TW201111727A - Furnace for melting batch raw materials with optimized preheating zone - Google Patents

Description

201111727 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於加熱及/或熔化材料之熔爐，該 種類熔爐包括： 槽，其藉由一頂部而覆蓋且含有一熔化物； -一燃燒區，其具有加熱構件，尤其具有燃燒器；

•至少一入口，其定位在該熔爐上游，用於以待加熱之 材料裝入該熔爐； 至 > 一旎ϊ回收區，其在該入口與該燃燒區之間，該 燃燒廢氣在其中主要地循環； -至少一下游出口，其用於該等加熱或熔化材料；及 -至少一廢氣排放開口，其設置在該回收區上游。 更特定而言’本發明係關於一種用於加熱及/或溶化批 次材料之熔爐，當該熔爐係操作時，該槽則含有一熔化 物。在此-熔爐中，在該入口引進的該等批次原料形成在 该熔化物上浮動的一批次包覆層且係逐漸熔化。 較佳地，本發明係關於含氧燃燒熔爐且關於混合熔爐， 即用含氧燃料燃燒部分操作之該等熔爐。 【先前技術】 在一混合溶爐之情況中’有利的是使用該含氧燃料燃燒 區段之該廢氣以預熱該等原料。 然而，根據本發明之一加熱熔爐可用於其他應用，尤其 用於預熱鋼產品而不熔化該燃燒區中之該等材料。 ^ FR 1 256 83 1揭示用於熔化批次材料 & # ^ 空虱燃料燃燒 149876.doc 201111727 炫爐。該廢氣能量係主要藉由預熱再生器中之該燃燒空氣 而回收。該溶爐係藉由一垂直定向裝置裝有批次材料，其 中該批次材料向下游逆流至向上排放的該廢氣之一小部 分。此逆流係意欲預熱該等批次材料。為了防止該等㈣ 阻塞此裝置，該廢氣溫度必須限於約7〇(rc至8〇〇艺。為了 降低由該燃燒所引起之該廢氣之溫度，該廢氣首先穿過具 有低於定位於該燃燒區中之一頂部的該頂部之一排放區。 該低頂部高度係藉由限制該等批次材料之降落高度之需要 及在該垂直預熱器下面引進該廢氣之需要而說明。該以上 專利係關於一空氣燃料燃燒熔爐且未解決最佳化其中大多 數含氧燃料燃燒廢氣循環之一熔爐之一回收區（本發明之 目的）之問題。 FR 2 711 981(93/13G21)揭示用㈣化批讀料之一含氧 燃料燃燒熔爐，該燃燒熔爐包含藉由一輻射保護屏與該燃 燒區隔開的一回收區。該頂部之高度係在該回收區中稱微 降低以便增加在1¾等批次材料上匯聚的該燃燒廢氣之速 度。然而此回收區中之該頂部之高度係充分地保持高於該 屏Π之該下表面以便保持一大廢氣體積。對於熟習此項技 術者而言此大體積係假設為必要以確保該半透明廢氣之良 好放射帛。此大頂部高度阻礙回收區之最佳料，如本發 明揭示。 US 5 536 291描述用於熔化批次材料之一空氣燃料燃燒 熔爐。該專利揭示用於減少氧化氮Ν〇χ之放射的一熔爐設 5十。热習此項技術者已知用於減少Ν〇χ形成之一方法在於 149876.doc 201111727 用一不足的空氣執行燃燒。根據以上專利之熔爐包含其中 裝配燃燒器之一燃燒區。當此等燃燒器意欲用一不足的空 氣操作時，該熔爐包含意欲完成燃燒之一增補區。此區係 裝備有用過量空氣供應之一對燃燒器以便引進該增補氧氣 用於完成來自該熔化區之該廢氣之燃燒。為了促進來自該 熔化區之該廢氣與Η入該增補區之氧氣之間的有效混合， 該頂部之高度係在此區中降低。此增補區之任一側上的諸 〇 屏之存在及此區中之該頂部之降低亦可能增加由廢氣速度 增加所引起之該廢氣與該批次包覆層之間的對流熱傳遞。 因此該對流熱傳遞可補償該廢氣之低放射。然而，此組態 係僅適於該批次中之大量碎玻璃以便限制灰塵餘留。 由於此增補區之功能係主要氧化該未燃燒材料，故未最 佳化用於熱排放該廢氣，尤其在含氧燃料燃燒中。 【發明内容】 最特定而言，本發明之目的係改良該廢氣與待加熱之該 〇 等材料（尤其由一批次包覆層所形成之該等材料）之間的熱 父換，以便在該廢氣經由該堆疊排放之前最佳化排放該廢 氣之熱能。 根據本發明，用於加熱及/或熔化批次材料之一含氧燃 料燃燒熔爐包括： -一槽，其藉由一頂部覆蓋且含有一熔化物； -一燃燒區，其具有加熱構件，尤其具有燃燒器； -至少一入口，其定位在該熔爐上游，用於以待加熱之 該等材料裝入該熔爐； 149876.doc 201111727 -至少一回收區，. 