CN117881635A - 分段式玻璃熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于熔融可玻璃化材料的炉，该炉包括：(i)至少一个熔融池T1，该至少一个熔融池具有炉顶、设置有电加热装置；(ii)澄清池T2，该澄清池具有炉顶并且设置有燃烧加热装置；(iii)至少一个颈状部，该至少一个颈状部具有炉顶并且将至少一个熔融池与澄清池分开；炉由以下限定：W1至少为1.4×W3；W3至少为0.1×W2并且至多为0.6×W2，W1：池T1的宽度；W2：池T2的宽度；W3：颈状部的宽度。此炉是特别有利的，因为该炉的总体能量消耗以及其CO2消耗通过高的电输入分数(即，>20％或甚至30％)而显著降低，同时不会使炉的机械稳定性和炉的使用寿命劣化、或甚至改善炉的机械稳定性和炉的使用寿命。

Description

分段式玻璃熔融炉

技术领域

本发明涉及一种玻璃熔融炉，其旨在将熔融的玻璃连续地供应到玻璃成型设备，比如浮法设备或轧制设备。特别地，本发明涉及一种玻璃熔融炉，其提供许多优点，尤其是在能量消耗、CO₂排放和工艺灵活性方面。

本发明更特别地涉及但不限于用于平板玻璃的熔融炉，其涉及大规模生产能力(即，高达1000吨/天或更多)以及高达60MW的功率需求。

背景技术

在现有技术中，可玻璃化材料或玻璃原材料在玻璃熔融炉中被熔融，该玻璃熔融炉通常包括：

-由炉顶覆盖的池，该池在炉使用时容纳熔体；

-位于炉的上游的至少一个入口，用于将要加热的玻璃原材料加料到该炉中；

-位于池中的加热装置；以及

-至少一个下游出口，用于使熔融的玻璃到达加工区或工作端。

在这种玻璃熔融炉中，玻璃通常是被来自燃烧器所产生的燃烧的火焰熔融的，这些燃烧器设置在玻璃表面上方并且允许从顶部加热熔融的玻璃/原材料的熔浴。利用氧气-燃料或空气-燃料进行燃烧的玻璃熔融炉是众所周知的。燃料可以是例如化石燃料、天然气、沼气、或氢。

还已知在混合系统中将燃烧加热装置和电加热装置组合。在这种构型中，除了燃烧器之外，熔融炉还包括电极，这些电极必须浸没并且通常位于池的底部、并且允许电流/电功率通过并从其体积加热熔融的玻璃的熔浴。应注意，加热功率完全由电力供应的玻璃熔融炉可以是一种选项，但是在平板玻璃领域中，当需要高质量玻璃时，并未采用过这些玻璃熔融炉。实际上，首先，对玻璃熔体进行精炼所需的温度必须>1400℃(最低)、优选地高于1450℃，而池中的底部温度必须保持在较低水平(即，<1300℃)以限制耐火材料腐蚀，仅使用底部电极是无法实现这两个条件的，其次，生产高质量平板玻璃需要如下区域，在该区域中，玻璃熔体的流动是层状且分层的、并且具有自由表面，以便使气泡从玻璃熔体逸出。在本领域中，这两个条件通常通过以下来实现：从顶部加热玻璃熔体的这种自由表面，以便达到足够高的温度，同时产生分层且层状的玻璃流动。附加地，每个电极处所释放的热将会产生强烈的局部玻璃对流，这将会完全扰乱所需的分层的层状玻璃流动。

全球变暖和减少CO₂排放的要求增加了玻璃制造商的压力，而且增加了能源价格和CO₂税，这些可能很快便会严重威胁到玻璃企业的竞争力。

电熔融可以作为解决方案的一部分，因为电熔融可以帮助减少CO₂排放，而且还可以减少熔融炉的总能量消耗(燃料+电力)。然而，常规的燃烧玻璃熔融炉只能利用电极“助熔”。实际上，在这种“电助熔式燃烧炉”中，电输入分数被限制为总能量输入的最大10％至15％。

当增加电输入分数(即，高于15％)时，典型的电助熔式燃烧炉设计的主要限制是：

(i)电极所在的熔融区中的底部耐火材料温度的显著增加，从而导致底部耐火材料的加速腐蚀；以及

(i)熔融区中的炉顶温度的显著降低，从而导致所述区中NaOH的凝结增加，因此导致炉顶的耐火材料腐蚀增加。

这两种腐蚀现象(i)和(ii)的组合将会对电超级助熔式熔融炉的机械稳定性和使用寿命造成严重的负面影响，这在投资玻璃熔融炉时是完全不期望的。实际上，大型玻璃熔融炉(即，具有每天数百吨生产能力的炉)被构造为在不中断的情况下操作超过十年的时间段，并且它们的使用寿命主要是由形成其壁的耐火材料的腐蚀决定的。

因此，常规的燃烧玻璃熔融炉的最大电输入分数的这些限制阻碍了充分受益于电熔融的优点(降低总体能量消耗和CO₂排放)。

然而，目前需要一种将燃烧器和电极组合作为加热装置的玻璃熔融炉设计，这允许显著增加电输入分数(与典型的电助熔式燃烧熔融炉相比)，同时维持或甚至改善熔融炉的机械稳定性和使用寿命。

发明目的

本发明的目的是克服上文关于现有技术所描述的缺点并解决技术问题，即，通过提供一种将燃烧器和电极组合作为加热装置的平板玻璃熔融炉，与典型的电助熔式燃烧熔融炉相比，该平板玻璃熔融炉显示出降低的总体能量消耗和减少的CO₂排放。

