用于预加热玻璃制造材料的方法及装置制造方法

用于预加热玻璃制造材料的方法及装置制造方法
【专利摘要】从全氧燃烧加热的玻璃熔炉获得的燃烧产物流中的热在换热器中流向引入的玻璃制造材料，而不需要降低所述流的温度，而且不引起所述玻璃制造材料的软化。
【专利说明】用于预加热玻璃制造材料的方法及装置
[0001]本申请是2008年12月I日提交的、名称为“用于预加热玻璃制造材料的方法及装置”、申请号为200780020197.3的中国专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及玻璃生产，更具体地，涉及通过与燃烧产物(烟气)的热交换对玻璃制造材料的加热，所述燃烧产物在燃烧中形成，所述燃烧被实施以产生用于使玻璃制造材料熔化的热。
【背景技术】
[0003]常规玻璃制造方法需要建立于玻璃熔炉温度，所述玻璃熔炉温度足够高以熔化玻璃制造材料(所述玻璃制造材料表示一种或多种材料例如砂、纯碱、石灰石、白云石、长石、红铁粉(它们被统称为“批料”)和/或破碎的、边角料的和回收的玻璃(称为“碎玻璃”))。所需的高温一般通过烃类燃料(例如天然气)的燃烧获得。所述燃烧产生气态燃烧产物(也称作烟气)。即使在实现了从燃烧到待熔化玻璃制造材料的较高传热效率的玻璃制造设备中，离开熔融槽的燃烧产物通常也具有远超过2000° F的温度，从而造成在玻璃制造操作中所产生能量的相当大的浪费，除非可以从所述燃烧产物至少部分地回收热能。现有技术已经通过使用称作再生器的烟气-空气换热器来解决该问题。在常规的空气焙烧再生炉中，通过预加热输入的燃烧·空气以在再生器中部分地回收烟气中的废热，烟气在通过再生器后的出口温度被降低至大约800-1000° F。
[0004]相比于燃料与空气的燃烧，烃类燃料与平均氧体积百分比至少为35的气态氧化剂的燃烧(称作“全氧燃烧”)为玻璃制造操作提供了许多优点。在这些优点中包括:提供了较高传热和较短熔化时间的较高火焰温度；以及减小了离开玻璃熔炉的气态燃烧产物的总体积，这使得所需的气体处理设备的尺寸减小。在具有这种较高氧含量的氧化剂的燃烧中形成的气态燃烧产物可具有1800° F或更高的温度，甚至2000° F或更高的温度。因此，全氧燃烧的气态燃烧产物比常规空气焙烧燃烧的燃烧产物含有更多的热能，所述热能应当有利地用于改善玻璃制造操作的总能量效率。
[0005]虽然在玻璃制造领域已注意到使用来自玻璃熔炉的热气态燃烧产物中的热来预加热在玻璃制造中送入的待熔化玻璃制造材料，但迄今所知的技术认为热燃烧产物的温度在被供应以开始与玻璃制造材料换热时应当不超过大约1000-1300° F。考虑到构成换热器的材料承受较高温度的能力，以及考虑到玻璃制造材料在换热步骤中如果变得过热则会开始软化并且变粘着(或“胶粘”)，导致生产量降低乃至换热器通道堵塞的趋势，因而确定了上述最高温度。玻璃制造材料变粘着或胶粘的温度取决于批料成分以及与玻璃制造材料接触的材料，并且认为对于用普通批料制造用于瓶罐和窗玻璃的纳钙玻璃，该温度应在1000-1300° F之间。在常规空气焙烧再生炉中，在再生器之后的烟气出口温度大约为800-1000° F，并且不需要在批料/碎玻璃预热器之前使烟气冷却。
[0006]当气态燃烧产物是通过全氧燃烧获得的燃烧产物时，传统观念认为所述燃烧产物需要在可以与引入的玻璃制造材料开始换热之前被冷却到1000-1300° F的范围。有很多实例表明了现有技术认为必须在烟气被用于加热引入的玻璃制造材料之前使烟气的温度降低。这样的实例包括:C.P.Ross 等人，“Glass Melting Technology: A Technicaland Economic Assessment，，， Glass Manufacturing Industry Council, August 2004,pp.73-80 ；G.Lubitz 等人,“Oxy-fuel Fired Furnace in Combination with Batch andCullet Preheating”，发表于 NOVEM Energy Efficiency in Glass Industry Workshop(2000)，pp.69-84 ;美国专利N0.5，412，882 ;美国专利N0.5，526，580 ;以及美国专利N0.5，807，418。