其在5亥入口與該燃燒區之間，該含氧 燃料燃燒廢氣在其中主要地循環； -至少一下游出口，复用 八用於5亥等加熱或熔化材料；及 -至少—廢氣排放開σ，其設置在該回收區上游， 其特徵為各回收區之該最佳化平均高度〜)係使得自該 廢亂之垂直輻射係促進朝向該包覆層之表面而致不利於平 行於該包覆層之該表面的水平輻射且其中待加熱之該材料 上之S玄回收區中之該頂部 下方程式： ρ之令央‘…度(H0pt)滿足以 其中該最佳化;α、，，_> 。又。pt係以米表示作為該回收區中之該批 次!:覆層之該平均放射率一對應於-無因次常數之一 數子Nreeu及以kg/s/m2表示#比廢氣流率训。〜之 數。 取決於該頂部建構之方式，此將具有一彎曲形狀或一平 :::。根據本發明之該最佳化高度H“示該頂部之該 平均杈向高度。 5袠也右该頂部之高度在該回收區之該長度範圍内變 :?根據本發明之該最佳化高〜表示沿該:= *亥頂部之平均高度。 ^ TW ^ . 南度在該寬度及該長度範圍内變化，則根據 本發明之該异 > it化咼度H〇pt表示該回收區之該整個表面範 圍内的該了員部之平均高度。 149876.doc 201111727

根據β亥頂部之一實施例，丨士且古,,,A J此具有一結構化内表面以便增 加其放射率。在此情況中， /取1土化同度Hopt表示該平均 值。 若該包覆層之該表面之位準在該區之該寬度及該長度範 圍内變化，則該最佳化高度％表示該包覆層之該表面與 該頂部之間的該平均距離。 詞句「該批次包覆層之放射率」係理解為意指該總半球 0 ❹ 放射率。 該比廢氣流率SF1〇W—係以該回收區之面積之每平方米 kg/s表示。 根據本發明，該數字队咖係介於〇·6與7.0之間，有利地 介於為1.6與2.0之間且較佳係等於18。 為了決定根據本發明之該回收區之高度，必要事先決定 該口收區之面積。此外’此係藉由該回收區中之所需能量 回收的數量界定。考慮用於計算該區之高度的該表面為該 回收區中之β亥批次包覆層之表面。此表面約為水平，但取 決於該裝料類型及該炼化速率可起伏。為了簡化，突出平 坦的該包覆層之該表面係用於該計算。為了最佳化廢氣排 放該茜求批次包覆層最佳地覆蓋該回收區中之玻璃表 面。本發明之該例示性實施例中更詳細討論該最佳化面積 之決定。 對於一標準矩形幾何形狀’該區之面積係藉由長度乘以 寬度而給定。較佳地’該回收區具有一小寬度，亦即其具 、長开y狀。一小寬度用於限制水平輻射且促進該廢氣 149876.doc 201111727 之均一單向流動。然而，其寬度係根據該裝料類型、該熔 化物上之該包覆層之位置及該熔爐之總設計界定。在根據 此等考慮決定該回收區之寬度之後，該長度係經決定以便 給定該所需面積。 廢氣能量回收之所要數量係由某些資料指定，例如能量 成本、可能c〇2稅、由於添加該回收區所引起之該熔爐之 延伸之額外熱損失及此區之投資成本。 此資料之分析導致採用該回收區上之一最小平均能量回 收通量密度。在一習知凹形器孤玻璃熔爐中，此係在3〇 kW/m2附近，記住此值取決於成本變化而變化。 自此通罝岔度開始’根據本發明之該回收區之面積係由 以下界定： smu = <Γ17-10570 其中s亥回收區之面積Srecu係以m2表示作為以kw/in2表示的 該通量密度q、以kg/s表示的廢氣流率F1〇Wfiue及該回收區 中之該批次包覆層之平均放射率ebateh之一函數。 根據可獨立或結合該等以上特徵之至少一者使用的一特 徵，位於該回收區上的該頂部具有一内表面，該内表面係 與在進入該燃燒區之該回收區之該開口處的山形壁之下邊 緣相同位準’或低於在進入該燃燒區之該恢復區之該開口 的該山形壁之該下邊緣’且該回收區之該内表面係連續， 其沿該溶爐之縱向’自該燃燒區至少遠至該廢氣排放開 149876.doc -10- 201111727 在該回收區中 §亥頂部可為平坦且由附接至 之耐火磚組成。 —支撐結構 該回收區中之該等批次材料上方之用於該廢氣之該流動 截面係足夠小以促進該廢氣之均勾單向流動。該低頂邻古 度亦使可能減，該水平方向的該廢氣中之輕射熱交換高 根據另一態樣，用於加熱及/或熔化批次材料之該含氧 燃料燃燒熔爐包括： 3 Ο

