节能型窑炉及其实施方法——新的玻璃工艺的制作方法

专利名称：节能型窑炉及其实施方法——新的玻璃工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及到建材工业中的玻璃工业，电子工业中的玻璃工业，金属冶炼工业及其它行业中的窑炉专业。
现有的各类玻璃工业窑炉，以及其它工业的有关这类型的窑炉均是采用由熔化部、冷却部、成型作业室、小炉，废气预热利用设备，空间分隔设备，窑体保温与冷却设施，废气的排除与鼓风助燃装置以及窑体钢架结构等部分组成，与上述有关联的还有配合料的供给系统，原有的这类技术中，配合料供给是采用投料机将粉料投入窑池熔化部内，厂房建设两层。将熔化部、冷却部、成型作业室、小炉……等设施设在二层内，而将废气余热利用设备，如蓄热室等设在底层，一般说来蓄热室是设在熔窑下面，其内有格子体(也称格子砖)供在换火的前后，分别进行吸收烟气排出所带的热量，以及又将此热量传给由此蓄热室通过的燃料气中的煤气和助燃用的空气等。因此大部分热量均由烟囱内跑掉，又加上其它原因的热量损失，致使熔窑的热效率只有15～30％，(个别的达35％)因此，现有的技术是能耗的大老虎，且投资也大，生产成本也高。本发明的目的是提供一种新的节能型窑炉及其实施方法，它是通过下述的方法、步骤及工作原理达到实现节能降耗，提高产品质量，提高熔化率，提高玻璃熔液的均匀度，及改造现有的窑炉后其产量尚可大幅度的提高……等目的。
我们下面分两方面进行讨论(一)配各料砖格子体1、构思的由来窑炉能耗很大，如何节约能源是我们构思的宗旨，所以，着眼点只能是少的能耗起大的作用，及充分回收利用烟气余热，因此，提高配合料入窑温度应是一个方面—这一点可以使燃气少消耗，且又可正常生产。另一方面是回收烟气余热—在蓄热室的格于体上面下功夫。综上所述而联想到是否可以把格子体改为配合料砖，又可以回收余热，同时又把配合料加以预热后再投入窑池的熔化部内，实现这些方法就要改变现在熔窑结构，取消原来的或部分取消，或不取消(只另增加小炉蓄热室)熔窑熔化部及小炉的下部之蓄热室，全部或部分改为小炉空气(或煤气)蓄热室，以及另增小炉空气(或煤气)蓄热室{以小炉带蓄热室，且其内预热空气(煤气)时，我们简称小炉空气(煤气)蓄热室)这新的小炉空气(或煤气)蓄热室之内放的格子体为配合料砖(粉状配合料混合材加或不加不影响成品质量的粘合剂而制成砖型材)，受小炉空气(或煤气)蓄热室内的推进器的作用而逐步将配合料砖的格子体，边在远端(远离熔窑的外端或称尾端加入，又在近端的小炉口处的投料口推入窑池熔化部内，这样周而复始的工作下去。
2、实施方法与步骤a、取消或部分取消(或不取消，只另增)原小炉及熔窑下方的原蓄热室而全部或部分(或只另增)改到小炉的两侧一个水平面上的小炉带蓄热室或上、下两层蓄热室入一个小炉等——简称小炉蓄热室，b、取消原熔化部端部的投料机及投料口，且可以在端部增加一对小炉并带蓄热室(两个小炉的距离尽量远离，同时熔化部两侧的小炉减少一对)。
c、将熔窑由原在二层布置的小炉、熔化部、冷却部、成型作业室……等全部或部分(或只新增小炉蓄热室，不改原来的蓄热室)，改为共同布置在同一层的底层而全部或部分取消二层了。
d、将各小炉的原上、下布置，又分别入预燃室的空气、煤气通道及其下面的蓄热室改为同一层的一个水平面上，且又有一定垂直倾角，又仍有交角(垂直方向改为水平方向)的小炉空气蓄热室(也就是说小炉与蓄热室紧相接)及小炉煤气蓄热室互相并列入小炉预燃室，或者是不取消原来的蓄热室(或部分不取消)，而是另增小炉蓄热室(统称时就包括小炉空气蓄热室及小炉煤气蓄热室)。
e、小炉预燃室内原水平布置的舌头碹全部或部分改为垂直或仍为水平布置的舌头墙或仍为舌头碹。
f、新的小炉煤气蓄热室内的格子体仍为原来应放的耐火砖或粘土砖或高镁、铬镁、铬砖等的格子体，或是因工艺要求时，也需要同小炉空气蓄热室的格子体—配合料砖一样的构造。或再与原来的蓄热室相连通。
g、靠近澄清部的一对，或两对小炉的小炉空气蓄热室内也同小炉煤气蓄热室一样地放格子体(就是不设配合料砖为格子体)或仍为原来的构造，蓄热室仍在熔窑下方。
h、其它全部或部分小炉空气蓄热室内以配合料砖为格子体。
i、汇总上面，可分下面几种情况按原蓄热室的是否全取消情况分1、原蓄热室全部取消，改为小炉蓄热室尾端与总进风道(排风道)相连。
2、原蓄热室部分取消，改为全部或部分另增小炉蓄热室，且其尾端与原蓄热室连通，或部分连通，或部分不连通，后再与总进风道相连。(换火后就为排风道)。
3、原蓄热室全部不取消，而全部或部分另增小炉蓄热室，且其尾端全部或部分与原蓄热室连通，后再与总进风道相连(换火后就为排风道)。
按小炉蓄热室内的格子体是配合料或不是配合料砖的情况分1、小炉蓄热室内的格子体是用配合料砖。
2、小炉蓄热室内的格子体不是配合料砖。
按小炉蓄热室的尾端与原蓄热室是否连通情况分1、小炉蓄热室的尾端与原蓄热室相连通后再入总进风道。
2、小炉蓄热室的尾端与总进风道相直连不连有原蓄热室了。
以上三种分类方法对我们选用哪一种，这要取决于依熔窑的熔化情况，生产提高的幅度情况，原熔窑结构情况，是旧厂改造，还是新建的情况，原有厂房的情况及生产所需配合料情况，燃料情况，以及人们的认识问题的各种情况……等各种各样的情况来决定，这属于一般通用技术，所以，我这不再多叙了。
