本发明涉及其中封闭式熔炉在升高的温度下操作的工业过程。本发明具体地涉及用于生产玻璃的熔炉。
背景技术：
玻璃通常通过在熔炉中将玻璃制造材料熔融来生产，所谓的玻璃制造材料意指原材料诸如砂、石灰石和苏打灰(称为“批料”)和再循环的玻璃片(称为“碎玻璃”)。玻璃制造材料通常在或接近熔炉的一端(“后壁”)进料以产生均匀的熔融玻璃流，其可例如通过移除溶解气体和气泡(“澄清”)被进一步加工，并且熔融玻璃离开熔炉(通常从“前壁”出来)以在熔炉的下游形成并冷却成固体产物。
熔融玻璃制造材料需要在熔炉中建立升高的温度，以熔融固体剥离制造材料并且在所述熔炉中并且在其通过所述熔炉或从所述熔炉中出来时将熔融玻璃制造材料保持在熔融状态。升高的温度通常通过在熔炉内的多个燃烧器处燃烧燃料来建立。燃料可与作为氧气源的空气一起燃烧，或在所谓的“氧-燃料”燃烧中，可与氧含量高于空气的气态氧化剂一起燃烧，如本文所述。
在玻璃熔融炉中，炉冠的温度将通常在炉冠位置处表现出峰值(“热点”)，这通常决定了熔炉生产玻璃的最大操作能力，因为最大熔炉生产率通常受最大可用炉冠耐火温度限制。据信通过熔融更多玻璃，即通过将更多批料和碎玻璃材料装入玻璃熔融炉中来增加玻璃熔融炉的输出的尝试需要增加对熔炉的燃料输入以便提供必要的附加的热量并维持熔融玻璃浴中的适当温度分布。然而，随着燃料输入增加以产生更多的玻璃，炉冠温度将增加。这不是可行的解决方案，因为当增加燃烧时，将增加炉冠热点，并且因为当炉冠热点温度已经在或接近其可被炉冠容忍的最大值时，接近热点燃烧速率不能在不具有损坏炉冠风险的情况下进一步增加。为增加生产率但不增加热点处的温度，有时使用其它方法，诸如辅助电熔(通过浸没电极电加热直接熔融玻璃)以及批料和碎玻璃预热。然而，这些方法导致高资本成本和高操作成本。
在氧-燃料燃烧炉和燃料-空气燃烧炉中，烟道端口通常定位在后壁中或接近后壁的侧壁中，即在熔炉的相对最冷的区域中。将烟道端口定位在熔炉的最冷区域中的原因是使离开熔炉的烟气的显热损失最小化。可能预计附加的空气-燃料或氧-燃料燃烧器可定位在该区域中以提供附加的热量，这是熔融进料到熔炉的附加的玻璃制造材料所需的附加的热量。然而，本发明人已经发现，当利用空气-燃料或氧-燃料燃烧增加进料区中的燃烧速率时，离开熔炉的烟气的温度急剧升高并且产生熔融玻璃的能消急剧增加。此外，可预期来自此类添加的燃烧器的热通量通过在熔炉内发生的辐射热交换而增加熔炉的其它区域中(包括炉冠“热点”处)的温度。为了将热点温度保持低于在安全限，必须降低接近热点的燃烧速率。必须通过增加进料区内的燃烧速率来弥补接近热点的热点燃烧速率的降低，这进一步增加了烟气温度。此外，通常认为正确的纵向炉冠温度分布对于生产优质玻璃和增加装填区温度，但不增加热点温度是必不可少的，迄今认为增加热点温度对玻璃质量具有不利影响。
因此，预期在接近后壁的玻璃熔融炉区域中提供燃烧器(玻璃制造材料进料到其中)不是增加熔炉的玻璃制造能力的可行性选择。
技术实现要素：
本发明人已经发现，与预期的相反，燃烧可设置在接近熔炉后壁的区域中但不增加熔炉炉冠的热点温度，并且允许增加来自该熔炉的优质玻璃的产量。
该发现的一个方面是一种生产熔融玻璃的方法，该方法包括：
(a)将玻璃制造材料进料到玻璃熔融炉中，所述玻璃熔融炉具有后壁、前壁和彼此面对并且各自从后壁延伸到前壁的一对侧壁，以及炉冠，其中将玻璃制造材料进料到进料区中，所述进料区从后壁延伸最多至熔炉的从后壁朝向前壁的长度的30％，
其中燃烧器不定位在侧壁中，或者至少一个氧-燃料或空气-燃料燃烧器定位在每个侧壁中以通过在每个所述燃烧器处燃烧对熔炉中的玻璃制造材料提供热量，
其中所述熔炉包括第一再生器和第二再生器，该第一再生器和第二再生器各自具有开口到所述进料区中的端口，并且(i)所述第一再生器端口定位在一个侧壁中并且所述第二再生器端口定位在另一个侧壁中，并且空气-燃料燃烧器不定位在所述再生器端口中的任一个和后壁之间，并且氧-燃料燃烧器可任选地存在或不存在于所述再生器端口和后壁之间，或者(ii)所述第一和第二再生器端口定位在后壁中；同时
