专利名称：氧气燃烧玻璃熔窑中改进的能量回收的制作方法
概况地讲本发明涉及提高用氧烧结的玻璃熔窑中的能量利用率。更精确地讲，本发明的目的是回收热的燃烧产物中的能量并使用它预热燃烧氧化剂和将在窑中熔化的玻璃形成物料这二者。
传统的玻璃熔窑使用燃烧空气的燃烧炉来熔化统称作配合料的玻璃形成物料，例如砂、纯碱、石灰石、白云石、长石、铁粉和其它物料。玻璃形成材料也可以包括碎玻璃，例如回收的废玻璃，或者玻璃片。因为熔化玻璃形成物料需要高温，所以操作玻璃熔窑时温度是所有工业用窑炉的最高温度之一。在这些窑炉中产生热的燃烧产物；当燃烧产物活着窑炉的烟道向上时，有可能大量的热被浪费掉。
在传统的基于空气的玻璃熔窑中从热烟道气体中回收能量是已知的。例如，已知使用该能量预热燃烧空气。同样已知可用来预热将被喂入熔炉的玻璃形成物料。
随着空气污染物排放标准越来越严格，燃烧器技术的最新发展是越来越多地采用基于氧气的燃烧系统，在该系统中，使用纯氧气或富氧空气取代燃烧空气。对于玻璃工业，基于氧气的燃烧具有许多优点，例如火焰温度较高、烟气体积降低和氮的化合物或NOx的排放量减少。然而，对较高的窑炉利用率的需要仍然是人们一直关注的问题。
已知使用来自于烟道气的热量预热玻璃形成物料配合料和/或碎玻璃。然而，基于氧的玻璃熔融产生的燃烧产物的温度远远地超过2000°F，一般在2400°F和2800°F之间。在这样高的温度下进行配合料和/或碎玻璃的预热是不实际的，因为玻璃形成材料将软化并粘附在预热器表面上。
人们已经提出各种不同的工艺用于在配合料和/或碎玻璃预热步骤之前降低烟道气流的温度在窑炉的烟道气中加入空气，将从配合料和/或碎玻璃预热器中排出的冷烟道气循环到窑炉烟道气流中，或者将烟道气向不绝缘的表面暴露以获取热能。然而，这些工艺都伴随有能量损失。一般，人们认为预热氧气含量高的燃烧氧化剂例如纯的或几乎是纯的氧气是不安全的或不有效的。
本发明的目的是提供一种用于改进氧气燃烧玻璃熔窑的能量利用率的方法。
本发明的另一目的是提供一种使用来自热燃烧产物的废能量安全地加热纯燃烧氧气或富氧空气并且还预热喂入窑炉的玻璃形成材料的方法。
本发明的目的还在于提供一种使用加热的氧化剂燃烧燃料而不会提高燃烧器温度和不会产生过量的NOx的方法。
本发明的另一目的在于提供一种使用来自热燃烧产物的废能量来加热燃烧燃料的方法。
通过阅读上述公开内容，对本领域技术人员来讲将变得很清楚的上述目的或其它目的通过本发明来实现，本发明是一种具有改进的能量回收的玻璃熔化方法，其包括(A)使加热的玻璃形成材料流入熔化器中；(B)使燃料和加热的氧化剂燃烧以产生热燃烧产物和提供热量从而在熔化器中熔化所说的玻璃形成材料；(C)从所说的熔化器中取出所说的热燃烧产物；(D)将来自所说的热燃烧产物的热量传递给氧化剂以得到部分冷却的燃烧产物和所说的加热的氧化剂，其中所述的氧化剂温度低于所述的热燃烧产物和其氧气含量至少是50％(重量)；和(E)将所述的经过部分冷却的燃烧产物的热量传递给玻璃形成物料以得到加热的玻璃形成物料。
这里所用的术语“直接燃烧窑炉”是指一种窑炉，其使用一个或多个燃烧器来燃烧燃料和氧化剂以便给窑炉提供用于加热炉料的热量。
在这里所用的术语“间接热交换”是指发生在两种流体之间、虽然产生热交换关系但没有任何物理接触或流体不会相互混合的热交换。
在这里所用的术语“直接热交换”是指使两种流体或一种流体和一种固体产生相互之间具有物理接触的热交换。
