈起泡，熔体的液滴或大块可能会与热气体一起升起。当进入出口上升通道的较冷部分时，这些液滴或块迅速冻结并因此完全堵塞出口通道。因此，在熔炉中在熔体上方产生了热气体的压力脉动场。熔体上方的这些压力脉动在熔炉出口处产生非常大的熔体射流脉动。这进而可能会导致纤维化单元出口处的产品质量大幅下降。此外，由于出口通道的轮廓，大团熔体可能被远射而进入烟道中。烟囱的热保护通常比熔炉本身更弱。因此，也可能会存在烟道材料完全封闭或磨耗的风险。

因此，本发明的任务是实现一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其允许消除现有技术的技术缺点。

在本技术任务的任务范围内，本发明的目的是实现一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其结构坚固、简单且经济，易于组装、拆卸和维护。

本发明的另一个目的是实现一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其可以容易地适于特定应用。

根据本发明的技术任务以及这些和其他目的是通过实现一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉来实现的，其特征在于，该熔炉具有由模块形成的组合式壁结构，每个模块包括由间隙隔开以循环冷却水的一对扁平金属面板。

在一个实施例中，所述间隙具有用于引导水的挡板。

在一个实施例中，所述引导挡板由与所述两个面板正交地固定的扁平金属条形成。

在一个实施例中，每个模块的所述面板通过穿过所述间隙的螺栓连接。

在一个实施例中，所述模块具有周边联接凸缘。

在一个实施例中，所述壁结构包括：至少一个底部模块；用于与所述底部模块配合以界定熔化罐的边界模块；至少一个顶部模块，设置有用于排放在该熔化罐中产生的气体的排放口；以及用于界定向上输送的迷宫式通道的边界模块，该迷宫式通道用于将所述气体从所述熔化罐的端口向上输送到所述排放口。

熔炉配备有燃烧器，燃烧器如果通过底部模块施加则可以从下方操作，如果通过用于界定熔化罐的边界模块施加则可以从侧面操作，或者如果通过界定迷宫式通道的边界模块施加则甚至可以从上方操作。

在一个实施例中，用于界定所述迷宫式通道的所述边界模块包括向上倾斜、与熔化罐的端口重叠的至少一个模块。

在一个实施例中，所述倾斜模块向上突出到所述壁结构内。

在一个实施例中，所述倾斜模块的与所述熔化罐相反的一侧界定用于积聚由所述气体输送的材料的积聚区。

在一个实施例中，所述迷宫式路径具有不同面积的通路区段，以加速和减缓上升气流。

在一个实施例中，沉积在所述积聚区中的凝固材料形成滑向熔池的另一种材料的滑动表面。

向上倾斜的模块有利地布置为屏障，该屏障通过拦截该上升气流而促进从该上升气流分离凝固材料颗粒，这些凝固材料颗粒沿所述倾斜模块滑动以返回熔池。

本发明还披露了一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其特征在于，该熔炉具有组合式壁结构，该组合式壁结构包括：至少一个底部模块；用于与所述底部模块配合以界定熔化罐的边界模块；至少一个顶部模块，设置有用于排放在该熔化罐中产生的气体的排放口；以及用于界定向上输送的迷宫式通道的边界模块，该迷宫式通道用于将所述气体从所述熔化罐的端口向上输送到所述排放口，用于界定所述迷宫式通道的所述边界模块包括向上倾斜、与该熔化罐的端口重叠的至少一个模块，所述倾斜模块向上突出到所述壁结构内，其中，所述底部模块是矩形或正方形的，所述底部模块每个周边边的尺寸在2m至4m之间的范围内，所述底部模块具有平行的多排纵向孔，用于容纳平行于所述底部模块的两个相反周边边的燃烧器，所述纵向孔的间距在0.3m至0.6m之间的范围内，并且所述纵向孔与所述周边边的距离在0.1m至0.7m之间的范围内。