(b)在存在所述燃烧器处在所述熔炉中燃烧燃料；以及(c)另选地
(1)使来自熔炉的气态燃烧产物进入并通过冷却的第一再生器以加热第一再生器并冷却所述气态燃烧产物，并使来自所述第一再生器的所述冷却的气态燃烧产物的第一部分和燃料进入加热的第二再生器，并且在第二再生器中，使气态燃烧产物和燃料在吸热反应中反应以形成包含氢气和co的合成气，并且使来自第二再生器的所述合成气进入进料区中并使其在进料区中燃烧，以及
(2)使来自熔炉的气态燃烧产物进入并通过冷却的第二再生器以加热第二再生器并冷却所述气态燃烧产物，并使来自所述第二再生器的所述冷却的气态燃烧产物的第一部分和燃料进入加热的第一再生器中，并且在第一再生器中，使气态燃烧产物和燃料在吸热反应中反应以形成包含氢气和co的合成气，并且使来自第一再生器的所述合成气进入进料区中并使其在进料区中燃烧，
条件是其中来自第一和第二再生器的合成气在熔炉中的燃烧使进料区中的炉冠温度保持在进料区外侧的熔炉的炉冠的最高温度的100c内。
本发明的另一个方面是一种生产熔融玻璃的方法，该方法包括：
(a)将玻璃制造材料进料到玻璃熔融炉中，所述玻璃熔融炉具有后壁、前壁和彼此面对并且各自从后壁延伸到前壁的一对侧壁，以及炉冠，其中将玻璃制造材料进料到进料区中，所述进料区从后壁延伸最多至熔炉的从后壁朝向前壁的长度的30％，
其中燃烧器不定位在侧壁中，或者至少一个氧-燃料或空气-燃料燃烧器定位在每个侧壁中以通过在每个所述燃烧器处燃烧对熔炉中的玻璃制造材料提供热量，
其中所述熔炉包括第一再生器和第二再生器，该熔炉第一再生器和第二再生器各自具有开口到所述进料区中的端口，并且(i)所述第一再生器端口定位在一个侧壁中并且所述第二再生器端口定位在另一个侧壁中，并且空气-燃料燃烧器不定位在所述再生器端口中的任一个和后壁之间，并且氧-燃料燃烧器可任选地存在或不存在于所述再生器端口和后壁之间，或者(ii)所述第一和第二再生器端口定位在后壁中；同时
(b)在存在所述燃烧器处在所述熔炉中燃烧燃料；以及(c)另选地
(1)使来自熔炉的气态燃烧产物进入并通过冷却的第一再生器以加热第一再生器并冷却所述气态燃烧产物，并使气态重整反应物进入加热的第二再生器，并且在第二再生器中，使气态重整反应物和燃料在吸热反应中反应以形成包含氢气和co的合成气，并且使来自第二再生器的所述合成气进入进料区中并使其在进料区中燃烧，以及
(2)使来自熔炉的气态燃烧产物进入并通过冷却的第二再生器以加热第二再生器并冷却所述气态燃烧产物，并使气态重整反应物进入加热的第一再生器，并且在第一再生器中，使气态重整反应物和燃料在吸热反应中反应以形成包含氢气和co的合成气，并且使来自第一再生器的所述合成气进入进料区中并使其在进料区中燃烧，
条件是其中来自第一和第二再生器的合成气在熔炉中的燃烧使进料区中的炉冠温度保持在进料区外侧的熔炉的炉冠的最高温度的100c内。
在前述实施方案中，燃烧优选地在其中来自第一和第二再生器的合成气在熔炉中的燃烧使进料区中的炉冠温度保持在进料区外侧的熔炉中炉冠的最高温度的75c内，并且更优选地50c内的条件下进行。
在其它优选的实施方案中，热化学再生器端口定位在后壁中并且可见火焰长度小于熔炉的纵向长度的三分之二，或甚至小于二分之一。
如本文所用，“玻璃制造材料”包含以下材料中的任一种以及它们的混合物：砂(主要为sio2)，苏打灰(主要为na2co3)，石灰石(主要为caco3和mgco3)，长石，硼砂(水合硼酸钠)，其它钠和钾的氧化物、氢氧化物和/或硅酸盐，所述材料也被称为“批料”，以及先前通过熔融和固化上述物质中的任一种而生产的玻璃(诸如再循环的固体玻璃片)，其也被称为“碎玻璃”。玻璃制造材料还可包括功能性添加剂，诸如批料氧化剂，诸如盐饼(硫酸钠，na2so4)和/或硝石(硝酸钠、nano3、和/或硝酸钾，kno3)、以及澄清剂诸如氧化锑(sb2o3)。