[0007]然而，通过向燃烧产物流添加气态稀释剂(例如空气)和/或将冷却液喷到该燃烧产物流中以降低该燃烧产物流的温度是不利的，因为这种方法减少了留在气态燃烧产物中可回收的热量，增加了气体处理设备的尺寸，并且添加了附加设备和工艺费用。
[0008]因此，在本领域中需要允许从全氧燃烧的气态燃烧产物到玻璃制造材料的实用且有效地换热的方法和装置，其即使在玻璃制造操作中使用全氧燃烧时遇到相对较高温度的情形下也能被实施。

【发明内容】

[0009]本发明的一种方案是玻璃熔化方法，包括
(A)将加热的玻璃制造材料送入玻璃熔炉中；
(B)将燃料与具有总平均氧含量至少为35vol.%的氧的氧化剂燃烧，从而产生用于在所述玻璃熔炉中熔化所述加热的玻璃制造材料的热，并且产生具有大于1800° F温度的热燃烧产物；. (C)从所述玻璃熔炉收回所述热燃烧产物并将所述热燃烧产物送入换热单元的第一通路中，其中，进入所述第一通路的所述热燃烧产物的温度为至少1800° F ；
(D)使所述热燃烧产物流过所述第一通路并从中流出；
(E)将玻璃制造材料送入并且通过所述换热单元的第二通路，所述第二通路由隔板与所述第一通路分隔开，所述玻璃制造材料和所述热燃烧产物不能通过所述隔板，来自所述热燃烧产物的热通过所述隔板传给所述玻璃制造材料，从而形成所述加热的玻璃制造材料；以及
(F)将从所述第一通路中的热燃烧产物到所述隔板的热通量保持为足以使与所述玻璃制造材料接触的所述隔板表面的温度不超过1600° F，并且使所述玻璃制造材料的温度不达到或不超过玻璃制造材料变粘着的温度。
[0010]如本文中所使用的，玻璃制造材料是“粘着的”是指:当室温下呈自由流动颗粒形式的250克玻璃制造材料在金属容器中被加热至给定温度并保持该温度30分钟，然后倒置所述容器时，所述玻璃制造材料的至少1%粘附到所述容器的表面，其中所述金属容器由与所述玻璃制造材料所要流经的隔板的材料相同的材料制成；所述玻璃制造材料“变粘着”的温度是所述玻璃制造材料在被加热至该温度时因此“粘着”的最低温度。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1是能够用来实施本发明方法的玻璃制造装置的示意图。[0012]图2是适用于实施本发明的换热单元的剖视图。
[0013]图3是适用于实施本发明的替代性换热单元的剖视图。
[0014]图4是适用于实施本发明的替代性换热单元的剖视图。
[0015]图5是适用于实施本发明的替代性装置的剖视图。
[0016]图6是适用于实施本发明的替代性换热单元的剖视图。
[0017]图7是适用于实施本发明的替代实施例的从上方观察的剖视图。
【具体实施方式】
[0018]参考图1，燃料流I和气态氧化剂2被送到玻璃熔炉3并在该玻璃熔炉3中燃烧，从而产生足够的热来熔化存在于炉3内的玻璃制造材料。熔融玻璃流4可从玻璃熔炉3中回收。
[0019]合适的燃料包括任何可与氧燃烧产生所需的燃烧热量的燃料。优选的燃料包括气态烃类，例如天然气。
[0020]绘制·为流2的氧化剂可作为一个流被送到炉3内的单独燃烧器，但是更通常地作为多个流提供给炉3内的多个燃烧器中的每个燃烧器。考虑到所有这种气态流的总数，送到炉3并在炉3中燃烧的所有流的总平均氧含量应当氧体积百分比至少为35，更优选氧体积百分比至少为50。也就是，例如，如果操作者希望使某些燃烧器(对这些燃烧器供给较高的氧含量)比其它燃烧器燃烧得更热，那么送到不同燃烧器的氧化剂流的氧含量可以彼此不同。获得含有期望氧含量的气态氧化剂流的优选方式是在特定燃烧器的上游或在燃烧器出口处使空气和氧含量比空气的氧含量高的气体(例如氧体积百分比为90的气流)混合。