本发明的另一目的是提供一种将燃烧器和电极组合作为加热装置的玻璃熔融炉，而不会对玻璃熔融炉的使用寿命产生负面影响，甚至还同时改善玻璃熔融炉的使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种将燃烧器和电极组合作为加热装置的、灵活性提高的玻璃熔融炉。

发明内容

本发明涉及一种用于熔融可玻璃化材料的炉，该炉包括：

(i)至少一个熔融池T1i，该至少一个熔融池由熔融炉顶C1i覆盖并且设置有电加热装置；

(ii)澄清池T2，该澄清池由澄清炉顶C2覆盖并且设置有燃烧加热装置；

(iii)至少一个颈状部Ni，该至少一个颈状部由炉顶C3i覆盖并且将至少一个熔融池T1i与澄清池T2分开；

(iv)至少一个入口装置Li，该至少一个入口装置位于至少一个熔融池处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该至少一个熔融池中；以及

(v)至少一个出口装置Oi，该至少一个出口装置位于澄清池的下游，用于使熔融的玻璃流到工作区。

根据本发明，炉由以下限定：

0.1*W2≤W3i≤0.6*W2；

W1i≥1.4*W3i；

W1i是池T1i的宽度；

W2是池T2的宽度；

W3i是颈状部Ni的宽度。

因此，本发明是基于一种新颖的且创造性的方法。特别地，发明人已经发现，通过在特定设计中用一个或多个颈状部(与熔融区的数量相同)将一个或多个电加热的熔融区和燃烧澄清区分开，可以通过高的电输入分数(即，>20％或甚至30％至50％)显著降低炉的总体能量消耗以及CO₂排放，同时不会使炉的机械稳定性和使用寿命劣化、或甚至改善炉的机械稳定性和使用寿命。“电输入分数”是指炉的总能量输入中的用于熔融/澄清的电力部分，即，电力/(燃料+电力)，总能量输入是炉在标准/正常生产模式下的总能量输入，即，在其标准引出量范围(排除启动、维护、热修复、碎化等的时间段)下的总能量输入。

发明人特别设计了本发明中的(多个)颈状部宽度，以便找到如下两个相对立的要求之间良好的折衷方案：一方面，(多个)熔融区与澄清区之间的(多个)颈状部理想地应尽可能窄，以便(1)减小熔融上部结构/炉顶与澄清上部结构/炉顶之间的开口、并且(2)产生对(多个)熔融池中的玻璃熔体对流的总体强度的障碍物，另一方面，颈状部理想地应尽可能宽，以便限制(多个)颈状部内部的玻璃速度，从而限制颈状部的耐火材料壁的磨损/腐蚀。

发明人已经证明，本发明的炉带来了有利于能量消耗/CO₂排放和/或有利于炉的机械稳定性/使用寿命的许多优点。特别地，本发明的具有其特定的分段式设计的炉允许：

-切断澄清池中的火焰朝向(多个)熔融池的热辐射，以便有效地限制需要高温的区(澄清区)中的燃烧能量；

-可选地，将熔融池与澄清池之间的气氛分开，从而限制腐蚀性烟气从澄清池回流到(多个)熔融池；

-产生对熔融的玻璃的总体流量的限制，这有利地降低熔融池中玻璃对流的强度并降低玻璃速度，从而减少底部耐火材料的磨损和腐蚀；

-使熔融池的尺寸(长度、宽度和炉顶高度)和耐火材料性质与澄清池的尺寸(长度、宽度和炉顶高度)和耐火材料性质完全分离开来，并因此考虑能量效率、玻璃质量和机械约束/结构约束/其他约束来优化每个池。

在本说明书和权利要求中，本领域技术人员应很好地理解，除非明确地相反指示，否则如本文所使用的，术语“一”、“一个”或“该”意指至少“一个”，而且不应限于“仅一个”。此外，当指示范围时，端点是包括在内的。此外，在数值范围内的所有整数值和子域值清楚地包括在内，如同明确地写出一样。最后，术语“上游”和“下游”是指玻璃的流动方向，并且应以其常识进行理解，即应理解为意指当操作根据本发明的炉时，沿着可玻璃化材料/玻璃熔体(在本文中定义为“玻璃流”)从(多个)入口装置到(多个)出口装置的平均移动方向，即例如沿着图2中从左到右的方向。

根据本发明并且如在玻璃领域中通常采用的，“熔融池”是指限定可玻璃化材料被加料并通过加热被熔融的区域的池，并且当炉在加工中时，该池包括熔体和未熔融的可玻璃化材料的“薄层”，该薄层漂浮在熔体上并逐渐熔融、并且因此从熔融池的上游到下游减少。

根据本发明并且如在玻璃领域中通常采用的，“澄清池”是指限定如下区的池，在该区中，不再有漂浮在熔体上的未熔融的可玻璃化材料的“薄层”，并且在该区中，玻璃熔体在高于熔融池温度(通常高于1400℃、或甚至高于1450℃)的温度下被加热，以便对玻璃进行精炼(主要通过消除大部分气泡)。这种澄清池在本领域中通常也称为“净化池”。

为了清楚起见，根据本发明并且如本领域中通常采用的，“颈状部”Ni是指：(i)与至少一个熔融池T1i和澄清池T2相比，宽度和(炉顶)高度变窄，并且(ii)颈状部Ni的开口仅部分地在玻璃熔体/配合料薄层自由表面之下，于是在玻璃熔体/配合料薄层上方留出自由开口。因此，此定义排除了如本领域中通常采用的“喉状部”，喉状部的“开口”完全在玻璃熔体/配合料薄层自由表面之下(从而在玻璃熔体/配合料薄层上方没有留出任何自由空间)。