如本文所用，“氧-燃料燃烧器”意指通过其进料燃料和氧化剂的燃烧器，所述氧化剂具有比空气的氧含量更大的氧含量，并且优选地具有至少50体积％，并且优选地至少80体积％氧，更优选地至少90体积％氧，并且甚至至少99体积％氧的氧含量。
如本文所用，“氧-燃料燃烧”意指燃料与氧化剂的燃烧，所述氧化剂具有比空气的氧含量更大的氧含量，并且优选地具有至少50体积％，并且优选地至少80体积％氧，更优选地至少90体积％氧，并且甚至至少99体积％氧的氧含量。
如本文所用，“空气-燃料燃烧器”意指通过其进料燃料和空气并且包括再生空气燃烧系统的燃烧器，所述再生空气燃烧系统将再生器中的燃烧空气预热。
如本文所用，“空气-燃料燃烧”意指燃料与空气的燃烧。
附图说明
图1a、1b、1c、1d和1e为可利用其实施本发明的玻璃熔炉内部的五个不同实施方案的顶视图。
图2为具有呈末端燃烧构造的热化学再生器的玻璃熔炉的一个实施方案的内部的顶视图，其示出了可利用其实施热化学再生的附加的细节。
图3-4为用于实施热化学再生器和热回收操作的本发明方法的不同方面的示意图。
图5为具有呈末端燃烧构造的热化学再生器的玻璃熔炉的另选实施方案的示意图，其示出了可利用其实施所述另选的实施方案的附加的细节。
具体实施方式
首先转到玻璃制造熔炉本身，图1a示出典型的横焰浮法玻璃熔炉(10)的顶部平面图，可利用其实施本发明。本发明不限于浮法玻璃熔炉，并且可在制造例如餐具玻璃、玻璃片、显示器玻璃和瓶罐玻璃的其它类型玻璃熔融炉中实施。所述熔炉(10)包括熔融区(11)和精炼区(12)(本文中也称为澄清区(12))。熔融区(11)和精炼区(12)封闭在后壁(3)、前壁(6)以及侧壁(4)和(5)内。炉冠或顶板(未示出)连接到侧壁(4)和(5)、后壁(3)和前壁(6)。熔炉(10)还具有底部，所述底部与后壁(3)、侧壁(4)和(5)、以及前壁(6)和炉冠或顶板一起形成容纳熔融玻璃制造材料的封装件。熔融玻璃制造材料从熔炉(10)的开口出来的流动表示为(90)。
熔炉(10)还具有通常沿其它类型玻璃熔炉的后壁(3)的内表面或在侧壁(4)中和/或接近后壁(3)的(5)的至少一个材料装填入口(20)，玻璃制造材料(30)可通过所述材料装填入口进料到熔融区(11)中，参见图2。更具体地，玻璃制造材料进料到进料区(13)中，所述进料区被认为是熔融区(11)的一部分并且从后壁(3)延伸最多至从后壁(3)至前壁(6)的长度的30％。还可存在一个或多个烟道(19)，熔融区(11)内的燃料和氧气的燃烧产物可通过所述烟道流出熔炉的内部。一个或多个烟道通常定位在后壁(3)中，或者一个或两个侧壁中。
所述熔炉的底部、后壁、前壁、侧壁和炉冠应当由耐火材料制成，所述耐火材料可在其将暴露的温度下(例如，通常1300℃至1700℃)保持其固体结构完整性。此类材料在高温装置的构造领域中为广为人知。示例包括二氧化硅、熔融氧化铝和azs。
在图1c和1d所示的实施方案中，熔融区(11)不具有任何燃烧器，或任选地如图1a和1b所示，熔融区(11)包括一对或多对相对的空气-燃料燃烧器和/或氧-燃料燃烧器，其可以为再生器端口，其中在每个侧壁(4)和(5)中具有至少一个燃烧器。所谓“相对的”意指在给定的燃烧器或再生器端口对中，每个侧壁中存在一个端口，其彼此面对并且两者均面向熔融区(11)的内部。相对的端口可以是基本上同轴的，即，它们彼此直接相对，或者它们可偏置，其中一个侧壁中的每个端口的轴线不与相对侧壁中的任何端口的轴线同轴，如图1a中的示例所示的。
当任选的燃烧器安装在熔融区(11)中时，燃烧在熔融区(11)中发生，因为在或接近其中这些端口开口到熔融区(11)中的位置处注入的燃料(诸如天然气或燃料油)与热燃烧空气或氧化剂混合以形成火焰并在熔融区中产生热量以将玻璃制造材料熔融并使玻璃制造材料保持在熔融状态。燃烧可在所有端口中同时发生，或在具有再生燃烧器的情况下，燃烧可在一些端口处并且然后在一些其它端口处交替发生。图1a和1b示出任选的三对端口，将熔融区的一个侧面上的端口编号为1l、2l和3l，并且将熔融区的另一侧面上的端口编号为1r、2r和3r。取决于熔炉的期望的玻璃熔融能力，可采用任何数量的端口或燃烧器，从2个至10个甚至最多至20个或更多个。