3、实施此种节能型窑炉及其方法的必要性与可能性。
众所周知，全世界都在很抓节约能源(以下引自“玻璃”编辑部于1992年10月及建华编译的书名为“国外新型玻璃熔窑及节能技术”)在玻璃制造能耗也占总成本的12％～25％，有的国家窑炉能耗已达全国的近1/3随着能源危机的加重，能源价格持续上涨，以及全球变暖的事实所迫……等逼迫我们刻不容缓地抓节能—上列书中已着重收集了有关新的熔窑结构，配合料(原料)预热工艺，燃烧控制系统和废热回收系统的改进技术，而我们的发明正好是上述三方面的结合，其重要意义是可观的……。有关必要性方面我们就不再多叙了。
有关可能性方面，我们分别论述一下(我们也从上述三方面着手)1、实现配合料预热是没有问题的。
a、配合料可以制成砖，一般玻璃配合料成份为二氧化硅(SiO2) 71.30～72.15％氧化铝(Al2O3) 1.80～2.30％氧化铁(Fe2O3) 0.15～0.20％氧化镁(MgO) 3.5～3.9％氧化钙(CaO) 7.35～8.2％氧化钠(Na2O) 14.25～14.70％这些成份的加入是加入硅砂、砂岩、苦灰石、纯碱、芒硝及煤粉、石灰石、萤石而实现的，这些成份可以看到纯碱、芒硝是遇水形成含结晶水的物体而结块。秦皇岛耀华玻璃厂的操作工人就有所体会，配合料(拌合好的原料)遇水自己形成块是很坚硬的。氧化钙、氧化钠、氧化镁也都可以烧成块状，SiO2的粉料中的细粉可占SiO2总量的10％左右，也如烧制砖时的工作原理一样。上述几种成份之原料在温度升高全可形成块状物体。又建材局秦皇岛玻璃工业研究院于1986年4月～5月，曾已做过料块投入窑池内的中间试验，而且于1986年5月24日还开了部级成果鉴定会，也已肯定制砖无任何技术问题……，因为制砖技术已是一般技术问题，我们在申报专利这一技术方案中就不需详加叙述了。
1976年国家建材局批秦皇岛玻璃研究院立“提高玻璃熔化率”科研项目254万元。1986年4月～5月进行了玻璃配合料压块熔化工艺”中间试验，于5月24日开的部级成果鉴定会其结论可提高熔化率13～17％以及提高玻璃液的均匀度。
b、配合料的格子体-配合料砖可以投入窑池熔化部内，此方法可以成为现实的。我们以400吨/日的熔化量为例进行计算。
①先以熔窑需要量来着手计算400吨/日÷24小时≈17吨/小时17吨/小时÷3600秒≈4.7Kg/S≈5Kg/S……①也就是要求投入窑内之配合料砖为每秒5公斤，一般53×115×240的砖每块重2.5公斤，以20分钟换一次火则每次换火需推进入窑的砖量为5kg×60S×20＝5×1200S＝6000Kg……②6000Kg合2400块若以格子体为1吨/米3计需推入窑内格子体为6米3，(包括空隙在内)③再从小炉蓄热室是否可实现来着手计算若以六对小炉计算，则每对小炉是2个小炉共计12个小炉，每个小炉各一个空气蓄热室，煤气蓄热室，所以共24个蓄热口，我们若定以回收烟气热量的换火时间为将配合料砖格子体推入之时间，所以24个蓄热口中有一半为推入，另一半不推入(速度慢了)，所以有24/2＝12个蓄热口(小炉口推入窑内之格子体的口)推入配合料砖格子体，所以是12个口推入6米3格子体，所以每个格子体为6米3/12＝0.5米3，若推入速度以0.01m/s，则一次换火时间为20分钟时，计前进的距离为11＝20×60×0.01m/s＝1200×0.01m/s＝12.0m11为一次换火时间推入配合料砖的格子体12米，此方面先谈到此处。
众所周知现今玻璃熔窑中的蓄热室多采用分隔式蓄热室，每个外形尺寸为≈4.5米高，2.5～3.0米宽3.0长，也就是说其断面尺寸约为2.5×3.0米＝7.5米2。我们又知现有技术一般到小炉口处收一下尺寸，其口部尺寸为(1～1.4米)×0.45米，也就是说在F1＝(1.0～1.4)×0.45≈0.5米2左右，且其蓄热室之断面F0为F0＝2.5×3＝7.5m2(为一个小炉口的一个空气蓄热室的断面积远远大于0.5米2，F0＝7.5＞＞0.5m2综上所述以格子体断面F0＞＞1m2来估算，以格子体推入窑内速度为12米(每一次换火时间—20分钟)。
所以可以计算出一个小炉空气蓄热室每20分钟推入，20分钟停推入(慢推)则可推入格子体为12m×1m＝12m3，而12个小炉的体积则为(按推入速度12米计)12m3×12＝144m3＞＞6m3，若按6个小炉计144m3×1/2＝72m3＞＞6m3所以小炉空气蓄热室内放原料砖的格子体已远远满足要求。
我们可以说小炉蓄热室是可以满足投配合料的要求的。
其理由可以汇总为以下几点1、各窑生产能力—熔化量要求推入配合料的量是微量的。
从计算可知400吨/日的熔化量，才要求6m3/单位换火时间。
单位换火时间—就是每换一次火的间隔时间(例如20分钟)。
2、前已设配合料砖的格子体推入窑内熔化部(小炉口)的速度是0.01m/s，这是很慢的速度，众所周知是完全可以实现的。就是这样的速度推入格子体到窑池内。每单位换火时间(20分钟)尚可推入12m呢，这个数字也是相当可观的。
3、格子体的热交换断面通常在2.5m×3.0 (以400吨/日的考虑)这个数字也是可观的。
