CN117720254A - 一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑及其控制横向火焰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑及其控制横向火焰的方法。一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，包括第一小炉、第二小炉、第一蓄热室、第二蓄热室、火焰室、玻璃池窑、第一支路、第二支路、汇总管、第三支路和第四支路。本发明中将原有的热合成气纵火焰燃烧变更成横火焰燃烧，同时增设有天然气燃烧方案，解决了因热化学蓄热反应不充分造成热合成气不足，难以维持玻璃熔窑正常运行的问题。同时熔窑规模不再受小炉的结构限制，也避免了喷出火焰造成配合料出现“跑料”现象。另本发明涉及到的燃烧方案，操作过程中不会出现火焰方向发生改变的现象，避免了火焰换向，解决了因火焰换向导致的熔窑内温度波动问题。

Description

一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑及其控制横向火 焰的方法

技术领域

本发明涉及玻璃制造技术领域，特别是涉及一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑及其控制横向火焰的方法。

背景技术

燃料热化学蓄热(TCR)技术是一种把废气中的显热回收，并将其用于碳氢化合物燃料重整为高热焓燃料的技术。该重整过程是利用废热、水蒸气和CO₂，使燃料重整为碳氢化合物+CO+H₂的可燃混合气体。TCR技术应用于玻璃熔窑中，常采用在蓄热室马蹄焰窑炉中实施，即在熔化部前端设置一对小炉的玻璃池窑，小炉连接一对蓄热室，运行过程中，烟气穿过一边蓄热室而加热该蓄热室，收集从该蓄热室出来的烟气的一部分将其与气态燃料混合，然后将所得混合物进料到已被充分加热的另一边蓄热室中，从而凭借混合物中组分之间的吸热反应将混合物转化成热合成气。然后将所得的热合成气从其在其中形成的蓄热室进料到窑炉中以进行燃烧。在适当的时间间隔内，进行火焰换向操作。

天然气(CH₄)与回收的部分烟气(CO₂+H₂O)从一边蓄热室底部引入，在蓄热室的高温处进行快速地吸热重整反应，形成热合成气(CO+H₂)，其反应方程式如下：

CH₄+H₂O → CO+3H₂ (1)

CH₄+CO₂ → 2CO+2H₂ (2)

重整反应在高温下可自发进行，不需要额外的催化剂，反应形成的重整合成气通过蓄热室进料到窑炉中，在助燃氧气的作用下，燃烧形成高发光度的火焰，并将热量有效传递给配合料和玻璃熔体。

如果原始燃料是天然气，利用TCR技术就可以使其热值增加28％，重整后的燃料在炉中燃烧时，可显著提高燃料利用率，提高整个燃烧系统的效率，还可减少废气排放，兼具节能又减排的效果。应用于玻璃熔窑中，被称之为玻璃熔窑的第三次技术革命。

现有技术中将热化学蓄热技术应用于玻璃熔窑中还存在很多问题：

(1)由于马蹄焰窑的窑型设定，其通过一边小炉生成火焰的设计限制了炉宽，也限制了窑炉的规模，最大熔化面积约为90m²；同时也无法确保热重整反应能够生成足够的热合成气，以能够维持玻璃熔窑正常运行。(2)火焰换向带来了周期性的温度波动和热点移动，不利于窑炉热工制度的建立。(3)燃烧喷出的火焰对配合料堆有推料作用，使得配合料出现“跑料”现象，不利于配合料的熔化澄清。

基于上述种种缺点，严重限制了热化学蓄热技术在玻璃行业的推广应用，不利于玻璃行业节能减排工作的推广。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，用于解决现有热化学蓄热技术应用过程中出现的维持熔窑正常运行问题、玻璃熔窑温度波动加热不均匀问题，及配合料出现“跑料”问题。