从熔融玻璃中移除气泡是玻璃熔融炉产生优质玻璃的基本要求。熔融玻璃必须在熔炉中保留足够的时间以使气泡通过浮力离开玻璃，该过程被称为澄清。在玻璃熔融炉中，熔炉的操作条件通常通过监控炉冠热电偶和罐底部热电偶来控制。具有高生产率的最先进的瓶罐玻璃熔炉采用未结合本发明的已知的操作技术，其可在1550-1600c的热点炉冠温度下操作，定位在从后壁起熔炉的纵向长度的约三分之二至四分之三处。批料材料接近后壁填充，并且接近后壁的炉冠温度可低于热点温度100至200c或通常在约1400至1450c下操作。接近前壁的澄清区(12)中的炉冠温度可低于热点温度约50c操作。从投料机(20)(图2)进料的批料材料以离散的“岛”形式浮于熔融玻璃浴上并且在其被熔融区(11)中的火焰加热且熔融时朝向前壁移动。浮动的批料岛下方的熔融玻璃从熔炉的热点流向后壁。向前移动的批料岛和下面的向后移动的熔融玻璃的平衡形成了所谓的“批料线”，其将熔融区(11)与澄清区(12)分开并且其通常定位在接近热点处。在澄清区(12)中，批料岛不浮于熔融玻璃上方以确保良好的玻璃质量。因为已知熔融玻璃纵向循环模式由熔融玻璃温度梯度驱动，所以一般认为保持适当的纵向炉冠温度分布对生产优质玻璃而言是必不可少的。重要的是将批料线保持在熔炉的特定纵向位置内。例如美国专利4,473,388和5,116,399教导了使用在或接近批料线瞄准的氧-燃料火焰以保持批料线的位置。然而，批料线通常定位在接近熔炉的热点附近，并且在接近热点处燃烧更多燃料将增加炉冠温度。因此，如果熔炉已经在最大热点炉冠温度下操作，则不可能使用此类方法。因为熔炉的大部分批料覆盖区，即进料区(13)中的温度比热点炉冠温度冷得多，所以可能增加该区域中的燃料燃烧速率但不超过该区域中炉冠的最大耐火温度限。然而，一般认为增加进料区(13)的温度弱化熔融玻璃的向后再循环流动并且不利地影响玻璃的质量。此外，增加进料区中的燃料燃烧区增加定位在进料区中的燃料端口处的烟气温度，从而增加显热损失。
在图1a、1b、1c、1d和1e中，用(100)和(200)命名再生器，并且用(101)和(102)命名连接到熔炉(10)的端口，其用于热化学再生器和如本文所述的热回收再使用(“tcr”)操作。如图1a和1c所示，再生器(100)和(200)可定位成使得每个侧壁中有一个再生器。在此类构造中，每个此类再生器开口到进料区(13)中，并且在后壁(3)和再生器(100)和(200)中的任一个之间不存在空气-燃料燃烧器或再生器端口。任选地，氧-燃料燃烧器可存在于再生器(100)和(200)与后壁之间的侧壁中。图1e示出了此类实施方案，其中氧-燃料燃烧器(f1)在再生器(100)和后壁之间，并且氧-燃料燃烧器(f2)在再生器(200)和后壁之间。如图1b和1d所示，再生器(100)和(200)可定位成使得其均在后壁(3)中。
图2更详细地示出了被称为端部端口燃烧构造的实施方案，其中在tcr操作中使用的再生器(100)和(200)均定位在后壁(3)中。该操作参考图2-4更详细地描述。在再生器(100)和(200)定位在熔炉的侧壁(4)和(5)中时，也采用这些细节。
整个过程的这个方面分两个循环进行，这两个循环在本文中称为烟道循环和重整循环。这两个循环在两个或更多个方格填充的再生器中交替执行。该过程优选地与氧-燃料燃烧联合进行，因为由氧-燃料燃烧产生的烟气具有较高的h2o和co2浓度，这两者均促进用于本发明方法中的吸热重整反应。当该过程在具有空气燃烧器的横焰构造中进行时(如图1a和1b所示)，包含高氮气浓度的来自空气-燃料燃烧器的烟气与氧-燃料燃烧的tcr烟气混合并稀释进入烟道循环中的再生器的烟气中的h2o和co2的浓度。