4、要求的量(1、条)是微量的，而实际能够达到的量(2、条3、条)确是可观的。所以尚完全满足，除此之外尚有一半(煤气烟道小炉)未用来装设配合料格子体，所以是有很大潜力，有必要时还可大幅度提高产量。
2、窑炉结构是可以满足这新的节能型窑炉的要求的。
a、冷却部、成型作业室、均是原有的成熟技术，是通常作法，所以就不再多叙了。
b、熔化部有变化的地方是投料口封住，两侧角可根据需要增加一对小炉并带小炉蓄热室，又可根据需要在熔化部端头(原投料口外)中间部位设热交换后的碎玻璃以及未热交的碎玻璃之投入口这些都是通常技术，也就不用多叙了(视加碎玻璃量多少来定，其中有一部分加入到配合料砖内—这就好比混凝土中加大石头的同样道理。所以，当在配合料砖内加入碎玻璃量—一般为15％。满足不了15％以上的量，需加入熔窑内时，则就启用这个碎玻璃之投入口)。
小炉(不带蓄热室)仍是原有技术，而小炉蓄热室是下列几种。
(1)、空气、煤气水平并列(有倾斜度)入小炉口，且其内蓄热室的格子体均为配合料砖—简称水平式。
(2)、小炉蓄热室的煤气通道仍是原有技术。而空气蓄热室单列在煤气之上方，其内之格子体为配合料砖，当格子体被推入的时候是通过舌头碹而入熔窑的熔化部内。—简称垂直式。
上述两种(1)水平式小炉蓄热室。(2)垂直式小炉蓄热室。是我们发明的中心，我们在实施例中详加论述。但是这些发明中心及发明中心的有关各部结构设计及构造与耐火材料配置的位置和工艺参数，要求的工艺操作程序及规程……等还是同原有技术一样地适用于这新的条件下来实现。所以，也不需要另外详加论述。
3、燃烧与废热回收的问题据有关资料介绍……(平板玻璃熔化与熔窑书175页)「配合料的压块，粒化和预热，能提高熔窑的熔化能力20～25％，燃料消耗可减少15％～30％。
国外实践已经证明，熔化经过预热反应的块化料，粒化料可以把熔化温度降低到不大于1430℃，这对防止配合料分层，提高熔化速度和玻璃质量，节约燃料等方面都有重大意义。
据美国1987年期刊报道，美国福特汽车公司已取得配合料压块和预热技术的专利权。压制的块料用废气预热，生产一吨玻璃可节省燃料费2～4美元。日本一玻璃瓶窑使用粒化的配合料，熔窑的熔化量由150吨/日提高到190吨/日，耗油量由使用前的250公斤/吨玻璃液，降到150公斤/吨玻璃液，熔化时间缩短了30～40％。
这种块化，粒化与预热技术，目前国外实际应用还仅限于小型池窑尚未正式用于大型平板玻璃熔窑。配合料的密实，可缩短熔化时间降低能量消耗，提高熔窑热效率和减少粉料飞扬。
法国圣哥本公司提出了将粉料进行密实处理以后，再投入熔窑使用。该法制造比较简单，所采用的设备最好是辊筒压机，将配合料加压密实，使其达到与真比重接近的程度，而将配合料的空气几乎全部压出，再将密实料送入窑内。
以煤气为燃料的熔窑采用火焰增碳技术可以强化辐射传热，缩短熔化时间，每立方米煤气加入20～30克重油进行火焰增碳，能使玻璃熔化周期缩短，节约许多煤气。
注此符号「……」内为引自资料的一段。
又由下可看出「实用平板玻璃的配合料都是三组分以上的混合物，它在加热时发生的变化更为复杂，但基本上仍是单组分和两组分混合物加热时发生的各种变化的综合。主要变化有排除水分、盐类分解、多晶转变、生成复盐、生成硅酸盐、生成其熔混合物和熔化等，详见表2-1-2。
前已述及，硅酸盐形成阶段与玻璃形成阶段之间没有明显的界限，在硅酸盐形成过程尚未结束时，玻璃形成已经开始。这两个过程所需时间相差很大，硅酸盐形成阶段进行极迅速，而玻璃形成却很缓慢，例如在玻璃整个熔制过程约32分钟，其中硅酸盐形成只需3～4分钟，玻璃形成却需要28～29分钟。」「……硅酸盐形成是玻璃熔制过程的第一个阶段。……在这阶段结束后，配合料变成了由硅酸盐和游离二氧化硅组成的不透明的烧结物。制造玻璃时，这一阶段在800 °～900℃结束。(引自“平板玻璃熔化与熔窑”书的79页」。「现举我国两个厂1957年熔化温度曲线……，4#小炉1530℃，熔化温度曲线控制，在各厂是采用光学高温计按时间测定规定位置的温度……(引自“机制窗玻璃的生产”1958年9月第1版，书号1245，建工出版社的67页」。
「采用蓄热室预热煤气和空气时，预热空气温度每提高100℃，火焰温度可至少提高20℃-引自“平板玻璃熔化与熔窑”书93页。」通过上面的引语句，我们来分析一下
(1)、我们的发明之配合料砖升温，到800℃～900℃配合料生成烧结物后再升温而软化熔制成玻璃液，这正好符合原书上的表2-1-2，由于上述这段过程是由配合料砖推入的一步一步地进行下去，其变化时间也符合与接近前已谈到的32分钟，所以对有关温度变化的情况是能够较好地实现。