本发明第一方面提供一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，包括第一小炉、第二小炉、第一蓄热室、第二蓄热室、火焰室、玻璃池窑、第一支路、第二支路、汇总管、第三支路和第四支路，所述第一小炉的一端与第一蓄热室连通，另一端与所述火焰室连通，所述第二小炉一端与所述第二蓄热室连通，另一端与所述火焰室连通，所述第一小炉和所述第二小炉上分别设有第一阀门和第二阀门，所述第一蓄热室和所述第二蓄热室连通，所述第一支路的一端与所述第一蓄热室连通，另一端与汇总管连通，所述第二支路的一端与所述第二蓄热室连通，另一端与汇总管连通，所述第一支路和所述第二支路上分别设有第三阀门和第四阀门，所述第三支路和所述第四支路分别与所述汇总管连通且沿靠近所述火焰室方向延伸，所述玻璃池窑设于所述火焰室的底部。

优选地，所述第三支路和所述第四支路靠近所述火焰室的一侧设有若干出口。

优选地，所述火焰室靠近所述第三支路和所述第四支路的侧壁设有若干热合成气燃烧器，所述热合成气燃烧器与所述出口一一对应。

优选地，所述火焰室上设有若干天然气燃烧器。

优选地，靠近所述第三支路的热合成气燃烧器和靠近所述第四支路的热合成气燃烧器交叉分布在所述火焰室的两侧。

优选地，所述第三支路和所述第四支路以所述火焰室的中轴线对称分布。

优选地，所述第一蓄热室由下至上依次设有第一烟气区、第一加热区和第一合成气区，所述第一烟气区、第一加热区和第一合成气区依次连通；

优选地，所述第二蓄热室由下至上依次设有第二烟气区、第二加热区和第二合成气区，所第二烟气区、第二加热区和第二合成气区依次连通。

优选地，所述第一烟气区和所述第二烟气区连通。

优选地，所述第一合成气区和所述第一支路连通；

优选地，所述第二合成气区和所述第二支路连通。

优选地，所述第一加热区和所述第一加热区内设有蓄热格子砖；优选地，所述蓄热格子砖呈蜂窝状。

本发明第二方面提供一种控制横向火焰的方法，采用上述的横火焰玻璃熔窑装置进行控制。

优选地，包括以下步骤：

1)打开第二阀门、第三阀门，关闭第一阀门、第四阀门，使得火焰室产生的烟气通过所述第二小炉进入所述第二蓄热室，加热第二蓄热室；

2)将天然气和步骤2)中第二蓄热室中的部分烟气通入所述第一蓄热室，形成热合成气；

3)将步骤2)得到的热合成气通过第一支路通入所述汇总管，然后通过所述第三支路和第四支路将所述热合成气输送至火焰室进行横向火焰燃烧；

4)关闭第二阀门、第三阀门，打开第一阀门、第四阀门，使得火焰室产生的烟气通过所述第一小炉进入所述第一蓄热室，加热第一蓄热室；

5)将天然气和步骤4)中第一蓄热室中的部分烟气通入所述第二蓄热室，形成热合成气；

6)将步骤5)得到的热合成气通过第二支路通入所述汇总管，然后通过所述第三支路和第四支路将所述热合成气输送至火焰室进行横向火焰燃烧。

本发明具有以下的技术效果：

1)本发明中的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑将形成好了的热合成气通过第一支路、第二支路、汇总管、第三支路和第四支路引流到火焰室两侧，并通过热合成气燃烧器引入到火焰室内，将原有的热合成气纵火焰燃烧变更成横火焰燃烧，同时开启燃烧室两侧的天然气燃烧器，形成天然气-热合成气多种燃气协同燃烧的加热方式，解决了因热化学蓄热反应不充分造成热合成气不足，难以维持玻璃熔窑正常运行的困境。同时，采用上述燃烧方式，熔窑规模不再受小炉的结构限制，合理布置燃烧器分布，能够维持熔窑正常运行。

2)本发明中的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑中，烟气换向操作过程中不会出现火焰方向发生改变的现象，避免了火焰换向，解决了因火焰换向导致的熔窑内温度波动问题，利于玻璃池窑内配合料的融化澄清。

3)本发明中的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑中，解决了喷出火焰造成配合料出现“跑料”现象。