在这里使用的术语“热回收”和“能量回收”是指俘获废能量或废热并使之对整个过程都是有用的。在这里所用的术语“氮氧化物”或“NOx”是指氧化亚氮(N2O)、一氧化氮(NO)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)、二氧化氮(NO2)、四氧化三氮(N3O4)和三氧化(NO3)中的一种或多种。
图1是可以在本发明的方法中使用的玻璃熔化器、预热器和热交换器的简图。
图2是可以在本发明的实施中使用的热交换器的优选实施方案的垂直截面简图。
图3类似于图1，同样表示用于加热燃料的另一种热交换器。
图4是显示出花格墙的熔化器的垂直截面简图。
图5用图表明了加热燃烧氧化剂对NOX生成的最小影响。
附图中的数字对于同一构件是相同的。
本发明涉及对发生在通过燃烧带有富氧氧化剂的燃料加热的直接烧结玻璃窑炉中的过程的能量利用率进行改进。基于氧气的燃烧产生非常热的烟道气或燃烧产物；所测出的温度远远高于常规的基于空气燃烧的温度。本发明涉及使用来自这些热燃烧产物的热量加热至少一部分燃烧氧化剂并且还加热一些或所有喂入窑炉的玻璃形成物料。能够使用本发明而加热的氧化剂包括富氧空气和由非低温方法以及低温空气分离方法得到的氧气；在本发明的实施中使用的氧化剂的氧气浓度大约是50～99.9重量％；在加热氧气含量至少是90重量％的氧化剂中，本发明是特别有用的。
在对于预热玻璃形成物料来说热燃烧产物温度太高的情况下，加热至少部分燃烧氧化剂是有利的。加热燃烧氧气不仅冷却了热燃烧产物和使它们为预热玻璃形成物料做好准备，而且通过供给窑炉热的燃烧氧化剂使热量重新回到这个过程中，因此，降低了燃料和氧气的需求和整个操作的费用。此外，借助加热燃烧氧化剂来冷却热燃烧产物可以降低或消除加入稀释空气的需要和/或将冷烟道气循环到预热器的需要。
然而，当希望使用加热的富氧氧化剂燃烧燃料时，存在着必须提及的技术上需要考虑的问题。已知基于氧气的燃烧过程的火焰温度势必相当高于常规的基于空气燃烧的。一般，由于受热而导致的燃烧器损坏的可能性与这些高的火焰温度有关；非水冷却的燃烧器特别易受这种损害。此外，高火焰温度势必有利于氮氧化物的形成。当燃烧氧化剂带来更多的热量时，由于受热而导致的燃烧器损害和提高的NOx水平这二者变得更加明显。
本发明优选的实施方案是用于燃烧的加热氧化剂与燃料分开地喷入玻璃熔化器中。相应地，燃料的喷入点和加热的氧化剂的喷入点彼此隔开。实现这点的方法已在U.S专利号5,076,779中公开和/或要求。可以使用市场上可得到或现有技术中已知的许多喷枪来分别地喷入燃料和氧化剂。可以用于将加热的氧化剂和任选的燃料喷入熔化器以在其中燃烧的喷枪和气体喷射系统已在U.S专利号5,266,025中公开和/或要求。
U.S.专利号5,267,850和5,411,395公开和/或要求了一种燃料喷射燃烧器系统燃烧方法，它使用高速度的燃料流、燃料周围使用低速率的环状同轴氧化剂流，在实施本发明时可以使用该方法。当使用该体系时，优选地是使用高达30％的加热氧化剂作为上述低速环状同轴气流。可以使用上述喷枪或喷射系统在与燃料喷射燃烧器隔开的位置上将剩余的加热氧化剂引入。作为低速环状同轴氧化剂流提供的氧化剂中氧气的含量可以与加热的氧化剂的氧气含量相同或不同。