(2)、配合料烧结物是在800℃～900℃结束，所以其做为热交换的蓄热室的格子体就不如原有技术的蓄热室格子体的超过900℃ 以上的热交换的效果-因900℃已开始熔化及坍塌的配合料砖格子体的热交换效果要差了，但总的效果则可补足900℃以上的热交欠缺之效果(下一条着重谈一下)，而此坍塌之欠缺一面正是总的效果好的一面，首先它等于在熔化P之外，用余热又进行了熔化配合料(原有技术的情况是窑内熔化温度在1580℃左右—火焰温度要求在1700℃左右的情况下之熔化温度，而窑内排出废气的温度在1400°～1500℃左右。而一般为煤气预热到800℃～1000℃，空气预热到1000℃～1200℃，废气出蓄热室温度为600℃左右)这余热出窑后入小炉口时也达玻璃熔化温度以上1400℃，(玻璃液温度过去一般均在1300°～1330°)所以完全可以达到在窑外的小炉口下面的流液沟内形成一个新的熔化沟，使我们发明的熔化沟等于新增加了熔化部，其结果是产量提高，均匀化提高，(均化过程缩短)又由上面引语句中的国外资料，还可说熔化温度因预热反应的块化料的加入，而可以把熔化温度降低到不大于1430℃.原有技术熔化温度约计1580°左右降低到1430℃时，为降低了150℃ ，若仍以预热空气提高100℃，火焰温度可提高至少20℃，而对熔化温度的提高一定是到不了，“至少20℃”了。反之，我们可近似推理，熔化温度降低20℃时，预热空气将可降低100℃，有下式可推出熔化温度降低量为1580°－1430°＝150℃预热空气降低量100℃×(150°/20℃)＝7.5×100℃＝750℃需预热空气达到温度1400℃-750℃＝650℃当然，实际上我们的发明之预热空气也能达900°～1000℃左右(约降低了100℃～200℃)—因为配合料砖软化了后，其与蓄热室墙拱顶等也还可以交换预热呢。所以说我们的发明是满足熔化配合料的要求，及补足了热交欠缺的不利效果。
(3)、我们的发明虽然有热交欠缺的效果，但总的效果仍是节能降耗的。这是因为有下列理由原有技术由配合料投入窑内之后，到配合料熔化成玻璃液这一个过程可近似分解为a预热后的空气、煤气产生之热能为QH设预热空，煤气时格子体所给予空，煤气之热量为QX。QM为空，煤气燃烧之热能b、由于原有技术与我们所发明的散热条件所定一样，所以，进行比较时可忽略，设废气由窑内进小炉口到蓄热室，因热交换而转到原格子体之热能为Q′X。
c、格子体本身已带有热量Q′X，又预热空气、煤气，而由空、煤气带走之热量为QZ。
d、空、煤气燃烧后，又经过蓄热室之后，再带到大气，由烟囱跑掉之热量为QP。
我们又设未经预热之空、煤气燃烧产生之热量为QR。
有下式成立QH＝QR＋QX……②又QX＜QZ＜Q′X……③成立的原因是热量QX转移到格子体为QZ，再转移到空、煤气为Q′X，每转移一次，就有热损耗，其效率η0，η0＜1而我们的发明是将给小炉的热量Q′X分成两部分，先将设按下式分配设Q′X＝Q′X1＋Q′X2……④Q′X1＝0.4Q′X……⑤Q′X2＝0.6Q′X……⑥各占40％与60％(我们假定的)Q′X1为直接在小炉口熔化配合料砖为玻璃液所需之热量。
Q′X2为60％的Q′X通过蓄热室格子体(不管什么材料组成之格子体其转化热量之工作，我们假定是一样的，其误差不大)。转移后仍为预热空、煤气。条件未变，则效率η0也未变，所以QZ也只有QZ2＝0.6QZ，就是QZ2为60％的QZ转化预热空、煤气，由空、煤气带走的热量，同理QX2也是QX的60％。
我们设原有技术玻璃配合料熔化所需热量为QO，而我们发明的，可给予配合料熔化之热量为QO1，有下图成立。 我们的发明为 由上图可看出Q′X1不再经过QZ1、QX的转化再去熔化配合料，若η0＝0.9，则两次转化之总效率为η＝η2＝0.9×0.9＝0.811－0.81＝0.19也就是说Q′X1直接熔化，所以其损耗这0.19Q′X，19％Q′X的40％，节约下来了。如式QX1＝0.4×Q′X1＝1.235·0.4·QX1(当然我们是为了举例说明问题，实际数字并不是此数)。
也就是说节约了23.5％，把上图的QZ1与QX1划掉说明无此过程了。
从上面可以看出到总的效果是好的，往下我们不再多谈了。
综上所述，我们可以这样说我们的发明是将配合料砖当成蓄热室的格子体用，为了达到将炽热的格子体或已熔融了的格子体送入窑池内就必须使蓄热室与小炉在一个平面或一个倾斜平面上，其靠近窑池的小炉口12内有流液沟口65使炽热的或已熔融的配合料砖能加入窑池内。为了达到在配合料砖加入窑池内之后，蓄热室内们保持满的配合料砖就必须在蓄热室的尾端(远端)逐渐加入配合料砖，又靠推进器顶入而实现。
(二)配合料砖予熔墙体和予熔拱顶体——本文均简称予熔体。
有关构思的由来、目的，实施方法的可能性及必要性等方面的论述与上条是基本一致的，只不过其使用方法及地点有些不同，所以，这些相同部分我们就不再讨论了，下面我们讨论一下它们的不同部分，而不同的通常技术我们也不再讨论。
予熔体就是说，原有窑炉的围护体(包括墙体，拱体的窑顶碹及池底……等)包括窑顶、窑壁、池壁及池底等某一部位的全部或部分以配合料砖砌成，且其目的是充分利用其所散失的热量全部或一部分，作为予热或予熔配合料砖所成的窑顶(大碹)、窑壁、池壁、及池底等的内表面(有火焰及玻璃液的内表面)并逐渐进入玻璃液的窑池内，同时在其外表面(或其外的侧面)逐渐加入或推入配合料砖砌成的(或干码成的)墙体，碹顶池底等，来补足推入窑池内的那部分配合料砖的量，使予熔体永远保持我们生产上所需要的厚度的这部分配合料砖围护体(或墙体、或碹顶、或池壁、或池底等)我们称之为予熔体。
我们举出实施例予以说明设一个玻璃球窑，其白产量为12T/日。