[0021]燃料和氧化剂的燃烧产生热的气态燃烧产物流5，从炉3移除该气态燃烧产物流5并将其送至换热单元7 (在下文将进一步描述该换热单元7)，冷气态燃烧产物流6从所述换热单元7排出。任选的旁通流8不经过换热单元7从流5运送热燃烧产物以与排出流6汇合。
[0022]通过使作为流9的玻璃制造材料流经换热单元7来获得待送至炉3并在炉3中熔化的加热的玻璃制造材料流8。任选的旁通流10表示也将送至炉3的与流8中加热的玻璃制造材料结合的玻璃制造材料，但是所述旁通流10不经过换热单元7。流9和任选的流10通常从常规设计的合适料仓和给料机接收玻璃制造材料。
[0023]图2示出了换热单元7的一个优选实施例。通常，所述单元的水平剖面是圆筒形或矩形的。在图2所示的实施例中,通路11被一条或多条通路12包围,所述通路12通过隔板13与通路11分离。考虑该换热单元7的最简单形式，该换热单元7的这个实施例是能够以间接换热的方式(指的是热量可以穿过隔板13而不会有燃烧产物和玻璃制造材料之间的直接物理接触，因为气态、液态或固态材料不能穿过隔板13)使热从通路11通过隔板13交换到通路12的换热器。换热单元7可具有圆形、矩形或任何其它几何构造的水平剖面形状，但是优选圆形和矩形，尤其是正方形。可以有一条完全包围通路11的通路12，或者通路12可以通过在紧密围绕通路11的空间内适当定位的竖直间隔物而分为两条或多条这样的通路。
[0024]来自玻璃熔炉的热燃烧产物流5通过单元7的底部中的进口喷嘴14送入通路11的内部。有利地，流5在管道中被输送至换热单元7，所述管道具有能够承受该流的高温的合适的耐热耐火内衬。流5在其进入通路11时处于至少1800° F的温度下，而且可能在2000° F以上甚至在2200° F以上。因此，实施本发明的一个优点在于不需要在开始从热燃烧产物向玻璃制造材料传热之前显著降低所述热燃烧产物的温度来实施本发明。重要地是，在玻璃熔炉和单元7之间不需要向流5添加稀释空气或其它冷却介质。
[0025]如图2所示，待预加热的引入的玻璃制造材料流9被送至通路12。流9可被送入单元7的侧面之外的通路中，或者可以在上表面17的顶部馈送(如果该表面是倾斜的话)，因此所述材料沿着倾斜表面朝通路12运动，然后进入通路12。所述玻璃制造材料优选具有从小片碎玻璃直到细碎颗粒状玻璃制造材料范围内的尺寸，使得玻璃制造材料能够在重力作用下向下穿过通路12。在玻璃制造材料穿过通路12时，其温度由于从通路11中的热燃烧产物流过隔板13的热量而增加。由此加热的玻璃制造材料作为流8离开换热单元7，然后所述流8可被送至玻璃熔炉。在图5中示出了对加热的玻璃制造材料的替代性处理，这将在下文讨论。冷燃烧产物流6以一般1400° F以下的温度通过顶部17离开换热单元7，但是在该点的温度可根据换热单元7的操作特性并根据操作者是否希望将该流传到另一单元来调整，由所述另一单元可有利地从流6收回附加热量，所述另一单元例如是将热量传给引入的玻璃制造材料或传给将在玻璃熔炉3中进行的燃烧所采用的一个或多个氧化剂流的另一换热单元。如果需要，从引入的玻璃制造材料经过的通路(例如本实施例中的通路12)收回一个或多个废气流21，优选在上端收回所述废气流21并送至流5，或者送至热燃烧气体经过的通路(本实施例中的通路11)，或者送至焚烧炉或其它单元，从而氧化、分解或者去除来自所述废气(例如在进入的碎玻璃材料上出现的水蒸汽、有机烟气或副产物)的不良组分。
[0026]如上所述，流9可从提供玻璃制造材料的储料仓或类似装置获得，或者作为离开另一换热单元的加热材料流而获得，玻璃制造材料在所述另一换热单元中例如通过与热燃烧产物(例如流6)的换热而被预先加热。
[0027]换热单元7可由能.够承受在本文所述操作中遇到的温度的任何材料构成。优选地，隔板13由金属制成，例如碳钢、不锈钢或其它高温合金。单元7的顶部和底部应当由绝缘陶瓷材料制成。如图2或如图2所示，顶部17可以是扁平的。围绕通路12的外部的壳体可由金属或耐火砖制成。喷嘴14优选由能够承受进入的热燃烧产物流的温度的陶瓷材料构成。
