专利名称：玻璃的悬浮沸腾熔化方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃悬浮沸腾熔化方法及设备，特别涉及玻璃配合料球形颗粒的快速
熔化，火焰与配合料之间具有非常高的热交换效率，从而达到降低能源消耗的目的。
背景技术：
在世界范围内，资源、能源趋于紧张，节能、减排工作己经势在必行。玻璃工业属于 能源消耗的大户。传统的玻璃池窑熔化技术，玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄层投 料，燃料通过熔燃系统送入到窑炉火焰空间，并且与经过蓄热室预热，通过小炉进入火焰 空间的助燃空气相混合燃烧，释放出大量的热量。火焰是覆盖在配合料及玻璃液的表面， 火焰与玻璃表面的距离大约在200 350mra的范围内。火焰对配合料及玻璃液的热量交换是 通过辐射、对流、传导等途径完成的。在配合料及玻璃液的加热过程中，往往是物料的表 面加热以后再通过传导与对流将热量传递到配合料及玻璃液的内部。这种加热方法，热交 换效率低，大部分的热量被烟气带走。即使冃前研究开发的全氧与富氧燃烧技术，其火焰 仍然是位于玻璃配合料及玻璃的上部，热交换属于间接的方式，只不过其熔化温度更高， 燃烧产物较少，污染物排放较少。
传统的玻璃熔化方法，在火焰与玻璃配合料及玻璃液之间的热交换是有限的，且现代 的燃烧技术己经使其达到了极限。玻璃的沸腾熔化技术是一种更为先进的熔化技术，其特 点是将玻璃配合料球团通过一段高温火焰区(160CTC以上)，在火焰与热气流的共同作用下， 玻璃配合料被迅速熔化，形成粘度非常小的玻璃液。由于玻璃配合料球团是以沸腾状在高 温区域进行非常充分的热交换，且配合料及玻璃与火焰充分接触，热交换效率更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速高效的玻璃熔化方法及设备，以达到提高玻璃熔化率， 节约能源，降低单位重量产品的污染物排放量的目的。
为实现上述目的，本发明提供了玻璃悬浮沸腾熔化技术与装置。
本发明的方法原理玻璃沸腾熔化技术的核心是将玻璃配合料制备成一定粒度与强度 的料团，让它们直接通过高温火焰区域，并形成悬浮沸腾状，此时，玻璃配合料团和玻璃 液滴与火焰充分接触，使火焰对配合料团形成多方位、立体加热的形式，并能够使其快速 形成液滴。通过控制悬浮沸腾区域的浮力，以及小的玻璃液滴在相互接触以后，由于表面 张力的作用使得它们相互融合，形成较大的颗粒的液滴，在重力的作用下下落、积聚。利用悬浮沸腾熔化技术熔化玻璃，无论是辐射、对流还是传导等热交换方式都利用的 十分充分，热效率更高。由于玻璃配合料团具有非常的表面积，物料被包围时两物体之间 的辐射传热公式为
<formula>formula see original document page 4</formula>
其中
Q^单位时间内，单位面积高温物体传给低温物体的净热量(千卡/米、时) L为被包围物质体的温度("K); L为包围物质的温度("K);
c ,,为黑度；
C。为辐射系数(千卡/米2 时 ':K); F,为物体的表面积(米O。
物质之间的对流传热遵循
Q=a k(t「 UF
Q—单位时间内传递的热量(千卡/时)； a k —对流给热系数(千卡/米2 时 "C);
t,一火焰的温度 rc); u—玻璃料团的温度rc);
F—物料的接触面枳(米2)。
由以上两组公式可以发现，当物料的物质一定、燃料的性质及温度场一定时，决定物 质之间的热交换量只与物料之间的相互接触的表面积有关，且接触的表面积越大，热交换 越充分，热量利用率也越高。
被加热物料的受热表面积，以及与火焰的接触方式决定了两者之间的热量交换。目甜，
传统的玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄层投料，料层厚度一般在50 100mm之间。
若以料层厚度50mm计算，1立方米玻璃配合料可以受到相当于20平方米火焰直接加热的
面积。当采用沸腾熔化时，情况就大不一样了。应当强调的是沸腾熔化的玻璃配合料球是
全部被火焰所包裹的。此法所采用的玻璃配合料的直径范围是10 25mm。若以料球直径为
20mra的料团计算，料球的体积与表面积分别为