除非另有说明，否则本发明中的“宽度”在本文中和在整个说明书和权利要求中是指垂直于玻璃流的(平均)尺寸。

从阅读以下通过简单的说明性和非限制性示例给出的优选实施例和附图的描述，本发明的其他特征和优点将更清楚。

图1是根据本发明的“单熔融池”构型的炉的实施例的示意性立体图。

图2是图1的炉的示意性平面图(水平截面)。

图3是根据本发明的炉的实施例的示意性平面图(水平截面)。

图4是根据本发明的炉的实施例的示意性平面图(水平截面)。

图5是根据本发明的“双熔融池”构型的炉的实施例的示意性平面图(水平截面)。

图1至图3的炉1(“单熔融池”构型)包括一个熔融池T1i、一个颈状部Ni和一个澄清池T2。T1i、Ni和T2的组件通常由耐温、耐烟气腐蚀和耐熔融材料侵蚀作用的耐火材料制成。池中的展示性熔浴液位由虚线示出。

根据本发明，炉1由于至少一个入口装置Li而在熔融池T1i处被供应有可玻璃化材料。优选地，并且如本领域已知的，至少一个入口装置Li位于熔融池T1i的上游或位于熔融池T1i的顶部。

在实施例中，至少一个入口装置Li在所述池的宽度上(如图1和图2所展示的)或横向地在所述池的长度上位于熔融池T1i的上游。在此实施例中，为了改善在池T1i的表面之上的分布，有利地可以设置位于熔融池的上游的若干入口装置，即，两个入口装置。

在替代性实施例中，至少一个入口装置Li位于熔融池的顶部。此入口装置在本领域中称为“顶部配合料加料机”。此特定实施例是有利的，因为它允许将原材料直接加料在玻璃熔体的顶部上、尤其是在熔融池T1i的整个表面之上，从而允许获得覆盖整个玻璃熔体表面的配合料薄层，并且因此避免了对炉顶C1i有害的高温差(如在熔融过程期间薄层覆盖范围变化的情况下)。该入口装置有利地可以是位于玻璃熔体上方和炉顶C1i下方的“旋转式配合料加料机”或“线性X-Y配合料加料机”类型。在图3中，入口装置Li位于熔融池T1i的顶部处，并且是“线性X-Y配合料加料机”类型，其形式为分配器臂，该分配器臂可以在两个方向X-Y上移动，即在熔融池的长度和宽度上移动。根据此实施例的“顶部配合料加料机”也可以是称为“旋转式炉顶配合料加料机”的类型，即，如由所提出的类型。

炉1包括设置有电加热装置2的熔融池T1i。根据本发明的电加热装置2优选地位于池T1i的底部，并且还优选地由浸没式电极构成。电极有利地以3或2的倍数的网格图案(棋盘格)布置，以便促进与变压器的连接和电流平衡。例如，电极数量被设计成以便将每个电极的最大功率限制为200kW，同时保持电极表面处的最大电流密度为1.5A/cm²。此外，例如，浸没式电极高度在玻璃熔体高度的0.3倍至0.8倍之间。

根据实施例，熔融池T1i不包括任何燃烧装置，例如任何燃烧器。

根据本发明的炉顶C1i通常可以是拱形的或圆顶形的，或者替代性地，该炉顶可以是平坦的。尤其是如果与普通玻璃熔融炉相比并且与澄清池2的宽度W2相比，熔融池的宽度W1i较低(低跨度炉顶)，则炉顶C1i可以是平坦的。当炉顶C1i是拱形的/圆顶形的时，该炉顶可以有利地由氧化铝或尖晶石类型的耐火材料构成，氧化铝或尖晶石类型的耐火材料具有更好的耐腐蚀性并因此具有更好的使用寿命(但是抗蠕变性较低，这可以通过较低的炉顶跨度来补偿)。

优选地，根据本发明的炉顶C1i的高度H1i低于澄清池T2的炉顶C2的高度H2(H1i<H2)。实际上，较低的炉顶高度H1i将会使得水平辐射热传递较低，随后将会在从澄清池T2朝向熔融池T1i抽取烟道气的情况下，使得从烟道气到玻璃熔体的热传递更好。本发明中的炉顶的“高度”是指从所述炉顶的内表面到玻璃熔体(如果存在配合料薄层，则排除配合料薄层)的平均内高度(即，在拱形/圆顶形炉顶的情况下)。

根据本发明，炉包括澄清池T2，该澄清池由澄清炉顶C2覆盖并且设置有燃烧加热装置3。

根据本发明的澄清炉顶C2优选地是拱形或圆顶形的。

根据本发明的燃烧加热装置3尤其是由位于池T2中的燃烧器构成，并且通常在所述池的每一侧沿着所述池的侧壁布置，以使火焰扩散在池的几乎整个宽度之上。燃烧器彼此间隔开，以便在澄清池T2的一部分(即，长度的约50％)之上分配能量供应。燃烧器通常也成排地布置在池的两侧上。

可以向燃烧器供应燃料和空气、或燃料和氧气、或燃料和富含氧气的气体。燃料可以是化石燃料、天然气、沼气、氢、氨、合成气或其混合物。

根据本发明，炉包括至少一个颈状部Ni，该至少一个颈状部由炉顶C3i覆盖并且将至少一个熔融池T1i与澄清池T2分开。颈状部Ni的基部可以基本上位于熔融池T1i的底板/底部的水平处。此外，颈状部Ni的基部可以基本上位于澄清池T2的底板/底部的水平处、或所述水平上方、或所述水平下方。