还可以通过多级燃烧实施本发明。例如，燃料可以和初级氧化剂一起喷入熔化器中，其中初级氧化剂提供的氧气含量是完成燃烧所需的化学计量氧气的30％。在与喷射燃料和初级氧化剂的位置隔开的位置上加入次级氧化剂，用于完成燃烧过程。为了将燃烧器的损害和NOx的生成降至最小，优选地供应大约70％～100％的加热氧化剂作为这种分级燃烧中的次级氧化剂。虽然初级和次级氧化剂中的氧气含量可以相同，但这并不是必需的。因此，可以使用空气、富氧空气、纯的或几乎纯的氧气作为初级氧化剂。
本发明可以用在小型和大型玻璃熔化系统中，一般本发明的生产能力是5吨/天(TPD)～600吨/天。下面将参照附图更详细地描述本发明。
图1没有按比例画，它表示容纳玻璃生产中所需的玻璃形成材料21的预热器11。这些材料可以包括但又不限于砂子、石灰石、白云石、长石、纯碱、外加剂、颜料、澄清剂和碎玻璃。在该工业生产中，一般将玻璃形成物料称为配合料/碎玻璃。玻璃形成物料可以是粒状的或被做成粒状和可以包含任何量甚至可达100％的碎玻璃。
在预热下玻璃形成物料可以具有不同的性能和一些物料比其它的更易于软化。因此，希望能提供一种类似于11的辅助预热器，便于独立地控制一些玻璃形成材料的预热参数(目标温度、加热速率，等等)。例如，可以使碎玻璃与其它玻璃形成物料分开地进行预热。也可以仅仅预热一些玻璃形成物料；例如以29表示的其它玻璃形成物料可以进入玻璃熔化器并被熔化而无需通过预热器11。
从预热器11中排出的玻璃形成物料作为加热的玻璃形成物料23，其温度通常为400°F～900°F。它们与没有预热的任何其它玻璃形成物料29一起被加入熔化器17中。
例如，熔化器17是一种直接烧结的玻璃熔窑并配有一个或多个燃烧器19。优选地，燃烧器19可以是在U.S.专利号5,266,025和/或在U.S.专利号5,267,850和5,411,395中公开和/或要求保护的那种类型的。燃烧器19被用来使氧气浓度至少为50重量％的加热氧化剂和燃料31燃烧。燃烧器19可以使用任何合适的燃料31，它们当中可以列举出的是天然气、丙烷、轻或重油。
燃料和氧化剂的燃烧产生足够的热量用以熔化玻璃形成物料，然后它们作为熔融玻璃25从熔化器17中流出。燃料和氧化剂的燃烧还产生温度一般为2400～2800°F的热烟道气或热燃烧产物。一般热的燃烧产物可以包括二氧化碳。水蒸气、氮气、氧气和/或其它组分。
以气流41的方式从熔化器17中排出热燃烧产物并使之流入热交换器15中。优选地，当热燃烧产物从容器17进入热交换器15时，除了由连接熔化器17和热交换器15的管道壁造成的热损失引起热燃烧产物温度降低外，失体上没有温度下降。热交换器15同样可以容纳氧气含量至少为50重量％的氧化剂，如所示的氧化剂流33。氧化剂流的温度低于热燃烧产物的温度。通常在环境温度下将氧化剂流33供给热交换器15。
优选地，热交换器15为间接热交换。在实施本发明时可以使用几种热交换器的设计。热交换器15的一个实施方案示于图2中，图2没有按比例画。热交换器15至少具有一个封闭在外室64中的内室62。壁66使内室62和外室64分开。通过内室62产生一个内流通道和外室64产生一个外流通道。优选地，将热燃烧产物41加入作为内流通道的内室62中和氧化剂流33加入作为外流通道的外室64中。
在实施本发明时可以使用并行流和逆流热交换器。在优选的实施方案中，在平行流条件下进行热交换器15中的间接热交换过程；相应地，热燃烧产物41和氧化剂流33同向地流过热交换器15。这是有利的，因为在进入热交换器15时处于其最高温度的热燃烧产物首先通过壁66与进入热交换器15时处于其最低温度的氧化剂流33间接接触。因此，可以立即冷却热燃烧产物41和该产物41继续流过内室62而不会加热热交换器超过应用极限。