V球=土 it R:,= i X3. 14X (0. 01) :i = 4. 19X10—6 m3; 3 3S球=3 n If = 3X3. 14X (0.01) 2 = 9.42X10一1 m2。
1立方米的配合料相当于有2. 39X l(f个直径为20mm的料球。它们的表面积为 S表=9. 42X 10—;X2. 39X 10r' = 225 m2。
通过对比可以发现，料团的换热面积增加了 IO倍多，这势必会造成其换热效率更高， 更加充分，在相同的加热时间内，料团的温度提高更快，其中的液相出现更快，更多，熔
化效率更高。
根据以卜.分析，达到本发明目的的技术方案是 一种玻璃悬浮沸腾熔化方法，其特征在于，该方法步骤包括
1) 、将玻璃配合料制备成直径范围为10 25mm的球形颗粒(制备方法为按照所熔化 的配方进行配料，将所有原料装入研磨机屮进行研磨0.5-1小时，研磨的同时掺入相当于 配合料总质量5-10%的水分与少量有机粘结剂(小分子树脂，如聚乙二醇)，得到配合料泥 料；利用压制制球机将玻璃配合料泥料制备成具有一定强度的球形颗粒。)；
2) 、使歩骤l)得到的球形颗粒通过一段直径为4-6米、高度为8-12米的悬浮沸腾熔 化炉，该悬浮沸腾熔化炉的中下部有一段布置着多层燃烧器的高温沸腾段，此段温度1600 r.以上，长度为2-6米，玻璃配合料从上部加入悬浮沸腾熔化炉，在炉内高温火焰与热气 流的共R]作用下得到快速液化、相互融合长大成更大的液珠，在重力的作用下落入玻璃液 积聚池；
3) 、玻璃液积聚池中的玻璃液通过积聚池的浅池澄清区使于玻璃液中的气泡排除。 本发明的玻璃悬浮沸腾熔化方法使用的玻璃熔窑(参见附图)，呈L型，它包括投
料器l，悬浮沸腾熔化炉3，燃烧器6，玻璃液积聚池8，辅助熔化燃烧器10和供料槽14; 投料器1在悬浮沸腾熔化炉3上部，在悬浮沸腾熔化炉3的悬浮沸腾区域4布置有多层燃 烧器6，不同层高的燃烧器6相互交错布置，在悬浮沸腾熔化炉3下部，设计有高温玻璃 液积聚池8，在玻璃液积聚池的上部布置有多支辅助熔化燃烧器10调节玻璃液9温度，玻 璃液积聚池S有一段浅池澄清区11，浅池澄清区11上部无辅助熔化燃烧器10，在浅池澄 清区11的熔化部与冷却部13之间有"U"分隔吊顶12，浅池澄清区11的冷却部13与玻 璃液供料槽14相通。
本发明具有显著的节能效果,预计综合节能2 0 %以上。
图1是玻璃悬浮沸腾熔化炉示意图。 图2是玻璃悬浮沸腾熔化炉A-A剖面图。 图3是玻璃悬浮沸腾熔化炉B-B剖面图。 图4是玻璃悬浮沸腾熔化炉C-C剖面图。
图中l.投料器；2眉己合料颗粒；3.悬浮沸腾熔化炉；4.悬浮沸腾熔化区；5.火焰； 6.燃烧器；7.玻璃液滴；8.玻璃液积聚池；9.玻璃液；IO.辅助熔化燃烧器；ll.浅池澄清区；12.熔化部 7令却部的"U"分隔吊顶；13.冷却部；14.供料槽。
具体实施例方式
卜面结合附图对本发明的实施作进 一 歩说明。 实施例1
玻璃悬浮沸腾熔化装置的结构如图1一4所示，呈L型，主要包括l.投料器；3.悬浮
沸腾熔化炉；6.燃烧器；S.玻璃液积聚池；IO.辅助熔化燃烧器；12.熔化部与冷却部的 "U"分隔吊顶；14.供料槽等。.投料器1在悬浮沸腾熔化炉3上部，在悬浮沸腾熔化炉 3的悬浮沸腾区域4布.覽有多层燃烧器6，不同层高的燃烧器6相互交错布置，在悬浮沸腾 熔化炉3下部为玻璃液积聚池8，在玻璃液积聚池的上部布置有多支辅助熔化燃烧器10， 玻璃液积聚池8有一段无辅助熔化燃烧器10的浅池澄清区11，在浅池澄清区11的熔化部 与冷却部13之问有"U"分隔吊顶12，冷却部13与玻璃液供料槽14相通。
悬浮沸腾熔化炉3有一段直径为4-6米、高度为8-12米的竖立段，160(TC以上高温沸 腾段长度为2-6米，本实施例竖立段直径为4米、高度为8米，在该竖立段从下至上1. 5 米和3. 5米部位布置着两层燃烧器6，每层6个燃烧器等角度均布，两层燃烧器6相互交 错布置，并在筒体中形成一定的向上浮力。
本发明的玻璃悬浮沸腾熔化方法，玻璃配合料制备成直径范围为i0 25mm的球形颗粒
(以通常造粒方法制备，制备方法为按照所熔化的配方进行配料，将所有原料装入研磨
机中进行研磨0.5-1小时，研磨的同时掺入相当于配合料总质量5-10%的水分与少量有机
粘结剂(聚乙二醇)，得到配合料泥料；利用压制制球机将玻璃配合料泥料制备成具有一定