这样构思的熔炉具有许多优点。

该熔炉由于其组合式模块化结构而非常易于组装和拆卸、清洁和维护。

各部分之间的形状、尺寸及其比例可以灵活地适于特定应用。

该模块由扁平金属面板和直金属条形成，非常容易组装。

模块的部件(主要是金属面板、金属条和五金件)无需复杂的机械工艺即可容易生产和/或易于在市场上买到。

从功能的角度来看，水冷通过显著增加熔炉的平均寿命来保持结构完整性，这也归功于水引导通道的特殊配置和布置，从而允许均匀地冷却模块。

由于用于向上输送所述气体的向上输送的迷宫式通道，烟囱(即具有气体排放口的熔炉上部部分)得到完全保护并且没有来自熔化罐的材料飞溅物阻塞的风险。

向上输送的迷宫式通道使熔化罐中产生的气体经受湍流运动，这促进了气体本身输送的材料的沉淀。因此，这种材料不会阻塞烟囱，可以回收在积聚区，然后重新引入熔化罐中。

具有迷宫式通道的倾斜模块的特定实施例减少了烟雾中凝固的熔融材料液滴的存在。迷宫式路径确保烟雾与上部倾斜模块接触使得凝固的液滴附着在倾斜模块的壁上，随后沿着壁滴落，从而将材料带回熔池中。另外，穿过迷宫式通道的狭窄区段的涡流或空气循环系统会增加，然后在更大面积的后续通路区段中急剧降低速度，从而使得凝固材料的液滴沉积，从而产生材料的积聚，该材料可以手动去除，或允许以这样的方式积聚：形成另外的颗粒朝向熔池的内部滑动表面(由积聚的材料制成)。

此外，必须指出，迷宫式通道一方面保护烟囱免受熔化罐中存在的材料发出的辐射，从而保护其免受过度加热，另一方面将这些辐射反射到熔化罐内部。

反射的辐射有助于熔化存在于熔化罐中的材料，从而提高熔炉的热效率。

还可以回收烟气，以进一步提高熔炉的热效率。

通过对根据本发明的用于熔化可玻璃化材料的熔炉的优选但非排他性实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加明显，这些实施例在附图中仅以非限制性示例的方式展示，其中：

图1示出了熔炉的第一实施例的示意性分解视图；

图2示出了图1的熔炉的俯视图；

图3示出了图1的熔炉的竖直截面；

图4示出了熔炉的第二实施例的示意性分解视图；

图5示出了图4的熔炉的俯视图；

图6示出了图4的熔炉的竖直截面；

图7示出了壁结构的可能模块的侧面立视图，其中面板以透明方式示出，并且为了了解模块的内部引导通道而省略了螺栓；

图8示出了模块沿图7的线G-G截取的截面；

图9示出了模块沿图7的线D-D截取的截面；

图10示出了模块沿图7的线A-A截取的截面。

各个实施例中的等效部分将由相同的附图标记表示。

参考以上附图，示出了用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其总体上由附图标记1表示。

熔炉1具有组合式壁结构，该壁结构由模块2i、2ii、2iii、2iv、2v、2vi、2viii、2ix、2x、2xi、2xii形成，每个模块包括由间隙4隔开以循环冷却水的面板3a、3b。