根据实施例，颈状部Ni不包括任何加热装置，例如任何电加热装置和/或燃烧装置。

根据本发明的炉顶C3i可以是拱形的或圆顶形的，或者替代性地，该炉顶可以是平坦的。优选地，颈状部Ni的炉顶C3i的高度H3i可以等于或低于澄清池T2的炉顶C2的高度H2(H3i≤H2)。还优选地，颈状部Ni的高度H3i可以等于或低于熔融池T1i的炉顶C1i的高度H1i(H3i≤H1i)。更优选地，H3i≤H2且H3i≤H1i。

根据有利实施例，炉由W1i≤W2限定。更优选地，本发明的炉由W1i<W2限定或更好地由W1i<0.8*W2限定。这允许通过减小熔融炉顶C1i的跨度来进一步减小熔融炉顶内部的应力。实际上，已知腐蚀和温度变化在熔融区中是最为关键的。通过降低熔融炉顶内部的应力水平，便可以使用耐腐蚀性较高和抗蠕变性较低的耐火材料。

根据本发明，炉1由0.1*W2≤W3i≤0.6*W2限定。优选地，本发明的炉由0.2*W2≤W3i≤0.6*W2限定。更优选地，本发明的炉由0.3*W2≤W3i≤0.5*W2限定。这允许达到如上文第[0017]段中所公开的更好的折衷方案。

根据本发明，炉1由W1i≥1.4*W3i限定。优选地，本发明的炉由W1i≥1.5*W3i、或甚至W1i≥1.8*W3i限定。更优选地，本发明的炉由W1i≥2*W3i限定。这允许在颈状部Ni处达到更高的宽度限制，并且增强本发明的炉的上述优点(切断热辐射，可选地将气氛分开，产生对熔融的玻璃的流量的限制)。

根据本发明的有利实施例，炉进一步包括从至少一个熔融池T1i的上游抽取(在澄清池T2中产生的)烟道气的抽取装置4，该抽取装置优选地靠近(多个)入口装置Li，以便从烟道气回收热并且将热传递到熔融池中的玻璃熔体和/或未熔融的可玻璃化材料。附加地或替代性地，炉可以包括位于至少一个熔融池T1i的下游的抽取(在澄清池T2中产生的)烟道气的抽取装置。附加地或替代性地，炉还可以进一步包括从澄清池T2的上游部分抽取烟道气的抽取装置。

根据本发明的另一有利实施例，炉可以包括位于至少一个颈状部Ni处的可移除壁(例如，来自颈状部的侧壁的刮料杆)，以便(i)可以阻止可能到达熔融池的端部的未熔融的可玻璃化材料，从而避免这些未熔融的可玻璃化材料穿过颈状部朝向澄清池，并且(ii)控制玻璃熔体从澄清朝向熔融池的回流的强度或消除玻璃熔体从澄清朝向熔融池的回流。

根据本发明，炉1包括至少一个出口装置Oi，该至少一个出口装置位于澄清池T2的下游，用于使熔融的玻璃到达工作区。根据实施例，出口装置Oi通常由颈状部构成，以便将熔体引向工作区，该工作区通常称为“工作端”或也称为“压蒸”或也称为“调节区”。替代性地，出口装置Oi由喉状部构成，以便将熔体引向包括例如(多个)前端中心部的工作区。根据本发明的工作区可以包括例如调节区，在该调节区中，在玻璃熔体通过出口离开所述区到达成型区之前，通过受控冷却进行热调节。这种成型区可以包括例如浮法设备和/或轧制设备。

在图4所展示的本发明的实施例中，用于熔融可玻璃化材料的炉包括熔融池T1i，该熔融池横向地扩大并且配备有位于每个横向侧的(多个)入口装置Li和Lii，使得熔融池包括两个上游区，其中两个相反的玻璃流(当炉正在操作时)通过中心下游区汇聚。在这种构型中，熔融池T1i的宽度W1i被定义为垂直于颈状部Ni中的玻璃流所取的尺寸(平均尺寸)。

在本发明的非常优选的实施例中，用于熔融可玻璃化材料的炉的构型为具有：两个熔融池T1i、T1ii；两个颈状部Ni、Nii；以及至少两个入口装置Li、Lii。根据此有利实施例，本发明的炉附加地包括：

-熔融池T1ii，该熔融池由熔融炉顶C1ii覆盖并且设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

-颈状部Nii，该颈状部由炉顶C3ii覆盖并且将所述熔融池T1ii与澄清池T2分开；

-至少一个入口装置Lii，该至少一个入口装置位于熔融池T1ii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

该炉进一步由以下限定：

0.1*W2≤W3ii≤0.6*W2；

W1ii≥1.4*W3ii；

W1ii是池T1ii的宽度；

W3ii是颈状部Nii的宽度。

在这种“双熔融池”构型中，用于熔融可玻璃化材料的炉因此包括：

(i)两个熔融池T1i、T1ii；每个熔融池分别由熔融炉顶C1i、C1ii覆盖并且设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

(ii)澄清池T2，该澄清池由澄清炉顶C2覆盖并且设置有燃烧加热装置；

(iii)颈状部Ni，该颈状部由炉顶C3i覆盖并且将所述熔融池T1i与澄清池T2分开；

(iv)颈状部Nii，该颈状部由炉顶C3ii覆盖并且将所述熔融池T1ii与澄清池T2分开；

(v)至少一个入口装置Li，该至少一个入口装置位于熔融池T1i处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

(vi)至少一个入口装置Lii，该至少一个入口装置位于熔融池T1ii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

