专利名称：玻璃熔融炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃熔融炉，其中熔融能量基本通过被进给(alimneter)燃料并 被进给氧气或富含氧的气体的燃烧器而产生。这些炉通常被定义为“氧气-燃料燃烧 (oxy-combustion)，，炉。
背景技术：
附带使用氧气-燃料燃烧器在玻璃熔融炉中是非常公知的。在通常伴有空气的 熔炉运行的情况下，则加入一个或有限数量的氧气-燃料燃烧器。引入这些附加燃烧器的 目的通常在于提高现有熔炉的生产量，可能在观察到现有熔炉的性能由于它们年久而下降 时。这种情况例如发生在发现与这种熔炉相关的换热器已经变得退化并且不再能充分加热 用于燃烧的空气时。所给出的熔炉的生产量也能够通过引入补充的能量源而简单地提升。作为一般规则，附加的氧气-燃料燃烧器靠近熔炉的区布置，原材料被装入该熔 炉的区中。这些燃烧器因此熔融该原材料。在大容量熔炉中少量氧气-燃料燃烧器的增加 通常不需要对熔炉的正常运行这方面作大量的改变就能进行，特别是换热器继续运行，并 因此同时处理从带有空气运行的燃烧器的燃烧产生的废气以及从带有氧气运行的燃烧器 的燃烧产生的废气。除了布置有辅助能量源的事实之外，以定义为“增氧(d’ oxy-boosting)，，方式运 行的这些系统不会受益于能从氧气_燃料燃烧产生的所有已知的优势。其中潜在的优势主 要表现为更低的能量消耗和减少的不期望的废气散发。氧气-燃料燃烧允许能量节约，至少由于燃烧气体的能量未被空气中的氮部分地 吸收这样的原因。在通常的熔炉中，即使氮带走的能量的一部分在换热器中被回收，最终排 出的废气仍然会带走大量的能量。氮的存在参与损耗。通过所述的生产单元减少能量消耗另外具有因此限制二氧化碳排放的优势，并因 此满足本领域中的法定需求。氮的存在也是称为NOx的氧化物形成的根源，由于与这些化合物存在于大气中相 关的损害，该氧化物的排放实际被禁止。实际上，使用者力争在产生尽可能有限排放的条件 下操作熔炉。在玻璃熔炉的情况中，这些实际不足以满足非常严格的标准，并且必须通过使 用催化剂进行昂贵的废气净化。使用氧气能够应对与空气中的氮相关的问题，这在增氧技术中不再是问题。不管上述的优势，在大型玻璃熔炉中氧气-燃料燃烧的使用仍然有待发展。原因 有多个类型。首先，使用氧气比使用空气必然更贵。仅在能够从废气回收大量热的情况下，使用氧气-燃料燃烧的经济平衡才是肯定 的。迄今为止，这种能量的回收的利用似乎并不令人满意。潜在的能量节约实际上并未获得。此外，氧气-燃料燃烧的利用仍然引起抵消某些优势的技术方面的问题。一个公 认的困难是因为耐火材料的腐蚀，该腐蚀缩短了炉顶的硅质耐火材料的使用寿命。这是因为燃烧气体中较高的H2O含量造成两个退化现象-第一现象与H2O扩散进入玻璃相的耐火垫中有关。-第二现象与存在于空气中的氢氧化钠在耐火砖上的冷凝有关，这导致高度的氧 化，在氧气-燃料燃烧炉的情况中高出五倍。考虑到这些情况，必须使用比那些通常选择的材料更耐腐蚀的材料。通常，由于各 种原因，大型玻璃熔炉的炉顶由硅砖制成。在氧气-燃料燃烧炉的情况中，更确切地必须求 助于例如氧化铝、AZS或尖晶石的材料，然而，另一方面，这些材料更昂贵，并且由于它们明 显更重也会引起问题。在实践中也出现了其它的新问题，需要利用特别的新的条件，以便使得这个技术 被有效地用在理论有优势的应用中。本发明涉及在大型玻璃熔炉中利用氧气-燃料燃烧技 术的方法，其形成本说明书中所附的权利要求的主题。
发明内容
发明人致力于这种氧气-燃料燃烧技术的经济学问题。具体地，发明人提议，使得 熔炉废气的能量被大量回收，并用于预热氧气以及有必要的话预热消耗的燃料。废气的一 部分热量也可以用于预热装入熔炉中的原材料。经济平衡——特别是关于能量平衡，需要回收废气的热量。原理是已知的。但困 难来自利用回收技术用以熔炉本身的运行。发明人的选择在于使用废气的能量，特别是用于预热氧气。由于显而易见的原因， 用于该回收的换热器的使用被排除在外。必须在特别的交换器中操作。在热的氧气对于所 有与之相接触的材料都特别具有侵蚀性的情况下，该操作不是非常容易。这个腐蚀特性因 为氧气达到的温度更高而变得更突出。