面板3a、3b优选地是扁平的。

面板3a、3b还优选地是金属的，特别是钢。

每个模块更精确地包括由间隙4隔开的两个平行面板3a、3b。

两个面板3a、3b之间的间隙4具有用于引导水的挡板5a、5b。

每个模块具有至少一个进水收集器15和至少一个出水收集器16，并且被配置用于与相邻模块串联或并联进行液压连接。

挡板5a、5b由扁平金属条、特别是钢形成。

挡板5a、5b正交于面板3a、3b固定。

面板3a、3b通过穿过间隙4的螺栓7连接。

螺栓7抵抗面板3a、3b的膨胀，面板承受在模块中循环的水的压力，该压力可以达到10巴。

特别地，挡板5a、5b焊接到位于熔化罐侧的面板3a、3b，并且通过螺栓7简单地夹紧到位于熔化罐的相反侧的面板3a、3b。

挡板5a、5b包括模块2的内挡板5a和模块的封闭间隙4的周边的周边挡板5b。

内挡板5a排列成平行挡板阵列，这些平行挡板与周边挡板5b由通路空间21隔开。

内挡板5a将水通道的直线部分22分开，这些直线部分由水通道的弯曲180°的部分23连接，这些弯曲部分包括通路空间21并由周边挡板5b界定。

模块中的水引导通道因此由延伸为盘管的水通道形成。

在壁结构的竖直或倾斜布置的模块中，水引导通道具有水通道的水平定向的直线部分22。

以这种方式，避免了水滞流凹部的形成，这些凹部如果存在的话可能改变正确的热交换，从而有损坏壁结构的风险。

壁结构的模块可以具有不同的形状和大小，并具有用于相互联接的周边凸缘。

模块可以相互螺栓连接或焊接或螺栓连接且焊接。

模块的面板3a、3b可以具有相同的形状但不同的尺寸。

在这种情况下，可以沿着较小面板3b的周边边缘施加周边挡板5b。

一些周边挡板5b可以具有比间隙4更大的高度并且可以从面板3a、3b之一正交地突出。

周边挡板5b的突出翼片8a因此可以用作周边凸缘，以用于联接到相邻模块。

一些周边挡板5b可以相对于较大面板3a的周边边缘的至少一些侧面在缩回位置延伸。

较大面板3a的存在于其周边边缘与周边挡板5b之间的翼片8b因此可以用作周边凸缘，以用于联接到相邻模块。

相邻模块的凸缘8a、8b通过固定螺栓联接。壁结构包括：至少一个底部模块2i，设置有用于容纳燃烧器(未示出)的孔10；用于与底部模块2i配合以界定熔化罐11的边界模块2ii、2iii、2iv、2v；至少一个顶部模块2xii，设置有用于排放在熔化罐11中产生的气体的排放口14；以及用于界定向上输送的迷宫式通道17的边界模块2vi、2vii、2viii、2ix、2x、2xi，该迷宫式通道用于将所述气体从熔化罐11的端口向上输送至排放口14。

尽管在图示的情况下，燃烧器是从熔化罐的底部安装的，但在其他方案中，燃烧器可以安装在熔化罐的一侧或从熔化罐的顶部安装。

用于界定迷宫式通道17的边界模块包括向上倾斜、与熔化罐11的端口重叠的至少一个模块2vi。

倾斜模块2vi向上突出到壁结构内，并且通过其邻近于熔化罐11的侧面24保护排放口14免受来自熔化罐11的材料飞溅，而通过其与熔化罐11相反的侧面25界定了积聚区18，用于积聚由气体输送的材料。

可以通过合适的门19进入积聚区18以清空材料。

现在参考图1至图3所示的实施例。

在这种情况下，用于界定迷宫式通道17的边界模块至少包括向上倾斜的第二模块2vii，该第二模块突出到壁结构内并且朝向第一倾斜模块2vi会聚而与熔化罐11的端口重叠。

更精确地说，第一倾斜模块2vi与熔化罐11的端口部分地重叠，第二倾斜模块2vii与熔化罐11的端口部分地重叠并延伸直到该第二倾斜模块也与第一倾斜模块2vi重叠。

迷宫式通道17因此具有完全与熔化罐11的端口隔离的至少一个通路区段。

熔炉1的壁结构包括：矩形底部模块2i；四个竖直模块2ii、2iii、2iv、2v的第一阵列，这四个竖直模块彼此正交以界定熔化罐11；两个竖直模块2ii、2v的第二阵列，这两个竖直模块彼此平行并且与第一阵列的两个模块2ii、2v共面，这两个竖直模块与第一阵列的这两个模块配合以界定熔化罐11；两个模块2vi、2vii，这两个模块向上倾斜、与彼此正交的四个竖直模块2viii、2ix、2x、2xi的第三阵列界定迷宫式通道17；以及顶部模块2xii。

在这种情况下，第一阵列的四个竖直模块2ii、2iii、2iv、2v是矩形的，第二阵列的两个竖直模块2ii、2v是三角形的，两个倾斜模块2vi、2vii是矩形的，第三阵列的两个平行的竖直模块2x、2xi是矩形的但具有不同的高度，第三阵列的另外两个平行的竖直模块2viii、2ix是梯形的，顶部模块2xii是矩形的。

两组共面模块各自由第一阵列的矩形模块、第二阵列的三角形模块和第三阵列的梯形模块形成。

除了其沿其中间区段接合在上覆模块2xi、2x的一边的两个倾斜模块2Vi、2vii之外，模块全部在周边上接合在一起。

现在参考图4至图6所示的实施例。

在这种情况下，用于界定迷宫式通道17的边界模块至少包括向上倾斜、与熔化罐11的端口交错的第二模块2vii。

第一倾斜模块2vi与熔化罐11的端口完全重叠并朝向第二倾斜模块2vii延伸。

迷宫式通道17因此具有完全与熔化罐11的端口隔离的至少一个通路区段。

熔炉1的壁结构包括：矩形底部模块2i；四个竖直边界模块2ii、2iii、2iv、2v的第一阵列，这四个竖直边界模块彼此正交以界定熔化罐11；两个边界模块2vi、2vii，这两个模块向上倾斜、与彼此正交的四个竖直模块2viii、2ix、2x、2xi的第二阵列界定迷宫式通道17；以及顶部模块2xii。