[0028]玻璃制造材料可以如下速率馈送通过通路12，即，该速率使得所述通路基本上被正在加热的玻璃制造材料的填充运动床(moving bed)或流化床(fluidized bed)充满。然而，优选地，为了实现更快的传热并使玻璃制造材料被加热至更均匀的温度，所述玻璃制造材料以被加热玻璃制造材料的流化床的形式来馈送，或者以分散方式馈送，使得离散的材料微粒作为材料“降雨”流的形式落入通路12中的空间。对降雨流中的玻璃制造材料传热的效率可通过提供适当的折流板(baffle)来更进一步地提高，所述折流板例如是设置在降落微粒的路径中的向下凹入的角铁，从而使所述微粒从其路径偏转，进而增加停留时间并更进一步增强传热。在美国专利N0.5，992，041中描述了使用这种折流板的换热器的例子。
[0029]已经确定的是，如果热燃烧产物被送入的通路构造成使得与通路12中的玻璃制造材料接触的隔板13的表面温度不超过1600° F，并且通路12中的玻璃制造材料的温度不达到或不超过玻璃制造材料变粘着的温度，那么可以获得对玻璃制造材料的有效传热，而不会遇到前述传热设备的问题。
[0030]各种玻璃中的典型组分及所述组分的量的范围可由公开的资源和常规试验确定。为了说明的目的，所提到的情况是，很多种玻璃可包含:55 wt.%至85wt.%的硅石(SiO2)；总共 4.5 wt.% 至 20 wt.% 的 Na2O 和 K2O ;总共 0.05 wt.% 至 25 wt.% 的 CaO 和 MgO ；0 至 15wt.%的Al2O3 ；以及任选的其它组分，例如Fe203、PbO (用于晶体玻璃和铅晶质玻璃中)、B2O3(用于硼硅酸盐玻璃中)、和/或T1、S、Cr、Zr、Sb和/或Ba的氧化物的混合物或包含所述氧化物的混合物。
[0031]然而，对实施本发明的适当温度的确定取决于在玻璃制造材料通往玻璃熔炉的途中所馈送通过通路11或12的所述玻璃制造材料的成分的混合物的性质。如在本领域中所知的，这些成分需要包含所需的玻璃制造组分，或者在施加高温后能够转变成所需的玻璃制造组分。合适的成分可以不仅包括前述的混合物，而且包括前躯体(precursor )，例如(但不限于):碱金属硅酸盐、碳酸盐及氢氧化物；碱土金属硅酸盐、碳酸盐及氢氧化物；以及前述的任一种的水合物。较低的粘着温度(如本文所使用的术语)一般与较高量的碱金属和碱土金属的氧化物和氢氧化物相关联。
[0032]对于在相对较低温度下变粘着的成分(例如用于普通纳钙玻璃或硼硅酸盐玻璃的成分)，所述温度不应超过1300° F，优选不超过1200° F。由于很多不同的成分用于玻璃制造并且玻璃制造材料的粘着特性不仅取决于所述成分，而且也取决于所述玻璃制造材料的粒度分布以及取决于用于隔板13的金属、折流板或与加热的批料材料接触的其它金属，因此应当进行确定最高温度的试验，从而避免胶粘问题。推荐的试验程序是:将室温下呈自由流动颗粒形式的250克玻璃制造材料在金属容器(或坩埚)中加热至给定温度并将所加热的材料保持在该温度30分钟，其中所述金属容器由与将要接触加热的批料材料的隔板13相同的金属制成。然后，加热的容器被倒置以接近如此试验的材料的流动特性。所述材料的至少1%在经受这些步骤后粘附到所述容器表面的最低温度被定义为所述材料对用于所述容器的金属的“粘着温度”。材料在单元7中被加热到的温度不应超过所述粘着温度，优选不应超过低于所述粘着温 度100° F的温度。满足这些条件就确保了玻璃制造材料不会变得过热以至于软化、变得胶粘并随后开始堵塞通路或加热的玻璃制造材料离开通路12的开口。
