浸没燃烧熔炉及方法
【专利说明】浸没燃烧熔炉及方法
[0001] 本发明涉及一种浸没燃烧熔炉，尤其是用于熔化玻璃质或可玻璃化的材料，并且 涉及使用浸没燃烧熔炉的方法。
[0002] 通常，玻璃质材料由原料例如硅酸盐、玄武岩、石灰石、纯碱和其它次要量成分的 混合物制成，将这些原料加入到熔炉，并在约1250到1500°C的温度下熔化成粘性液态;然后 对熔体提供成型处理。根据熔体的预期用途，例如用于制造平板玻璃、中空玻璃、用于加强 目的的连续纤维或用于绝缘目的的纤维，在成型加工的上游可能需要合适的进一步熔化精 炼步骤。根据预期用途和成型工艺选择熔体的化学组成及其物理性质。
[0003] 常规的玻璃熔炉包括来自上述的玻璃熔体表面上方的能量供给，例如来自在玻璃 熔体表面和熔炉顶部之间的空间中产生火焰的燃烧器，由此通过火焰本身和顶部材料的辐 射将热量传递到玻璃熔体。将待熔化的原料配合料放置在熔炉中玻璃熔体的上部，且热从 熔体传递到配合料，使其并入熔体。
[0004] 在一些玻璃熔炉中，能量由设置在熔体表面下方的电加热电极提供;这种电极可 以提供唯一的热源或与燃烧器一起使用。
[0005] 玻璃熔炉的进一步类型具有设置在熔体表面下方的一个或多个燃烧器喷嘴，使得 燃烧器火焰和燃烧产物穿过熔体。这种设置称为浸没燃烧。
[0006] 传统地，用于生产岩棉(stone wool)绝热体的玻璃熔窑是冲天炉。
[0007] 根据其一个方面，本发明提供了一个如权利要求1限定的浸没燃烧熔炉。其他独立 权利要求中限定了本发明的其它方面。从属权利要求限定了优选和/或替代性实施方案。
[0008] 在以下也涉及浸没燃烧熔化和/或熔炉的专利申请中描述的一个或多个方面，可 以用于本专利申请的发明方面，并且通过引用将每一以下专利申请并入本文：
[0009]
[0010] 如本文所用的术语"熔化室的竖直中心轴"指的是熔化室的竖直或基本竖直的对 称轴。熔化室可具有圆形水平横截面;它可以是柱形的。或者，熔化室可具有多边形水平横 截面，尤其是以规则多边形的形式;该多边形可以具有六个、七个、八个、九个、十个或更多 个边。每个这些形状具有确定的中心对称轴。熔化室的水平横截面可以是椭圆形或卵形;在 这种或类似的情况下，熔化室的竖直中心轴是穿过其中相关水平横截面形状的内切圆中心 的轴。
[0011] 可以将浸没燃烧器的喷嘴出口设置在熔化室内的同一竖直高度，即在同一水平 面。或者，可以将它们设置在不同的竖直高度。由此，将燃烧器定位平面定义为设置在"相对 于每个喷嘴出口的加权平均距离"。这意味着将平均距离在燃烧器数量上进行加权。
[0012] 术语"熔炉中的加权的燃烧器轴-周边距离"应理解为是指所限定的燃烧器中心轴 与熔化室的内周边之间的加权距离。在燃烧器轴和熔化室的周边壁平行的情况下，这简单 地是燃烧器轴和周边壁之间的距离。在其他情况下，"熔炉中的加权的燃烧器轴-周边距离" 是在燃烧器轴与其最近的周边壁部分之间的熔化室的高度的算术平均距离。
[0013] 熔炉可适合于和/或配置为烧结和/或熔化原料。它可以是"玻璃熔炉"，即适合于 和/或配置成熔化玻璃状材料的熔炉，该玻璃状材料包括选自玻璃、玻璃质材料、石材和岩 石的材料。玻璃熔炉可以用于制造平板玻璃、中空玻璃、玻璃纤维、用于加强目的的连续纤 维、用于绝缘目的的矿物纤维、矿棉、岩棉或玻璃棉。熔炉可以用于转化原料以制造玻璃料、 水泥熟料，特别是氧化铝水泥熟料或研磨剂，特别是通过熔化制备的研磨剂。熔炉可以用于 转化原料，特别是通过玻璃化，例如:医疗废物的玻璃化;灰分的玻璃化，特别是来自焚化炉 的灰分;粉末的玻璃化，例如来自铸铁或其它金属铸造的粉尘；电镀污泥、制革污泥或采矿 业废物的玻璃化;特别是通过玻璃化的处置废物，例如污染的土壤，重金属或焦油污染的土 壤，粘土过滤器，污泥，活性炭，放射性废物和含有铅或锌的炉渣，耐火材料，特别是含有铬 的耐火材料。特别是在玻璃熔炉的情况下，原料可以包括:硅酸盐、玄武岩、石灰石、纯碱、沸 石催化剂、废催化剂、废罐内衬、耐火材料、铝熔渣、熔铝浮渣、沙基灭火器废物、污泥、电镀 污泥、熟料、废料材料、灰分及它们的组合。