-一槽，其藉由一頂部覆蓋且含有一熔化物； -一燃燒區，其具有加熱構件，尤其具有燃燒器； 至：>、入口，其疋位在該炼爐上游，用於以待加熱之 該等材料裝入該溶爐；及 -至少一下游出口，其用於該等加熱或熔化材料， 該等引進批次原料形成在該熔化物上浮動的一批次包覆層 且係逐漸熔化， 且其知·彳政為在該裝料入口附近（該入口上游或下游或在此 入口處）包含用於熔化該等引進材料之一表面層且用於增 加該批次包覆層之放射率之至少一密集加熱構件。 該炫化表面層之厚度可為幾毫米，較佳地為至少1 mm ° 該密集加熱構件可藉由自在該批次包覆層上延伸越過該 熔爐整個寬度之燃燒器之一軌道向下引導的一火焰簾形 成。 作為一變化，該密集加熱構件可藉由在批次包覆層上延 伸越過該熔爐整個寬度之電磁輻射形成。 149876.doc 201111727 有利地，在該熔爐上部中，該廢氣排放開口在該回收區 上游鳊延伸越過5玄回收區整個寬度。該廢氣排放開口可為 矩形細長形狀，該開口之該長側沿該回收區之該寬度延 伸0 為了增加朝向該包覆層之垂直輻射，該頂部之該内表面 可經有利地結構化以便増加其放射率。然而，此等結構必 須不具有一太明顯起伏以便不產生廢氣流動再循環。該表 面必須保持大致連續。 .塔料包含該回Μ中之一廢氣摻雜構件以便藉由用 L田微粒（尤其用粉末狀碎玻璃或批料）種入該回收區而増 加该廢氣之排放。該摻雜構件可包括用於自該回收區之該 頂部注射該等微粒之構件。 射構件可提供用於形成在該回收區進人該燃燒區之該 開口處阻擋該輻射之一微粒簾。 μ 人：该等以上提及配置之外，本發明由將參考以下附圖結 二：描述例示性實施例更詳細解釋之許多其他配置組成， 儘管此等實施例係決不加以限制。 【實施方式】 ”―待由—裝料（例如該等批次材料）时之該廢氣: 料之間：：：中二該目的係最大化該廢氣、該頂部蝴 化作為4積：量了氣之半透明性㈣成其放射率· 示該放射。對於含氧燃料燃燒廢氣，圊2· 曰加作為該廢氣層之厚度之—函數 此只例係在i5〇〇K溫度。 ^ I49876.doc •12- 201111727 圖2清楚地顯示用於增加該廢氣放射率之一摩層之優 點。因此一厚層將針對一給定溫度放射—更高輻射通量密 度。因此’對於一更大廢氣厚度，期望更佳能量傳遞及該 回收區之更高效率。 接著該廢氣與該批次包覆廣（或裝料）之間的該淨通量密 度係藉由其等輻射交換而決定。溫差越高，則該淨通量密 度越高。為了維持一溫差及因此越過一回收區之該整個長 q 度之一足夠淨通量密度，該熔爐係針對該廢氣及該包覆層 設計以逆流流動。 圖3包括在頂部之具有批次包覆層及該廢氣逆流流動之 一習知回收區之一簡圖，且在底部顯示溫度變化作為沿該 區之長度的位置之一函數的一簡圖。 曲線Tflue顯示沿該回收區的該廢氣溫度變化。曲線 Tblanket surface表示沿該回收區之該包覆層之表面溫度變化。 在圖3中 △Tflue-blanket表不该廢氣與該批次包覆層之間 〇 的溫差。由於此決定該熱通量密度，故所需的是保持沿該 回收區之此大溫差 如圖3中可見，由於該廢氣之熱排放，故該廢氣溫度沿 該回收區逐漸下降。 此在該回收區之該入口與該出口之間建立一溫度梯度 Tfin-Tfout = ATf|ue。 該廢氣中之一水平溫度梯度之存在亦產生一水平輻射通 量。 ' 此水平輻射導致沿該回收區的該廢氣溫度之部分均勺 149876.doc •13- 201111727 化。對於一給定入口溫度Tfin，由於進入該包覆層之該淨 通量且亦由於透過水平輻射之損失’故該廢氣溫度首先快 速下降。接著透過水平輻射的該等損失係藉由該廢氣及定 位在下游的壁而吸收。因此，經由接近該出口的該廢氣傳 遞進入該包覆層之該能量係藉由水平輻射之供應而部分補 償。此現象限制廢氣溫度下降。 為瞭解決此問題，本發明提出減小該包覆層上的該廢氣 層之厚度’如圖4中所示。此一體積減少會減小該廢氣放 射率。然而，此降低頂部亦減小用於該水平輻射的該流動 截面，導致一更低水平通量。以此方式，該廢氣之該水平 均勻化係有效降低。明顯地，該廢氣中之一明顯水平溫度 梯度之存在始終導致一更高通量密度。然而，減小根據本 發明之該流動截面導致該水平輻射通量之一總減小。 圖4再次顯示如圖3中之一回收區，但具有根據本發明之 一減小頂部高度之一簡圖。在此圖中，圖3之該等溫度曲 線係再次顯示為虛線。如此圖中可見，由一連續線曲線表 示之該廢氣溫度沿該回收區更穩定地下降。因此廢氣與包 覆層之間的該淨交換係遍及該回收區之該整個長度最户 化。因此與圖3比較，存在一更佳總熱交換及一更低廢氣 溫度Tf_。 