[0033]已经确定的是，可以满足这些条件以适用于任何给定组的操作条件，如下文所述，只要:流向隔板13的全部传热表面的热通量(每单位时间内流经隔板13处的传热表面的单位面积的能量)保持足够得低，使得暴露于玻璃制造材料的隔板13的表面不达到超出1600° F的温度并且通路12中的玻璃制造材料的温度不达到或不超过所述玻璃制造材料变粘着的温度。通过辐射和对流传热计算可以估计隔板13上的热通量和温度分布，其中，所述计算考虑了进入的热燃烧产物流的温度和流率、进入换热单元7的玻璃制造材料的温度和流率、通路11的几何构造、以及隔板13的热性质和物理性质(即，传导率、发射率和厚度)。虽然可以实现对温度分布的精确预测，但这通常是困难的并且需要应用详细的数学传热模型以便于优化。一种实现实施本发明的实用方法是提供足够高的传热表面积和足够大的燃烧产物所送入的通路11的空间。选择通路11的几何结构以允许在所有隔板壁和热燃烧产物之间的良好辐射换热。狭长的通路11趋向于使进入的热燃烧产物流的进口(喷嘴14)附近的区域过热。[0034]例如，矩形通路的长宽比(定义为所述通路的竖直长度与矩形的短边之比)优选小于5，更优选小于3。一种优选方法是引入喷嘴14所穿过的底部16的中心附近的燃烧产物，因此，甚至燃烧产物的最热部分距传热壁的距离足够地大，使得通向隔板表面的热通量不会变得过高而使得隔板表面温度(玻璃制造材料暴露于所述隔板表面温度)变得过高。因此，在提供根据本发明的操作中可最容易作为决定因素来调整的因素是隔板13的总换热表面积，以及从燃烧产物在被送入换热单元时所述燃烧产物最热时的点(通常这是当热燃烧产物通过一个或多个喷嘴被送入换热单元的通路11时在喷嘴14处)到暴露于热燃烧产物的隔板13的内表面上的最近点的距离。
[0035]在并非是要受到对本发明效果的任何具体解释的限制的情况下，从燃烧产物到分离燃烧产物与玻璃制造材料的隔壁的传热的主要方式是辐射而不只是对流。因此，为确定传热表面积和合适的进口喷嘴位置所进行的计算是在描述辐射传热的特征时进行的计算。
[0036]图3示出了本发明的另一个有益实施例。在图3所示的换热单元7的实施例中，待加热的玻璃制造材料流9被送入通路11中，所述通路11被热燃烧产物5流过的通路12包围。除了玻璃制造材料通过相对于热燃烧产物流过的通路12定位在中心的通路11以外，上文关于图2所示实施例的描述也适用于图3所示的实施例。优选地，12表示完全围绕中央通路11的通路，但是这种围绕式通路12可由适当定位的竖直间隔物分为扇形区段。无论这种通路12是完整的还是剖分的，优选的是以多于一个流的方式将热燃烧产物送入通路12中，优选为环绕通路12的底部间隔开的2-16个流。提供附加的流有助于在通路12内的任何给定高度处提供环绕通路11的相对均匀的温度条件。暴露于玻璃制造材料且温度不应当允许超过1600° F的隔板13的表面在本实施例中是隔板13的内表面。因此，通过以下方法最有效地实现对所述条件的观测，即:适当地确定不仅仅隔板13的总传热表面积，而且确定通路11的几何结构和一个或多个进口喷嘴14的位置及所述进口喷嘴14距隔板13的相应距离，使得从通路12到隔板13的表面(燃烧产物暴露于所述表面)的热通量可被适当地控制，从而控制隔板(玻璃制造材料暴露于所述隔板)的温度。
[0037]图4示出了本 发明的另一个有益实施例。图4绘制了图3的实施例，但是向图3添加了“掩壁(shadow wall)”15。每个掩壁15优选位于进口喷嘴14和隔板13之间，使得从进口喷嘴14的开口到隔板13的直线必须穿过掩壁15。掩壁由合适的可承受进入的热燃烧产物流的温度的耐火材料制成，例如耐高温的陶瓷材料。每个掩壁具有开口，通过所述掩壁仅仅部分地将辐射热通量从热燃烧产物向隔板13传送，从而减小受控方式中的辐射热通量。所述开口可以是圆形的或多边形的，或者可以是细长槽的形式。一般地，所述开口可占据所述掩壁的表面的10%-90%;具体的百分比可容易用实验方法确定。所述开口可在掩壁的表面上均匀地隔开，或者可以在离底部较近的位置(即，离热燃烧产物进入通路的点较近)提供较少的开口，在离底部较远的位置提供较多的开口。掩壁15也可从热燃烧产物吸热，并且向隔板13的表面辐射热。这些掩壁15使得操作者能够通过减小来自燃烧产物流过的通路的最热区域的热通量来减小换热单元7的总尺寸，所述最热区域通常是最接近于热燃烧产物进入所述通路的的区域。任何掩壁15的有效尺寸(尤其是开口的数量及开口的尺寸)可容易地用实验方法确定。
