专利名称：控制硫酸钠聚积于蓄热室格子砌体上的方法
技术领域：
本发明涉及由浮法来生产板玻璃，具体涉及到玻璃熔化过程中控制硫酸钠聚积于蓄热室格子砌体上的方法。
由浮法来生产高质量板玻璃的工艺，例如，美国专利No.3083511所公开的，已大规模用于实际生产中。通常，采用周知的横火窑蓄热室熔窑来熔化玻璃，在此由烧燃料的燃烧器将火焰沿横向导引到玻璃液上，并将火焰中的废气通过沿熔窑相对侧设置的蓄热室排出。上述废气通过上述蓄热室，将它的热传送给蓄热室内的格子砌体。此格子砌体一般是由耐火砖构筑。加热了的砌体则用来预热助燃空气，后者与燃料相结合，用来在加热作业的燃烧循环中产生火焰。
随着火焰流过玻璃液和废气排出熔窑，由熔化玻璃配合料而产生的硫酸钠气体便与废气一起抽入到蓄热室结构中。废气中还可以含有玻璃配合料熔化过程中燃烧循环时从未熔化的配合料部分内吸收的粉尘。硫酸钠气体，带或不带飞料，便开始凝结到温度约1600°F(871℃)或更低的格子砌体的耐火砖上，形成了熔融态的和/或固态的硫酸钠。由于凝结的硫酸钠聚积于格子砌体上，就可能堵塞蓄热室的孤立部分。要是这种堵塞遍及到大部分蓄热室，则熔窑的压力控制便可能成为问题。特别是，这种堵塞将限制气流通过蓄热室，亦即将限制废气流在其向下通过蓄热室时于其排气循环中能从废气内除去热量，以及/或者限制助燃空气向上通过蓄热室并在其燃烧循环中预热。
解决上述问题的一种可能方法是延长玻璃熔化作业的燃烧与排气循环，以将蓄热室格子砌体加热到较高的温度来熔化凝结的硫酸钠不使其堵塞蓄热室。但是这种方法当问题可能仅限于小部分格子砌体时却需要加热整个蓄热室结构。此外，必须小心不使用来支承蓄热室的格子砌体或任何结构过热，否则将可能缩短蓄热室的寿命。
最好能作出一种布置，使蓄热室的已堵塞部分可有选择地清除掉而不用加热整个蓄热室结构。
本发明提供了一种方法，能控制硫酸钠聚集于横火焰蓄热式玻璃熔窑中蓄热室的格子砌体上。通常，玻璃配合料是通过燃烧燃料而于熔窑中熔化的。这种燃烧产生出受抽通过蓄热室的废气，将格子砌体加热。在熔化作业中，由熔化的玻璃形成了硫酸钠气体，并随废气带动通过蓄热室。此硫酸钠气体有可能凝结到一部分格子砌体上。随着硫酸钠凝结到格子砌体上，它就会限制废气或助燃空气通过蓄热室。在本发明中，是将包括部分带有凝结的硫酸钠的格子砌体的一段蓄热室有选择地加热到，足以熔化硫酸钠但可使蓄热室其余部分附增的加热减至最少限度的温度。在本发明的一种实施形式中，是将燃料注加到通过已凝集有硫酸钠的这段蓄热室的一部分废气中。此燃料与这部分废气燃烧，加热有硫酸钠蓄集的这部分格子砌体，使硫酸钠熔化。
图1是横火焰蓄热室玻璃熔窑沿通过蓄热室纵剖面的侧视图。
图2是沿图1中2-2线截取的横剖图。
图3是此蓄热室上部的类似于图2所示的放大的横剖图。
在此描述本发明时，是结合一种典型的具有敞开的蓄热室结构的横火焰蓄热室玻璃熔窑。但本发明的原理可适用于有相同或类似的条件与问题的任何类型的玻璃熔窑。例如本发明可以在应用时结合格子砌体分成相互独立的各段或各部的分段式蓄热室。
图1与2示明了通常用来生产板玻璃的传统的横火焰蓄热室玻璃熔窑10。熔窑10包括一熔化室12，制造玻璃的原料从料斗14加到熔窑的进口延伸部16内。此玻璃配合料沉积到保持于熔化室12的一池玻璃液18之上。熔化室12的两侧有一对结构相同的主蓄热室20与22。各蓄热室包括一耐火室套24，其中有由耐火砖砌制的格子砌体26，可以让空气与废气交替地通过蓄热室。蓄热室20与22借助一批沿熔化室12两侧分隔开的小炉28与熔化室通连。各小炉28以一端通向熔化室12之内，而另一端则通向相应蓄热室20与22的砌体26上方的强制通风系统30。各蓄热室中格子砌体26之下有一分配空间32，它的一端与烟道34通连，此烟道可通至另一废气处理设备，例如副蓄热室(未示明)和/或例如美国专利No.4372770中所公开的NOx还原系统(未示明)。