根据本发明对于所涉及的熔炉，也必须是基本上没有含氮的气氛。为此，与之前提 出的某些解决方案不同，优选使得熔炉的所有燃烧器以氧气-燃料燃烧模式运行。虽然仍 然可能保持空气-燃料燃烧类型的部分燃烧，由氧气_燃料燃烧产生的能量占熔炉中利用 的总能量的至少65%，优选至少80%并且更优选至少90%。一部分空气-燃料燃烧的使用可以基于完全以空气-燃料燃烧模式运行的有限量 的燃烧器，其也可以基于包含一定量空气的氧气的使用。在基于包含一定量空气的氧气的 使用的情况中，由于以氧气-燃料燃烧模式使用的燃烧器具有特殊的特征，氧气/空气混合 物必须具有至少80%的氧气含量，并且优选至少90%的氧气含量。为了简化说明书下文的内容，涉及氧气-燃料燃烧和氧气燃烧。对该主题的发展， 除非另外指出，包含氧气_燃料燃烧的利用，该氧气_燃料燃烧带有可能包含少量空气的 氧气或者这样的组合物(ensemble)，该组合物包括与最主要氧气_燃料燃烧结合的以空 气_燃料燃烧模式运行的有限部分。与由燃烧产生的熔炉气氛的组分无关，还必须尽可能防止来自外部的空气的渗 入，一方面用于避免与加热该空气相对应的能量损耗，特别是用于尽可能防止由于该空气 达到燃烧火焰的高温而形成不期望的NOx (根据所选氧气燃烧器的类型，该温度约为1800°C 至 2300 0C )·与构想的结构无关，玻璃熔炉不能保持对外部大气的完全密封。为此相关的努力主要涉及安装物理屏蔽，该物理屏蔽限制气体从外部流向熔炉的内部。这些方法当然是有 效的，但如果希望保持基本由燃烧气体组成的气氛则显得不充分。根据本发明，因此通过设置熔炉以便产生动态密封来防止环境气氛的进入。为此， 根据本发明，必须以在下文详细描述的方式调节废气在熔炉内的流动。在大型玻璃熔融炉中，特别是在那些使用换热器的熔融炉中，气体在熔炉中的流 动以横向的方式进行。燃烧器分布在包含熔融玻璃的池的每侧上。燃烧器交替地运行。在 一个时期内，位于熔炉一侧的所有燃烧器处于激活状态。相应的废气通过位于面向它们的 壁上的管道而被排出。废气在与相关侧相对应的换热器上通过。在下一时期内，另一侧的 燃烧器起动，空气在预先加热的换热器上流动，就这样继续下去。对于氧气_燃料燃烧熔炉，位于熔炉的每侧上的燃烧器连续地运行。两侧上的燃 烧器的分布不因为不存在的为此交替的需要而被控制，而更多地因为寻求在火焰和玻璃熔 浴之间或者在火焰和漂浮的原材料之间的热交换的优化而被控制。对于同样的功率，氧气-燃料燃烧器的火焰比空气-燃料燃烧器的火焰更短。原 因特别是在于由于氮的缺乏而气流容积更小。为了能量分布尽可能地均勻，对于相似的熔 炉宽度，因此希望将燃烧器布置在两侧上，以便更好地覆盖熔浴表面。不希望氧气-燃料燃烧气体的喷射速度增加一一该喷射速度增加可能导致加长火 焰，以便特别是不会促使粉尘的飞出。也优选使得火焰以尽可能少被干扰的方式发展。为了避免相对布置火焰之间的冲 突，燃烧器因此有优势地交错排列地布置。根据氧气-燃料燃烧火焰的另一特性，为了实现在火焰长度上的燃烧的分级，其 与在空气-燃料燃烧器中的一样是优选的，有优势地使得来自这些燃烧器的火焰以一层的 方式展开，该层位于基本平行于玻璃熔浴表面的平面中。这例如借助于具有多个氧气喷射 喷嘴的燃烧器获得，所述喷嘴位于燃料进入喷嘴的每侧上，所有这些喷嘴平行于熔浴的表 面基本对齐。来自火焰的废气并不如空气-燃料燃烧中的一样横向地流动。根据两个目的安排 该流动。一方面，问题在于使得从废气传递给玻璃熔浴的热量尽可能得大。换句话说，努力 使得在熔炉出口处废气温度尽可能得低，同样考虑这样的事实，与空气_燃料燃烧模式的 相比，氧气-燃料燃烧的火焰处于更高的温度，并且整体地废气也处于更高的温度。为了达到更多的热交换，使得在熔炉中的滞留时间被延长。由于这样的事实，对于同样的消散能量，与空气-燃料燃烧模式中的相比，废气量 减少超过一半，对于容积保持相同的熔炉，所有其它的情况也都相同，废气滞留时间将必须 增加。另一方面，与废气流动有关的布置也能够改善与熔浴的热传递。具体地，这源于废 气出口的定位、燃烧器的位置以及由这些燃烧器的每一个局部产生的功率的分布。根据本发明，并且为了进行与熔浴或与原材料之间更好的能量传递，应该使废气， 或者至少使废气的主要部分，在沿与熔浴流出相反的方向流动。