[发明专利]熔化熔料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求的各项前序的熔化熔料如玻璃的方法和装置。

背景技术

使用玻璃熔炉熔化玻璃是已知的，通过前端连接的燃烧器喷射口加热所述熔炉。对应的燃烧器通常被称为前侧燃烧器(frontal burner)或U型火焰燃烧器；对应的熔炉被称为U型火焰熔炉(马蹄焰式熔炉)。通常交替使用两个燃烧器喷射口而使这样的熔炉回热式地运行，即燃料和氧化剂(通常是空气)供应至两个燃烧器喷射口中的一个，同时通过另一燃烧器喷射口的空气供料口排出热废气。通过燃料燃烧而产生用于保持玻璃熔体所需的热量(通常通过单独的辅助燃烧器等缓慢地进行熔体的点火)。燃烧气体在熔炉中覆盖U型路径，因此给出以上的命名。燃烧器喷射口交替地以燃烧器喷射口和废气口的功能运行，在一定的周期时间如10至30分钟，特别为15至25分钟之后进行交替。交流换热器在氧化剂(空气)的供料路径的上游由燃烧器喷射口的供料口连接。例如，通过废气预先加热至约1500℃温度的蓄热块安置在交流换热器中。在下一循环中，氧化剂(空气)经过加热的蓄热块传导至燃烧器喷射口，流入的空气能被预热至约1350℃。这两个燃烧器喷射口的回热式交替运行是众多工业熔炉的基础，即Siemens-Martin法。

如果没有具体说明是另一物流，以下的术语“上游”和“下游”是指燃烧气体的主气流方向，其从燃烧器喷射口排出，并通过废气口离开熔炉。在马蹄焰式熔炉的情况中，燃烧气体覆盖从燃烧器喷射口、经过熔炉室、返回废气口的基本U型的路径。主气流路径从位于熔炉一个前侧的燃烧器喷射口沿熔炉的纵向延伸然后反转，燃烧气体通过设置在与燃烧器喷射口相邻的前侧的废气口离开熔炉。在两个口切换之后，之前的废气口作为燃烧器喷射口，而之前的燃烧器喷射口作为废气口。熔炉中的主气流方向也相应反转，并且与之前的主气流方向反向延伸。

在燃烧过程中可能产生氮氧化物(NOx)。已尝试减少废气中的氮氧化物比例。在金属熔炼中或在热处理熔炉中，为此目的而优选使用所谓的FLOX燃烧或无焰燃烧。在该情况中，废气在燃烧室中强烈地再循环，并与燃烧空气混合。通过该方式，并由于空气和燃烧气体的延迟混合，不再形成火焰锋。在至少800℃的充分高的温度下，燃料在整个燃烧室体积中氧化，同时形成非常均一的温度。尤其在具有高的峰值温度的火焰边界处出现的氮氧化物的形成得以减少。但在熔融玻璃的情况中，无焰燃烧的应用受到限制，因为在该情况中，需要改变经验所得的生产细节的常规制造方法。

近来，已要求700mg/Nm³的NOx限值。已知的玻璃熔化方法通常达不到该限值。由于高加工温度，通常产生大于1100mg/Nm³废气的热NOx。

以产生一氧化碳(CO)的方式亚化学计量运行燃烧器也是已知的。一氧化碳还原氮氧化物形成二氧化碳和氮气。但是，产生的CO排放由于后续燃烧而导致废气回热器(交流换热器)中的升温，这可造成回热器受损甚至破坏。为此，通常排除该类型的操作。

WO 2010/114714A1也涉及马蹄焰式燃烧器，其提出另一种减少氮氧化物的形式。优选设置在熔炉的热区中或邻近处，并且优选以亚化学计量即富燃料运行的燃料燃烧器位于形成燃烧火焰的燃烧器喷射口的下游。以超化学计量即富氧运行的另一燃料燃烧器设置在更下游。实际上，这两个燃料燃烧器优选设置在液体玻璃的出口端的另一侧熔炉壁上。可使用油或气体作为燃料。富燃料的、以亚化学计量运行的燃烧器的使用导致熔炉中富燃料区域的扩大，使得由于缺少氧气并因为产生CO而减少了NOx的形成。更下游并因此在熔炉的废气侧方向上的第二富氧并因此以超化学计量运行的燃料燃烧器确保了废气与富氧火焰的彻底混合，因此确保了未完全燃烧的燃料组分尽可能完全的后续燃烧。亦称为“热区燃烧器”的这两个燃料燃烧器优选彼此相对地设置在位于更下游的熔炉纵向壁的三分之一处，并由此位于熔炉中的燃烧气流的U形反转区域中。可容易进行交替的熔炉运行，其中燃料燃烧器从亚化学计量运行切换为超化学计量运行(或相反)。使用该方法已可检测到NOx废气值明显下降。

此外，氮氧化物的减少通常还可通过废气后处理和纯化进行。这样的废气纯化装置是耗费空间和耗费投资的，并且通常要求高运行和维护成本。或者或另外地，可明显扩大熔炉中的熔化区域以减少熔炉的比热载荷。在此其缺点将是熔炉明显更大但性能未变。

因此，本发明所基于的问题是减少特别是用于玻璃熔化和玻璃加工的上述熔炉的废气中的氮氧化物含量。该解决方案将是尽可能节约空间和节约成本的。

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