使用能使热交换器15适合于应用富氧氧化剂和高温及对于使用富氧氧化剂和高温是安全的材料和方式制造热交换器15。热交换器15的优点是它的紧密型设计。这一点通过使用对本发明是有效的含有相对少量的氮气和因此所需体积比使用空气作为氧化剂的系统少的氧化剂而实现。
随着热燃烧产物继续通过热交换器15，它们部分地被冷却并且产生一般温度为2000°F～2400°F的部分冷却的燃烧产物43，同时氧化剂被加热并且从热交换器15排出温度一般在800°F～1500°F的加热氧化剂35。同样在实施本发明时可以得到较适度加热的氧化剂流33和，如果需要，例如可以供给燃烧过程温度为200°F的加热氧化剂。
加热的氧化剂35进入熔化器17，在这里如上述讨论的一样它与燃料一起燃烧。为了抑制NOx的产生和使燃烧器温度在可接受的水平之内，优选地是使用上述燃烧器和/或燃烧方法燃烧加热的氧化剂。在某些情况下，完全燃烧料所需的氧化剂全部是加热的氧化剂。然而，正如上面所讨论的一样，燃烧可以需要温度通常低于加热氧化剂35的其它一些氧化剂。在图1中，另外的燃烧氧化剂用氧化剂流33的一部分90表示。也可以加入氧气含量不同于加热的氧化剂35的氧化剂。如果需要，另外的氧化剂可以是空气。
来自于热交换器15，部分冷却的燃烧产物43进入预热器11，在这里通过与玻璃形成物料21进行热交换它们进一步地被冷却并用作为冷却燃烧产物45从预热器中排出。
如果使用不止一个的预热器11，那么可以将部分冷却燃烧产物43分为二股或多股气流并分别地供给与容器11平行的这样的预热器。在某些情况下，从第一预热器11排出的冷却燃烧产物仍然拥有足够的能量可以在一个或多个与预热器11串联的辅助预热器中预热玻璃形成物料，然后作为冷却燃料产物从该系统中排出。
在任选的回收系统55中回收冷却燃烧产物45中的二氧化碳是可能的，可以采用任何已知的从燃烧期间产生的烟道气中分离CO2的技术。对基于氧气的燃烧来说CO2的回收是特别有吸引力的，因为要处理的氮气含量相当小。另一优点是可以使用预热器11中的玻璃形成物料作为过滤介质。因此从预热器11中排出并导入任选的回收系统55中的冷却燃烧产物45相对来说不含颗粒杂质。
因为氧化剂的比热比燃烧产物的比热低并且因为氧化剂的总体积也相对低，所以在某些情况下发现经过部分冷却的燃烧产物43仍然太热(一般在2000°F～2400°F之间)而不能直接进入预热器11。一般许多工业配合料/碎玻璃预热单元的操作温度大约是400°F～900°F。对于配合料、碎玻璃或配合料/碎玻璃预热器来说入口管道气的温度上限大约是1400°F。
因此，在这里公开的能量回收工艺还可以加入一个或多个辅助装置，用于在燃烧产物进入预热器11之前进一步地冷却它们。
例如，在预热器中使用部分冷却燃烧产物43之前，可以使用鼓风机13加入稀释空气51使之与部分冷却燃烧产物43混合并进一步使部分冷却的燃烧产物43冷却。类似地，可以再循环冷却燃烧产物45或其一部分，使之与部分冷却燃烧产物43混合和进一步降低部分冷却燃烧产物43的温度。