[0038]当然，应当理解，通过包括位于一个或多个进口和隔板13的内表面之间的掩壁，图2所示类型的实施例(其中，热燃烧产物流过由玻璃制造材料通过的一条或多条通路所围绕的中央通路)也是适用的，燃烧产物通过所述进口进入中央通路。
[0039]图5示出了一种在玻璃制造材料通过换热单元7后将加热的玻璃制造材料输送到玻璃熔炉3的方式。加热的玻璃制造材料8下降到床18上，玻璃制造材料从所述床18流入炉3中。床18可以是水平的或倾斜的(B卩，仍然具有水平分量)。床18上的材料可在重力作用下运动，但是优选借助于市场上可买到的用于使加热的固体的床运动的活动传送带、转底炉或类似设备(例如活动炉排)来运动。在本实施例中，热燃烧产物可按流的形式流入通路11中而不需使用喷嘴。分隔壁20可辅助保持炉3内的热玻璃熔融气氛。热燃烧产物经过床18的上表面离开炉3，因此甚至在热燃烧产物进入通路11以与通路12中的材料换热之前就会发生一定量的换热。
[0040]图6示出了适用于本发明的另一个实施例。在本实施例中，热燃烧产物和玻璃制造材料同向地流动，而不是如图2、3和4所示的反向流动。在图2和5中采用的附图标记在图5中具有与图2中相同的含义。如图可见，区别在于，热燃烧产物通过进口喷嘴14送入通路11的顶部中，冷燃烧产物流6从通路11的底部离开。应当想到，图3和4的实施例也可适于提供同向流动的换热流。
[0041]本发明在各实施例中也可按以下方式来实施，即:各自被自身隔板13限制的两条或多条(通常为2-10，优选2-6)通路11彼此位于足够紧密的位置，使得通路12置于两条(或多条)通路11之间。一个这样的实施例示于图7，其中，四条通路11各自通过进口 14接收随后向上流过通路11的一部分热燃烧气体。所述四条通路11相对于彼此定位，使得一些通路12被限定在成对的相邻通路11之间。热量流过隔板13。优选地，热燃烧产物流过通路11，玻璃制造材料流过通路12,在该情况下,热量从通路11流入通路12中。图7所示的装置也可按如下方式来使用，即，热燃烧产物流过通路12，玻璃制造材料流过通路11，但这不是更为优选的，·因为通路12较紧密的尺寸使得必须提供掩壁或等同物以避免流向壁13的热通量不会过度。
[0042]如上所述，本发明的一个显著优点在于，即使在从全氧燃烧获得热燃烧产物流时所述热燃烧产物流的温度较高，但是也可以更多地利用所述热燃烧产物流的内能，而不需要例如通过添加稀释流体流来使所述流的温度产生任何显著的降低。其它的内在优点在于，热燃烧产物和玻璃制造材料之间的传热是间接的，这意味着在引入的玻璃制造材料中不会有夹带灰尘或其它颗粒的危险，也不会有使离开的燃烧产物流被夹带的灰尘或其它颗粒物质污染的危险，还不会有严重氧化对制造琥珀有色玻璃重要的批料材料的碳含量的危险。
[0043]本发明可利用进入的燃烧产物流(比现有实施方案具有更高的可利用的温度)来加热引入的玻璃制造材料也意味着离开传热单元7的冷燃烧产物流的温度仍然足够高，使得该流可用于附加的换热。例如，离开的燃烧产物流6可被送至常规换热器，所述换热器通过与引入的玻璃制造材料、与随后在玻璃熔炉中燃烧的氧化剂或燃料、或者与其它气体、液体或固体材料的对流换热，从而从具有约1000° F以下温度的燃烧产物流换热。作为进一步有利的实施例，在玻璃制造材料作为流9被送至本文所述的换热单元之前,作为流9馈送的所述玻璃制造材料可以是已经被加热的(例如通过流过这种常规对流换热单元)。所述换热可适用于冷却的但仍然产生热量的燃烧产物，或者适用于其它的热材料流。
[0044]如果需要，从传热单元7或者从随后的换热器排出的冷燃烧产物流可接受在所述流被排放到大气或用作化学处理阶段的原料流之前所希望或所需要的处理步骤。例如，所述流可流过静电除尘器或等同设备来去除微细颗粒污染物。例如通过使所述流与合适的吸收剂或反应物(例如Ca(OH)2或碳酸钠)接触，从而所述流可被处理以去除气态大气污染物(例如氧化硫)。