(vii)至少一个出口装置Oi，该至少一个出口装置位于澄清池的下游，用于使熔融的玻璃流到工作区；

该炉由以下限定：

0.1*W2≤W3i≤0.6*W2；

0.1*W2≤W3ii≤0.6*W2；

W1i≥1.4*W3i；

W1ii≥1.4*W3ii；

W1i是池T1i的宽度；

W1ii是池T1ii的宽度；

W2是池T2的宽度；

W3i是颈状部Ni的宽度；

W3ii是颈状部Nii的宽度。

图5中展示了此特定实施例，其中入口装置Li和Lii分别位于熔融池T1i和T1ii的上游。

与单熔融池的构型(图1至图3)相比，此实施例是特别有利的，因为此实施例允许：

-在相同的熔融池总面积和炉长度(长度通常比宽度更受约束)下，减小每个熔融池的炉顶跨度。炉顶跨度的减小允许：

(i)减小炉顶材料内部的应力，继而降低关于材料蠕变和炉顶下垂的风险。于是将可以使用耐腐蚀性较高和抗蠕变性较低的耐火材料，比如氧化铝或尖晶石，由此延长炉的使用寿命；

(ii)在拱形的颈状部炉顶C3的情况下，降低炉顶平均高度，从而使得水平辐射传递较低，随后在从熔融池抽取烟道气的情况下，使得从烟道气到玻璃熔体的热传递更好；

-在相同的颈状部总宽度(W3i+W3ii)下以及在拱形的颈状部炉顶C3的情况下，减小熔融池与澄清池之间的开口表面；

-在相同的颈状部总宽度(W3i+W3ii)下，降低熔融池中玻璃对流的强度；

-使熔融区中的炉维护更加容易。实际上，利用两个熔融池，可以将一个熔融池与炉的其余部分隔离并使其冷却，同时利用另一个熔融池进行生产。于是可以通过更换熔融区域(熔融区域是就磨损/腐蚀而论最为关键的区域)中磨损的耐火材料来延长炉的总使用寿命。

在炉具有两个颈状部、两个熔融池和至少两个入口装置(“双熔融池”炉，如图5所展示的)的此有利实施例中，根据以上描述，每个颈状部、每个熔融池和每个入口装置可以分别独立于另一个颈状部、另一个熔融池和另一个入口装置进行设计。

上文关于具有“单熔融池”构型的炉所描述的具体的有利特征(即，与T1i、C1i、Li相关联的那些特征)适用于“双熔融池”构型，而且优点相同。因此，为了清楚起见，上文关于T1i所描述的特征适用于T1ii，上文关于C1i所描述的特征适用于C1ii，并且上文关于Li所描述的特征适用于Lii。

特别地，颈状部Nii的炉顶C3ii的高度H3ii优选地可以等于或低于澄清池T2的炉顶C2的高度H2(H3ii≤H2)。还优选地，颈状部Nii的高度H3ii可以等于或低于熔融池T1ii的炉顶C1ii的高度H1ii(H3ii≤H1ii)。

优选地，“双熔融池”炉由0.2*W2≤W3ii≤0.6*W2限定。更优选地，该炉由0.3*W2≤W3ii≤0.5*W2限定。

根据有利实施例，“双熔融池”炉由W1ii≤W2限定。更优选地，本发明的炉由W1ii<W2限定或更好地由W1ii<0.8*W2限定。这允许通过减小熔融炉顶C1i的跨度来进一步减小熔融炉顶内部的应力。实际上，已知腐蚀和温度变化在熔融区中是最为关键的。

还优选地，“双熔融池”炉由W1ii≥1.5*W3ii、或甚至W1ii≥1.8*W3ii限定。更优选地，“双熔融池”炉由W1ii≥2*W3i限定。

在根据本发明的“双熔融池”炉中，两个熔融池T1i、T1ii优选地通过位于所述澄清池的宽度W2中的颈状部Ni、Nii连接到澄清池(如图5所展示的)。替代性地，在本发明的“双熔融池”炉中，一个熔融池通过位于澄清池的宽度W2中的颈状部连接到澄清池，另一个熔融池通过位于澄清池的长度(右侧或左侧)中并靠近澄清池的上游(即，在澄清池的长度的前三分之一中)的颈状部连接到澄清池。例如，当容纳炉的设施中存在的空间不足以并排放置两个熔融池时，此后一种构型可能是有利的。

在根据本发明的“双熔融池”炉中，在两个熔融池T1i、T1ii通过位于所述澄清池的宽度W2中的颈状部Ni、Nii连接到澄清池的情况下，两个熔融池T1i和T1ii之间的距离D优选地为至少1m、更优选地为至少2m、或更好地为至少3m。这是有利的，因为这允许触及该区，以进行维护操作和池壁外涂覆。

在本发明的替代性实施例中，用于熔融可玻璃化材料的炉的构型为具有：三个熔融池T1i、T1ii、T1iii；三个颈状部Ni、Nii、Niii；以及三个入口装置Li、Lii、Liii。根据此有利实施例，本发明的炉附加地包括：

-熔融池T1iii，该熔融池由熔融炉顶C1iii覆盖并且设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

-颈状部Niii，该颈状部由炉顶C3iii覆盖并且将所述熔融池T1iii与澄清池T2分开；

-至少一个入口装置Liii，该至少一个入口装置位于熔融池T1iii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

该炉进一步由以下限定：

0.1*W2≤W3iii≤0.6*W2；

W1iii≥1.4*W3iii；

W1iii是池T1iii的宽度；

W3iii是颈状部Niii的宽度。

在这种“三熔融池”构型中，用于熔融可玻璃化材料的炉因此包括：

(i)三个熔融池T1i、T1ii、T1iii；每个熔融池分别由熔融炉顶C1i、C1ii、C1iii覆盖并且设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