然而，本发明优选的实施方案是以节能的方式在预热器11中使用它们之前进一步地冷却燃烧产物，它是通过使它们的热量尽可能多地引导回到玻璃熔化过程中。为了简化该过程和提高它的能量利用率，事实上，希望避免使用稀释空气51和/或冷却燃烧产物45的再循环。如果在任选的回收系统55中回收CO2，那么在没有稀释空气的情况下能最好地保持CO2在冷却燃烧产物45中的高浓度。
相应地，除加热氧化剂流33外，部分热燃烧产物41、或一些或所有的经过部分冷却的燃烧产物43也可以用来加热燃料31，借此使更多的热量回到熔化器17和进一步冷却输送到预热器11的燃烧产物。例如通过间接热交换可以完成加热燃料31。
优选的这种实施方案示于图3中。现在，参见图3，从热交换器15将部分冷却燃烧产物43输送到辅助热交换器57，在这里通过与燃料31进行间接热交换将部分冷却燃烧产物43进一步冷却到1700°F～2200°F的温度。向辅助热交换器57中供给的燃料31的温度低于部分冷却燃烧产物43的温度；供给于辅助热交换器57的燃料31可以是室温下的并且可以被加热到400°F～1000°F的温度。从辅助热交换器57中出来的加热燃料32被送到燃烧器19，同时进一步冷却的燃烧产物44被送入预热器，它们从预热器中作为冷却燃烧产物45排出。
在另一优选的实施方案(没有表示出)中，采用一个热交换器分别地通过与热燃烧产物41进行间接接触来加热氧化剂流33和燃料31。例如，这点可以通过提供分开的燃料和氧化剂的流动室来完成，这样可以防止它们之间在热交换器中发生任何直接接触。
在预热器11中使用燃烧产物之前，在熔化器17中优选地通过热燃烧产物和较冷的玻璃形成物料之间的直接热交换也可以完成燃烧产物的进一步冷却。在一个优选的实施方案中，热燃烧产物逆向流过玻璃形成物料，热燃烧产物与玻璃形成物料经过熔化器17方向相反地掠过玻璃形成物料的表面。
热燃烧产物的炉中预冷对这样一情况是特别有用的，即仅仅一些玻璃形成物料例如碎玻璃在预热器中预热，而其它玻璃形成物料例如配合料直接供给熔化器17，无需在预热器11中预热。
图4(没有按比例画)表示窑中预冷热燃烧产物的优选实施方案。图4为熔化器17，其中在加料壁89处连续地将玻璃形成物料加入熔化器17中，玻璃形成物料用阴影面积84表示。熔化器17配备有一个从窑炉顶部向玻璃表面83延伸的辐射阻挡物或花隔墙81；在花隔墙81的端部和玻璃表面83之间形成间隔。
花隔墙81用来将玻璃表面83上面的熔化器17分隔成两个区域处于加料壁89和花隔墙81之间的装料区域A和燃烧区域B，在燃烧区域B中安放热烧器19并进行燃烧以产生热燃烧产物和熔化玻璃形成物料的热量。
用氧气或富氧空气进行燃烧的最大优点是所产生的热燃烧产物的体积相当小。与基于空气的窑炉相比，用于窑中冷却这种小体积的热燃烧产物所需的玻璃表面面积相当小。相应地，花格墙可以设置在相当靠近加料壁89的地方。将花格墙81设置在距离加料壁89的距离小于熔化器17长度的三分之一处。在实施本发明时，在使用或不使用图4所示的熔化器的情况下，不需要辅助加热，例如通过底部电极进行熔化。这是本发明重要的优点。阴影墙起挡板的作用，用以减少区域A和区域B之间的辐射热交换；因此加料区域的操作温度比燃烧区域中所测的温度低。在区域B中通过燃烧产生的热燃烧产物通过花格墙81下面的空隙进入区域A，在这里它们遇到较低的操作温度并将能量传递给喂入熔化器17的玻璃形成物料。因此，玻璃形成物料在燃烧区域B中被熔化之前已在加料区域A中预热，同时热燃烧产物在通过排气口87从熔化器17中排出之前经历了预冷的过程；由此排出的预冷热燃烧产物进入热交换器15，然后进入预热器11，大体上与图1中所讨论的一样。