如果烟气中的h2o和co2的总浓度低于50体积％，则优选地将包含高h2o和/或co2的气体的独立流用于吸热重整反应。(尽管rfg如本文所定义，但总浓度低至30体积％的h2o和co2仍然可起作用。)在烟道循环期间，第一再生器中的方格提取并储存从熔炉中进料到再生器中并穿过该再生器的高温烟气中的热量。然后，在重整循环中，将离开第一再生器的冷却烟气的一部分(本文中称为回收烟气或rfg)进料到另一(第二)再生器中并与燃料流混合(本文中称为重整燃料或rf)。在下面的描述中，出于说明的目的，纯甲烷(ch4)被描述为重整燃料并且rfg被描述为重整反应物。其他符合要求的燃料包括任何可燃的气体、气体混合物或汽化液体燃料，包括但不限于天然气、丙烷和lpg(液化石油气)。其它令人满意的重整反应物包括包含多于50体积％的h2o和co2的任何气体混合物，包括但不限于由锅炉产生的蒸汽。
在重整循环中，如本文所述，rfg/重整燃料混合物进入其中方格已被加热的第二再生器中，并穿过第二再生器流向熔炉。穿过第二再生器的rfg/rf混合物的温度通过从已预热的方格中提取热量而继续增加。随着rgf/rf混合物穿过第二再生器，其达到重整反应开始发生并持续发生的温度，从而产生包括h2和co的产物。重整反应是吸热的，并且促进重整反应所需的热量从加热的方格中吸收。由重整反应产生的气态组合物通常包括一种或多种组分，诸如诸如h2、co、未反应的气体(包含h2o、co2、ch4)、氮气、任何残余的nox、和烟灰。由此产生的气态组合物在本文中也称为“合成气”。从第二再生器中形成的合成气进入熔炉，并在熔炉中与氧化剂一起燃烧，以提供用于加热和/或熔融熔炉中材料的热能。
一段时间之后，颠倒两个再生器的操作，即将在烟道循环中使用的再生器切换到重整循环，并且将在重整循环中使用的再生器切换到烟道循环。又一段时间之后，再次颠倒两个再生器的操作。颠倒的时机可由经过的时间，或者由其他标准诸如从在烟道循环中的第一再生器离开的烟气的温度来确定。颠倒过程根据预定的机制和计划进行，其中基于具体的时机按顺序打开和关闭阀门。
本发明的这个方面的操作和控制结合图2至4描述于下文中，其中玻璃熔炉(10)在侧壁(3)中安装有两个再生器(100)和(200)。
如图2所示，玻璃熔炉(10)具有进料站(20)，在该进料站中包括固体玻璃制造材料的进料材料(30)(批料和/或碎玻璃)被填装到熔炉中进行加热和熔融。熔炉(10)在熔炉左侧配备有第一再生器(100)，并在熔炉右侧配备有第二再生器(200)。两个再生器的垂直剖面图在图2和图3中详细示出。
如图3所示，再生器(200)在烟道循环中，其中烟气流(50)从熔炉(10)的内部进入炉颈(240)，然后经过氧分析仪(250)流动至再生器(200)的顶部空间(530)。随着烟气流流过再生器(200)内方格之间的通道而加热方格(表示为(520))，并通过支撑在拱(510)上的气体通道(515)进入室底部空间(500)，该拱也支撑整个方格床的重量。如图2所示，在熔炉(10)中产生的烟气的一部分(52)可通过部分打开的阀(350)分流至管道(70)中，然后进入烟囱(340)以排出，这意味着这部分烟气不重新进入熔炉，而是排放到大气中和/或传送至用于储存和/或进一步处理的一个或多个其它站或这些目的地的任何组合。为了实现最大热回收，优选的是关闭阀(350)，使得基本上全部熔炉烟气作为烟气流(50)进入再生器(200)。
如图2和图3所示，经冷却的烟气流(201)离开管道(260)中的再生器(200)，穿过打开阀(210)和氧传感器(310)，然后进入鼓风机(300)的吸入侧。离开鼓风机压力侧的烟气(301)的大部分穿过阻尼器(330)，然后穿过流量计(332)，最终被引导进入烟囱(340)，如本文所定义这部分烟气通过该烟囱离开系统以排出。烟气的一部分(303)穿过管道(320)和阀(360)再循环至再生器(100)的底部。这是再循环烟气(rfg)。其流量由流量计(322)测量。待进料至第二再生器(100)的重整燃料由管道(130)通过阀(120)供应。