(ii)澄清池T2，该澄清池由澄清炉顶C2覆盖并且设置有燃烧加热装置；

(iii)颈状部Ni，该颈状部由炉顶C3i覆盖并且将所述熔融池T1i与澄清池T2分开；

(iv)颈状部Nii，该颈状部由炉顶C3ii覆盖并且将所述熔融池T1ii与澄清池T2分开；

(v)颈状部Niii，该颈状部由炉顶C3iii覆盖并且将所述熔融池T1iii与澄清池T2分开；

(vi)至少一个入口装置Li，该至少一个入口装置位于熔融池T1i处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

(vii)至少一个入口装置Lii，该至少一个入口装置位于熔融池T1ii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

(viii)至少一个入口装置Liii，该至少一个入口装置位于熔融池T1iii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到该熔融池中；

(ix)至少一个出口装置Oi，该至少一个出口装置位于澄清池的下游，用于使熔融的玻璃流到工作区；

该炉由以下限定：

0.1*W2≤W3i≤0.6*W2；

0.1*W2≤W3ii≤0.6*W2；

0.1*W2≤W3iii≤0.6*W2；

W1i≥1.4*W3i；

W1ii≥1.4*W3ii；

W1iii≥1.4*W3iii；

W1i是池T1i的宽度；

W1ii是池T1ii的宽度；

W1iii是池T1iii的宽度；

W2是池T2的宽度；

W3i是颈状部Ni的宽度；

W3ii是颈状部Nii的宽度；

W3iii是颈状部Niii的宽度。

与具有单熔融池的构型相比，此实施例是特别有利的，其方式与“双熔融池”构型相同。

在这种“三熔融池”中，根据以上描述，每个颈状部、每个熔融池和每个入口装置可以分别独立于其他颈状部、其他熔融池和其他入口装置进行设计。

上文关于具有“单熔融池”构型和“双熔融池”构型的炉所描述的具体的有利特征(即，与T1i、T1ii、C1i、C1ii、Li、Lii相关联的那些特征)适用于“三熔融池”构型，而且优点相同。因此，为了清楚起见，上文关于T1i、T1ii所描述的特征适用于T1iii，上文关于C1i、C1ii所描述的特征适用于C1iii，并且上文关于Li、Lii所描述的特征适用于Liii。

特别地，颈状部Niii的炉顶C3iii的高度H3iii优选地可以等于或低于澄清池T2的炉顶C2的高度H2(H3iii≤H2)。还优选地，颈状部Niii的高度H3iii可以等于或低于熔融池T1iii的炉顶C1iii的高度H1iii(H3iii≤H1iii)。

优选地，“三熔融池”炉由0.2*W2≤W3iii≤0.6*W2限定。更优选地，该炉由0.3*W2≤W3iii≤0.5*W2限定。

优选地，“三熔融池”炉由W1iii<W2限定。更优选地，该炉由W1iii<0.8*W2限定。这允许通过减小熔融炉顶C1i的跨度来进一步减小熔融炉顶内部的应力。实际上，已知腐蚀和温度变化在熔融区中是最为关键的。

还优选地，“三熔融池”炉由W1iii≥1.5*W3iii、或甚至W1iii≥1.8*W3iii限定。更优选地，“三熔融池”炉由W1iii≥2*W3ii限定。

在根据本发明的“三熔融池”炉中，三个熔融池T1i、T1ii、T1iii可以通过位于所述澄清池的宽度W2中的颈状部Ni、Nii、Niii连接到澄清池。替代性地，在本发明的“三熔融池”炉中，一个熔融池可以通过位于澄清池的宽度W2中的颈状部连接到澄清池，其他两个熔融池可以通过位于澄清池的长度中并靠近澄清池的上游(即，在澄清池的长度的前三分之一中)的颈状部连接到澄清池，第一个熔融池在澄清池的右侧，第二个熔融池在澄清池的左侧。例如，当容纳炉的设施中存在的空间不足以并排放置三个熔融池时和/或当针对熔融池和颈状部(尤其是W1i、W1ii、W1iii和W3i、W3ii、W3iii)所设计的尺寸在澄清池的宽度W2中无法实现时，此后一种构型可能是有利的。

在根据本发明的“三熔融池”炉中，在至少两个熔融池通过位于所述澄清池的宽度W2中的颈状部连接到澄清池的情况下，两个熔融池之间的距离D优选地为至少1m、更优选地为至少2m、或更好地为至少3m。独立地，在根据本发明的“三熔融池”炉中，在三个熔融池通过位于所述澄清池的宽度W2中的颈状部连接到澄清池的情况下，两个熔融池T1i和T1ii之间的距离D优选地为至少1m、更优选地为至少2m；并且两个熔融池T1ii和T1iii、T1ii之间的距离D'也优选地为至少1m、更优选地为至少2m。

在根据本发明的所有炉构型(即，“单熔融池”构型、“双熔融池”构型和“三熔融池”构型)中，为了促进要加料的可玻璃化材料的分布，可以为每个熔融池设置多于一个入口装置，即每个熔融池各两个入口装置。

在根据本发明的所有炉构型中，优选地，(多个)熔融池的总表面积的范围为25m²至400m²。还优选地，根据本发明，澄清池的表面积的范围为25m²至400m²。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上文所描述的优选实施例。而是，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。应进一步注意，本发明涉及在本文中描述的和在权利要求中陈述的特征和优选特征的所有可能组合。