因此，废气的温度随着废气 不断穿过熔炉而降低，直到其从熔炉排出的那一点。为此，废气或者至少其主要部分的排出，定位在靠近将原材料装入熔炉的点处。一种可能的情况是使得废气通过与原材料被引入熔炉中的管道相分离的管道而被排出。另一 种可能的情况是该排出通过装料通道本身进行，并且因此与原材料逆流。对于后一种可能 的情况，特别地必须避免与包含在废气中的水气一旦与这些“冷的”原材料接触就凝结而造 成的凝聚风险。为了获得最好的热传递，大部分废气在靠近将原材料装入熔炉的点处被排出。具 体地，这涉及至少65%的废气，并优选至少75%的废气。如上所述未被排出的剩余的废气沿一路径(cheminement)行进，该路径特别地用 于保持针对外部大气的动态密封。至少该剩余的废气的一部分被有优势地朝向熔炉的下游 排出。如所示述的，该部分废气尽可能得小。该部分废气有优势地小于所有废气的35%，优 选小于所有废气的25%。废气在熔炉下游的排出在最后的燃烧器上方进行。必须避免燃烧气体在尽可能完 全的热传递之前被排出。为此，这些气体必须在熔炉中滞留少许，因此必须不能将燃烧器布 置得太靠近排出管道。在燃烧器区下游出口的存在使得特别地能够避免来自该燃烧器区的空气穿过燃 烧器区。因为大部分的下游空气来自调节区(zone de conditionnement) 0 NOx含量在上 游出口处被动态地检测。如果该含量证实过高，可能根据本发明通过调节排出流而修正该 含量。该下游排出的增加带走更多来自熔炉下游的空气，并避免该含氮的空气穿过火焰并 形成NOx。有优势地，该调节导致在上游出口排出的废气中的氮含量尽可能得低。该含量优 选保持低于10%，并且特别优选保持低于5%。在下游排出的气体的温度通常略高于在上游排出的废气的温度，由于废气与熔炉 的最少热区接触，具体地，因为在装炉点附近，通常未布置燃烧器，并且因为漂浮的原材料 的覆盖物吸收了融化这些原材料中的大部分的能量。废气在熔炉中的滞留时间取决于一组条件。在这些条件中，除了如上所述的废气 流动的安排(organisation)之外，还必须加上所产生废气流以及在熔炉的内部由这些废 气所占的容积。对于给定的废气流，平均的滞留时间取决于可用的容积。容积越大，滞留时 间越长，并且原则上，热传递越完全。实际上，由于以下的原因如果其未被很好地控制，熔炉的容积的增加影响有限，并 且可能导致更不令人满意的平衡。经验显示，首先，与待熔融的物质量(masse)以及与熔浴 的热传递主要通过辐射的方式进行。废气对流贡献只有小于供给(apport)的10%，并且这 经常小于供给的8%。在这些条件下，废气滞留时间的增加很少增加该对流供给。此外，熔 炉容积的增加还导致耐火材料方面的补充平衡，并导致消散到外部的补充能量损耗，而不 管熔炉的绝热质量如何，该能量损耗取决于暴露到环境气氛的壁的面积。有优势地，废气在熔炉中的滞留略微降低废气的排出温度。在空气-燃料燃烧熔 炉中，废气温度通常低于1650°C，优选低于1600°C并且特别优选低于1550°C。在氧气-燃 料燃烧熔炉的情况中，废气温度低于1500°C，优选低于1450°C并且特别优选低于1350°C。此外，熔炉容积也决定熔炉中废气的速度。优选使得熔炉中的废气流动速度保持 适中以避免干扰火焰。还必须防止粉尘在原材料上通过而飞出，该粉尘因此必须在通过交 换器之前就被除去。
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凭经验，废气在空气_燃料燃烧熔炉中的平均滞留时间为1秒至3秒。在本发明 的情况中，对于氧气-燃料燃烧熔炉，废气的平均滞留时间在10秒至40秒之间，并且更有 优势地在15秒至30秒之间。燃烧器的定位，或者是已提到的更好的能量供给的分布对于熔炉的能量平衡和生 产的玻璃质量都是非常重要的因素。所有大型的玻璃熔炉通常都包括两个区，该两个区分别对应于熔融和精炼。在精 炼区之外，玻璃继续行进到冷却池中，在该冷却池中玻璃温度逐渐降低以达到其成形温度。 为了通过“悬浮”技术制造平板玻璃，这个温度约为1100°c。通常，一卡口(goulet)将精炼区和调节区分开。