圖5顯示之一曲線表示在一回收區中藉由該廢氣傳遞至 該批次包覆層之該熱通量（該熱通量稱為該回收熱通量）作 為該頂部咼度之一函數。此曲線係由對測量寬产6 4 m粟 以長度3.7 m之一回收區之數值模擬而決定。該含氧燃料 149876.doc -14· 201111727 廢氣流率係固定在1 ·5 kg/s，該批次包覆層放射率係固定 在0.7且在該回收區之該入口之該廢氣溫度係固定在約 1400°C。在此計算中考慮經由該頂部及該熔爐之該寄生輻 射的該等損失。該回收熱通量曲線僅表示由於自該廢氣進 入該回收區中之該包覆層之熱傳遞的該廢氣排放之分率。 圖5中未表示自經由該頂部及該熔爐之該寄生輻射的損失 之該熱通量。 Q 如圖5之此曲線中可見，該頂部高度減小導致該回收熱 通量增加。此圖亦顯示一太小頂部高度由於該廢氣放射率 之一太大下降而導致回收熱通量下降。因此存在用於最佳 化該廢氣之熱排放之根據本發明之一最佳化頂部高度。 該曲線顯示一最佳化通量可用僅〇4 m的一高度獲得。 根據該廢氣放射率曲線作為圖2中之高度之一函數，〇4m 之一值將僅允許獲得約〇·25之一放射率。此一值似乎太低 而不能確保令人滿意之熱通量進入該包覆層。 〇 本發明之目的係使其可能以盡可能簡單的一方式決定該 最佳化頂部高度。 此最佳化高度以一複雜方式取決於許多參數（廢氣之半 透明性質及其等吸收光譜、包覆層及頂部之放射^、水平 溫度梯度及（當然）廢氣溫度、包覆層溫度、該區之長度及 寬度、廢氣流率、經由該頂部之損失等等）。 為了解決針對-、給定組參數決定該最佳化高纟之問題， 可設想各種方法，諸如： 方法1 149876.doc 201111727 /於—給定廢氣流率及-給定批次速率，該熱形勢（熱 μ動及輪射）係藉由對各種高度數值模擬而決定。該模擬 之結果係經分析以便決定自該廢氣進入該包覆層之該回收 熱通量作為該區之高度之一函數。 方法2 在一減少寬度回收區之—模型上進行測量。該包覆層之 表面可由具有可變化溫度及放射率之一表面的—冷卻器表 不」調整此模型之該頂部之高度。溫度測量使得可能建 立》亥拉型之熱預算且自進人該裳料的該廢氣擷取該回收熱 通量。接著對於m參數用各種頂部高度之一系列試 驗致能決定該最佳化高度。 方法3 建構除該回收區中之該頂部高度變化之外相同的一限制 系列熔化熔爐。接著，建立該等熔爐及尤其該等回收區之 »亥等熱預算。然而’在工業實踐中，即使可製成相同構 造，亦不大可能的是此等溶爐將以—相同方式使用。 此等方法係相對較乏味且困難。 為了解決針對―組資料決定該最佳化高度之問題，本發 明提供用於含氧燃料燃燒廢氣之決定的-簡單方法。本發 者已發現該批次包覆層之放射率、該廢氣流率及該回收 區之尺寸起主要作用，尤其對於以下優先範圍值·· 含氧燃料燃燒廢氣：

廢氣入口溫度· 1 3 5 0 至1 5 0 〇 廢氣出口溫度· 700°(^ g 13QQ°Q 149876.doc 201111727 炫爐輸出··大於每天5〇嘲 該最佳化高度可藉由以下公式決定為該批次包覆層放射 率Sbatch之一函數，該公式為： • 其中該最佳化平均高度U。p t係以米表示為該回收區中之該 批次包覆層之平均放射率gbatch、對應於一無因次常數之— 〇 數字Nrecu及以該回收區之面積之每平方米kg/s表示的該比 廢氣流率sFlowf]ue之一函數。 此公式提供以米表示的該最佳化高度作為在該熔爐 之5亥入口的该批次包覆層之排放率之一函數。根據本 發明’該數字為介於〇.6與7 ()之間，較佳地等於i 8。 對於B亥則述實例’圖5給定0.4 m的一最佳化高度。此值 對應於根據圖5中所示曲線之該最大回收通量。取決於該 廢氣'皿度’回收區中之此0.4 m的小頂部高度導致約2 m/s ❹至3 m/s的-廢氣速度。此值係極可接受用於限制灰塵自 X ^覆層餘留。然而，該等批次材料之品質及表面溶化之 開始在決定餘留量中起關鍵作用。取決於該批料餘留量， 可必要增加根據本發明決定的該回收區之高度以便限制該 廢孔速度至-可接受值。舉例而言，對於具有少量碎玻璃 、.人包覆層，需求保持低於5 m/s的一廢氣速度以便 限制微粒餘留。 =本發明提供—用於決回收區之該最佳化高度之 極間早及快速解決方案。然而需要知道該批次包覆層之放 149876.doc •17- 201111727 射率。 