以下示例是出于展示性目的提供的，而并不旨在限制本发明的范围。

示例

计算了根据本发明的炉的示例和常规的燃烧炉(可选地，电助熔燃烧炉)的对比示例。

在没有数学建模的情况下，熔融炉的优化和设计是困难的、有风险的，而且非常缓慢。实际上，熔融炉非常昂贵，并且它们的使用寿命超过15年、甚至长达20年。于是仅有很少的机会进行研究和设计修改，并且降低与这些修改相关的风险的压力很大。因此，对被操作的玻璃炉中的熔融过程进行数学建模已经在玻璃领域中得到了充分发展，并且在玻璃制造商中是众所周知的。数学模型的使用提供了(多个)池中的玻璃熔体以及(多个)燃烧/澄清空间中的气体的详细的温度场和速度场。通过与测量结果(热电偶和红外相机)的比较，这些现有的数学建模的结果已经在许多操作中的炉上得到验证。

以下具有相同玻璃引出量的炉被考虑用于本计算：

-炉1(对比)：常规的燃烧玻璃熔融炉：一个池包括熔融区和精炼区，其配备有被供给有空气-气体的燃烧器和用于可选的电助熔的电极。

-炉2：根据本发明的“单熔融池”构型的炉配备有：

-熔融池T1i，该熔融池的池宽度W1i＝13.0m，并且平均炉顶高度H1i＝1.35m

-位于熔融池的上游的入口装置Li，

-熔融池中的电极，这些电极达到等于16.0MW的总安装功率

-颈状部Ni，该颈状部的宽度W3i＝4.5m＝0.35W1i，并且平均炉顶高度H3i＝0.35m

-澄清池T2，该澄清池的池宽度W2＝13.0m，并且平均炉顶高度H2＝3.5m

-澄清池中的被供给有纯氧和天然气的氧气燃烧器，其总安装功率等于16.0MW；

-出口装置O

-抽取装置，用于抽取位于熔融池的上游部分中的烟道气，该抽取装置靠近可玻璃化材料被加料的入口；

-炉3：根据本发明的“双熔融池”构型的炉。在这种所考虑的计算中，两个熔融池具有相同的尺寸并且对称放置(参见图3)。两个熔融池之间的距离等于4.8m。炉3配备有：

-熔融池T1i，该熔融池的池宽度W1i＝8.4m，并且平均炉顶高度H1i＝0.95m

-熔融池T1ii，其中W1ii＝W1i且H1ii＝H1i

-位于熔融池T1i的上游的入口装置Li，

-位于熔融池T1i的上游的入口装置Lii，

-熔融池中的电极，这些电极的安装功率在两个池之间均等地共享，

-颈状部Ni，该颈状部的宽度W3i＝3.6m，并且平均炉顶高度H3i＝0.54m，

-颈状部Nii，该颈状部的宽度W3ii＝W3i，并且H3ii＝H3i，

-澄清池T2，该澄清池的池尺寸等于炉2的澄清池的池尺寸，

-澄清池中的被供给有空气-气体的燃烧器，其特征与炉2的燃烧器的特征相同，

-出口装置O，

-抽取装置，用于从熔融池抽取烟道气。

对这些炉1至3的能量消耗(气体/电力)、底部温度、炉顶温度和玻璃循环进行评估。

能量消耗

表1示出了炉1至3的气体消耗、电力消耗和总能量消耗以及电输入分数的计算所得值。

对于常规的炉1，考虑了两种情况：完全燃烧(100％气体能量)的情况和此炉的最大可行电助熔的情况(超过此最大值，底部温度和炉顶温度将导致高的耐火材料腐蚀和严重的炉损坏)。

表1

表1很好地表明，与典型的电助熔式燃烧熔融炉相比，根据本发明的炉允许降低总能量消耗(降低约30％)，同时增加电输入分数(达到上至50％的值)，从而显著减少CO₂排放。

底部温度

图6示出了具有非实际的16MW电功率的炉1(通过考虑等效电功率，可以实现与本发明的炉的公平比较)、炉2和炉3中的底部耐火材料温度根据从入口装置开始到出口装置的距离(以米为单位)的演变。y轴给出以摄氏度为单位的值(T_底部-T_参考)，T_底部是电助熔的炉1、炉2和炉3的底部处的温度，并且T_参考是没有电助熔的炉1(全燃料常规炉)的底部处的最大温度。根据本发明的炉1至3在图的顶部示意性地示出，以便于定位每个构型中的相关区并允许比较。

此图表明，当增加常规炉中的电功率输入时，底部温度显著增加，而在相同的电输入下，本发明的炉允许保持在较低的值，这有利于避免腐蚀，从而延长炉的使用寿命。

炉顶温度

图7示出了具有16MW电助熔的炉1(对比)、炉2和炉3中的炉顶耐火材料温度根据从入口装置开始到出口装置的距离(以米为单位)的演变。y轴给出以摄氏度为单位的值(T_底部-T_参考)，T_底部是电助熔的炉1、炉2和炉3的炉顶处的温度，并且T_参考是没有电助熔的炉1(全燃料常规炉)的炉顶处的最大温度。常规的电助熔的炉1和根据本发明的炉2至3在图的顶部示意性地示出，以便于定位每个构型中的相关区并允许比较。

此图表明，与没有电助熔的常规炉(参考)相比，常规炉1和根据本发明的炉2至3显示出熔融区中的炉顶温度降低。在电助熔的炉中，这是一个巨大的缺点，因为这会导致炉顶处的严重腐蚀现象(由于主要来自澄清的NaOH凝结)。在根据本发明的炉中，这种炉顶温度降低更容易管理，原因如下：(i)如果从澄清池中抽取烟道气，则来自澄清区和熔融区的气氛被至少一个颈状部分开，从而提供了限制或避免腐蚀性烟气(NaOH)从澄清池回流到(多个)熔融池的可能性；以及(ii)如果从(多个)熔融池抽取烟道气，那么由于炉顶跨度可以受到限制(特别是在多个熔融池的情况下)，因此使用氧化铝耐火材料是可行的选项(已知氧化铝的耐腐蚀性较高，但在炉顶跨度较大的情况下不推荐)。