在玻璃工业不规范的语言中，该 卡口称为颈口(neck)。该卡口能够特别地限制气氛从一个区通过到另一个区中。根据本发 明，努力使得相应开口最小化，并因此使得来自调节区进入精炼区的气氛的流动最小化。在 任何情况中，废气必须不能渗入调节区中，否则仍然悬浮的粉尘可能被带走并沉积在玻璃 表面上。并不由燃烧产生的气体的引入，特别是通过颈口渗入的气体，也被尽可能地限制， 并且有优势地不超过在熔炉中流动的气体总容积的15%，优选小于气体总容积的10%。熔融区和精炼区之间的区别涉及通常称为玻璃的“对流环”。这些对流环由两个现 象产生自然对流和强制对流。一方面，自然对流运动与温度条件以及沿着熔炉的功率分布 (“时间-燃烧温度曲线”)相关。另一方面，强制对流运动与例如由喷流器、搅拌器或障碍 物引起的流变相关。这两个对流现象导致玻璃前进，在熔融区中形成在表面上从上游向下 游运动并且熔炉底部附近反向地流动。在精炼区中，流动方向是相反的。通常，熔融区需要最大的能量供给，并因此其中燃烧器的整体功率是最大的。分配 是这样的，该能量供给不小于总体的40%，优选不小于总体的50%。它可以高达能量供给 的80%，但优选不超过释放能量的70%。相关的百分比涉及由悬挂在相关区上方的燃烧器 释放功率。为了熔炉能尽可能高效地运行，燃烧器必须沿着熔炉适当地分布。该分布不是均 勻的。必须避免靠近废气出口布置最大功率的燃烧器，以便最小化废气中的能量损耗。 然而，如果熔融原材料覆盖层下面的玻璃温度过低，对于凝固玻璃的风险，辅助燃烧器可以 定位在原材料的装炉点附近，安装在熔炉壁上或在熔炉顶上。为最小化废气中的能量损耗 的一个可选方式是使用电辅助器(玻璃由穿过熔炉底的电极加热)。借助于浸没电极的加 热具有根据局部需求精确调节温度控制的优势。此外，该电能量供给的效率比火焰加热要 大的多，这使得能够保持在相对较低的水平。通常实施能量补给时，其表现不超过熔炉中产 生的能量总量的10%，并且经常低于能量总量的5%。燃烧器位于距原材料的装炉点和上游废气出口一定距离处。在该区中需要的能量 供给因此一方面来自熔浴内的对流，随着在覆盖有待熔融材料的表面与熔融浴的更下游之 间的温度差越大，这些对流就越强烈。该能量供给也来自废气，该废气逆流地流动，朝向设 置在上游的出口。整体上，在这个区中的温度在熔炉中不是最高的，但该温度保持足够高以 维持熔融。尽管第一燃烧器位于距废气排出点一定距离处，以便不会延迟原材料的熔融，仍
7然必须将这些第一燃烧器安置在熔炉的一区中，在该区中熔浴仍覆盖有未熔融的原材料。 该区优选不超出熔炉长度的一半，特别优选不超过熔炉长度的三分之一。这是因为除了熔 融该“覆盖物”之外，必须确保分散在熔浴中的材料颗粒已经完全熔融，并且确保温度升高 到最高，这使得不仅能够完成熔融而且使得熔融浴能够均勻。除了定位燃烧器以外，释放功率的分布是很重要的。燃烧器的功率在靠近精炼区 的熔融区中是最强的。在该部分中达到的温度是最高的。在精炼区中，平衡温度整体上必须被保持。需要的能量供给因此更加受限。优选 地，在该精炼区中的燃烧器位于最靠近熔融区的部分中。优选地，能量供给在精炼区中沿前 进方向中降低。必须能够改变熔炉的运行参数，特别是总的应用功率。根据原材料特性、输出变化 等控制的这些变化通常是有限程度的。为了尽可能地保持最优化的稳固的(etabli)能量 分布状态，这些变化主要涉及在玻璃前进方向中位于下游最远端的燃烧器。该特性会造成 该区中的废气容积变化。因此，为了避免由于打破动态平衡而造成上游的更多改变，如上所 述的，根据本发明有优势地借助于布置在熔炉的下游区中的出口来调节废气流。在以空气-燃料燃烧模式运行的传统的熔炉中，燃烧器布置在熔炉的侧壁上，从 而火焰靠近熔浴表面展开。这种布置部分地基于废气在熔炉中有限的滞留时间，该废气基 本上在熔炉面向该燃烧器的一侧上被直接排出。似乎必须最大化热交换——包括在这个短 暂的滞留时间期间对流热交换，并因此必须使得火焰也与熔浴表面接触。在如本发明以氧气-燃料燃烧模式运行的情况中，如上所述，由对流供给的部分 是有限的。因此优选将燃烧器以距熔融表面一定距离布置在侧壁上，保证从火焰朝向熔浴 和朝向炉顶直接放射的能量都适当地分布。