其原有窑炉尺寸为碹顶净跨为lo＝4.2m碹顶拱净高f＝lo/7＝4.2m/7＝0.6m碹顶拱脚距玻璃液面之距h＝0.8m所以此窑前脸墙(或称端墙)的内净尺寸如下(取液面以上尺寸为予熔体)中间高H＝0.8＋0.6＝1.4m两拱脚外Ho＝0.8m其端墙予熔体正好取以上前脸墙尺寸——将投料机取消了。所以其面积近似为F＝(1.4＋0.8)/2×4.2＝1.1×4.2＝4.62m2若假设每半小时推入一次，每次推入量为12T/日＝0.5T/小时若取投入原料量为1.2倍熔化量，则要求每小时投入置为0.6吨，如下式0.5T/h×1.2＝0.6T/h若取配合料砖之容重γ＝2T/m3则0.6T/h为0.6T/h×0.5小时＝0.3T/次每一次半小时推入量为0.3T/次其所需推入体积Vo/次(半小时一次)Vo/次＝0.3T/次×1/γ＝0.3×1/2＝0.15m3/次Vo＝0.15m3需推放进尺每次为Vo/次δo＝Vo/Fo＝0.15m3/4.62m2≈1/30m≈33mm则每次推入配合料砖量为0.3T/次也为0.15m3/次若前脸墙面积4.62m2全熔入窑池内达33mm/次，就可满足生产量的要求，而现窑池前脸墙内表面温度已可达≥1400℃，取前脸墙为1m厚时，其熔化量每半时33mm是不成任何问题的。(计算略)这予熔体设在前脸墙(也称端墙，如图2中的编号11的碎玻璃投料口外的部位)为予熔体，其下标高为玻璃液面，其上部标高为大碹底。两侧为胸墙内。投料机可以取消，(此球窑不是我们图中所划之形式，而是通常做法，应取投料机处的端墙)从以上计算可知，前脸墙为予熔体是完全满足要求的，若产量增大，前脸墙推入量满足不了要求时，可与配合料砖格子体配合，或再增设其它部位的予熔体，这是通常技术，所以不需多述了。
其它有关方面的技术如1)予熔体与配合料砖格子体的如何配合，哪个方面各为多少推入量；2)予熔体的推入需省力时，将其支承在斜面的角度问题，及支承在耐火粘土滚杆上的设计问题；3)予熔体的厚度多少问题；4)予熔体的窑外制作与推入问题，是机械制配合料砖还是人工制作配合料砖，是人工顶丝推入，还是机械推入……等。
5)予熔体是碹顶的推入，及其下的胸墙内为予熔墙体的推入，以及予熔碹顶(肯定是在原耐火砖碹顶之下另增设配合料砖碹顶，并使支承在配合料砖墙体，其位置在胸墙内，原耐火砖的原胸墙内净跨，为配合料砖拱顶大碹的满外跨度，原拱顶大碹底是现今的配合料砖拱顶大碹顶)与予熔胸墙体之厚度的配合，并使之达到合适配合厚度，就是说予熔胸墙体一直支承住予熔拱顶合适的熔化后再全熔化完了。由外再推入新的碹顶及胸墙体。且推入的尺寸达到合适程度。
6)予熔体与原耐火砖墙体、胸墙、大碹的密封问题，是采用设挡砖，还是以配合料砖粉未砌筑的问题。
7)配合砖内加入碎玻璃的多少问题或每二块砖之间有一块砖为碎玻璃堆入此空内，且上下层的碎玻璃砖位，及左右，前后的碎玻璃砖位，互相错开等的问题。
8)窑炉的火焰制度问题。
9)窑炉的散热损失在予熔体面积的热量转为予热及予熔配合料砖而再推入，或熔入窑池内的有关工艺参数选取……等的问题。
以上9条均为通常技术，我们就不再多述，兑之我们重要是利用窑炉围护体所散失的热量为予热与予熔配合料砖予熔体再入窑池内玻璃液内，同时外面又边补充(推入或加入)配合料砖体，而达到节约与利用损失的能量，达到节能降耗，提高产量的目的。同时又增大了窑体围护体的保温效果，又延长了窑体的冷修周期。
下面结合实施例来说明一下问题。
我们先谈一下附图以及符号说明。


图1是节能型窑炉底层平面2是节能型窑炉上层平面3是I—I剖面图(沿水平式小炉空气蓄热室纵向剖面)及V-V剖面图4是II—II剖面图(水平式小炉空气蓄热室的横剖面图)图5配合料砖入口处的横剖面图IV-IV剖面图。
图6配合料砖格子体燃烧预热示意图。
其位置同I-I剖面图7小炉蓄热室的纵剖面放大图I-I剖面(水平式构造)的口部图中编号列在表一中编号名称对照表表一编号名称 编号 名称1 大闸板 9冷却部2 中间闸板 10通废热锅炉3 空气交换器闸板 11碎玻璃投料口4 煤气交换器 12小炉口5 熔化部 13空气蓄热室6 空气烟道 14煤气蓄热室7 煤气烟道 15总烟道8 矮碹 16烟囱编号 名称 编号 名称17引上作业室 44 推进段18间隙 45 熔化沟侧墙19碎玻璃 46 蓄热室钢结构立柱孔20配合料砖入 47 小炉口部平砖21小炉空气蓄热室 48 小炉口部上倾砖22小炉煤气蓄热室 49 推进器轴承座23隔墙 50方牙螺纹顶杆24孔道 51楼面或地面25配合料砖 52池底26底层配合料砖 53大碹27侧面机器手54喷出口28后而机器手55舌头墙29推进器56予燃室顶30 前梁砖 57空气上升道31 上梁砖58煤气上升道32配合料入口前室59空气道的墙33小炉蓄热室底 60煤气道的墙34 侧墙 61煤气水平道(小炉)35 中间隔墙 62空气水平道(小炉)36 顶63配合料砖斜溜槽砌体37小炉蓄热室涨缝 64看火孔38熔化沟(流液沟) 65流液沟口39熔化段66烟气死区40蓄热段67交叉段41预热段68通路42干燥段69配合料砖口部挡砖43码垛段70砖内水管我们先谈一下图面上的有些说明我们规定站在烟囱16的部位往作业室17中心看来定左与右方向，图1，2中的图面上方为左方，烟囱中心与引上作业室17的中心(也是冷却部9中心)之连线为对称轴，在图中已标出 对称符号。所以对称轴下方就是右方。我们由烟囱1 6往引上作业室17方面数小炉而规定其小炉号顺序编号为1#，2#，3#，4#，5#，6#小炉。图上我们顺序把小炉编号加在各蓄热室之后例22-4，14-6表示4#小炉的小炉煤气蓄热室，和6#小炉下面的煤气蓄热室，而其它非……蓄热室构件之一---－后面的数字是为区别而填加数字号，例如49-1，49-2为有两个推进器轴承座，使之有所区别而写成49-1与49-2，又例如50-1，50-2，50-3，50-4，50-5是区别方牙螺纹顶杆共有五个，例如61-1，62-1是表示与61，62有所区别，它们表示煤气，空气水平道的口部，例如48-A，48-B，48-C是表示小炉口部上倾砖48的三个分段部位，以下这方面不再说明了。我们下面结合附图分项谈一下各方面的问题。