本發明之應用實例： 此實例假設具有來自該含有50%碎玻璃的批次材料之每 天400噸容量之用於凹形器皿的一玻璃生產熔爐。 該回收區中之該包覆層之平均放射率Sbatch係估計為 0.7。 §亥私爐中之燃燒產生具有1.5 kg/s流率FloWfiue的含氧燃 料燃燒廢氣。為了簡化’對於該包覆層之表面上方流動的 該氣流，未考慮自該包覆層之CO2除氣。 添加至此熔爐之一回收區之技術經濟分析導致4〇 kw/m2 的一所需平均通量密度q。取決於該等能量成本，此—值 允許一快速投資報酬率。 首先，該回收區之面積係使用以下公式決定： K -10570 .«〇心： 其中該回收區之面積Srecu係以m2表示作為以kW/m2表示的 "亥通塁岔度q、以kg/s表示的該廢氣流率Fl〇Wflue &該回收 區中之戎平均批次包覆層放射率Sbatch之一函數。 利用該等參數，因此該面積為24 m2。此允許約 1 MW自用於預熱s亥包覆層之該廢氣能量回收。需要溶化 该熔爐中之該包覆層之較低能量導致該廢氣流率稍微減 小。一計算回授迴路可用於改良尺寸精度。 接著’该回收區之最佳化高度係自以下公式決定： 149876.doc •18- 201111727 其中該最佳化平均高度以米表示作為該回收區中之 0玄批-人包覆層之平均放射率Sbatch、對應於一無因次常數之 一數字Nreeu及以該回收區之面積之每平方米kg/s表示的該 比廢氣流率sFl〇wflue之一函數。 此公式提供以米表示的該最佳化高度作為在該熔爐 之該入口的該批次包覆層之放射率Sbateh之一函數。根據本 ❹ 發明，该數子Nrecu介於0.6與7.0之間，較佳地等於丨8。 對於0.7的-放射率，已發現h8的一U對應於i 5m 之 0.0625 的一 sFlowf】ue、0.4 m的一高度。 取決於該熔爐，該輸入資料將在一依個案基礎上決定。 0.2的一放射率表示用於不具有碎玻璃的一批次包覆層 之一典型值。 取決於該排放區之長度，該包覆層之表面開始熔化且因 此該表面之放射率增加。添加碎玻璃亦增加該包覆層之放 〇 射率。 因此，該區之長度範圍内的該包覆層之放射率變化或該 等批次材料之組合物變化引起一給定熔爐之最佳化高度變 化。如圖5中所示之該曲線中可見，自該最佳化之一梢微 偏差僅導致進入該包覆層之該回收通量之一稍微降級。因 此可能發現將符合其他包覆層放射率及廢氣流率值的該最 佳化高度附近的一折衷。 舉例而言，0.4 m的一高度表示各種放射率值之一良好 折衷。此南度之另一優點在於該低廢氣速度以便減小灰塵 149876.doc -19- 201111727 餘留之風險。 取決於該等建構約束，亦可發現自該最佳化高度之偏 差。對於一彎曲頂部，此係尤其有效。對於此一頂部，有 利的是該最小高度及最大高度盡可能地接近該所要高度。 該回收區中之該頂部可具有水平母線，在該情況中，該 頂部之高度在整個回收區範圍内保持恆定。 在該回收區中，該頂部可為平坦且由附接至一金屬結構 之折射磚組成。 對於具有極少量碎玻璃之一標準原料，該放射率約為 〇.2。當該等批次材料之溫度增加時，尤其對於具有碳酸 鈉之一鈉鈣玻璃達到85(rc附近，形成修改該表面之該等 性質之一液相，導致其放射率增加。 該頂部高度亦可沿該回收區變化以便最佳化相對於該水 平輻射的該垂直輻射’舉例而言，藉由考慮該批次包覆層 之放射率改變。 —根據本發明之另—恶樣，其可獨立或結合該等以上特徵 實她在用於加熱且熔化批次材料之一熔爐之情況中，該 熔爐特徵為其包含在該裴料入口附近一用於熔化該等引進 材料之-表面層之㈣加熱構件，以增加直接來自該炼爐 的°玄批夂包覆層之放射率且因此以改良該回收區中 之該包覆層與該廢氣之間的輻射熱傳遞。 對於具有-低碎玻璃含量之所有溶爐，例如用於平板玻 璃、玻璃餐具、破璃纖維、太陽能玻璃料的溶爐，此解 決方案係尤其有利。 149876.doc -20- 201111727 該溶化表面層之厚声；或坐& Θ 贾心/旱厪為幾耄未數量級，較佳地為至小 1 mm，且必須提供大於〇4的—排放率。 ' 有利地’該密集加熱構件係藉由從在該批次包覆層上 伸越過該熔爐整個寬度之燃燒器之一軌道向下引導二 焰簾形成。該加熱構件亦可藉由在批次包覆層上延 該溶爐整個寬度之一電磁輕射放射器形成，例如； 微波輻射。 ％ Ο Ο 有利地，在該《上部中，該廢氣排放開口在該溶爐上 游端處延伸越過該炫爐之該整個寬度，其較佳地具有—矩 形細長形狀，該開口之該長側沿該熔爐之該寬度置放。