优选地，燃烧器的定位导致火焰在基本平行于熔浴表面的平面中展开并且在熔浴 表面上方展开0. 25m,并且优选在该熔浴表面上方展开至少0. 40m。该距离可以高达1. Om, 但优选小于0. 80m。如上所述，氧气-燃料燃烧的使用改变了熔炉氛围，该熔炉气氛实际上不包含氮 气。相反地，熔炉气氛相对更富含水蒸气。该特性对熔融行为影响更显著。具体地，熔浴上 方水含量的增加伴随着在玻璃中水含量的增加。较大的水含量的存在因此促进玻璃的脱气并使得精炼容易。较高水含量的一个可能不利方面是在熔浴表面上形成泡沫。泡沫的存在是不期望 的，特别是因为泡沫的存在阻碍了良好热交换。能够减少如果产生的泡沫的方法是已知的， 这些方法与用以避免泡沫出现的所采取的措施无关。例如通过使用在公开文本EP1046618 中描述的技术，这些方法改变玻璃的表面张力。用于在泡沫可能特别造成问题的区中——特别在精炼区中——最小化泡沫形成 风险的另一种方法，在于通过选择在熔炉的该部分中使用的燃料来限制水蒸气含量。氧气-燃料燃烧可以由不会损失上述优势的有益效果的不同类型的燃料实现。最 通常使用的燃料是天然气或液体燃料。关于水蒸气含量，使用天然气比使用液体燃料产生的水蒸气含量更高。为此，除了 与上述的能量成本有关的问题，根据本发明对位于精炼区中的燃烧器供给液体燃料可能是 有优势的。这样，降低了熔炉部分中可能是最有害的泡沫形成的风险。
氧气-燃料燃烧的经济评估一方面基于氧气的成本和采用的耐火材料的成本，另 一方面，基于燃料节约以及涉及废气净化的局部缺乏的节约。为了获得正平衡，必须回收相 当大部分包含在离开熔炉的废气中的热量。实际上，与空气-燃料燃烧熔炉一样，最有效的 使用在于加热引入到熔炉中的反应物氧气、燃料以及可能的原材料。与空气-燃料燃烧技术相比，特别是那些使用换热器的技术，一个困难来自必需 装置的特性。换热器实际可以接收如在熔炉出口处收集的废气。组成换热器的材料，特别 是组成通常由耐火陶瓷材料制成的衬套的材料，无困难地耐受废气温度以及该废气可能携 带的粉尘。随后，换热器中空气的预热不需要特别的预防措施。与之相反，对于氧气-燃料燃烧所使用的产品的加热，特别是氧气的加热时，需要 更加严格的预防措施。氧气在其中流动的装置必须完全气密、抵抗高温并抵抗以这些温度 输送的氧气。对于废气，努力使得它们带走最少量的粉尘。火焰远离熔浴表面，特别是在熔浴覆 盖有仍未熔融的材料的区中，有助于最小化该带走。同样有帮助的是当燃烧器交错排列布 置时燃烧器最小化紊流，该紊流可能源于从互相面对的燃烧器发出的气流冲击。在纵向方向中废气的平均速度通常不超过3m/s，并且经常小于2m/s。在火焰中， 该速度要高得多，约为30m/s至100m/S，该速度通常小于空气-燃料燃烧火焰中的速度。根据本发明，氧气的预热有优势地在由表现良好耐热氧气性的钢构成的交换器 中进行。交换器和适于该用途的材料在2007年5月10日提交的未公开欧洲专利申请 NO. 07/107942 中被描述。由交换器提供的热氧气达到最高可能到650°C的温度。该值依赖于能由具有最优 性能的金属合金可以获得的抗性(resistance)。该限制使得能够保证与所涉及类型的装置 相关的使用寿命。实际上，为了更安全，优选将氧气的温度保持低于600°C。为了将氧气预热得充分高以显著提升能量平衡，优选规定温度不低于35°C。同样地，有优势地预热使用的燃料，不论它是天然气或液体燃料。燃料达到的温度 不依赖于装置的抗性。然而，温度可能依赖于这些燃料可能的分解。特别地，必须避免它们 “裂化”，甚至部分的裂化，这将导致装置积垢。对于天然气，预热温度有优势地低于650°C， 优选低于550°C。对于重燃油，该预热温度通常更低，不超过180°C并且优选不超过150°C。当在上述专利申请提出的条件下实施废气热回收时，废气热回收足够充分以使氧 气和燃料加热到所指定的温度，而与热交换的产率无关。也可能有过量的热量来预热原材 料或者进给锅炉，而不管产生蒸汽的用途。
以下将参考附图详细地描述本发明，其中-图1是本发明的熔炉的示意性透视图；-图2以顶视图示意性图释了图1中的布置；-图3是用于本发明的熔炉的热交换回路的整体示意图；-图4是示意图的细节图，涉及一个用于预加热氧气的实施方式中的流动；-图5示出在燃烧器在本发明的熔炉中的布置的局部顶视图。