[0045]在以下示例中描述根据在实际玻璃制造操作中可能遇到的一组假设操作条件的一组示例性计算。
[0046]示例
450 tpd (吨每日)的短火石容器(flint container)玻璃熔炉配备有串联安装的高温辐射式批料/碎玻璃预热器和常规低温批料/碎玻璃预热器。所述炉用47000 SCFH (标准立方英尺/小时)的天然气和105000 SCFH的商业氧气(92 %02、4% N2和4% Ar)作为燃料。来自熔炉的总排气气体流率约为192000SCFH，所述气体包括从标准容器批料材料和一定量的空气渗透所产生的气体。排气气体在其离开熔炉时的温度是2500° F。未加热的批料/碎玻璃混合物(按重量50/50)首先在常规低温批料/碎玻璃预热器中被干燥并加热至316。F。在美国专利N0.5，412，882和N0.5，526，580中描述了合适的低温批料/碎玻璃预热器。所述低温批料/碎玻璃预热器从辐射式批料/碎玻璃预热器获取冷却的排气气体。来自常规低温批料/碎玻璃预热器的预加热的批料/碎玻璃混合物被引入本发明的辐射式批料/碎玻璃预热器中，并通过与来自熔炉的排气气体的换热进一步加热至1050° F，所述排气气体通过耐火衬管被引导至反向流辐射式批料/碎玻璃预热器的底部中心。由于在烟气离开所述炉后的10000 SCFH的冷空气渗透和大约0.5 MMBtu/hr (百万英热单位/小时)的壁面热损失，在喷嘴14处的气体温度约为2325° F。在辐射式批料/碎玻璃预热器中，需要7.2 MMBtu/hr的能量来预热来自前述316° F_1050° F的批料和碎玻璃。近似辐射传热计算表明，通过通路11中的气体辐射可以获得对隔板13大约6325 Btu/ftVhr (英热单位/英尺2/小时)的平均传热率。因此，所需要的隔板13的总传热表面积变成约1164ft2。平均气体温度和平均隔板表面温度可从热端(hot end)处的1760° F和1350° F变化到冷端处的1000° F和700°. F。例如，可以建立和试验25’WX 10’DX 16.6’H的矩形通路的近似尺寸。由于在该示例中的大矩形通路11的小长宽比，因此沿预热器高度的实际气体温度分布可变得更均匀，例如在热端中的1600° F和在冷端中的1100° F，从而降低传热。通过增加高度同时保持相同的总面积，例如尺寸为10’WX10’DX29.1’H，可使得沿着高度的气体和隔板温度分布更接近于希望的设计条件。然后，优选通过使用三维数学模型和/或中试实验的详细辐射传热计算来获得对最佳尺寸的最终的更充分优化的确定。
【权利要求】
1.一种玻璃熔化方法，包括A)将加热的玻璃制造材料送入玻璃熔炉中；B)将燃料与具有总平均氧含量至少为35vol.%氧的氧化剂进行燃烧，从而产生用于在所述玻璃熔炉中熔化所述加热的玻璃制造材料的热，并且产生具有大于1800° F温度的热燃烧产物；C)从所述玻璃熔炉收回所述热燃烧产物并将所述热燃烧产物送入换热单元的一至十条第一通路中，其中，进入所述一至十条第一通路的所述热燃烧产物的温度至少为1800° F ；D)使所述热燃烧产物流过并流出所述第一通路；E)将玻璃制造材料送入并通过所述换热单元的至少一条第二通路，所述至少一条第二通路通过隔板与所述一至十条第一通路分隔开，所述玻璃制造材料和所述热燃烧产物不能通过所述隔板，来自所述热燃烧产物的热通过所述隔板传给所述玻璃制造材料，从而形成所述加热的玻璃制造材料；以及F)通过选择所述第一通路和/或所述第二通路的几何结构、所述隔板的总换热表面积以及通路中热燃烧产物 的至少一个进口喷嘴的位置，将从所述一至十条第一通路中的热燃烧产物到所述隔板的热通量保持为足以使与所述玻璃制造材料接触的所述隔板表面的温度不超过1600° F，并且使所述玻璃制造材料的温度不超过玻璃制造材料变粘着的温度，其中将室温下呈自由流动颗粒形式的250克玻璃制造材料在由与所述隔板相同的材料制成金属容器中加热至所述玻璃制造材料变粘着的温度时，该材料将流过和被保持在所述温度30分钟，然后所述容器被倒置，该材料的至少1%粘附到所述容器的表面，而且其中所述温度是满足这一条件的最低温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤F)中，所述第一通路中的热燃烧产物到所述隔板的热通量足以使与所述玻璃制造材料接触的所述隔板表面的温度不超过1400° F，并且使所述玻璃制造材料的温度不超过1200° F。