在这种情况下，第一阵列的两个平行的竖直模块2iii、2iv是矩形的，并且第一阵列的另外两个平行的竖直模块2ii、2v是五边形的，两个倾斜模块2vi、2vii是矩形的，第二阵列的两个平行的竖直模块2x、2xi是矩形的，第二阵列的另外两个平行的竖直模块2viii、2ix是五边形的，顶部模块2xii是矩形的。

成对的第一阵列和第二阵列的五边形模块共面并沿其一侧接合。

与熔化罐11完全重叠的第一倾斜模块2vi沿其四个边中的三个边接合到第一阵列的两个五边形模块2ii、2v和矩形模块2iv的同源边。

第二倾斜模块2vii沿其一边接合到第一阵列的矩形模块2iii的同源边并且沿其另外三个边接合到第二阵列的两个五边形模块2ii、2v和矩形模块2iii的同源边。

除了沿其中间区段与上覆模块2xi的一边接合的第一倾斜模块2vi之外，模块全部在周边上接合在一起。

根据本发明实施例的用于熔化可玻璃化材料的熔炉并不严格要求水冷模块。

无论是否提供水冷模块，根据本发明的实施例，底部模块2i是矩形或正方形的，底部模块每个周边边的尺寸在2m至4m之间、优选地在2.5m至3m之间的范围内，底部模块具有用于容纳燃烧器的平行的多排纵向孔10，这些孔10平行于底部模块2i的两个相反的周边边并且间距在0.3m至0.6m之间的范围内、优选地在0.35m至0.5m之间的范围内，并且这些孔与底部模块2i的周边边的距离在0.1m至0.7m之间的范围内。

燃烧器在熔炉底部的位置对速度和熔化过程质量有非常重要的影响。

不正确定位的燃烧器有时可能会导致熔化过程显著恶化，并且在某些情况下完全阻止它。

批料入口12布置在熔化罐11的一侧，例如布置在模块2iv侧。

此外，原材料可以从熔化罐11的顶部、例如模块2vi上供应。

熔体出口13优选地位于相反侧、模块2iii上。但是，如有必要，熔体出口可以位于左侧和右侧、模块2ii和2v上。

此外，熔体出口可以布置在熔炉的底部模块2i上。

批料可以在熔体料位下方或从上方进料。

熔化罐11可以具有多个门(为了清楚起见在图中未示出)，用于进入内部，以监测熔炉内部的状态以及清洁凝固的颗粒。

正确布置以从熔炉中排出烟雾是非常重要的。

由于熔化罐11内的熔体强烈起泡，熔体的液滴或大块可能会与热气体一起升起。当进入迷宫式通道17的较冷部分时，这些液滴或块迅速冷却。

如果出口迷宫式通道17的轮廓不正确，则在熔炉操作期间，冷却下来的液滴或块可能完全阻塞出口迷宫式通道17。

因此，可能在熔炉中在熔化罐11上方产生热气体的压力脉动场。

熔化罐11上方的这些压力脉动可能会在熔炉出口处产生非常大的熔体射流脉动。

因此，熔炉的熔化输出物的脉动可能会导致纤维化单元出口处的产品质量大幅下降。

此外，由于出口迷宫式通道17的错误轮廓，大团熔体可能被远射而进入流道中。

迷宫式通道17的热保护通常比熔炉本身更弱：因此，流道材料完全封闭或磨耗的风险很大。

有利地，熔炉顶由两个倾斜模块2vi和2vii形成。

模块2vi和2vii均倾斜并从用于界定熔化罐11的边界模块2ii、2iii、2iv、2v沿向上方向延伸；倾斜模块可以包含在基部模块的竖直周边母线内，或者至少一个倾斜模块可以延伸到母线之外。

模块2vi和2vii两者形成锥形矩形迷宫式通道17。

模块2vi与水平面的角度可以在5度至20度的范围内。

模块2vii与水平面的角度可以在20度至60度的范围内。

典型地，在根据本发明的熔炉中，迷宫式通道17的最小截面面积在0.5m²至2.5m²的范围内，使得熔化气体的流速为10m/s至20m/s。

整个出口区段14可以是矩形或正方形的，其总流通面积应为最小流通面积的2至3倍。

如此构思的用于熔化可玻璃化材料的熔炉易于进行多种修改和变化，所有这些修改和变化都在本发明构思的范围内；此外，所有细节都可以用技术上等效的要素代替。

在实践中，所使用的材料以及尺寸可以是任何根据要求和现有技术的。

Claims (15)