通过熔窑10与蓄热室20和22的助燃空气或废气流作周期性的换向(一般每隔约10至15分钟)，各蓄热室有相应的交替的燃烧与排气循环。在由附图所示的作业方式中，如图2所示，气体从左流向右方，其中，进入的助燃空气向上流过左侧的蓄热室20(蓄热室20的燃烧循环)，而废气从熔化室12排出，向下流过右侧蓄热室22(蓄热室22的排气周期)。进入的助燃空气由左侧的蓄热室砌体26预热，而燃料(例如天然气或燃油)即通过左侧小炉28中的喷嘴36与预热空气混合，所形成的火焰便从左到右通过熔化室12内的玻璃液18之上。在这一阶段的熔化作业中，右侧小炉中的燃烧喷嘴保持不起作用。废气经右侧小炉28离开熔化室12，向下通过蓄热室22，在此将废气中的热传送给格子砌体26。由于废气中的热是在此气体从强制通风系统30通过蓄热室进入分配空间32时传送给砌体26的，通常传送给砌体26上部的热将多于传给其下部的热，使得当从分配空间32向上到强制通风系统30来测量温度时，上部的温度将逐渐高于下部的温度。经过一段预定时间后，熔化室12中的燃烧便换向。具体的说，熔窑10左侧的燃烧器36断开而右侧的燃烧器36接通，同时，进入的助燃空气向上通过右侧的蓄热室22(蓄热室22的燃烧循环)，而废气即通过左侧蓄热室20离开熔化室12(蓄热室20的排气循环)。燃烧周期的持续时间一般据燃料效率确定。
格子砌体26内耐火砖在各循环终点的温度取决于具体熔化作业的燃烧/排气循环的持续时间。应知蓄热室的砌体26不是被均匀加热的。如前面论及过的，在蓄热室内从顶部到底部存在有下降的温度梯度。此外，并非是沿着熔窑10一侧的所有燃烧点都将以同一速率燃烧。结果，格子砌体26的某些部分就会比另一些部分较冷。
在玻璃配合料熔化作业中，配合料中产生出的硫酸钠气将聚集于熔化室12内。当废气从熔化室12排出，经小炉28而进入两蓄热室中之一时，带或不携带飞料粒的硫酸钠气体便随废气抽入到格子砌体26内。当废气通过温度低于约1600°F(871℃)的格子砌体26的那些部分时，硫酸钠气体便凝集到耐火砖上。当熔融态与固态的硫酸钠聚集到砌体26内时，此砌体便会堵塞而限制助燃空气与废气流过蓄热室。
本发明通过有选择地加热蓄热室的堵塞部分使所选择的这部分的温度升高，同时使蓄热室其余部分的升温减至最小限度，由此而避免了将整体蓄热室的温度都升高到足以熔化硫酸钠的水平。这是通过有选择地将燃料在蓄热室的排气循环中，注入到蓄热室上部强制通风系统30内仅仅是会发生堵塞那些部位的上方来实现上述目的的。由于在此废气中一般存在着过剩的空气，注入的燃料将引燃并被吸入格子砌体26内，环绕堵塞部分燃烧而提高这一区域的温度，而得以在蓄热室的局部区域内熔化此堵塞物质。为此目的，可以沿蓄热室的长度将一批燃料喷嘴38设于目标墙40或顶42中，以将燃料注入强制通风系统30之内，使与热的废气混合，并随着此废气与燃料吸过砌体26时燃烧。当此废气在约2600-3100°F(1427-1704℃)下进入上部强制通风系统30中时，注入到一部分废气内的燃料将在蓄热室的局部区域内进一步升高废气的温度，并使格子砌体26在一局部区域内进一步加热到至少约为1600°F(871℃)的温度。熔化限制着废气与空气流过砌体26的硫酸钠。硫酸钠熔化后便从砌体26上坠下，最终落到分配空间32的底面上。如前所述，由于燃料是注入到废气的将流过蓄热室已堵塞段的部分中，所增加的加热也就只限于蓄热室的包括此已堵塞部分的这一段之中。注入的燃料量和持续时间需控制到能确保凝结的硫酸钠被熔化并能从堵塞的砌体26上除去，同时不得使蓄热室的任何关键性支承结构过热，尤其是不得使支承着蓄热室格子砌体26的支承拱44过热。