通过在熔化器17内预冷热燃烧产物，可以预料到进入热交换器15的燃烧产物的温度将低于2400°F和一般将在大约1600°F～2100°F。接着在热交换器15中的冷却将产生温度更接近预热器11的要求的部分冷却燃烧产物。
热燃烧产物的窑中预冷却连同玻璃形成物料的窑中预热有利于将废热送回玻璃熔化过程，在热燃烧产物进入预热器15之前预冷它们，因而使热交换器受到更加适当的加热，以及有利于在送入预热器11之前进一步降低部分冷却燃烧产物43的温度。
所提供的在进入预热器11之前进一步冷却燃烧产物的各种装置可以单独使用或任意结合使用，只要能够满足玻璃熔化过程的能量和设备需要。可以发现燃烧氧化剂和燃料这二者的加热与玻璃形成物料的窑中预热相结合可以显著地降低或完全消除对稀释空气的或对冷却燃烧产物再循环的需要。从能量利用率的角度看，这点有利于将大多数废能量重新送回玻璃熔化过程。
下面所提供的实施例用于说明的目的和不是对本发明的限制。
实施例1实施例1的结果见图5和其结果表明使用加热氧气不会显著地提高NOx的生成。在这个实施例中，直径为3英尺、高为10英尺7英寸的试验用窑炉保持在大约2800°F的温度下。窑炉被用来燃烧天然气和氧化剂；氧化剂的平均氧气浓度大约是95.3重量％。以超过化学计量2％的速度供给氧气，因此在烟道气中存在一些氧气。为了模拟实际工业窑炉的条件，在窑炉中保持5或10％(以湿体积计)的氮气水平。为了保持5％的窑炉氮气水平，例如以164SCFH(每小时标准立方英尺)的流速向窑中供入氮气；分别以1000SCFH和2170SCFH的流速向窑中加入天然气和氧化剂。根据这些速率计算燃烧产物二氧化碳大约是1034SCFH、水2068SCFH、氧气67SCFH和氮气164SCFH。
分阶段地完成燃烧在室温下将完成燃烧所需的氧气化学计算量的20％(在图5中用菱形或三角形表示的点)或30％(用方形或环形表示的点)作为初级氧化剂供给燃烧器，例如在美国专利号5,267,850和5,411,395中公开和/或要求的燃烧器。完成燃烧所需的剩余氧气作为二次氧气通过喷射系统如在美国专利号5,266,025中公开和/或要求的喷射系统供给。通过喷枪的二次氧化剂的速度是195～240英尺/秒和取决于预热氧化剂的实际体积；天然气的速度是319英尺/秒。通过使少量燃料与氧气燃烧加热二次氧化剂。
图5表示NOx生成量(以纵坐标表示，单位每百万BTU NO2的磅数)随二次氧化剂从环境温度加热到大约1300°F而变化的结果。可以看出，一般升高二次氧化剂的温度到约1200°F对NOx的产生仅仅有非常小的影响。例如，观察由三角形点表示的数据，当氧化剂从环境温度加热到1200°F时，发现NOx生成量仅提高5.5％。
实施例2这个实施例说明一种能量回收方案，其中，除通过表面损失的热量之外，在燃烧中产生的热烟道气的废能量被重新送回玻璃熔化过程。这里不需要掺冷空气和/或重新循环冷却烟道气。
所说明的情况是模拟一种使用预热氧化剂、预热燃料、预热碎玻璃和窑中炉料预热的每天直接燃烧300吨的容器玻璃熔化器。该玻璃熔窑配有上述的花格墙；根据本发明一个优选的实施方案，在同一个热交换器或蓄热室的分开室中加热氧化剂和燃料。在一个逆流直接接触热交换预热器中预热碎玻璃。供给窑炉的燃烧区域温度大约为1200°F、流速60，702SCFH(标准立方英尺/小时)的高纯度氧气(99.9重量％)和温度大约为1000°F的、30，200SCFH的天然气。在加料区域中加入温度为77°F的13，702 1bs/hr的湿(3％湿含量)配合料和温度大约为800°F约13，4971bs/hr约基本上干的碎玻璃。