一、在图1，2表示了节能型窑炉的底层有蓄热室与烟道剖面的平面图，及在窑池上方看的平面图，图中标出各部位之间关系，又可看出为6对小炉，9个引上作业室(9机窑)----以虚线表示。这6对小炉中的1#，2#，4#为小炉蓄热室(我们的发明之中心)，而3#，5#，6#小炉为原有技术的小炉下方有空气及煤气蓄热室，所以这三个不再多述了。图中以22-1，22-2，22-4及21-1，21-2，21-4表示1#，2#，4；#小炉煤气蓄热室与小炉空气蓄热室，本图未划出空气烟道6与小炉空气蓄热室21及煤气烟道7与小炉煤气蓄热室22的连接，因为这是通常技术，故略去，我们在此说明了上述两两相互连通就是了。以上是我们需要说明的问题1。
二、这是要谈的关于左侧小炉被供给予热的空气，予热的煤气在左侧小炉予燃室内及窑池内燃烧，----以下我们简称喷火，也就是说左侧小炉喷火，以及右侧收排烟气的情况。
我们按顺序依下列情况列下1、喷火途径列下表(按进气途径依序号列下表二)二序号煤气途径 空气途径1煤气炉供给煤气 助燃风车供给空气2煤气交换器4 空气交换器闸板3(左侧)3煤气烟道7(左侧) 空气烟道6(左侧)4煤气水平与垂直的连通 空气水平与垂直的连通烟道烟道(图中未划) (图中未划)以上见图1 以上见图1以下见图5 以下见图55按a的反方向过煤气 按a的反方向空气上升道57上升道58注图5表示煤气上升道之剖面，也适用于空气上升道之剖面。故此1张图表示了煤气(空气)的各自上升道，及水平道的进气口61-1(62-1)的相互关系----图5又是小炉煤气蓄热室的横剖面，也是小炉空气蓄热室的剖面。序号煤气途径 空气途径6 煤气水平道61 空气水平道627 煤气水平道的进气口61-1 空气水平道的进气口62-1以下见图3，图6 以下见图3，图68 配合料砖25格子体配合料砖25格子体(小炉煤气蓄热室22内)(小炉空气蓄热室21内)9 配合料砖格子体25的码垛段43 合料砖格子体25的码垛段4310 配合料砖的格子体25的干燥段42 配合料砖的格子体25的干燥段4211 ″″予热段41″″予热段4112 ″″蓄热段40″″蓄热段4013 ″″熔化段39-1 ″″熔化段39-114 ″″熔化段39-2 ″″熔化段39-2予热的煤气与空气在予燃室混合燃烧而喷火以上是左侧喷火之燃料气与助燃空气所经过之途径。
右侧小炉口及小炉蓄热室收排烟气情况如下表三序号 烟气排出1～11 表二的14～4不再列出，谨为反顺序12 空，煤气烟道6，7(右侧)13 煤气交换器4与空气交换器闸板314 总烟道15(总大闸板1的内部段)15 通入废热锅炉1016 入大烟囱16三、小炉蓄热室的构造与作用图3表示了小炉蓄热室的构造小炉蓄热室底有一倾角β，此β角是考虑以下几方面的因素进行设计的。
为了使推进器设计的推力PH不易过大，所以应使自重Q产生之垂直于斜面H-H的压力QT及平行于斜面H-H的下滑力QH有下式关系(设磨擦系数为f)当不考虑玻璃熔化的粘滞力时PH＞Q·COSβ·f-Q·Sinβ熔化温度高时其粘度滞力较小，反之粘滞力大，可根据各个生产的不同温度(小炉口处的温度)情况掌握，若不考虑粘滞力时有下式 QT＝Q·COSβ磨擦力必须大于下滑力才可稳住 QH＝Q·Sinβ当Cosβ·f≥Sinβ时PH很小f≥toβ 但PH也不宜太小，否则下滑，以上这些因素考虑进去就可以决定角β了。
小炉蓄热室的构造组成如下小炉蓄热室底33小炉蓄热室顶36″侧墙34″中间隔墙35看火孔64还有测温孔(图中未划)
以上是耐火材料的通用技术，不另外阐述了。
图中小炉口处的溶化沟侧墙45之上方设小炉蓄热室涨缝37，其溶化沟38将玻璃液流入与池底52组成的溶化部5内，小炉口部12及喷出口54与大碹53是相连的，从图中可看到小炉口平砖47是与大碹53相连接的，同时也与小炉予燃室顶56相连小炉口部上倾砖(实际是小炉口底)48是按照现行技术上坡γ角在5°左右设置的，----见图7。其上与小炉口平砖47相连的一段小炉予燃室顶56也一样按现行技术下倾δ角，约计20°～26°左右----按生产情况来定。图7表示了小炉口部上倾砖48分成三段，X、Y、Z，在P点也是小炉蓄热室底H-H坡下与小炉口部上倾砖48的上表面之交点。其目的是又能使小炉蓄热室的空(煤气有所导向，还保证流液沟口65，只往下流入或落入配合料砖(及熔融的玻璃液)而不往下走空(煤)气----或予燃气。(就是走了也无仿，因为此处也应加温)。