1.一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉(1)，其特征在于，该熔炉具有由模块形成的组合式壁结构，每个模块包括由间隙(4)隔开以循环冷却水的两个扁平金属面板(3a，3b)，所述壁结构包括：至少一个底部模块(2i)；用于与所述底部模块(2i)配合以界定熔化罐(11)的边界模块(2ii，2iii，2iv，2v)；至少一个顶部模块(2xii)，设置有用于排放在该熔化罐(11)中产生的气体的排放口(14)；以及用于界定向上输送的迷宫式通道(17)的边界模块(2vi，2vii，2viii，2ix，2x，2xi)，该迷宫式通道用于将所述气体从所述熔化罐(11)的端口向上输送到所述排放口(14)，用于界定所述迷宫式通道(17)的所述边界模块包括向上倾斜、与该熔化罐(11)的端口重叠的至少一个模块(2vi)，所述倾斜模块(2vi)向上突出到所述壁结构内。

2.根据前一项权利要求所述的熔炉(1)，其特征在于，所述间隙(4)具有用于引导水的挡板(5a，5b)。

3.根据前一项权利要求所述的熔炉(1)，其特征在于，所述引导挡板(5a，5b)由与所述两个面板(3a，3b)正交地固定的扁平金属条形成。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述挡板(5a，5b)包括该模块的内挡板(5a)和该模块的封闭所述间隙(4)的周边的周边挡板(5b)，所述内挡板(5a)排列成平行挡板阵列，这些平行挡板与所述周边挡板(5b)由通路空间(21)隔开，以限定延伸为盘管的水通道。

5.根据前一项权利要求所述的熔炉(1)，其特征在于，所述水通道具有由弯曲180°的部分连接的水平直线部分。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，每个模块的面板(3a，3b)通过穿过所述间隙(4)的螺栓连接。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述模块具有周边联接凸缘(8a，8b)。

8.根据前一项权利要求所述的熔炉(1)，其特征在于，所述模块在所述周边凸缘(8a，8b)处具有相互固定的螺栓。

9.根据前述权利要求中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述倾斜模块(2vi)的与所述熔化罐相反的一侧界定用于积聚由所述气体输送的材料的积聚区(18)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述迷宫式路径具有不同面积的通路区段，以加速和减缓上升气流。

11.根据权利要求9所述的熔炉(1)，其特征在于，沉积在所述积聚区(18)中的凝固材料形成滑向熔池的另一种材料的滑动表面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述倾斜模块(2vi)布置为屏障，该屏障通过拦截该上升气流而促进从该上升气流分离凝固材料颗粒，这些凝固材料颗粒沿所述倾斜模块(2vi)滑动以返回该熔池。

13.一种用于熔化可玻璃化材料的熔炉，其特征在于，该熔炉具有组合式壁结构，该组合式壁结构包括：至少一个底部模块(2i)；用于与所述底部模块(2i)配合以界定熔化罐(11)的边界模块(2ii，2iii，2iv，2v)；至少一个顶部模块(2xii)，设置有用于排放在该熔化罐(11)中产生的气体的排放口(14)；以及用于界定向上输送的迷宫式通道(17)的边界模块(2vi，2vii，2viii，2ix，2x，2xi)，该迷宫式通道用于将所述气体从所述熔化罐(11)的端口向上输送到所述排放口(14)，用于界定所述迷宫式通道(17)的所述边界模块包括向上倾斜、与该熔化罐(11)的端口重叠的至少一个模块(2vi)，所述倾斜模块(2vi)向上突出到所述壁结构内，其中，所述底部模块(2i)是矩形或正方形的，所述底部模块每个周边的边的尺寸在2m至4m之间的范围内，所述底部模块具有平行的多排纵向孔(10)，用于容纳平行于所述底部模块(2i)的两个相反周边的边的燃烧器，所述纵向孔的间距在0.3m至0.6m之间的范围内，并且所述纵向孔与所述周边的边的距离在0.1m至0.7m之间的范围内。

14.根据前一项权利要求所述的熔炉(1)，其特征在于，向上倾斜的所述模块(2vi)向上倾斜与水平面成5度至20度的角度。

15.根据前述权利要求13和14中任一项所述的熔炉(1)，其特征在于，所述迷宫式通道(17)的最小截面面积在0.5m²至2.5m²的范围内，使得熔化气体的流速为10m/s至20m/s。

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