注入蓄热室的上部强制通风系统30内的这种燃料通常是可燃的烃类物质，例如甲烷，丙烷，天然气等。在有需要时，所用的燃料量可以根据减少废气中的NOx的排出量而加以调整。具体地说，所用的燃料量可以接近于为消耗掉废气中过剩的氧按化学计量所要求的量，这样就减少了可被用来形成NOx排放物的氧量。
尽管本发明并不受此限制，但可以预期，在排气循环中长时间地于蓄热室选定的部分内注入2000-15000SCFH(标准立方英尺/小时)的燃料，是足以在蓄热室内将温度控制到前述要求内并将凝结的硫酸钠熔化而消除任何局部的堵塞。实际的燃烧量与注入燃料的时间要取决于堵塞的程度、蓄热室内的温度，蓄热室所用建筑材料的类型与布置。
应知较好的做法是不用一批沿上部强制通风系统30分隔设置的一批喷嘴，而是给此通风系统30设置一批通孔，通过这种通孔可插入燃料喷嘴，用以沿蓄热室的选定部分使燃料与废气结合而有选择地提高蓄热室上述选定部分的温度，除去任何硫酸钠的堵塞物。此外，在有需要时，可将燃料在废气通过小炉28时注入此小炉内，同时注入上部通风系统30中。
再有，据信更好的方法是不把燃料注入蓄热室的强制通风系统30内，而是由燃料枪(未示明)或某些其它类似型式的喷枪将燃料直接注入格子砌体26的堵塞区中。
根据本发明，能较有效地利用燃料来解决蓄热室中的堵塞问题。具体地说，是只把燃料用在存在堵塞问题的哪些部位上而且只用到为解决堵塞问题所需的充分时间为止。结果可以不间断和不变的方式继续燃烧作业，这样就简化了整套熔化作业。
在本发明的一种特定实施形式中，熔窑10通过七个小炉产生约2.15×106SCFH的废气流。在堵塞段上方沿着上部强制通风系统30于选定位置通过目标墙40，在24小时中对蓄热室各个排气循环，以约7000SCFH的流率注入天然气，以进一步加热蓄热室的堵塞部分而不使整个蓄热室结构加热。
本发明所取的原理也可在熔化作业中用于消除副蓄热室的堵塞，即在排气循环中将燃料注入副蓄热室的选定部分上。
如上所述，重要的是去控制蓄热室内的温度，以在局部注入燃料和随后熔化硫酸钠凝结态的作业中，确保支承拱44不会过热。在以上讨论的结构中，支承拱44是由粘土耐火材料构制的。对于这样的材料，拱44的温度最好不要超过2000°F(1093℃)。但应认识到，对其它材料来说，拱顶44的最大可能温度会不同的。
在这一公开的文件中所示和所说明的本发明的形式代表的是最佳的实施形式，但应理解到，在不脱离本发明按后附权利要求书所确定的范围，是可以作出种种变动的。
权利要求
1.控制硫酸钠聚积于横火焰蓄热式玻璃熔窑格子砌体中的方法，其中，通过燃烧燃料在此熔窑内熔化玻璃配合料，所产生的废气通过蓄热室排出而加热格子砌体，而来自熔化的玻璃中的硫酸钠气体便随上述废气带出而通过蓄热室，此硫酸钠气体凝结并聚集于一部分格子砌体上，限制了气体流过这部分格子砌体，此方法包括有选择地将蓄热室包括了上述部分格子砌体的这一段加热到足以熔化上述硫酸钠的温度，同时使此蓄热室其余部分的任何附加的加热减至最小限度。
2.如权利要求1所述的方法，特征在于，有一部分所述废气通过上述这段蓄热室，而上述加热步骤包括将燃料注入这部分废气中，此燃料与这部分废气燃烧，在这部分废气通过该段蓄热室时加热前述这部分格子砌体。
3.如权利要求2所述方法，特征在于，在上述加热步骤中，所述这部分格子砌体的温度增加到至少约1600°F。
4.如权利要求3所述方法，特征在于，对所述格子砌体还设有支承结构，此方法还包括有控制上述这段蓄热室加热的步骤以防使此支承结构过热。
5.如权利要求4所述方法，特征在于，上述控制步骤包括使所述支承结构保持到温度低于约2000°F的步骤.