如图4所示，来自流(130)的重整燃料(rf)在管道(128)的位置(127)处与rfg(303)相交并混合，该管道还与再生器(100)的底部空间(400)连通。该rfg/rf混合物通过拱(410)上的气体通道(415)进入再生器(100)内已预热的方格组(420)中。由于烟气从熔炉通入再生器(100)中并穿过该再生器，再生器(100)已经在先前的循环中被加热。rfg/rf混合物的温度随着其流过再生器(100)的方格组而增加。当rfg/rf的温度达到重整温度时发生吸热重整反应，其中重整燃料(例如，ch4)与rfg中的co2和h2o反应并形成co、h2和一些烟灰。吸热重整反应所需的热量取自加热的方格。重整反应随着rfg/rf混合物继续朝顶部空间(430)行进而继续。气态流(425)(本文中称为“重整”或“合成气”气流)从方格组(420)的顶部离开。流(425)具有高温，并且包括诸如co、h2、烟灰、未反应的ch4以及未反应的co2和h2o等物质。合成气流(425)穿过炉颈140和氧传感器150，并进入熔炉10。合成气流在例如982c至1371c(1800f至2500f)范围内的温度下离开方格组(420)。该合成气在熔炉(10)中燃烧表示为火焰(40)以产生可用于加热和/或熔融熔炉中材料(诸如玻璃制造材料)的附加的燃烧热量。燃烧合成气所需的氧化剂通过打开阀(115)由导管(135)供应。该氧化剂可以是空气，或者其可以具有高于空气的氧气含量，即至少21体积％，并且优选地等于或高于80体积％，更优选地等于或高于90体积％，或甚至至少99体积％。
通常，当一个再生器在烟道循环中，另一个再生器在重整循环中(如图2所示)时，热回收过程进行约20至40分钟或者直到重整再生器中的方格太冷而不能提供足够的热量来促进所需的吸热化学反应。此时，现在本文继续描述再生器(200)在烟道循环中且再生器(100)在重整循环中的情况，熔炉(10)发生颠倒，其中再生器(200)转换至重整循环用于热量回收，并且再生器(100)转换至烟道循环用于热量积聚。在颠倒之前，再生器(100)中剩余的合成气将被吹扫到熔炉(10)中。在这种情况下，首先通过关闭阀(120)终止向再生器供应重整燃料，同时让来自鼓风机(300)的rfg继续流动。再生器(100)中剩余的合成气被rfg吹扫规定的时间量，使得再生器中几乎全部的合成气被排入到熔炉中并完全燃烧。
颠倒之后，来自熔炉的烟气穿过再生器(100)，然后烟气的一部分通到排气口(如本文所定义)而一部分或剩余部分与燃料混合，并且该混合物穿过再生器(200)并进入熔炉。打开曾关闭的阀(110)，关闭阀(210)，然后关闭阀(360)并且打开阀(380)，以允许加热的烟气从再生器(100)朝鼓风机(300)传送并穿过鼓风机，并且允许该烟气的一部分(303)在与重整燃料(230)混合后通入再生器(200)中，该重整燃料通过曾关闭但现打开的阀(220)进入。并且由于在此阶段不发生由通过阀(115)的氧化剂辅助的燃烧，关闭曾打开的阀(115)，并且打开阀(225)。所得的重整燃料与回收烟气的混合物在再生器(200)中发生如本文所述在先前循环的再生器(100)中发生的吸热反应，以产生合成气(425)，该合成气通入熔炉(10)中，在该熔炉中其与通过阀(225)进料的氧化剂(235)一起燃烧。
通过烟气在其中冷却的再生器形成的烟气量(其再循环至其它再生器用于重整)可适用于特定熔炉和烟气的特定特性，但认为其通常为由在烟道循环中操作的再生器形成的烟气(其再循环以进料到重整循环中操作的再生器中或通过该再生器)的最多至约40％(按体积计)，并且优选地为约6％至27％。
虽然在形成进料到重整循环中操作的再生器中的气流时的任何rfg与fg的比率均可有效用于本发明的方法中，但优选的rfg与fg比率(按体积计)为0.5至2.0。