因 此該廢氣係垂直排放。 該溶爐可包含該回收區中之一廢氣摻雜構件以便藉由用 適當微粒（尤其用粉末狀碎玻璃或批料）種人該回收區而增 加該廢氣之放射率。 曰 該摻雜構件可包括用於自㈣㈣之該頂部注射該等微 粒之構件。有利地，該等注射構件係提供用於形成在該回 收區進入該燃燒區之該開口處阻播該輻射之-微粒簾。，亥 簾停止或減少自該燃燒區進入該回收區之輕射，同時仍讓 該廢氣通過。 該等圖式之圖！顯示用於加熱且炼化批次原料溶爐 1，該熔爐包括藉由一頂部4所覆蓋之一槽3。 術語厂上游」及「下游」應根據該等批次材料之前進方 向理解，即沿圖】中從左至右之該方向。 該炫爐包含具有大致由燃燒器6形成之加熱構件之一燃 149876.doc -21- 201111727 燒區5 ’使得當該熔爐係操作時，該槽3含有一溶化物7。 如藉由該等箭頭7a所說明，對流在該溶化物7中係建立在 一較低溫度的該熔化物之該上游與其下游端之間。一入口 8係設置在用批次原料2裝料的該炼爐上游。 一回收區9係定位於該入口 8與該燃燒區5之間的該溶爐 中。用於該熔化玻璃的一出口係定位在該燃燒區5下游 端。 該燃燒區5中之該頂部與該回收區9中之該頂部之間的連 接係藉由一山形壁10而製成。 該回收區9中之該頂部12之高度Η係低於該燃燒區中之該 頂部4之局度。 在5亥入口 8引進的該等材料形成在該炫化物7上浮動之— 批次包覆層G且係逐漸熔化。該熔化物7之該上表面係由字 母S指示。 一廢氣排放開口 13係設置在該回收區9之末端（在該炫爐 裝料側上）。 根據本發明’位於該回收區9上之該頂部12具有一内表 面12a，該内表面12a係與在進入該燃燒區5之該回收區9之 該開口的該山形壁1 〇之該下邊緣丨丨相同位準，或低於在進 入該燃燒區5之該回收區9之該開口的該山形壁1〇之該下邊 緣11。該内表面12a係沿該熔爐之縱向連續，自該燃燒區$ 至少遠至該廢氣排放開口 13，且大致上至該上游端。該頂 部之該表面為連續，即其未包含可誘發廢氣再循環迴路之 大體上突出部或不連續。然而，沿該回收區的該頂部之高 149876.doc -22· 201111727 度改變可藉由一序列小段差而產生。 該頂部12可為彎曲或平坦，如之後參考圖咐解釋。當 該頂部12為彎曲時’討論的該高度η對應於該炼爐之寬度 範圍内的該頂部之平均高度。因此該内表面12a具有平行 於該熔爐之縱向的母線。此等母線可為水平，在該情兄 中’該回收區9之截面為怪定。作為—變化，該頂部仏之 該等母線係向下傾斜朝向該上游端，在該情況中，該回收 區之截面從該下游端至該上游端減小。 因此該回收區9中之該廢氣流動截面係經減小足以促進 如由5亥等前頭14所說明之該廢氣之大體上單向流動，防止 將均句化該回收區中之該廢氣溫度之該廢氣之再循環。該 回收區中之該頂部12之該内表面12a不具有朝向該包覆層g 之突出部’尤其不具有遍及該頂部之該整個長度的向下垂 直突出部’此-突出部係易於建立廢氣旋渦及再循環迴 路。 0 該回收區9之該截面之小高度使其可能限制該回收區中 的該水平寄生輻射，該水平寄生輕射趨於使該廢氣溫度均 勻且因此趨於再加熱朝向其等出口的該廢氣，此係不利於 最大廢氣排放。 本發明之配置藉由該廢氣與該批次包覆層G之間的垂直 幸畐射而促進熱交才奐，並對應於加熱該包覆層之該較佳方 法0 該廢氣排放開口 13係設置 其上游端。此開口 13係呈一 於該頂部12之該上部中，朝向 矩形狹槽形式。該開口 13之該 149876.doc -23- 201111727 長尺寸係垂直於圖1之該平面且平行於該回收區9之該寬 度。該排放開口 13越過該炼爐之該整個寬度延伸，因而促 進越過該熔爐之該整個寬度的該廢氣之層流且防止該氣體 停滯而形成凹穴。此亦防止再循環迴路。該溶爐之寬度可 達到6米或更大，尤其在一平板玻螭生產熔爐之情況中。 因此該廢氣之最佳化對流係藉由根據本發明之該回收區 9而提供，該回收區9與該批次包覆層G逆流且具有遍及該 溶爐之該寬度均勻的一廢氣流率。該廢氣出口係裝備有用 於調整遍及該熔爐之該寬度的該廢氣流率分佈的構件，以 便調節遍及該熔爐之該寬度的該廢氣之分佈。遍及該回收 區9之該整個長度的該廢氣速度係足以防止該包覆層之該 表面上的一冷卻器停滯層之形成。