玻璃循环

图8示出了具有16MW电助熔的炉1(对比)、炉2和炉3中的熔融的玻璃的循环根据从入口装置开始到出口装置的距离(以米为单位)的演变。y轴给出值(m_回流/m_引出)，m_回流是回流质量流量，并且m_引出是引出质量流量。常规的电助熔的炉1和根据本发明的炉2至3在图的顶部示意性地示出，以便于定位每个构型中的相关区并允许比较。

此图表明，根据本发明的炉2至3在熔融区和澄清区中产生了熔融的玻璃的总体循环的显著减少，这有利地降低了熔融的玻璃的速度，从而减少了底部耐火材料腐蚀。

Claims (24)

1.一种用于熔融可玻璃化材料的炉，包括：

(i)至少一个熔融池T1i，所述至少一个熔融池由熔融炉顶C1i覆盖并且设置有电加热装置；

(ii)澄清池T2，所述澄清池由澄清炉顶C2覆盖并且设置有燃烧加热装置；

(iii)至少一个颈状部Ni，所述至少一个颈状部由炉顶C3i覆盖并且将所述至少一个熔融池T1i与所述澄清池T2分开；

(iv)至少一个入口装置Li，所述至少一个入口装置位于所述至少一个熔融池处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到所述至少一个熔融池中；以及

(v)至少一个出口装置Oi，所述至少一个出口装置位于澄清池的下游，用于使熔融的玻璃流到工作区；

所述炉由以下限定：

0.1*W2≤W3i≤0.6*W2；

W1i≥1.4*W3i；

W1i是池T1i的宽度；

W2是池T2的宽度；

W3i是颈状部Ni的宽度。

2.根据权利要求1所述的炉，其特征在于，所述炉顶C1i的高度H1i低于所述炉顶C2的高度H2。

3.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3i的高度H3i等于或低于所述炉顶C2的高度H2。

4.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3i的高度H3i等于或低于所述炉顶C1i的高度H1i。

5.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述炉由以下限定：W1i≥1.5*W3i。

6.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述炉由0.2*W2≤W3i≤0.6*W2限定。

7.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Li位于所述熔融池T1i的上游或位于所述熔融池T1i的顶部。

8.根据前一项权利要求所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Li位于所述熔融池T1i的上游。

9.根据前述权利要求之一所述的炉，其特征在于，所述炉进一步包括：

-熔融池T1ii，所述熔融池由熔融炉顶C1ii覆盖并且设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

-颈状部Nii，所述颈状部由炉顶C3ii覆盖并且将所述熔融池T1ii与所述澄清池T2分开；

-至少一个入口装置Lii，所述至少一个入口装置位于所述熔融池T1ii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到所述熔融池中；

所述炉进一步由以下限定：

0.1*W2≤W3ii≤0.6*W2；

W1ii≥1.4*W3ii；

W1ii是池T1ii的宽度；

W3ii是颈状部Nii的宽度。

10.根据前一项权利要求所述的炉，其特征在于，所述炉顶C1ii的高度H1ii低于所述炉顶C2的高度H2。

11.根据权利要求9至10所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3ii的高度H3ii等于或低于所述炉顶C2的高度H2。

12.根据权利要求9至11所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3ii的高度H3ii等于或低于所述炉顶C1ii的高度H1ii。

13.根据权利要求9至12所述的炉，其特征在于，所述炉由以下限定：W1ii≥1.5*W3ii。

14.根据权利要求9至13所述的炉，其特征在于，所述炉由0.2*W2≤W3ii≤0.6*W2限定。

15.根据权利要求9至14之一所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Lii位于所述熔融池T1i的上游或位于所述熔融池T1i的顶部。

16.根据前一项权利要求所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Lii位于所述熔融池T1i的上游。

17.根据权利要求9至16所述的炉，其特征在于，所述炉进一步包括：

-熔融池T1iii，所述熔融池由熔融炉顶C1iii覆盖、设置有位于所述池的底部处的电加热装置；

-颈状部Niii，所述颈状部由炉顶C3iii覆盖并且将所述熔融池T1iii与所述澄清池T2分开；

-至少一个入口装置Liii，所述至少一个入口装置位于熔融池T1iii处，用于将要加热的可玻璃化材料加料到所述熔融池中；

所述炉进一步由以下限定：

0.1*W2≤W3iii≤0.6*W2；

W1iii≥1.4*W3iii；

W1iii是池T1iii的宽度；

W3iii是颈状部Niii的宽度。

18.根据前一项权利要求所述的炉，其特征在于，所述炉顶C1iii的高度H1iii低于所述炉顶C2的高度H2。

19.根据权利要求17至18所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3iii的高度H3iii等于或低于所述炉顶C2的高度H2。

20.根据权利要求17至19所述的炉，其特征在于，所述炉顶C3iii的高度H3iii等于或低于所述炉顶C1iii的高度H1iii。

21.根据权利要求17至20所述的炉，其特征在于，所述炉由以下限定：W1ii≥1.5*W3iii。

22.根据权利要求17至21所述的炉，其特征在于，所述炉由0.2*W2≤W3iii≤0.6*W2限定。

23.根据权利要求17至22之一所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Liii位于所述熔融池T1i的上游或位于所述熔融池T1i的顶部。

24.根据前一项权利要求所述的炉，其特征在于，所述至少一个入口装置Liii位于所述熔融池T1i的上游。