低强度混泡浸没燃烧法
【技术领域】
[0001 ]物料的燃烧熔制方法，特别是无机物料浸没燃烧方法。
【背景技术】
[0002]无机物料，包括玻璃、陶瓷、耐火材料等的熔制是材料制造工艺中最重要、最核心的工艺。它的优劣对于绿色环保、节能减排以及材料的制造质量和成本的高低，有着举足轻重的作用。
[0003]以玻璃熔制为例: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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明提供了一种低强度混泡浸没燃烧法，其特征是:将燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器从熔窑底部插入熔池中，燃气鼓泡器和助燃气鼓泡器之间相隔一定的距离，使燃气泡和助燃气泡各自独立鼓出，在熔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；在熔融液体上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔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，在熔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熔液。
[0009]这种低强度混泡浸没燃烧法的燃烧原理是:两个(或多个)独立上升的燃气泡和助燃气泡，在上升膨胀过程中气泡边缘首先相碰，混合并燃烧。其结果是:相碰混合燃烧的气体部分温度会急剧升高而突然快速上升，其底部形成的低压会将其两侧的气泡向一起拉，使它们迅速混合并燃烧，然后继续上升形成高温烟气泡(如果燃气泡和助燃气泡配比适当，便会达到完全燃烧的效果)。高温烟气泡将热量传给周围的熔液;当高温烟气泡上升到达液面后，因外界压力降低而破碎，并进入原料配合料层，并与原料配合料层换热而急剧降温；如果烟气泡中有未烧尽的燃气，会与原料配合料层中的空气相遇燃烧。
[0010]这种低强度混泡浸没燃烧法，与靠压力和速度使燃气和助燃气强制混合的喷枪截然不同。它使燃气和助燃气自然混合，达到完全燃烧的目的。
[0011 ]与喷枪相比，每组鼓泡器在单位时间内输出的热能较小，因此需要在窑底高密度布置较大数量的鼓泡器组，以提供物料熔化所需的热能。这样