[0014] 在运行期间，熔炉内的熔体可达到一定温度，特别是可将其从熔炉中移走的温度， 它是至少1100°c，至少1200°C或至少1250°C并且可不超过1650°C，不超过1600°C，不超过 1500°C 或不超过 1450°C。
[0015] 在玻璃熔体的情形中，生产的熔体组合物可包含以下的一种或多种的：
[0016]
[0018] 生产的玻璃中的硼含量，以B203表示，可以是2 lw%，2 2w%，2 3w%，2 5w%，和/ 或 <20%，< 18%，< 15%或 < 10w%。
[0019] 该熔炉以低能耗和低资本成本提供用于熔化材料尤其是可玻璃化材料的有效配 置，并提供期望的熔体特性，包括在熔体的温度分布和组成方面的均匀性，导致改善的成品 质量。它们还允许熔化各种各样的材料，特别是可玻璃化材料，包括原料(对于玻璃形成这 些可以是例如硅酸盐，玄武岩，石灰石，纯碱和其它次要量成分)和废料材料或灰分，并在控 制工艺参数中提供高的灵活性。
[0020] 在优选的配置中，这样的熔炉改善熔体中的新原料的吸收和将热量传递到新原料 的效率，特别是当在熔体顶部加入时，同时极大地避免或至少进一步减少了原料通过熔炉 的任何旁路。这提供了特别是有效熔化可玻璃化材料的组合，并因此在就给定输出流量提 供较小熔炉的同时也改善温度分布和组成方面的熔体均匀性。
[0021] 熔炉内的熔化池的高度可以是：2约0.75米，2约0.8米，2约0.85米或2约0.9 米;和/或《约2.2米，《约2m，《约1.8米，或《约1.6米，特别是当恪化室基本是圆柱形时， 优选熔化室的内径为1.5至3米，更优选1.75至2.5米。
[0022] 优选地，大部分熔体的混合发生在中心熔化区，其可以是基本圆柱形和可具有的 直径是：至少25厘米，至少30厘米，至少40厘米，至少50厘米，至少60厘米或至少70厘米，并 且不超过200厘米，不超过180厘米或不超过160厘米。
[0023] 熔炉或至少熔化室可以是受液体冷却的。例如，它可以包括双壁结构，该结构包含 形成熔化室周边的内壁和隔开的外壁，其共同限定冷却流体(特别是水)可通过的通路。优 选地，熔化室和/或熔化室的周边不含有耐火材料。
[0024]在优选的实施方案中，熔炉的配置能够在具有中心熔化区作为基础的基本圆柱形 空间内产生环形熔体流型，其中熔体在相关燃烧器中心轴的附近是向上的，并且在熔体的 表面处朝向熔炉的竖直轴向内会聚，在所述熔炉的竖直轴附近向下会聚。
[0025] 浸没燃烧熔炉可配备有5至10个浸没燃烧的燃烧器，更优选为6至8个燃烧器，这取 决于熔炉的尺寸、燃烧器的尺寸、工作压力和其它设计参数。特别在为玻璃纤维、玻璃棉或 岩棉生产提供熔体的情况下，熔化室可以是圆柱形的，并且其内径可以是1.5至3米，优选 1.75 至 2.5 米。
[0026] 根据燃烧器的功能设计、工作压力和其它参数选择相邻燃烧器之间的间距。燃烧 器之间太小的距离可能导致来自单个燃烧器的火焰接合，应避免这种现象。优选地，相邻的 燃烧器的间距为约1.5至2.5，更优选1.75至2.25，最优选为燃烧器轴-周边距离的约两倍。 [0027] 有利的是，以约250-1200毫米，优选约500-900毫米，更优选约600-800，甚至更优 选约650-750毫米的间距设置相邻的燃烧器。
[0028] 根据优选的实施方案，以合适的燃烧器轴-周边距离设置燃烧器，这有利于上述的 相关流动并避免熔炉侧壁的火焰吸引力。有利的是，燃烧器轴-周边距离是约250-750毫米。 燃烧器和侧壁之间太小的距离可能对侧壁损坏和/或不必要地产生应力和/或对熔体热传 递低效。在燃烧器和熔化室周边之间的某一熔体流动可能不是有害的，且在某些情况下是 期望的。然而，燃烧器和熔化室周边之间的过大距离容易产生不希望的熔体流动，并可导致 在熔炉的中心混有较少熔体的死区（dead zone);这可导致降低的熔体均匀性。优选地，对 每个燃烧器和熔化室周边之间的距离进行设置，使得在周边累积作为基本稳定的边界层的 熔体层(例如厚度为约2毫米至20毫米的层）。尤其是当熔化室周边受到液体冷却时，这种边 界层在熔化室的周边提供保护层，且便于操作，而无耐火炉衬。
[0029] 特别是在玻璃熔炉的情况下，优选供给可燃气体至每个燃烧器，特别是包含烃，例 如天然气，和含氧气体，特别是氧气，工业级的氧气(例如具有以重量计至少95%氧含量的 气体)或富