考虑到烧失量，渗入窑中的空气和由玻璃形成物料产生的湿气，在窑的燃烧区域中产生大约126，772SCFH的热烟道气，其组成为37.4％CO2、54.5％ H2O、6.2％ N2、1.8％ O2和0.1％Ar。来自燃烧区域的热烟道气穿过花格墙下面的空隙进入加料区域，在这里它们将一些能量传递给玻璃形成物料，和以大约2100°F的温度从窑中排出。将来自玻璃熔窑的烟道气通过衬有耐火材料的排气管送入蓄热室。通过排气管壁损失的热进一步降低了热烟道气的温度，热烟道气以2010°F的温度进入蓄热室。
同样将高纯度的氧气和天然气加入蓄热室的分开的室中，二者的温度为77°F。通过与热烟道气进行间接热交换，氧气以大约1200°F温度和天然气以大约1000°F的温度从蓄热室中排出。使用能确保最低热损失的绝热极好的管道将加热的氧气和加热的天然气分别送入玻璃熔窑的燃烧区域中。离开蓄热室的烟道气的温度大约是1376°F。
带耐火材料衬里的排气管把来自蓄热室的烟道气引入直接接触碎玻璃的预热器中。排气管内的热损失使烟道气的温度降至到大约1362°F，该温度比一般碎玻璃预热器的上限温度1400°F低。
用温度为77°F的137021bs/hr的碎玻璃(水分含量为1.5重量％)装填碎玻璃预热器。通过与烟道气进行直接接触预热碎玻璃；温度为800°F的134971bs/hr的预热并且基本上干燥的碎玻璃离开预热器并加入玻璃熔窑中。同样131，106SCFH的烟道气以大约580°F(足以防止水在烟道气排出管内冷凝的温度)离开碎玻璃预热器，其组成为36.2％ CO2、56％H2O、6％ N2、1.8％ O2和0.1％Ar。
向这种具有窑中预热、氧气预热、天然气预热和碎玻璃预热的玻璃生产窑炉中输入的能量如下燃料2.45MMBtu/吨玻璃；氧化剂预热0.11MMBtu/吨玻璃；天然气预热0.07MMBtu/吨玻璃；和碎玻璃预热0.19MMBtu/吨玻璃。
实施例3这个实施例用来说明通过实施本发明具有的经济上的优点。表1中所示的是模拟由技术纯氧气(99.9重量)燃烧的300吨/天的玻璃窑炉的研究总结。它表明各种不同的热量回收方法的比较。无热回收的氧气燃烧玻璃熔化器作为基准情况列于A栏中。B、C和D栏表示来自于烟道气的废能量分别用于预热燃烧氧气、配合料/碎玻璃预热器以及燃烧氧气与配合料/碎玻璃预热器这二者的情况下能量和使用要求。
E栏表明能量回收方案，如在实施例2中描述的方案的经济上的优点。
与配合料/碎玻璃预热(C栏)相比，氧气/配合料/碎玻璃预热(D栏)在燃料和氧气使用上降低了大约5％，导致玻璃生产商的操作费用降低。
将窑中炉料预热与碎玻璃、氧气和天然气预热(E栏)结合使用进一步减少燃料和氧气的需求和相对于配合料/碎玻璃预热(C栏)来说在燃料和氧气的利用上降低了13.5％。
