富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法
【技术领域】
[0001]玻璃熔化工艺。
【背景技术】
[0002]玻璃液的熔制是玻璃制造工艺中最重要、最核心的工艺。它的优劣对于绿色环保、节能减排以及玻璃的制造成本的高低，有着举足轻重的作用。
[0003]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，其热损耗约占总热耗量的70%~80%，每公斤玻璃液热耗在1800千卡以上；二是熔化率较低，一般在1.5吨/平方米.日以下；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。为了省能源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，浸没燃烧就是其中一种。
[0004]迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器浸没在玻璃液中，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]这种浸没燃烧方法不仅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，因此从50年代起美、日、法、俄等国都先后对此进行了深入的研究和试验，我国的玻璃研究机构也在1979年到1984年由国家立项对玻璃液浸没燃烧工艺进行过详细的试验探索，但到目前为止均未获得成功。
[0007]其原因在于，这种浸没燃烧的方法存在着技术瓶颈问题:一是: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；二是: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；三是:燃烧速度不够快，形成的火焰较长，有时会冲出玻璃表面在空间燃烧；四是:喷嘴在玻璃液中的深度位置不可调节，造火焰在玻璃液中的燃烧位置难以控制；五是:燃烧产生的高温气体量过大，翻腾过于剧烈，从而造成窑池耐火材料侵蚀严重和玻璃液澄清困难；六是:助燃风量大、温度低，使得燃气温度不够高(即便使用高热值燃料，其燃气温度也只有1350°C?1480°C)，造成燃烧不完全的废气对玻璃液的污染。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。
[0008]另外，富氧燃烧是又一项高效节能的燃烧技术。它在玻璃工业、冶金工业及热能工程领域均有应用。富氧燃烧指的是用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气(包括纯氧)进行燃烧。但是到目前为止，富氧燃烧还仅限于窑内空间燃烧，未见用于浸没燃烧尤其是用于玻璃液浸没燃烧的报道。
[0009]与用普通空气燃烧有以下优点:1.高火焰温度和黑度。辐射换热是玻璃液主要的加热方式之一，按气体辐射特点，只有三原子和多原子气体具有辐射能力，原子气体几乎无辐射能力。所以在常规空气助燃的情况下，无辐射能力的氮气所占比例很高，因此烟气的黑度很低，影响了烟气对玻璃液的传热。富氧助燃技术因氮气量减少，空气量及烟气量均显著减少，故火焰温度和黑度随着燃烧空气中氧气比例的增加而显著提高，进而提高火焰辐射强度和强化辐射传热。2.加快燃烧速度，促进燃烧安全。燃料在空气中和在纯氧中的燃烧速度相差甚大，如氢气在纯氧中的燃烧速度是在空气中的4.2倍，天然气则达到10.7倍左右。故用富氧空气助燃后，不仅使火焰变短，提高燃烧强度，加快燃烧速度，获得较好的热传导，同时由于温度提高了，将有利于燃烧反应完全。3.降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间。燃料的燃点温度随燃烧条件变化而变化。燃料的燃点温度不是一个常数，如CO在空气中为609°C，在纯氧中仅388°C，所以用富氧助燃能提高火焰强度、增加释放热量等。4.减少燃烧后的烟气量。随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气需要量减少，烟气量减少。采用纯氧燃烧时烟气量减少近80%，故可以减小甚至去掉换热或蓄热设备，减少工程造价。5.减少污染物排放。富氧燃烧烟气量减少，使燃烧废气中的污染物浓度增加，可使废气处理更有效率。同时N2减少可减少热力型NOx生成量。6.有利于C02的捕获。富氧燃烧技术的原理是用纯氧燃烧同体燃料，由二氧化碳循环流控制燃烧。富氧燃烧产生的烟气主要由水和二氧化碳组成，采用水分离技术在后端能比较容易地捕集到二氧化碳。富氧燃烧技术适用于新机组，也可应用于某些改造机组。因此，富氧燃烧是很有前途的C02分离方法。
[0010]但同时富氧燃烧还面临很多问题:1.运行方面:由于富氧燃烧，炉膛温度很高，需要采取措施(如烟气再循环)降低炉膛温度。需要进一步了解富氧燃烧点火，火焰稳定性，耐腐蚀，传热的问题。2.污染物控制方面:由于燃烧环境变化，将改变污染物的形成，因此需要更多相关研究。3.氧气的分离和净化需要消耗大量的能量。在限制碳排放的国际大背景下，如何更高效、稳定和持续地利用有限的能源，是世界各国一直努力研究的课题。总结富氧燃烧的优缺点，鉴于富氧燃烧降低污染、节约能源及二氧化碳捕集等效益，只要能进一步降低富氧燃烧的成本和相关技术的成熟性，在环境污染问题和温室效应日益严重的未来，富氧燃烧必然会有很好的发展前景。近年来，富氧燃烧已成为各国积极研究发展之项目之一，根据中油公司研究，富氧燃烧技术未来研发重点如下:1、加热炉与燃烧器的设计开发:使用富氧燃烧所产生的温度极高，需要大量回流烟道器以降低温度避免损害炉体，但也因此增加了操作成本。2、氧气产生:目前氧气分离技术之成本仍高，不利应用。3、高浓度C02烟道气回流及压缩。
【发明内容】
[0011]为解决上述问题，本发明提供了一种富氧浸没燃烧熔制玻璃液的新方法，其技术特征是:将富氧燃烧技术与浸没燃烧技术相结合，通过浸入玻璃液中的气体喷管，将气体燃料和富氧气体分别射入玻璃液内，使其在玻璃液内混合燃烧并形成燃烧空腔，或将气体燃料和富氧气体混合后射入玻璃液内燃烧，产生的高温气体搅动玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化和均化。通过一种组合衔接装置将气体喷管(6)和补偿管(7)在不切断气源的前提下衔接起来，并在气体喷管(6)被侵蚀损耗到一定程度后，将其向窑池内推进，以补偿其被蚀损的部分，以保持气体喷管(6)的喷口在玻璃液内的位置基本不变，从而保持火焰在玻璃液内的稳定燃烧，同时保证气体喷管(6)的长期使用寿命。并在被侵蚀损耗后可不断获得补偿。
[0012]上述组合衔接装置为前后布置的一对具有半管对合组装结构的三通(或多通)管(A)和(B)。在气体喷管(6)和补偿管(7)的两端设有螺纹，使其通过螺纹连接在一起。在衔接气体喷管(6)和补偿管(7)时，首先将三通管(B)布置在三通管(A)后方，将补偿管(7)从三通管(B)底部插入后，关闭三通管(B)的输送支管阀门(5a)，并用定位螺丝(2a)将补偿管(7)临时定位在三通管(B)和三通管(A)的两个输送支管(Ia)和(I)之间；然后打开三通管(B)的进气支管阀门(3a)和三通管(A)的输送支管阀门(5)，同时关闭三通管(A)进气支管阀门(3 );再将三通管(B)和固定在其上的补偿管(7 )共同推进到气体喷管(6 )的底部，并将气体喷管(6)和补偿管(7)通过螺纹连接起来；然后将三通管(A)拆除；通过三通管(A)和三通管(B)的循环交替向窑池推进，从而实现对气体喷管(6)的长期不断补偿。
[0013]为确保气体喷管(6)被侵蚀损耗到一定程度后顺利向窑池内推进，在其与窑底耐火材料(8)的孔壁之间埋设有可确保气体喷管(6)在其中密封滑动的密封套筒(9)。密封