4)本发明解决了热化学蓄热技术在玻璃行业应用过程中出现的不足的同时，大大提高了熔窑操作的稳定性和可操作性，有利于提高玻璃产品的质量，延长熔窑使用寿命，能够助推热化学蓄热技术的进一步推广。

附图说明

图1显示为本发明中一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑的结构示意图。

图2显示为本发明中一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑的侧面结构示意图。

元件标号说明

1 第一小炉

2 第二小炉

3 第一蓄热室

4 第二蓄热室

5 火焰室

6 玻璃池窑

7 第一支路

8 第二支路

9 汇总管

10 第三支路

11 第四支路

12 第一阀门

13 第二阀门

14 第三阀门

15 第四阀门

16 热合成气燃烧器

17 第一烟气区

18 第一加热区

19 第一合成气区

20 天然气燃烧器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1、2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1、2所示，本发明一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，包括第一小炉1、第二小炉2、第一蓄热室3、第二蓄热室4、火焰室5、玻璃池窑6、第一支路7、第二支路8、汇总管9、第三支路10和第四支路11，所述第一小炉1的一端与第一蓄热室3连通，另一端与所述火焰室5连通，所述第二小炉2一端与所述第二蓄热室4连通，另一端与所述火焰室5连通，所述第一小炉1和所述第二小炉2上分别设有第一阀门12和第二阀门13，所述第一蓄热室3和所述第二蓄热室4连通，所述第一支路7的一端与所述第一蓄热室3连通，另一端与汇总管9连通，所述第二支路8的一端与所述第二蓄热室4连通，另一端与汇总管9连通，所述第一支路7和所述第二支路8上分别设有第三阀门14和第四阀门15，所述第三支路10和所述第四支路11分别与所述汇总管9连通且沿靠近所述火焰室5方向延伸，所述玻璃池窑6设于所述火焰室5的底部。所述第一蓄热室3和所述第二蓄热室4交替用于收集废弃的烟气和合成热合成。

本发明在原有的带热化学蓄热技术的装置上增设第一支路7、第二支路8、汇总管9、第三支路10、第四支路11、第一阀门12、第二阀门13、第三阀门14、第四阀门15和多个相匹配的热合成气燃烧器16，通过以上的结构可以将形成好的热合成气从第一蓄热室3或第二蓄热室4上部空间内引出，引流到所述火焰室5两侧，并通过热合成气燃烧器16将热合成气引入到所述火焰室5内，将原有的热合成气纵火焰燃烧变更成横火焰燃烧。

同时，采用上述燃烧方式，熔窑规模不再受小炉的结构限制，合理布置燃烧器分布，能够维持熔窑正常运行。本发明中的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑中，烟气换向操作过程中不会出现火焰方向发生改变的现象，避免了火焰换向，解决了因火焰换向导致的熔窑内温度波动问题，利于玻璃池窑内配合料的融化澄清。本发明中的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑中，解决了喷出火焰造成配合料出现“跑料”现象。

本发明解决了热化学蓄热技术在玻璃行业应用过程中出现的不足的同时，大大提高了熔窑操作的稳定性和可操作性，有利于提高玻璃产品的质量，延长熔窑使用寿命，能够助推热化学蓄热技术的进一步推广。

在一优选的实施例中，所述第三支路10和所述第四支路11靠近所述火焰室5的一侧设有若干出口。所述火焰室5靠近所述第三支路10和所述第四支路11的侧壁设有若干热合成气燃烧器16，所述热合成气燃烧器16与所述出口一一对应。当所述热合成气从第一蓄热室3或第二蓄热室4上部空间内引出至火焰室5的两侧，从所述出口进入对应的热合成气燃烧器16中，在火焰室5进行燃烧放热，所述燃烧的火焰与进料的方向一致，与所述玻璃池窑6中轴线的方向垂直，进而实现横向火焰燃烧。同时，解决了因纵火焰燃烧带来的沿窑长方向温度制度不可控问题和由于热合成气燃烧喷出的火焰对配合料堆有推料作用，可能导致的“跑料“的问题。