表1A BCDE能量输入(MMBTU/吨)燃料 3.61 3.44 2.83 2.69 2.45氧化剂预热0.00 0.12 0.00 0.09 0.11天然气预热0.00 0.00 0.00 0.00 0.07配合料预热0.00 0.00 0.29 0.29 0.00碎玻璃预热0.00 0.00 0.10 0.10 0.19总输入3.61 3.56 3.22 3.18 2.82总输出(MMBTU/吨)用于玻璃-能量 1.80 1.80 1.80 1.80 1.63烟道损失(总量)1.44 1.39 1.06 1.02 0.83壁的热损失(总量) 0.37 0.37 0.36 0.36 0.35总输出3.61 3.56 3.22 3.18 2.82使用要求燃料(MMBTU/HR)45.1842.9535.3533.6330.59氧化剂消耗量 90,629 86,158 70,149 66,732 60,702(SCFH)
现在通过使用本发明的方法，可以使玻璃熔化过程中的能量利用率提高和NOx生成减少。虽然参照某些实施方案已经详细地描述了本发明，但是对本领域普通技术人员来说，在权利要求的主旨和范围内还存在本发明的其它实施方案。
权利要求
1.一种具有改进的能量回收的玻璃熔化方法，其包括(A)将加热的玻璃形成物料送入熔化器中；(B)燃烧燃料和加热的氧化剂以产生热燃烧产物并且提供在熔化器中熔化所说的经过加热的玻璃形成物料所需的热量；(C)从所说的熔化器中排出所说的热燃烧产物；(D)将来自所说的热燃烧产物的热传递给氧化剂以得到部分冷却燃烧产物和所说的经过加热的氧化剂，其中所说的氧化剂的温度比所说的热燃烧产物的温度低和其氧气浓度至少为50重量％；和(E)将来自所说的部分冷却燃烧产物的热传给玻璃形成物料以得到所说的经过加热的玻璃形成物料和冷却的燃烧产物。
2.根据权利要求1的方法，其中所说的氧化剂的氧气浓度至少为90重量％。
3.根据权利要求1的方法，其中将燃料和70～100％的加热氧化剂在它们燃烧之前彼此分别且隔开地加入熔化器中。
4.根据权利要求1的方法，其中经过加热的氧化剂的温度为200°F～1500°F。
5.根据权利要求1的方法，其中通过间接热交换将来自热燃烧产物的热量传递给氧化剂。
6.根据权利要求5的方法，其中顺流地进行间接热交换。
7.根据权利要求1的方法，其中通过花格墙将熔化器分为用于接受玻璃形成物料的第一区域和用于熔化所说的玻璃形成物料和产生所说的热燃烧产物的第二区域。
8.根据权利要求7的方法，其中将所说的玻璃形成物料从第一区域送到第二区域和将热燃烧产物在熔化器内与所说的玻璃形成物料进行直接接触。
9.根据权利要求1的方法，其中通过与部分热燃烧产物进行热交换以加热所说的燃料。
10.根据权利要求1的方法，其中通过与至少一部分经过部分冷却的燃烧产物进行热交换以加热所说的燃料。
11.根据权利要求1的方法，其中将空气与所说的经过部分冷却的燃烧产物混合，所说的空气的温度比所说的经过部分冷却的燃烧产物的温度低。
12.根据权利要求1的方法，其中将至少一部分所说的冷却燃烧产物在输送到玻璃形成物料之前回收和使之与所说的经过部分冷却的燃烧产物混合。
13.根据权利要求1的方法，其中燃烧产物包括二氧化碳，其还包括从至少一部分冷却燃烧产物中回收二氧化碳。
全文摘要
一种用于改进氧气燃烧玻璃熔窑的能量利用率的方法,其中来自熔窑的热烟道气中的热量被用于加热所有或部分燃烧氧化剂和此后预热至少一部分要熔化的玻璃形成物料。
文档编号F23L7/00GK1172081SQ9711322
公开日1998年2月4日 申请日期1997年5月20日 优先权日1996年5月21日
发明者R·P·钱伯兰, 小林寿 申请人:普拉塞尔技术有限公司