一种浸没燃烧加热的玻璃熔窑的制作方法

玻璃熔窑，特别是浸没燃烧加热的玻璃熔窑。

背景技术：

目前，用燃料连续熔制玻璃液均采用表面加热的方法。它有着几个难以克服的缺点：一是热效率较低，热损耗严重；二是熔化率较低；三是熔化池燃烧空间的燃气温度高、流速大，对窑炉耐火材料侵蚀较快，降低了窑炉使用寿命。为了节省能源、减少排放和降低成本并提高窑炉使用寿命，国内外都在探索更有效的加热方法代替表面加热，例如浸没燃烧和电极加热。

但是，迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器从窑底插入窑内，使燃烧的废气以高温高速直接喷入熔池玻璃液中，搅动着玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。

这种方法不仅可使燃烧气体的热量被玻璃液充分吸收，热损失小，熔化率高，节能效果十分显著（国外介绍浸没燃烧方法的熔化率可达9~10吨/平方米·日，每公斤玻璃液热耗在1000千卡以下）。而且由于高温气体翻腾，对玻璃液起搅拌作用，使池内的玻璃液更均匀。又由于离开玻璃液的废气温度基本和熔池中表面玻璃液的温度相同，因而降低了熔窑空间的温度，延长了窑炉的使用寿命。

浸没燃烧方法有许多优点，因此包括中国在内的美、日、法、俄等国都先后进行了深入的研究和试验，但到目前为止均未在大规模工业应用上获得成功。

其原因在于，这种传统浸没燃烧的方法有着难以解决的问题： 1、澄清问题：在向玻璃液中喷入燃气和空气混合物时(燃烧产物)，喷嘴的作业条件比较困难，只有混合气体耗量大大超过用空气或蒸汽鼓抱时，熔制才会正常进行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻腾，使玻璃液呈泡沫状，自身的微小气体夹杂物显著增多，因此，使玻璃液澄清很困难。 2、燃料问题：在熔体中吸留或夹杂的灰泡成分主要是未参加反应的不活泼气体，也就是燃料燃烧过程中释放出的氮，如：用天然气一空气混合气体的浸没燃烧喷嘴所产生的燃烧产物中，含氮量超过70%，而一般的燃烧方法则允许在燃烧产物中的含氮量不超过30%，对于平板玻璃，则最好不超过10%(重量)。因此，这也是气体夹杂物多的主要原因。用纯氧燃烧工艺可有效解决上述两个问题，但带来的问题是，火焰温度过高，喷嘴蚀损过快，又无法补偿或更换。 3、燃烧器问题：由于燃烧器是浸没在熔体中的，其质量、安放位置以及操作控制都比以往要求严格，否则，一旦燃烧发生故障，使玻璃液进人其内固化，则不能继续使用。另外，当玻璃液达到一定深度时，喷嘴的冲力不够，火焰则不进玻璃液，而从旁边耐火材料喷出。秦皇岛玻璃研究院在试验中就遇到过这种情况。缩小喷嘴直径可解决上述问题，但又会造成燃烧热量不足的问题。 4、耐火材料问题：由于玻璃液在窑内剧烈翻腾，上部结构空间会被飞溅出来的玻璃液所冲刷，一般的硅砖和铬砖适应不了这种熔窑的需要。当在池底设置多个燃烧喷嘴时，也会削弱耐火材料的强度。另外，如在熔液中燃烧天然气(为供入窑内总量的7-10%),会使热交换大大加强。过多地提高直接在熔窑中燃烧的天然气量，耐火材料受蚀严重。 5、玻璃液粘度、气源压力和流量的波动，对混合气体压力和喷速的影响很大，使其难以长期恒定地保持在玻璃液中燃烧，极易造成脱火或回火现象。 6、最为关键的问题是：由于受材料限制，燃烧器(尤其是喷火嘴)极易损耗、寿命较短，而且既无法补偿也难以更换。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。而电极加热存在的问题是：熔化率低；加热面积有限；电极昂贵并更换困难且易氧化；需先用其它加热方式将玻璃熔化成液体后，才能够通电加热，增加了设备及工艺成本。因此。目前电极加热的玻璃电熔窑仅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小规模产品的生产。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种浸没燃烧加热的玻璃熔窑，其特征是：在构成玻璃熔窑窑底的耐火材料上，密布排列有数量众多的通气孔，它们与外界的输气管路相通；燃气和助燃气分别通过这些通气孔以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液中；其中燃气气孔和助燃气气孔之间相隔一定的间距，使燃气和助燃气通过各自的管路独立送入窑内；燃气和助燃气在玻璃液内部上升膨胀过程中相遇并形成半混半燃的过度气泡，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡；从而将热量传给周围的熔液，达到熔化和均化物料的目的；在玻璃液体上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，玻璃液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在玻璃液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的玻璃液。