强度的球形颗粒。)，投料器1将配合料球形颗粒2投入到悬浮沸腾熔化炉3中，在悬浮熔
化区4内与火焰5进行充分的热交换，并被迅速熔化。在悬浮沸腾区域4的悬浮力由此段
所布置的多层燃烧器6燃烧的火焰产生(温度160CTC以上)。不同层高的燃烧器6相互交错
布置，以便在整个熔化区断面上形成均匀的悬浮力。被迅速熔化的配合料颗粒(球形)2
出现了人量液相，形成玻璃液滴7。在玻璃表面张力的作用下，玻璃液滴相互接触长大，
在重力的作用下，落入玻璃液积聚池8，在其中形成玻璃液9。在玻璃积聚池的上部布置有
多支辅助熔化燃烧器10，用于玻璃液9温度的调节。玻璃液通过玻璃液积聚池8的一段浅
池澄清区11对玻璃液9进行澄清。玻璃液积聚池的浅池澄清区11不设辅助熔化燃烧器。
这种浅池结构有利于玻璃液中气泡的排除，提高玻璃液的质量。澄清好的玻璃液通过熔化
部与冷却部的"U"分隔段12进入冷却部13,经过温度控制达到成形要求的玻璃液流入供
料槽14。
本发明提供的玻璃悬浮沸腾熔化方法的操作是
一、点燃燃烧器6，在悬浮沸腾熔化炉3中形成一定的由高温火焰的悬浮沸腾熔化区4;
二、 待悬浮沸腾熔化区的温度达到1600'C以上后，开动投料器l，将玻璃配合料颗 粒(球形)2均匀投放进悬浮沸腾熔化炉3中。玻璃配合料颗粒2在悬浮沸腾熔化区进行 悬浮、热交换、熔化，迅速形成液相，并在表面张力的作用下形成较大颗粒的玻璃液滴9。 玻璃液滴在重力的作用卜-，落入玻璃液积聚池8;
三、 玻璃液9在玻璃液枳聚池8中形成一定深度的玻璃液，玻璃液的温度由其上部的 辅助熔化燃烧器10来调节。玻璃液到一定深度后，会流到玻璃液深度较浅的浅池澄清区 11;
四、 经过澄清的玻璃液通过熔化部与冷却部的"U"分隔吊顶(分隔段)12进入冷却 部13,经过温度控制达到成形要求的玻璃液流入供料槽14。为玻璃成形提供合格的玻璃液。
权利要求
1、玻璃悬浮沸腾熔化方法，其特征在于，其方法步骤包括1)、将玻璃配合料制备成直径范围为10～25mm的球形颗粒；2)、使步骤1)得到的球形颗粒通过一段直径为4-6米、高度为8-12米的悬浮沸腾熔化炉，该悬浮沸腾熔化炉的中下部有一段布置着多层燃烧器的高温沸腾段，此段温度1600℃以上，长度为2-6米，玻璃配合料从上部加入悬浮沸腾熔化炉，在炉内高温火焰与热气流的共同作用下得到快速液化、相互融合长大成更大的液珠，在重力的作用下落入玻璃液积聚池；3)、玻璃液积聚池中的玻璃液通过积聚池的浅池澄清区使玻璃液中的气泡排除。
2、 一种玻璃悬浮沸腾熔化方法使用的玻璃熔窑，其特征在于，呈L型，它 包括投料器(1)，悬浮沸腾熔化炉(3)，燃烧器(6)，玻璃液积聚池(8)，辅 助熔化燃烧器(10)和供料槽(14);投料器(1)在悬浮沸腾熔化炉(3)上部， 在悬浮沸腾熔化炉(3)的悬浮沸腾区域(4)布置有多层燃烧器(6)，不同层高 的燃烧器(6)相互交错布置，在悬浮沸腾熔化炉(3)下部，设计有高温玻璃液 积聚池(8)，在玻璃液积聚池的上部布置有多支辅助熔化燃烧器(10)调节玻璃 液(9)温度，玻璃液积聚池(8)有一段浅池澄清区(11)，浅池澄清区(11) 上部无辅助熔化燃烧器(10)，在浅池澄清区(11)的熔化部与冷却部(13)之间 有"U"分隔吊顶(12)，冷却部(13)与玻璃液供料槽(14)相通。
全文摘要
一种玻璃悬浮沸腾熔化方法及设备，方法玻璃配合料制成直径10～25mm的球体；其球体通过悬浮沸腾熔化炉，该炉有1600℃以上高温沸腾段，玻璃配合料在炉内高温火焰与热气流共同作用下液化、并长大成液珠落入玻璃液积聚池；然后玻璃液通过澄清排除气泡。其设备呈L型，它包括投料器(1)，悬浮沸腾熔化炉(3)，燃烧器(6)，玻璃液积聚池(8)，辅助熔化燃烧器(10)和供料槽(14)；悬浮沸腾熔化炉悬浮沸腾区域(4)交错布置有多层燃烧器(6)，玻璃液积聚池在熔化炉下部，在玻璃液积聚池上部布辅助熔化燃烧器(10)，玻璃液积聚池有浅池澄清区(11)，该区熔化部与冷却部(13)之间有“U”分隔吊顶(12)，冷却部与供料槽(14)相通。
文档编号C03B5/00GK101407369SQ20081019746
公开日2009年4月15日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者峰 何, 宏 李, 汤李缨, 程金树, 俊 谢, 郑伟宏, 平 陆 申请人:武汉理工大学