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具体实施例方式图1中示出的熔炉是用于大量玻璃生产的类型，例如那些使用悬浮玻璃技术用于 进给平板玻璃的生产单元。这种类型的熔炉连续生产数量可达到1000吨/天的玻璃。为 了实现这些性能，熔炉必须具有达到60MV的功率。熔炉1包括一布置在密闭腔室中的池。该组件由耐受高温、耐受废气腐蚀并耐受 熔融材料的侵蚀的耐火材料构成。池中熔浴的高度由虚线2表示。熔炉在其一端处进给原材料。通过其将该原材料装入炉中的开口以3示出。实际 上，为了便于在熔浴表面上的分布，通常设置多个装炉点。由箭头V表示的熔融玻璃的输 出，在相反端通过与池的宽度相比宽度更小的卡口 4( “颈口”)而进行。最通常的，颈口 4 的底部与熔炉底齐平。颈口并未完全浸没在熔融玻璃中。在颈口的顶部和玻璃层的表面之间保持一定的 空间。关于熔炉中的气流，调节运行条件，从而炉内气氛不会通过颈口，以避免任何产生悬 浮粉尘的风险。为了确保该运行，优选保持微小的气体流——由箭头Δ表示，与熔融玻璃的 流动成逆流流动。仅用于防止沿相反方向的气流，该气流Δ被保持尽可能得小。使气流Δ 最小化是重要的，因为该气流通常由存在于在图ι中未示出的调节区(在图2中为标号5) 上方的空气构成，该调节区在卡口之后。其位置由6表示的燃烧器沿着熔炉的侧壁布置在熔炉的每侧上，以便使火焰几乎 在池的整个宽度上展开。燃烧器彼此间隔开，以便在此熔融/精炼池的大部分的长度上分 配能量供给。燃烧气体E最主要通过出口 7排出，该出口位于装炉区附近并离开最近的燃烧器 一定距离。在示图(图1和2)中，在侧壁上对称布置两个出口 7，而原材料(MP)的装炉沿 着熔炉的轴线。这是一个优选的实施方式，但其它的布置也是可能的，例如壁8中的气体出 口在熔炉的上游部分中封闭熔炉。这些出口也可以不同的方式分布，重点在于使得废气与 熔炉内的玻璃流Y成逆流地溯流。有必要的话，废气的排出可以，至少部分地，通过一个或 多个装炉开口而进行。如前所示，根据本发明，使得熔炉的围墙对外部空气是几乎密封的。废气朝向上游 的流动避免了从熔炉这一侧的渗入。可能布置在侧壁上的通道对于环境气氛也是基本上密 封的。为了抑制可能来自冷却部5的微量空气，废气的非常有限的流动有优势地布置成朝 向熔炉的下游。该废气巴通过出口 9排出。在调节从调节区流到精炼区的空气量的过程中，除了由燃烧器产生的气流以外， 如前所示，能够调整在熔炉的下游区中引出并通过出口 9排出的废气量也是非常重要的。大容量的玻璃熔炉通常包括两个区，一个被称作熔融区，而另一个被称作精炼区。 在图1和图2中，这两个区并未被划界。熔融和精炼之间的边界在熔炉的结构中通常并未标示。实际上，如果在这些熔炉 中在熔炉底上布置一个障碍物，该障碍物通常不与该边界一致，既使它参与确定该边界的 定位。熔融区和精炼区之间的区别在所有情况中在于功能(fonctionelle)区别。该区 别对应于池中的玻璃流动模式。该玻璃流动模式包括在熔融部分中的第一运流和在精炼部分中其朝与第一运流相反的方向转动的运流。在没有直接影响流动装置的情况中，熔融区 和精炼区的边界的位置由一组运行参数确定，该组运行参数特别包括通过燃烧器的能量分 布。在图2中，这两个区以I和II表示。作为一般规则，熔融原材料所需的能量供给大于将玻璃保持在用于精炼的温度所 需的能量供给。因此，燃烧器的数目，特别是它们发出的功率，在熔融区中更大。如果供给最大量的能量用于熔融是有效的，并因此立即将原材料装入炉中，也必 须避免将第一燃烧器放置得太靠近废气出口 7，否则这些非常热的废气将由其带走过量的 能量。第一燃烧器的位置的选择因此是折中的结果。第一燃烧器定位成它们位于漂浮的材 料上方。依然为了限制如上所示通过废气的能量损耗，也可能根据燃烧器的位置调整它们 的功率。第一燃烧器可以特别地以比更位于下游的燃烧器低的功率运行。根据证实是最有优势的运行模式，“时间-燃烧温度曲线”(“courbe de feu"), 即沿着熔炉的温度分布，首先从上游前进到靠近精炼区初始部的中央部分。因此，温度变化 很小，略微降低直到颈口 4，准备在调节区中通过。