上述构成玻璃熔窑窑底的耐火材料为池底大砖和/或铺设在池底大砖上面的耐火材料捣打层。

上述浸没燃烧加热的玻璃熔窑主要分为熔化池和澄清池两部分，在它们窑底的耐火材料上，均密布排列有数量众多的通气孔；其中，熔化池底的通气孔鼓入高频气泡或射流气体，从而形成大热量、高强度燃烧；澄清池底的通气孔鼓入低频气泡，从而形成小热量、低强度燃烧，并将玻璃液中的微小气泡澄清。

通过窑底耐火材料通气孔排布密度和/或出口尺寸及气压的不同，在水平面积上将熔化池和澄清池从中心向四周，分别划分为中心高温区、低温过度区和环池壁气幕保护区（参见：熔窑池壁气幕保护法，专利申请号：201610088619.1），以加强玻璃液的热对流，从而达到使玻璃液均化的目的。

考虑到玻璃液的均化和窑炉的整体稳定性，可将熔窑的整体形状设计为圆筒形高炉（类似于炼铁高炉）形状。可将炉体的外壁设计为金属壳体。这种金属壳体可由许多圆环形金属管在高度方向上组合构成。在金属壳体内侧设置有耐火材料层（图中未画出）。可在圆环形金属管内通入冷却流体，以保证炉体的使用安全与使用寿命。在高炉顶部设有投料口和岀烟道；在高炉底部设有盛液池和流液洞。

上述助燃气可以是压缩空气、富氧或纯氧气体；燃气可以是天然气、煤气、氢气、液化石油气等。

上述原料配合料层的厚度控制在燃烧烟气能够低压逸出为宜。

与其它传统玻璃熔窑相比，这种浸没燃烧加热的玻璃熔窑的有益之处在于：1、窑炉及燃烧设备结构简单，使用寿命长；2、方法可靠，燃烧完全；3、熔化效率高，熔液均化效果好；4、对耐火材料的侵蚀小；5、高温烟气在熔液和原料配合料层中的换热时间长，热利用率高；6、适合于纯氧高温燃烧，不仅可以熔化高熔点物料，而且烟气量大为减少，利于熔液的澄清；对于节能减排具有十分重大的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明实施例之一的剖面原理图。

图2是本发明实施例之二的剖面原理图。

图3是本发明实施例之三俯视示意图。

图4是本发明实施例之4的外观立体结构图。

图5是图4的立体剖面结构图。

图中1.窑底耐火材料池底大砖，2.耐火材料透气孔，3. 输气管路，4.燃气泡或助燃气泡，5.玻璃液，6. 原料配合料层，7. 窑底耐火材料捣打层，8. 窑炉池壁，9.熔化池与澄清池上层隔断，10. 熔化池中心高温区，11.熔化池低温过度区，12.熔化池环池壁气幕保护区，13. 澄清池中心高温区，14. 澄清池低温过度区，15. 澄清池环池壁气幕保护区，16.投料口，17. 岀烟道，18. 圆环形金属管，19.盛液池，20.流液洞。

具体实施方式

图1、图2中，在构成玻璃熔窑窑底耐火材料池底大砖1或/和窑底耐火材料捣打层7上，密布排列有数量众多的通气孔2，它们与外界的输气管路3相通；燃气和助燃气分别通过这些通气孔3以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液5中；其中燃气气孔和助燃气气孔之间相隔一定的间距，使燃气和助燃气通过各自的管路独立送入窑内；燃气和助燃气在玻璃液7内部上升膨胀过程中相遇并形成半混半燃的过度气泡，然后继续上升，达到完全混合燃烧，并形成高温烟气泡；从而将热量传给周围的熔液，达到熔化和均化物料的目的；在玻璃液体7上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层6，玻璃液7内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在玻璃液7表面以及原料配合料层6中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层6底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的玻璃液。

图3中，通过窑底耐火材料池底大砖1或/和窑底耐火材料捣打层7上的通气孔2，其排布密度和/或出口尺寸及气压的不同，在水平面积上将熔化池和澄清池从中心向四周，分别划分为熔化池中心高温区10，熔化池低温过度区11，熔化池环池壁气幕保护区12，澄清池中心高温区13，澄清池低温过度区14，澄清池环池壁气幕保护区15，以加强玻璃液的热对流，从而达到使玻璃液均化的目的。

图4、图5中，考虑到玻璃液的均化和窑炉的整体稳定性，将熔窑的整体形状设计为圆筒形高炉（类似于炼铁高炉）形状。将炉体的外壁设计为金属壳体。这种金属壳体可由许多圆环形金属管18在高度方向上组合构成。在金属壳体内侧设置有耐火材料层（图中未画出）。可在圆环形金属管18内通入冷却流体，以保证炉体的使用安全与使用寿命。在高炉顶部设有投料口16和岀烟道17；在高炉底部设有盛液池19和流液洞20。