該廢氣速度係亦足以移 除當該等批次材料係被加熱時藉由該等批次材料之反應所 放出之二氧化碳C 〇2且足以促進該二氧化碳經由該堆疊出 口 13之快速排放。 為了改良s亥廢氣與該批次包覆層之間的熱交換，該炫爐 有利地包含用於整個該回收區摻雜該廢氣之一摻雜構件 1 5 ’以便增強該廢氣放射率。該摻雜構件丨5可包括設置於 該回收區之該頂部中且遍及此頂部之長度審慎地分佈的微 粒注射裝置1 6。一更密集微粒注射裝置1 7可設置在進入該 燃燒區5之該回收區9之該開口附近致使一微粒簾1 7a能夠 產生作為來自該燃燒區5之該輻射的一障壁。此簾1 7a允許 該廢氣穿過其同時減弱或停止來自該燃燒區之輕射。 藉由用於增加該廢氣放射率的該等裝置16及17所注射之 149876.doc -24· 201111727 該等微粒可為煙塵、煤炭或石油焦炭微粒或碎玻璃或批次 材料之經精細研磨微粒。 應注意該廢氣排放（即在該出口 13處的該廢氣溫度之降 低）係反映於沿该「水平」方向的一溫度梯度中，該廢氣 溫度降低產生趨於平衡該廢氣之溫度的一水平輻射熱通 量’且因此係不利於排放。對於一給定水平溫度梯度，該 水平熱通量係直接與該回收區9之該開口之該截面成比 ❹ 例。因此最小化此回收區9之該高度的優點係立即明顯。 亦應注意根據本發明之該回收區9之該等以上提及優點 (用於改良該廢氣排放及引入該熔爐之該等材料之再加熱） 不僅係關於批次原料之情況，且係關於待再加熱的任何類 型的材料。尤其是針對用於再加熱鋼產品之熔爐中之情 況，本發明可直接應用。 在一彎曲頂部之情況中’熟習此項技術者係熟悉用於限 制該頂部之弛度之構件。該等構件之一者在於減小在該頂 〇 部中央的角度，諸如至40。而非60。。然而，此導致一大橫 向推力，因而限制可容許角度減小。 圖6部分地說明具有根據本發明之一回收區9之一熔爐構 造之一實例’其中該頂部12為平坦且由自安裝於該回收區 之該等磚外部上的一金屬結構丨9懸吊的耐火磚18形成。相 似於已經關於圖1描述之部分起重要作用的圖6中之熔爐之 »亥專部分係藉由相同參考數字而注釋，而不重複其等描 述。可注思沿一傾斜壁2〇從該燃燒室之該山形壁1 〇至該頂 部回收區之該12之一逐漸轉變。 149876.doc -25- 201111727 圖6中顯示之該配置係亦可應用於除玻璃批次材料之外 的產品，尤其可應用於必須在該回收區中再加熱的鋼產 品° 在該回收區9中，該批次包覆層G具有一低放射率表面 (尤其約0.2)，其不利於與該廢氣之高輻射熱傳遞的—值。 為了增加該包覆層G之該表面之放射率，如圖1中所說 明，一密集加熱構件21係設置在該熔爐裝料入口 8附近以 便引起該批次包覆層G之該表面層之快速過熔化。該熔化 表面層之厚度為幾毫米，大致至少1 。 該加熱構件21可接近該熔爐裝料入口 8定位或剛好定位 在該熔爐裝料入口 8處。 有利地，此加熱構件21係藉由燃燒器22之一軌道而產 生，該等燃燒器22越過該熔爐裝料入口之該整個寬度分佈 且以使得其等火焰係向下引導之此一方式定向。該等燃燒 器係固疋至該批次包覆層上的一橫部件且係向下定向。 可》又心，、他也集加熱構件，諸如一紅外或微波輻射裝 置此配置引起s亥包覆層之該表面層經歷快速過炫化，大 體上改良該包覆層之放射率及該廢氣與該包覆層之間的該 輻射熱傳遞。 對於使用-低碎玻璃纟量的所有溶爐（例如用於生產平 板玻离彳具玻璃、玻璃纖維或太陽能玻璃之炼爐），此 一配置為尤其有利。 【圖式簡單說明】 圖1係通過用於熔化批次材料之根據本發明之一熔爐之 149876.doc -26- 201111727 一部分縱向垂直區段； 圖2係說明標繪於該_線±的錢放 表示的該廢氣層之厚度的一函數之—圖形. 作為以米 圖3在該上部中表示具有該批次 匕復層及該廢氣逆流流 動之一"知回收區之一簡圖，及在該下部中顯示標繪於該 y軸線上的溫度變化作為沿該區之長度的位置之一函數的 —簡圖；

圖4係相似於圖3之根據本發明之具有一限制頂部高度之 一回收區之一表示法； 圖5係說明標繪於該y軸線上的藉由該廢氣傳遞進入該包 覆層之回收熱通量（以kW表示）作為該頂部高度之〆函數的 一曲線；及 圖6係相似於具有一平坦頂部的_回收區之一熔爐之圖1 之該區段的一縱向垂直區段。 【主要元件符號說明】 1 熔爐 2 批次原料 3 槽 4 頂部 5 燃燒區 6 燃燒器 7 熔化物 7a 箭頭 8 入口 149876.doc -27· 201111727 9 回收區 10 山形壁 11 下邊緣 12 頂部 12a 内表面 13 廢氣排放開口 14 箭頭 15 摻雜構件 16 微粒注射裝置 17 更密集微粒注射裝置 17a 微粒簾 18 而才火磚 19 金屬結構 20 傾斜壁 21 密集加熱構件 22 燃燒器 G 包覆層 H 高度 149876.doc -28-