6.如权利要求3所述方法，特征在于，所述注入步骤包括注入约2000-15000SCFH燃料的步骤。
7.如权利要求3所述方法，特征在于，所述注入步骤包括注入足以消耗掉所述废气中过剩氧的燃料的步骤。
8.如权利要求3所述方法，特征在于，所述废气是向下抽过上述蓄热室，而所述注入步骤包括在所述这部分格子砌体上方于蓄热室的上端使燃料与所述这部分废气结合的步骤。
9.如权利要求8所述方法，特征在于，所述废气在向下抽引过该蓄热室之前通过蓄热室上方的强制通风系统，而所述结合步骤包括在所述强制通风系统内将所述燃料与所述这部分废气结合的步骤。
10.如权利要求3所述方法，特征在于，此方法还包括将喷嘴插入所述部分格子砌体内的步骤，而所述注入步骤则包括在所述部分废气通过所述这段蓄热室时，将燃料直接注入到所述这部分格子砌体中的步骤。
11.在包括将玻璃配合料加入到熔窑中，通过燃烧燃料而产生废气以在此熔窑内熔化所述配合料这样几个步骤的熔化玻璃的方法中，其中配合料的熔化产生出硫酸钠气体，后者与上述废气混合，此废气从熔窑通过蓄热室，将废气中的热传送给蓄热室的格子砌体，而其中的硫酸钠气体凝结并聚集于此蓄热室某些选定的段上，这些段的温度低于约1600°F，限制了气体通过蓄热室，改进之处包括将此蓄热室上述选定段的所述温度提高到约1600°F以上，以熔化已凝结在前述选定段上格子砌体内的硫酸钠；同时使蓄热室其余段内的任何温度变化减至最低限度。
12.如权利要求11所述方法，特征在于，有部分所述废气通过蓄热室的所述选定段，而所述提高温度步骤包括将燃料注入所述部分废气内，而前述燃料在这部分废气通过蓄热室的所述选定段时则与这部分废气燃烧，将蓄热室所述选定段的温度升高。
13.如权利要求12所述方法，特征在于，对所述格子砌体还设有支承结构，此方法还包括有控制上述蓄热室内所述选定段的温度的步骤，以防使此支承结构过热。
14.如权利要求13所述方法，特征在于，上述控制步骤包括使所述支承结构保持到温度低于约2000°F的步骤。
15.如权利要求12所述方法，特征在于，所述注入步骤包括注入约2000-15000SCFH燃料的步骤。
16.如权利要求12所述方法，特征在于，所述注入步骤包括注入足以消耗掉所述废气中过剩氧的燃料的步骤。
17.如权利要求12所述方法，特征在于，所述废气是向下抽过上述蓄热室，而所述注入步骤包括在所述蓄热室的选定部分上方于蓄热室的上端使燃料与所述部分废气结合的步骤。
18.如权利要求17所述方法，特征在于，所述废气在向下抽引过该蓄热上之前通过蓄热室上方的强制通风系统，而所述结合步骤包括在所述强制通风系统内将所述燃料与所述部分废气结合的步骤。
19.如权利要求1 2所述方法，特征在于，此方法还包括将喷嘴插入蓄热室的选定段内的步骤，和在所述部分废气通过所述蓄热室的所述选定段时，将燃料注入此所述选定段内的步骤。
全文摘要
提供了控制硫酸钠蓄积于横火焰蓄热式玻璃熔窑蓄热室格子砌体中的方法。在烧燃料于熔窑中熔化玻璃料时,所产生的废气通过蓄热室而加热此砌体。熔化玻璃时形成的硫酸钠气体随废气通过蓄热室时会集积于此砌体中而限制废气与助燃空气通过蓄热室。本发明使包括凝结有硫酸钠的这部分砌体的一段蓄热室有选择地加热到足以使此硫酸钠融化,但可使蓄热室的其余部分任何附加加热减至最低限度的温度。在此是把燃料注入通过上述这段蓄热室的废气中。
文档编号C03B5/237GK1185420SQ9712543
公开日1998年6月24日 申请日期1997年12月5日 优先权日1996年12月6日
发明者蔡义文, 斯格特·W·瓦尔特 申请人:Ppg工业公司