[发明专利]玻璃熔融炉

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃熔融炉，其中熔融能量基本上由供应有燃料和氧气或非常富氧气体的燃烧器产生。这些炉通常被称作“氧燃烧（oxy-combustion）”炉。

背景技术

出于简化的原因，在本文的以下内容中提及氧燃烧和氧气。除非另外指出，关于此主题的开发包括实施使用可包含小比例空气的氧气的氧燃烧，或者包括有限部分的空气燃烧与占主要部分的氧燃烧组合的整体。

在使用氧燃烧技术的众多优点中，主要包括较低的能量消耗以及不希望的烟气的排放减少。

氧燃烧使得能够实现能量增益，这至少是因为燃烧气体的能量不会部分地被空气中的氮气吸收。在传统炉中，即使氮气所夹带的能量的一部分在再生器中被回收，最终排放的烟气仍然带走了其相当大的一部分。氮气的存在是这种损失的原因之一。

每生产单位的能量消耗的减少因而还具有以下优点：限制二氧化碳的排放，并且因而满足在此领域中的法定要求。

氮气的存在还是所谓NOx的氧化物形成的原因，而该氧化物的排放由于与这些化合物在大气中的存在有关的危害而是被严格控制的。

氧气的使用可以摆脱与空气中的氮气有关的问题，条件是炉的运行要确保除了助燃剂（comburant）之外，空气以及因此的氮气不会意外地进入到进行该燃烧的腔室中。

公开文献WO2009/118333提出使大容量玻璃熔融炉在氧燃烧下运行。如上所指出的，使这些炉相对于使用空气作为助燃剂的传统炉具有尽可能多的优点的条件之一在于该燃烧在没有氮气的气氛中进行。

通过氧燃烧的玻璃熔融的经济性是与氧气使用有关的成本密不可分的。为了使这项技术保持经济上的吸引力，需要由同时在以下方面的增益来补偿这种额外的成本：在熔融所需的能量消耗方面的增益，以及在不立即用于熔融的热量的回收技术方面的增益。由于离开所述炉的燃烧气体处于非常高的温度，因此与这些气体一起排放的能量的回收是必不可少的。在上述公开文献中的这种能量被用于使消耗的氧气升温。此现有技术文献详细展示了用于氧气预热的烟气的热量的回收模式。

发明内容

在热氧气腐蚀所容许的温度限度内的氧气预热并不会耗尽烟气中所含的能量。因而额外的回收是所希望的。在此意义上，加热原材料是针对此问题的一种可能的解决方案。

已经提出了各种技术用于使用烟气（fumées）中所含能量进行原材料的预热操作。与通过预热原材料进行回收有关的限制是多重的。这首先与以下因素有关：所使用的热源、燃烧气体、它们的性能并且尤其是它们的温度。这还涉及处理的材料的性质、粉末状砂基础产品、碳酸钠、碳酸钙、氧化镁......，还涉及再循环的产品（玻璃屑）及其在整体中的比例。

即使未达到以空气燃烧运行的炉的温度，从炉排出的烟气仍处于高温下。在所考虑的氧燃烧炉的情况下，可玻璃化炉料（charge）与燃烧气体之间的热交换通过延长燃烧气体在炉中的停留时间来提高。实际上，所述燃烧气体在它们已经冲扫了在熔融浴上漂浮的原材料的整个区域之后在炉的上游被大部分或完全回收。

在氧燃烧炉的情况下，从炉排出的烟气通常低于1500℃，而在空气燃烧中，它们可超过1600℃。

正如在上述公开文献中，烟气中所含的能量被用来加热向炉的燃烧器供料的氧气。这通过热交换来实现，所述热交换有利地分两步来进行，其原因将在下文中描述，并且归因于需要在燃烧器附近加热氧气。

热氧气对于所有合金来说都是极其腐蚀性的。对安全性的要求需要在输送此热氧气的管道中最大限度地限制任何焊缝、任何接头、任何阀、甚至能够提高腐蚀机理的过大弧形部分的存在。在氧气的加热与其在炉的燃烧器中使用之间的线路必须要尽可能短。大容量炉在长度上延伸，这使得不能通过保持在燃烧器附近布置仅一个交换器来加热所有的氧气。出于此原因，该加热在多个与燃烧器紧邻定位的受限尺寸的交换器中进行，并且用于加热氧气的这些交换器中的每一个只向非常少数目（甚至只一个）的燃烧器供料。

为了使重新集合的烟气的处理与定位在燃烧器附近的氧气的处理相一致，需要求助于双重热交换。一方面，在第一交换器中，烟气被用来加热构成载热流体的空气。这种加热的空气供应给用于加热氧气的第二交换器。

在第一交换器中，烟气可使空气达到大约800℃或更高的温度。所考虑的空气因而运载烟气中所含的能量的大部分。

根据本发明，氧气的预热有利地在由显示优异耐热氧气性的钢构成的交换器中进行。适合于此用途的交换器和材料在专利申请EP A2145151中描述。