为此，熔炉的下游端通常不设有燃烧器。燃烧器的分布在图2中由其轴线表示。燃烧器优选交错排列地布置在池的每侧 上，以便使得朝相对方向喷射的火焰不会互相撞。燃烧器在侧向互相分隔开，以便最好地覆 盖熔浴表面。同样就这点而言，所使用的燃烧器有优势地是这样的类型，燃烧器能够发出基 本平行于熔浴表面的层形的火焰。单个燃烧器的额定功率取决于选择的燃烧器和所用燃烧 器的数量。熔炉11侧壁上的可用空间(图5)由存在的支撑炉顶的金属加强件12所限制。构 成这个加强件的横梁因为熔炉越宽以及耐火陶瓷材料越重就越接近。对于非常宽的熔炉， 仅有两个在公开文本W02004/094902中描述类型的平流式燃烧器可以被安装在两个连续 的横梁之间，一个在熔炉的每侧上。从与第一氧气进给管(alimentation) 15同心的中央燃 料进给管14开始，然后借助于多个平行于第一氧气进给管的第二氧气进给管16、17，这些 燃烧器构成分级燃烧，这些第二氧气进给管互相间隔开并位于基本水平的同一平面中。这 些分级燃烧的燃烧器13产生一种火焰，该火焰在一基本平行于熔浴表面的平面中展开。由 于燃烧器的结构，这些燃烧器具有一定的宽度，因此在两个横梁之间燃烧器的数量有限。如图1中所示，燃烧器在熔浴表面上方一定距离处通到熔炉的围墙中。该布置，如 前所释的，使得来自火焰的辐射能量能够被适当地分配。该布置与炉顶的高度结合也使得 燃烧气体能够良好流动，特别是那些朝向主出口 7的气流朝向熔炉上游溯流。与空气-燃 料燃烧熔炉不同，其废气沿着一基本横向的通道行进，在根据本发明的氧气_燃料燃烧熔 炉的情况中，废气沿着熔炉的长度并因此横向于废气必须不能干扰的火焰方向释放。通过 在火焰下方和上方都布置空间，废气可以行进而不会对火焰的良好展开产生过度有害的紊 流。从熔炉排出的废气在用于回收部分由这些废气带走的能量的装置中使用。虽然原 理上可以在废气和待预加热的产品之间进行直接热交换，出于在优化的效率和安全条件下 进行热交换的考虑，导致使用更复杂的热交换装置。然而在图3中，出于简化目的，热交换装置整体以18和19示出。在这些装置中， 氧气和/或燃料在通过管路20、21被输送到燃烧器之前被加热。
离开熔炉的废气最初的温度约为1200°C至1400°C。在该温度，废气优选在一回收 器——换句话说一简易的交换器——中通过，该简易的交换器能够降低废气的温度，以便 在废气通过烟 24排放到大气中之前对其进行处理。回收器是这样一个系统，在该回收器 中流体与废气成逆流地流动。在其最基本的形式中，涉及两个同心的管路。一更完善的系 统由一束穿过围墙的管构成，热交换液体在该围墙中流动。这两种类型可以结合。在该回收器之后，废气仍然处于高温。除了使用非常大尺寸的回收器，该高温通常 不低于700°C。在排放之前，废气经受净化以便特别地除去硫氧化物。该除去操作例如在电 过滤器中实施。为了避免损害这些过滤器，温度必须被进一步降低，直至约300°C至400°C。 经济的方式在于用环境空气稀释废气。返回到这些温度后，混合物仍然可以用作用于例如进给产生蒸汽的锅炉的手段。 相关的蒸汽特别地可用于预热液体燃料。这些液体燃料被有优势地预热到100°C至150°C 之间的温度，优选为120°C至140°C之间的温度。在回收器中使用的流体交换器参考图4如下所示部分地使用。在图3所示的显示中，两个热交换装置18、19在熔炉的每侧上各布置一个。两个 废气管路通过管路22相连接。管路22，在必须维修或整修装置之一时，使得至少废气的一 部分能够暂时地传递到第二装置，过量的废气也可以通过管路27或管路28而被排出。类 似地，如果需要的话管路23能够给熔炉两侧进给载热流体。管路27和28，有必要的话，能够避免废气通过回收器，并使废气直接引向排出点 24.在图3中，从下游排出的废气并未显示为随着管路到达交换器。根据装置的配 置，也可能连接这些出口，从而回收所有的废气。在“可回收”的能量多于可被使用的能量 的情况下，该回收有必要的话可被省略。由于上面所示的原因，以两步进行的热交换是有优势的。在第一“回收器”中，废 气加热中间流体一例如空气、氮、CO2、或者任何适合的流体，该中间流体例如在该回收器 和一个或更好地多个交换器之间循环流动，在该一个或多个交换器中，该中间流体加热氧 气或燃料。