在本发明的另选的实施方案中，另选地从热化学再生器中的一个进料到另一个的ref可用包含多于50体积％h2o和co2的独立重整反应物流替代，其包括但不限于蒸汽。该实施方案参考图5描述，其中也在图2、3、和/或4中出现的附图标号具有在前述图2、3和4的描述中对其赋予的含义。
参见图5，离开再生器(200)的气态燃烧产物(260)(以及另选地，离开再生器(100)的气态燃烧产物)不进入其它再生器。因此，料流(303)和图2中穿过阀(360)和(380)的料流不需要存在。相反，料流(260)可以作为料流(260a)排出，或者作为料流(260b)通到另一目的地，其中其被收集或经历其它化学加工，或上述两者。类似地，在烟气从熔炉(10)通过再生器(100)到加热再生器(100)的循环中，可以为图5中(128)的料流可作为料流(128a)排出，作为料流(128)以进行其它收集或加工，或上述两者。
在图5的实施方案中，包含重整燃料和重整反应物的料流作为料流(130)交替进料到加热再生器(100)中，通过阀(120)，所述阀在阀(220)关闭的情况下打开，并且然后在其它循环中，阀(220)打开，阀(120)关闭，并且料流(230)进料到加热再生器(200)中。适宜的重整反应物包含多于30体积％，优选地多于50体积％，还更优选地多于70体积％的h2o和/或co2(混合的)，并且还可包含氮气、氩气、一氧化碳、氢气、和/或甲烷中的一种或多种。
重整燃料和重整反应物在每个它们交替进料到其中的加热的再生器中经历重整反应，并且通过加热的再生器中的吸热反应形成合成气，并且所述合成气然后进入熔炉中并燃烧，其全部均如关于结合图2-4描述的实施方案的情况那样。
本发明改善了已经认为在传统玻璃熔炉的操作模式下建立的结果和限制。
玻璃熔炉的一个关键操作条件在于熔炉内的温度必须不太高使得构建熔炉的材料损坏。因为熔炉内的温度通常在炉冠的内表面处最高，所以通过控制炉冠内表面上最热点处达到的最大温度(“热点”)来控制操作是有益的。
具有高生产率的典型的最先进瓶罐玻璃熔炉可在1550c至1600c的热点炉冠温度下操作，定位在从后壁起熔炉的纵向长度的约三分之二至四分之三处。进料区(13)中的温度通常小于热点温度100c至200c或通常在约1400c至1450c。
为了通过将更多批料和碎玻璃材料装入玻璃熔炉中以增加玻璃熔炉的输出，必须增加对熔炉的燃料输入以保持适当的熔融玻璃浴温度分布。但是随着燃料输入增加以产生更多的玻璃，炉冠温度将增加，并且受炉冠和熔融玻璃表面之间的较大温度差驱动，更多的热量从熔融玻璃制造材料上方的燃烧空间传递到玻璃制造材料和熔融玻璃的输入的进料。因此，当炉冠热点温度已经在或接近其实际可行的最大值时，不可能以冒增加其最热点处炉冠温度的风险的方式，通过增加燃料燃烧速率来增加熔炉的输出。理论上来讲，可增加最靠近横焰熔炉中进料区(13)中装填端的燃烧器的燃烧速率，来增加热量输入但不显著增加热点处的炉冠温度。该方法存在两种操作限制。首先，横焰熔炉中的燃烧器的最大燃烧速率通常受最大火焰长度限制，所述最大火焰长度为熔炉的宽度。当火焰长度超过熔炉宽度时，烟道端口耐火材料可由于过热而受损，并且烟气温度增加，这降低了熔炉内可用的热量。其次，当火焰的气体速度增加时，细小批料材料在烟气中的遗留增加。
已经认为可通过在图1a和1c和1e中被命名为(100)和(200)的位置处，即在进料区中，安装并操作氧-燃料燃烧器或空气-燃料燃烧器来向玻璃熔炉提供附加的热量，但是已经发现这急剧地增加烟气温度并导致烟道外的热量损失，如所示的，所述烟道通常也定位在进料区(13)处。此外，通常认为正确的纵向炉冠温度分布对于生产优质玻璃和增加进料区温度，但不增加热点温度是必不可少的，迄今认为增加热点温度对玻璃质量具有不利影响。已经意料不到地发现本发明避免了这些缺点，并且通过操作上述热化学再生器(100)和(200)使得来自第一和第二再生器(100)和(200)的合成气的燃烧将进料区中的气氛温度保持在进料区外侧熔炉气氛的最高温度的100c内，在不超过炉冠最大耐受温度的情况下来提供增加的玻璃输出。