依耐火材料及生产情况的热修，冷修情况来定在烧制耐火材料小炉口部上倾砖48之内是否另增砖内水管70。生产时又与外接水管相连。
小炉口部12及予燃室的情况是这样的，图3的V-V剖面中表示空气与煤气的小炉蓄热室之间交角为α，这应以两蓄热室的斜面RN1与RN2之交点R以外之延长线交小炉口12之外面T2与T1点，这样才使空煤气混合予燃较好，也就是小炉口S2S1＜T2T1，且RN1及RN2应适当加长＞0.5m以上，才能使空、煤气之导向较好。这是燃烧的通常技术，不再另述了。
三、推进器的作用，以配合料砖入口前室的构造与作用(见图3与图6)。
为了使配合料砖25的格子体在没有施加PH之力时不下滑，施加PH的力不很大就可下滑，PH之力靠什么施加，所以，就有了推进器29，由方牙螺纹顶杆50，轴承座49(49-1与49-2)以螺栓固定在楼面或地面上，外有耐火粘土砖保护，及保护推进器中的方牙螺纹顶杆50不受火焰温度侵蚀，而在其头部设一个推进器前梁砖30，其又固在方牙螺纹顶杆头部，又不影响方牙螺纹顶杆50转动(内含转动的滑动轴承套----被前梁砖30包围在内)且只可在小炉蓄热室中间隔墙35之下设推进器上梁31下面孔洞沿蓄热室烟气方向前进与后退的滑动，且其间隙较小，故只能滑动，且外跑正压的烟气，煤气，空气的可能性就较小了。方牙螺纹顶杆50-1～50-5，顺时针转动时推进器前梁砖30往小炉口12方向前进若前梁砖30与配合料砖25格子体的底部(因为PH之力靠前梁砖在底部施加)全码好配合料砖25了----没有间隙了，则PH之力就施加到格子体了而使格子体向前推移，致使一部分配合料入窑池内。方牙螺纹顶杆50有五根可以分开转动，可分开前进，所以前梁砖30也同样分成五段，又可各个速度不一样，目的是调正配合料砖25格子体与耐火砖的侧墙34之间的间隙18总保持一定的尺寸，方牙螺纹顶杆50-1～50-5其转动靠推进器29，它用大长特制板手可以人工转动，也可电动机带动齿轮组再传到方牙螺纹顶杆50上，又可采用油压缸施加PH力，这些全是通常技术不另述了。为了防止烟气温度侵蚀推进器29，方牙螺纹丝杆50，以及操作工人，和减少外露空气，煤气，烟气而设配合料砖入口前室32，特别是小炉煤器蓄热室只能用在换火20分钟的中间15分钟，且还是跑烟气阶段的换火时间，而送煤气时间则应停止。(慢推入)推进器的方牙螺纹顶杆以及轴承座49均与蓄热室墙密闭好。为了使前室32之内的配合料砖25格子体内的烟气死区66的空，煤气烟气的正压较小，所以应设烟气死区66，并适当加长一些(例如2～3m长)。前室32内有配合料砖斜溜槽砌体63，其目的是为了将配合料砖由配合料砖入口20，一个接一个地通过砌体63下滑(后面有顶入的人手使用的工具顶棍或戴上防护手套以手顶)到小炉蓄热室中间隔墙35上的配合料砖的入口20而入小炉蓄热室内，再以侧面机器手27，后面机器手28，进行码垛与调整，机器手在核工业部有关的单位已是成熟的通常技术，本发明所用机器手可以是普通耐热钢棍两个人挤压码垛，通过看火孔观察，也可以机器手外包耐火材料，内通循环水……等，这些是通常技术，故不另阐述了。
配合料砖25，在被推入前进时，应防止不正常滑下，所以在底层有200m～300m厚的满铺配合料砖，图中以26表示底层配合料砖，(当然这部分蓄热较差)，同时还起到熔融的配合料砖少粘柱蓄热室底33的作用)。
图中有配合料砖入口20之内设配合料口部挡砖69，本身可绕中间墙上的轴转动，当配合料砖25进入口内靠挤力把挡砖69打开，砖25过后挡砖69又靠自重压住配合料砖入口20而密闭，这也是通常技术不另述了。
四、从图5与图6我们可以看到配合料砖格子体25的热变化情况，取一配合料砖前进分析。
当配合料砖25由窑外经前室32推进段经平道62-1(61-1)的入口，此时过码垛段温度逐渐上升约到600℃左右，在干燥段42，予热段41时温度也逐渐升至800℃左右，再经过蓄热段温度由800℃～1100℃左右或还低(现有的可在小炉口达1400℃----窑内为1580℃)。我们的窑内可降至1430℃以下----国外资料介绍的。所以小炉口约在1100℃～1200℃左右到熔化段39-1，39-2，而使大部分已熔化流入流液沟口65而入熔化部5内，由于我们主观设计的一块砖在蓄热室内的停留1.5小时～1小时，视具体情况定，所以反应时间较常，气泡也释放的差不多了，当然是又提高玻璃质量，又节约燃料，又提高熔化率。
五、最后的话，我们以上主要是介绍了横火焰窑，空，煤气燃烧的情况，对马蹄形火焰窑也好，对烧油的也好就更简单了，同此工作原理就不再介绍了。
此外碎玻璃一般是加入配合料砖内，若满足不了要求时，就开启图2的碎玻璃投料口11或是采取图4剖面右侧式样(本图是为碎玻璃在蓄热室内予热而画，而不是本图应是这样，图中，由耐火砖隔墙23砌成多孔道上下数层，左右数孔，以交叉隔孔放碎玻璃，另孔走烟气等来予热碎玻璃，并可被推入下滑来补充碎玻璃的不足。
又小炉布置尚可采取1#，2#，小炉为交叉火焰窑，也就是左侧1#与右侧2#，左侧2#与右侧1#各为对应一对小炉，这些是后话。此处不再多述了，其它凡是未详细论述的均为原有通常技术，不需另外谈了，在此声明一下。