Claims (1)

1. 201111727 七、申請專利範圍： 1. 一種用於炼化批次原料之熔爐，該炫爐之該加熱設備至 少部分地涉及含氧燃料燃燒，該熔爐包括： 至少一回收區（9)，其覆蓋在該熔化物上浮動的該批次 包覆層之至少部分，大多數該含氧燃料燃燒廢氣在該回 收區或該等回收區中循環；及 至少一廢氣排放開口（13)，其設置在各回收區上游， 該熔爐特徵為： ^各回收區之該最佳化平均高度（H_)係使得來自該廢 氣之垂直㈣係促進朝向該包覆層之表面而致不利於平 行於該包覆層之該表面的水平輻射；且 待加熱之該材料上的該时區中之該頂部⑽的該 中央部分之以米表示的該高度(H〇pt)滿足以下方程式： 祕〜，N‘sFh%^ '

   其中該最佳化平均高度係以米表示作為該回收區中 3減Μ層之好均放射率^、對應於-無因次 2之-數字Nr⑽及以該回收區之面積的每平方米kg/s ==廢—之—函數，該數字係 ^/之間’有利地為介於Μ與2.0之間且較佳地 化批次原料之溶爐，如請求項1之該溶爐 裡用 I. 一 該加熱設備至少部八祕、+ βπΚ碌洛；®乙 括· 刀地涉及含氧燃料燃燒，該熔爐包 <5 · 149876.doc 201111727 至少一回收區（9)，其覆蓋在該熔化物上浮動的該批次 包覆層之至少部分’大多數該含氧燃料燃燒廢氣在該回 收區或該等回收區中循環；及 至少一廢氣排放開口（13)，其設置在各回收區上游， 3亥炫爐特徵為位於該回收區上的該頂部（12)具有一内 表面（12a)，該内表面（12a)係與在進入該燃燒區（5)之該 回收區（9)之該開口處的該山形壁（丨丨）之該下邊緣（Ua)相 同位準，或低於在進入該燃燒區（5)之該回收區（9)之該 開口的該山形壁（11)之該下邊緣（Ua)，且該回收區之該 内表面（12a)係連續地沿該熔爐之縱向，自該燃燒區（5)至 少遠至該廢氣排放開口（13)。 3. 如請求項1或2之熔爐，其特徵為在該回收區（9)中，該頂 部（I2)為平坦且由附接至一支撐結構⑽之耐火碑⑽組 成。 4. 一種用於熔化批次原料之熔爐，如請求項丨或？之熔爐包 括： 一槽（3)，其藉由一頂部而覆蓋； 九，、埏區（5)，其具有加熱構件，尤其具有燃燒器 (6); 至少一人口（8)，其定位在該炫爐h轉用於以待加熱 之該等材料裝入該炫爐；及 至乂下游出口，其用於該等加熱或熔化材料， 當該炼爐係操作時，該槽含有一溶化物（7)且該等引進 批次原料形成在該溶化物上浮動的一批次包覆層⑼且係 149876.doc 201111727 逐漸熔化， 該熔爐特徵為在該裝料入口（8)附近之該入口上游或下 游或在此人口處包含—密集加熱構件（21)，其係用於炼 化該等被！丨進材料之—表面層且用於增加該批次包覆層 之放射率。 5. 如請求項4之熔爐，其特徵為該熔化表面層之厚度為幾 毫米’較佳地為至少1 mm。 6. 4靖求項4之熔爐，其特徵為該密集加熱構件（a”係藉由 從在該批次包覆層上延伸越過該熔爐整個寬度之燃燒器 (22)之一軌道向下引導的一火焰簾形成。 7. 如请求項4之熔爐，其特徵為該密集加熱構件係藉由 在該批次包覆層上延伸越過該熔爐整個寬度之電磁輕射 形成。 8. :請求項_之熔爐，其特徵為在該熔爐上部中，該廢 氣排放開口（ 13 )在該熔爐上游端處延伸越過該炫爐之該 整個寬度。 9·如凊求項8之熔爐，其特徵為該廢氣排放開口⑴）為矩形 細長形狀，該開口之該長側沿㈣爐之該寬度置放。 10.如請求項1或2之熔爐’該熔爐特徵為其包含該回收區⑼ 中之-廢氣摻雜構件（15)以便藉由用適當微粒，尤其用 叙末狀碎玻璃或批料種入該回收區（9)而增加該廢氣之放 射率。 11·如味求項10之炫爐’其特徵為該換雜構件⑴）包括用於 自該回收區之該頂部（12)注射該等微粒之構件（16)。 I49876.doc 201111727 12.如請求項2之_，其特徵為注射構件（17)係提供用於形 成在該回收區（9)進入至該燃燒區（5)之該開口處阻幹亨 輻射之一微粒簾（17a)。 149876.doc