在一优选的实施例中，靠近所述第三支路10的热合成气燃烧器16和靠近所述第四支路11的热合成气燃烧器16交叉分布在所述火焰室5的两侧。所述第三支路10和所述第四支路11以所述火焰室5的中轴线对称分布。本发明中所述的第三支路10和所述第四支路11对称分布，可以保证到达所述火焰室5的两侧的热合成气的速度以及含量一致；所述热合成气燃烧器16对称分布，可以进一步保证到达所述火焰室5内的位置对称，进而燃烧的时候，相对称位置产生的火焰相对，可以减少燃烧喷出的火焰对配合料堆的推料作用。

在一优选的实施例中，所述火焰室5上设有若干天然气燃烧器20，开启天然气燃烧器20，辅助以天然气燃烧加热，解决了因热化学蓄热反应不充分造成热合成气不足，难以维持玻璃熔窑正常运行的问题。

在一优选的实施例中，所述第一蓄热室3由下至上依次设有第一烟气区17、第一加热区18和第一合成气区19，所述第一烟气区17、第一加热区18和第一合成气区19依次连通；所述第二蓄热室4由下至上依次设有第二烟气区、第二加热区和第二合成气区，所第二烟气区、第二加热区和第二合成气区依次连通，所述第一烟气区17和所述第二烟气区连通，用于输送烟气，所述第一合成气区19和所述第一支路7连通，所述第二合成气区和所述第二支路8连通，用于将所述的热合成气输送至火焰室5的两侧。所述第一蓄热室3和所述第二蓄热室4上设有天然气入口。使用时，所述第一蓄热室3和所述第二蓄热室4交替使用，进而可以充分的利用废弃烟气中的热量预热将要发生热合成气反应的蓄热室，如第一阶段，所述第一蓄热室3用于收集废弃的烟气，所述第二蓄热室4首先进行预热用于形成热合成气，所述第一蓄热室3在收集废弃的烟气时被加热，可以作为为下一阶段形成热合成气的提供热量；第二阶段，所述第二蓄热室4用于收集废弃的烟气，所述第一蓄热室3用于形成热合成气，如此不断换向，就可以利用废物烟气中的废热预热形成合成气的蓄热室，有利于环境友好，资源利用。

在一优选的实施例中，所述第一加热区18和所述第二加热区内设有蓄热格子砖；优选地，所述蓄热格子砖呈蜂窝状，所述的蓄热格子砖属于现有技术，可以在市场购得。目的是为了充分吸收废弃烟气中的废热，并加热所述第一蓄热室3和所述第二蓄热室4，为烟气和天然气反应提供生成热合成气提供所需的热量。

实施例1

使用本发明中的横火焰玻璃熔窑装置，具体操作包括以下步骤：

1)打开第二阀门13、第三阀门14，关闭第一阀门12、第四阀门15，使得火焰室5产生的烟气通过所述第二小炉2进入所述第二蓄热室4，加热第二蓄热室4；

2)将天然气和步骤2)中第二蓄热室4中的部分烟气通过所述第二烟气区通入所述第一蓄热室3，形成热合成气；

3)将步骤2)第二蓄热室4得到的热合成气通过第二合成气区输送至第一支路7，然后再通入所述汇总管9，然后通过所述第三支路10和第四支路11将所述热合成气输送至火焰室5进行横向火焰燃烧；

4)关闭第二阀门13、第三阀门14，打开第一阀门12、第四阀门15，使得火焰室5产生的烟气通过所述第一小炉1进入所述第一蓄热室3，加热第一蓄热室3；

5)将天然气和步骤4)中第一蓄热室3中的部分烟气通过所述第一烟气区17通入所述第二蓄热室4，形成热合成气；

6)将步骤5)第一蓄热室3得到的热合成气通过第一合成气区19输送至第二支路8，然后再通入所述汇总管9，然后通过所述第三支路10和第四支路11将所述热合成气输送至火焰室5进行横向火焰燃烧。

