对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑的制作方法
【专利摘要】一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是：这种熔窑没有顶盖和胸墙，只有池底和池壁构成的熔池；在熔池顶部和熔窑底部相对应位置上，分别设有插入熔池中的燃料喷管和助燃剂喷管，并方向相对，喷出燃料和助燃剂，使其在熔液内部相遇燃烧，达到熔化物料的目的；在熔融液体上表面，始终铺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料，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。
【专利说明】
对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑
技术领域
[0001 ]无机物料熔制熔窑。特别是浸没燃烧熔窑。
【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?1300千卡)。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，本发明提供了一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:这种熔窑没有顶盖和胸墙，只有池底和池壁构成的熔池;在熔池顶部和熔窑底部相对应位置上，分别设有插入熔池中的燃料喷管和助燃剂喷管，并方向相对，喷出燃料和助燃剂，使其在熔液内部相遇燃烧，达到熔化物料的目的;在熔融液体上表面，始终铺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料，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]上述燃料喷管或助燃剂喷管可交替在熔池顶部和熔窑底部。当燃料喷管设置在熔池顶部时，便在熔窑底部相对应的位置上设置助燃剂喷管，反之亦然。
[0010]上述燃料可以是气体燃料、液体燃料或粉体燃料。
[0011]上述助燃剂可以是空气、富氧或纯氧气体。
[0012]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。
[0013]上述燃料喷管和助燃剂喷管应多组排列，设置在在远离熔池池壁的中央区域。
[0014]为保证燃料完全燃烧，上述燃料喷管与助燃剂喷管可以非等径、非等量对应。
[0015]上述熔制的无机材料为玻璃。
[0016]上述熔制的无机材料为石灰石。
[0017]上述熔制的无机材料为陶瓷材料。
[0018]上述恪制的无机材料为耐火材料。
[0019]上述熔池顶部喷管被设计为可上下自由调节构造;从而调节燃烧效果，使燃料尽量完全燃烧。
[0020]从窑顶插入的喷管，透过原料配合料层插入熔液内。并可在被侵蚀后不断得到补偿或更换。
[0021]从窑底插入的喷管，不露出窑底耐火材料表面以防被侵蚀。它不必补偿或更换，将与熔窑同寿命而长久使用。
[0022]其它浸没燃烧方法相比，这种对喷浸没燃烧熔制无机材料的方法及其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;7、具有重大的节能减排效果。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实施例之一剖面结构原理图。
[0024]图中1.窑底耐火材料，2.窑底喷管，3.窑顶喷管，4.熔融液体，5.燃烧烟气路径，6.熔液液面，7.原料配合料层。
【具体实施方式】
[0025]图1中，将燃料喷管和助燃剂喷管分别从熔窑的熔池顶部和熔窑底部相对应位置插入熔池中，并方向相对，喷出燃料和助燃剂，使其在熔融液体(4)内部相遇燃烧，从而达到熔化物料的目的;在熔融液体(4)的上表面，始终铺盖有一层待熔的原料配合料层(7)，熔液内的燃烧烟气，沿着燃烧烟气路径(5)经原料配合料层(7)逸出，并通过与原料配合料层(7)换热降温后排掉;燃烧烟气中未完全燃烧的燃料，在熔液表面(6)以及原料配合料层(7)中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热。
[0026]开始熔化物料时，将窑底喷管(2)和窑顶喷管(3)喷口近距离相对，埋于待熔的物料中并点火燃烧。随着物料的熔化，逐渐增大喷射压力和上下喷管的距离，调节燃料和助燃剂相遇燃烧的高度位置，直至在熔融液体(4)中稳定燃烧。
[0027]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。
【主权项】
1.一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:这种熔窑没有顶盖和胸墙，只有池底和池壁构成的熔池;在熔池顶部和熔窑底部相对应位置上，分别设有插入熔池中的燃料喷管和助燃剂喷管，并方向相对，喷出燃料和助燃剂，使其在熔液内部相遇燃烧，达到熔化物料的目的;在熔融液体上表面，始终铺盖有一层待熔的原料配合料层。2.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述燃料喷管或助燃剂喷管可交替位置，设置在熔池顶部和底部。3.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述助燃剂为富氧或纯氧气体。4.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述熔池内的恪融液体为玻璃。5.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述熔池内的恪融液体为石灰石。6.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述熔池内的熔融液体为陶瓷材料。7.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述熔池内的熔融液体为耐火材料。8.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:上述熔池顶部喷管被设计为可上下自由调节构造。9.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:从窑顶插入的喷管，透过原料配合料层插入在熔液内，并可在被侵蚀后不断得到补偿或更换。10.根据权利要求1所述的一种对喷浸没燃烧熔制无机材料的熔窑，其特征是:从窑底插入的喷管，不露出窖底耐火材料表面以防被侵蚀。
【文档编号】C03B5/235GK205473333SQ201620073774
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】徐林波
【申请人】徐林波