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤D)中馈送的热燃烧产物具有至少2000° F的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B)中燃烧的氧化剂具有总平均氧含量至少50 vol.%的氧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述热燃烧产物流向所述隔板的热的一部分被吸收在所述第一通路中的掩壁中，并且减少从所述热燃烧产物到所述隔板的直接辐射传热。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧产物在流出所述第一通路后在第二换热单元中通过间接换热而被冷却。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述玻璃制造材料被送入所述第二通路中之前，所述玻璃制造材料在第二换热单元中通过与已经流出所述第一通路的所述燃烧产物的间接换热而被加热。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述玻璃熔炉收回的热燃烧产物在流入所述第一通路中之前流动经过已经流过所述第二通路的所述玻璃制造材料的床，并且与所述玻璃制造材料的床换热。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第二通路收回至少一个废气流并将所述废气流送入所述第一通路中。
10.一种玻璃熔化方法，包括A)将加热的玻璃制造材料送入玻璃熔炉中；B)将燃料与具有总平均氧含量至少为35vol.%氧的氧化剂进行燃烧，从而产生用于在所述玻璃熔炉中熔化所述加热的玻璃制造材料的热，并且产生具有大于1800° F温度的热燃烧产物；C)从所述玻璃熔炉收回所述热燃烧产物并将所述热燃烧产物送入换热单元的2至10条第一通路的各个通路中，其中，进入所述第一通路的所述热燃烧产物的温度至少为1800° F;D)使所述热燃烧产物流过并流出所述第一通路；E)将玻璃制造材料送入并通过所述换热单元的多条第二通路，所述多条第二通路通过隔板与所述第一通路分离，所述玻璃制造材料和所述热燃烧产物不能通过所述隔板，来自所述热燃烧产物的热通过所述隔板传给所述玻璃制造材料，从而形成所述加热的玻璃制造材料；以及F)通过选择所述第一通路和/或所述第二通路的几何结构、所述隔板的总换热表面积以及通路中热燃烧产物的至少一个进口喷嘴的位置，将从所述第一通路中的热燃烧产物到所述隔板的热通量保持 为足以使与所述玻璃制造材料接触的所述隔板表面的温度不超过1600° F，并且使所述玻璃制造材料的温度不超过玻璃制造材料变粘着的温度，其中将室温下呈自由流动颗粒形式的250克玻璃制造材料在由与所述隔板相同的材料制成金属容器中加热至所述玻璃制造材料变粘着的温度时，该材料将流过和被保持在所述温度30分钟，然后所述容器被倒置，该材料的至少1%粘附到所述容器的表面，而且其中所述温度是满足这一条件的最低温度。
【文档编号】C03B3/02GK103435251SQ201310345574
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2007年3月22日 优先权日:2006年3月31日
【发明者】H.科巴亚施, K.T.吴 申请人:普莱克斯技术有限公司