这可通过熔炉内的适宜温度传感器来建立和监控。将操作导致该结果的典型条件，使得在图1b和1d的端部端口燃烧构型中，由来自这些再生器中的一个或另一个的合成气在熔炉中形成的燃烧形成的火焰(诸如火焰(40))的长度小于熔炉的长度的三分之二，优选地小于该长度的一半；或者在横焰构造中，来自侧壁中再生器(100)和(200)的火焰(如图1a和1c和1e中可见)不达到相对侧壁。可通过已知的技术，诸如通过控制合成气从其中流出再生器到熔炉中的端口的尺寸和角度，和控制注入熔炉中的氧化剂流的速度、角度、数量和位置，将相应火焰的长度控制为期望的长度。在横焰构造中，该结果的典型流率为3,000scfh至100,000scfh(合成气)和2,000scfh至60,000scfh(氧化剂)。
不旨在受这些预料不到的发现的具体解释的束缚，据信在tcr操作下产生的合成气燃烧火焰具有比环境温度天然气和氧气燃烧的标称绝热火焰温度显着更高的绝热火焰温度，因为来自tcr的合成气具有更高的氢气浓度和约1100至1300c的高预热温度。在图2的构造中，大部分燃烧热量在熔炉更靠近后壁的区域中释放，并且因此，峰值炉冠温度朝向熔炉的后壁移动，并且炉冠热点和接近后壁的炉冠之间的温差从常规氧-燃料燃烧玻璃熔炉的130c降低至采用本文所述的热回收热化学再生的熔炉的约50c。因此，通过在低于100c，或低于75c或甚至低于50c下的tcr操作，通过控制燃烧速率和来自tcr的火焰的火焰长度，可控制炉冠热点与接近后壁的炉冠之间的温度差。
在不具有本发明的tcr方面的常规氧-燃料燃烧玻璃熔炉中，当燃烧速率增加时，其也增加离开熔炉的烟气温度并且产生熔融玻璃的能耗急剧增加。通过结合本发明的(tcr)热化学再生和燃烧过程以有效地回收烟气中增加的废热，解决了每单位产生的玻璃热量消耗增加这个问题。即，已经发现tcr具有独特的特性，即，热回收的效率随着烟气温度的增加而增加。在常规的空气加热再生器中，热回收效率(在预热能量转移到燃烧空气中时回收的废热％)与烟气温度增加时保持大致相同。随着进入再生器的热烟气温度增加，再生器后的冷却烟气的温度升高。相比之下，在本发明采用的tcr热回收方法中，当烟气温度增加时热回收效率增加，并且随着进入再生器的热烟气温度增加，再生器后的冷却烟气温度增加很少。据信这种独特特性的原因在于储存在再生器中的热量部分地通过形成合成气的吸热化学反应回收。吸热化学反应的速率在高于816c(1500f)时变得显着，并且随温度指数增加。当进入tcr再生器床(100)或(200)的烟气温度增加时，更多的热量储存在床的较高温度区中，并且在热量回收循环期间发生更多的吸热反应以回收高温区中的储存的热量。从再生器所得的热合成气包含更多的能量并且产生更热的火焰，其在接近进料区释放更多的能量，从而促进填料的更快熔融。
这允许进料区中的温度增加但不增加在熔炉的热点处表现出的最大温度。
因此，本发明提供了一种改善的熔炉操作方法，其通过采用本文所述的热化学再生器操作和氧-燃料燃烧，加强来自由高温预热的合成气和氧气燃烧产生的火焰的热量，来增加接近后壁的进料区中的温度，但不增加热点温度，同时保持良好的比能耗，来增加呈横焰构造的氧-燃料玻璃熔炉或空气-燃料燃烧炉的比产率。以这种方式，即使在炉冠温度分布处于平台时(即，在较长炉冠范围内保持高炉冠温度)，也可通过增加接近后壁的合成气燃烧速率，同时装填更多批料/碎玻璃材料来生产优质玻璃。
由计算机建模研究示出，该观察到的现象与熔炉进料区中熔融玻璃上方的浮动批料材料相一致，其将浮动批料岛下方的熔融玻璃与来自上方燃烧空间的强辐射热隔离并使熔融玻璃温度保持比接近热点熔融玻璃温度冷。因为熔融玻璃从热点朝向后壁的向后循环流动受热点和后壁之间的熔融玻璃温度差驱动，所以尽管炉冠温度分布较平坦，但仍保持了良好的后向循环流动。因为接近后壁装填附加的相对较冷的批料材料，所以其冷却该区域中循环的熔融玻璃，并且有助于保持足够的温度梯度以产生从熔炉的热点起的所需熔融玻璃的再循环流动。