关于中间流体的替代物，例如空气，不使用循环，而是在第二交换器的出口处通 过锅炉或其它的能量回收装置回收热空气。图4图释了该原理。回收器25 —方面接收废气F和与之成逆流的流体A，例如空 气。加热的空气朝一系列的交换器26释放，在交换器中加热的空气与氧气成逆流地流动， 该氧气在朝燃烧器13释放之前被预热。实际上，由于由较长管路上输送热氧气的困难，因为管路成本或热损耗，根据本发 明有优势地提出靠近燃烧器预热氧气，该氧气在燃烧器中消耗。为此，必须增加交换器的数 目，根据情况，交换器的每一个供给紧邻其的一个或少量燃烧器。在图4中，每个燃烧器13由交换器26进给。空气，在预热氧气之后，返回回收器25或返回熔炉的废气管中，以被送入一锅炉 中。
权利要求
玻璃熔融炉，其包括通道形式的熔融池，原材料的引入在上游端处进行，熔融玻璃在下游端处被回收，所述熔融炉借助于燃烧器被加热，其中至少65％的燃烧能量通过氧气 燃料燃烧产生，所述燃烧器沿着熔融炉的长度分布在壁上，其中大部分的废气排出靠近原材料的引入的开口附近的上游端，剩余的废气在下游部分附近被排出，以便保持针对环境气氛的动态密封。
2.如权利要求1所述的熔融炉，其中在所述下游部分附近被排出的废气部分小于所有 废气的35%，优选小于所有废气的25%。
3.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其中用于氧气-燃料燃烧的氧气具有至少 85%的氧气含量。
4.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其中至少80%，优选至少90%的燃烧能量 通过氧气-燃料燃烧产生。
5.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其包括一熔融区，该熔融区之后为一精炼 区，原材料在所述熔融区中完全熔融，在该熔融炉中，燃烧器沿着熔融炉的壁分布在所述熔 融区和所述精炼区中，该分布根据在第一区中用于熔融和在第二区中用于温度保持所需的 功率而进行。
6.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其中所述废气，或者大部分的所述废气，被 回收并被送入一热回收器中，载热流体在该热回收器中被加热，所述载热流体被送入一个 或多个第二交换器中以加热氧气。
7.如权利要求6所述的熔融炉，其中所述载热流体也被用于在进给氧气_燃料燃烧器 的交换器中加热气体燃料。
8.如权利要求6所述的熔融炉，其中离开所述热回收器的所述废气用于进给一锅炉， 该锅炉的蒸汽被用于加热燃料，该燃料由进给氧气-燃料燃烧器的重燃油构成。
9.如权利要求6所述的熔融炉，其中由所述热回收器提供的能量的至少一部分被用于 加热装入炉中的原材料。
10.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其中所述废气，或者废气中的一部分，被 送入一个或多个热交换器中以加热随后引入所述熔融炉中的原材料。
11.如前述权利要求中任一项所述的熔融炉，其中根据熔融炉的区以不同的方式选择 燃料一相关的所述燃烧器位于所述熔融炉的区中，从而所述精炼区中的水蒸气含量显著 低于所述熔融区中的水蒸气含量。
12.如权利要求11所述的熔融炉，其中位于所述熔融区中的燃烧器被进给天然气，而 位于所述精炼区中的燃烧器则被进给重燃油。全文摘要
本发明涉及一种玻璃熔融炉，其包括通道形式的熔融池，原材料的引入在上游端处进行，熔融玻璃在下游端处被回收，所述熔融炉借助于燃烧器被加热，其中至少65％的燃烧能量通过氧气-燃料燃烧产生，所述燃烧器沿着熔融炉的长度分布在壁上，其中大部分的废气排出靠近原材料的引入的开口附近的上游端，剩余的废气在下游部分附近被排出，以便保持针对环境气氛的动态密封。
文档编号C03B5/04GK101980976SQ200980110687
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者J·贝昂, O·杜尚 申请人:旭硝子欧洲玻璃公司