多组分混合物加热时的变化表2—1—2序号 加热时的变化 变化时的温度 说明1排除吸附水 100～120℃2Na2SO4的多晶转变235～239℃从斜方晶形变成单斜晶形3煤粉的分解与挥发 约260℃ 煤粉分解温度不定，随煤的组成而变4形成镁钠复盐 ＜300℃ MgCO3＋Na2CO3→MgNa2(CO3)25MgCO3开始分解 300℃ MgCO3→MgO＋CO2↑6开始形成钙钠复盐 ＜400℃ CaCO3＋Na2CO3→CaNa2(CO3)27CaCO3开始分解 420℃ CaCO3→CaO＋CO2↑8Na2SO4与煤粉之间400℃开始 Na2SO4＋2CNa2SO3＋2CO2↑的固相反应 500℃进行很快9Na2S变成Na2CO3500℃开始 Na2S＋CaCO3Na2CO3＋CaS10 石英的多晶转变 573℃ β—石英α-石英11 镁钠复盐与SiO2反应340～620℃MgNa2(CO3)2＋2SiO2MgSiO3＋形成硅酸盐 Na2SiO3＋2CO2↑12 MgCO3与SiO2作用 450～700℃MgCO3＋SiO2→MgSiO3＋CO2↑13 MgCO3分解达最高 620℃ 此后温度上升分解速度减慢速度14 钙钠复盐与SiO2反应585～900℃CaNa2(CO3)2＋2SiO2→CaSiO3＋形成硅酸盐 Na2SiO3＋2CO2↑15 CaCO3与SiO2作用 600～920℃CaCO3＋SiO2→CaSiO2＋CO2↑形成硅酸盐16 Na2CO3与SiO2作用 700～900℃Na2CO3＋SiO2→Na2SiO3＋CO2↑形成硅酸盐17 生成低共熔混合物 玻璃形成阶段开始Na2SO4—Na2S 740℃Na2S—Na2CO3756℃Na2CO3—CaNa2(CO3)2780℃Na2SO4—Na2CO3795℃Na2SO4—Na2SiO3865℃18 Na2S、CaS与SiO2865℃ Na2S＋Na2SO4＋2SiO2反应形成硅酸盐 →2Na2SiO3＋SO2↑＋S↑CaS＋Na2SO4＋2SiO2→Na2SiO3＋CaSiO3＋SO2↑＋S↑续上序号 加热时的变化变化时的温度 说 明19未起反应的Na2CO3855℃开始熔融20Na2SO4熔融 885℃21CaCO3分解达最高速 915℃22MgO与SiO2作用形成 980～1150℃ MgO＋SiO2→MgSiO3硅酸盐23CaO与SiO2作用形成 1010～1150℃ CaO＋SiO2→CaSiO3硅酸盐24CaSiO3与MgSiO3600～1280℃ CaSiO3＋MgSiO3作用CaMg(SiO3)225石英颗粒、低共熔混 1200～1300℃合物、硅酸盐熔融
权利要求
1.一种节能型窑炉.是在窑池的两侧(或端部，或窑池的其它部位)——比如说甲、乙两侧设成双的小炉，这一侧布置甲小炉，另一侧布置乙小炉，这样的几对(例如横火焰窑)当甲小炉喷火时，乙小炉收回烟气，一定时间(例如20分钟)两作用互换，烟气经这个小炉口出来到蓄热室与其内的格子体，而喷火的燃料气及助燃空气经那个小炉口外的格子体予热，(燃油的是予热助燃空气)进行热交换，以及窑的围护体全部或部分设予焙体——就是用配合料砖砌成的围护体，其特征是将配合料做成砖型——简称配合料砖当蓄热室的格子格，以及配合料砖砌成予熔体，进行热交换，以及予熔体回收窑体通过予熔体的散失的全部或部分热量，并将熔融的和炽热的进行热交换的配合料砖，以及回收热量的熔融和炽热的配合料砖之予熔体内表面的配合料砖逐渐推入窑池内，同时也在小炉蓄热室的远端(尾端)以及予熔体的外表面(窑外表面)边加入或推入配合料砖。
2.根据权利要求1所述的节能型窑炉，其特征是全部或部分小炉有流液沟口65，可以实现投料口的作用，以及与予熔体全部或部分配合一起工作。
3.根据权利要1、2所述的节能型窑炉，其特征是全部或部分小炉在一个平面上或倾斜的一个斜面上有蓄热室紧相连，其内有配合料砖的格子体--简称小炉蓄热室，以及与予熔体全部或部分配合一起工作。
4.根据权利要求1、2、3所述，其特征是每个小炉的空气蓄热室，或空气，煤气蓄热室的全部或部分蓄热室是与小炉相连接在一个平面上或倾斜的一个斜面上，其内全部或部分有配合料砖的格子体---也简称小炉蓄热室，以及与予熔体全部或部分配合一起工作。
5.根据权利要求1、2、3、4所述，其特征是这些全部或部分有配合料砖的格子体与予熔体全部或部分配合一起工作，或配合料砖格子体及予熔体的其中之一单独进行工作。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述，其特征是这些机械设备与窑炉可以实现上述的工艺原理与生产方法。
全文摘要
本发明公开了新的节能型窑炉，它适用于玻璃工业中熔化配合料的窑炉专业，其特征是将配合料砖做成预熔体，以及放入新改进的原有小炉内及其侧后面的新蓄热室内，受窑壁散失的热量及烟气的所带热量边预热其内表面及蓄热室内的配合料砖同时，蓄热室内炽热的配合料砖也预热燃料气、空气、从而将预熔、预热的配合料砖或落入及推入熔化部内而达到节约能源，改进玻璃熔化，提高玻璃质量，成本下降的目的。
文档编号F27B14/00GK1115022SQ9410838
公开日1996年1月17日 申请日期1994年7月12日 优先权日1994年7月12日
发明者张双来 申请人:张双来