以上的换向过程可以根据实需要进行改变。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，包括第一小炉(1)、第二小炉(2)、第一蓄热室(3)、第二蓄热室(4)、火焰室(5)、玻璃池窑(6)、第一支路(7)、第二支路(8)、汇总管(9)、第三支路(10)和第四支路(11)，所述第一小炉(1)的一端与第一蓄热室(3)连通，另一端与所述火焰室(5)连通，所述第二小炉(2)一端与所述第二蓄热室(4)连通，另一端与所述火焰室(5)连通，所述第一小炉(1)和所述第二小炉(2)上分别设有第一阀门(12)和第二阀门(13)，所述第一蓄热室(3)和所述第二蓄热室(4)连通，所述第一支路(7)的一端与所述第一蓄热室(3)连通，另一端与汇总管(9)连通，所述第二支路(8)的一端与所述第二蓄热室(4)连通，另一端与汇总管(9)连通，所述第一支路(7)和所述第二支路(8)上分别设有第三阀门(14)和第四阀门(15)，所述第三支路(10)和所述第四支路(11)分别与所述汇总管(9)连通且沿靠近所述火焰室(5)方向延伸，所述玻璃池窑(6)设于所述火焰室(5)的底部。

2.如权利要求1所述的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述第三支路(10)和所述第四支路(11)靠近所述火焰室(5)的一侧分别设有若干出口。

3.如权利要求2所述的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述火焰室(5)靠近所述第三支路(10)和所述第四支路(11)的侧壁设有若干热合成气燃烧器(16)，所述热合成气燃烧器(16)与所述出口一一对应；

和/或，所述火焰室(5)上设有若干天然气燃烧器(20)。

4.如权利要求3所述的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，靠近所述第三支路(10)的热合成气燃烧器(16)和靠近所述第四支路(11)的热合成气燃烧器(16)交叉分布在所述火焰室(5)的两侧。

5.如权利要求2所述的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述第三支路(10)和所述第四支路(11)以所述火焰室(5)的中轴线对称分布。

6.如权利要求3所述的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述第一蓄热室(3)由下至上依次设有第一烟气区(17)、第一加热区(18)和第一合成气区(19)，所述第一烟气区(17)、第一加热区(18)和第一合成气区(19)依次连通；

和/或，所述第二蓄热室(4)由下至上依次设有第二烟气区、第二加热区和第二合成气区，所第二烟气区、第二加热区和第二合成气区依次连通。

7.如权利要求6所述的基于热化学蓄热技术的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述第一烟气区(17)和所述第二烟气区连通；

和/或，所述第一合成气区(19)和所述第一支路(7)连通；

和/或，所述第二合成气区和所述第二支路(8)连通。

8.如权利要求6所述的横火焰玻璃熔窑装置，其特征在于，所述第一加热区(18)和所述第二加热区内设有蓄热格子砖；优选地，所述蓄热格子砖呈蜂窝状。

9.一种控制横向火焰的方法，其特征在于，采用权利要求要求1-8任一项所述的横火焰玻璃熔窑装置进行控制。

10.如权利要求9所述的控制横向火焰的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开第二阀门(13)、第三阀门(14)，关闭第一阀门(12)、第四阀门(15)，使得火焰室(5)产生的烟气通过所述第二小炉(2)进入所述第二蓄热室(4)，加热第二蓄热室(4)；

2)将天然气和步骤2)中第二蓄热室(4)中的部分烟气通入所述第一蓄热室(3)，形成热合成气；

3)将步骤2)得到的热合成气通过第一支路(7)通入所述汇总管(9)，然后通过所述第三支路(10)和第四支路(11)将所述热合成气输送至火焰室(5)进行横向火焰燃烧；

4)关闭第二阀门(13)、第三阀门(14)，打开第一阀门(12)、第四阀门(15)，使得火焰室(5)产生的烟气通过所述第一小炉(1)进入所述第一蓄热室(3)，加热第一蓄热室(3)；

5)将天然气和步骤4)中第一蓄热室(3)中的部分烟气通入所述第二蓄热室(4)，形成热合成气；

6)将步骤5)得到的热合成气通过第二支路(8)通入所述汇总管(9)，然后通过所述第三支路(10)和第四支路(11)将所述热合成气输送至火焰室(5)进行横向火焰燃烧。