[发明专利]用于氧气的热交换器

说明书

本申请是名称为“用于氧气的热交换器”、国际申请日为2008年5月7日、国际申请号为PCT/EP2008/055615、国家申请号为200880019510.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于加热氧气或富氧气体的热交换器，这些氧气或富氧气体用于供给玻璃熔炉的燃烧器。

背景技术

玻璃熔炉，包括那些生产能力最大的熔炉、即给生产平板玻璃的“浮法”生产线供料的炉子，一般都配备使用矿物燃料和空气的燃烧器。鉴于能量消耗巨大，选择这种能源是出于经济原因。作为提示，日产玻璃600和900吨之间的常规熔炉需要大约50至80兆瓦的可用功率。

使用这些炉子不仅导致巨大的能源消耗，而且还导致非常可观的燃烧产生的气体(下称“燃烧气体”)的排放。出于这些原因，为了最大可能地降低能源成本及处理这些燃烧气体的成本，人们一直在做努力。

目前最普遍的将空气作为助燃剂的做法不会使能源消耗达到最低，因为空气中的氮也被提升到很高的温度，并因此吸收燃烧释放的相当部分的能量，一部分能量被丢失，尽管烟被回收。此外，氮的存在以众所周知的方式导致氧化物的形成，而氧化物是酸雨的成因。

出于这些原因，采用了不使用空气而使用氧气或富氧气体的方法，并且已经找到几个应用。

然而氧气的系统运用遇到了实际应用上和经济上的困难。对于经济困难，首先是所需氧气的成本。能量分配的收益应该不仅是补偿氧 气的附加成本。特定设备的投资在系统的经济性中也很重要，这涉及到燃烧器、供气或者如下面要探讨的交换器。实际上，这些大规模系统的氧气连续供给需要现场的生产设备或输气管线，两者都会导致巨大的投资。

鉴于使用氧气或富氧气体要承担的费用，在这些玻璃熔炉中，为了达到令人满意的经济平衡，必须优化所进行的选择。

最佳的能量分配需要使燃烧器以氧气和预热的燃料来工作，这种预热使用至少一部分燃烧气体。

尽管使用热氧气是极力推荐的，但无论是设备结构还是其运转，实施上都需要新的方案。用于燃烧器的空气传统上都在换热器中预热。这里涉及衬有耐火材料的塔，首先在第一阶段，让燃烧气体在塔内通过以加热耐火材料，然后在第二阶段，让燃烧中使用的空气通过，以便得到再加热。这些时间上的交替使炉子的结构非常特殊。燃烧器就这样处于融化池的两边，和与其相连且通常位于工作燃烧器相对一边的换热器一样。

不可能用换热器来再加热氧气。换热器一般都处于燃烧气体携带的微粒沉淀处，即使这些气体事先经过除尘。热氧气与这些沉淀物的接触并不是没有危险的。此外，很难保证这些换热器的良好密封。空气流经以及可能的泄漏没有危险，但涉及到氧气就不同了。

热交换器的使用还提出了与热氧气接触的材料耐受性的棘手问题。面对这些困难，并且鉴于经济上的制约，在大容量玻璃熔炉这样的大型设备中，热氧气的使用尚未找到有意义的应用。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一些方案，使得氧气或富含热氧气的气体在玻璃熔炉、特别是大容量炉子的燃烧器中的应用具有吸用力。本发明还提出一些方案，使得这种运用足够可靠，尽管使用高温氧气伴随的是特殊的技术要求。

与氧气使用相关的风险从温度上升时开始出现，发明人将所有的 注意力集中在与这种热氧气接触的装置上，并且特别是交换器，这些交换器密闭了大量氧气，并且由于维护或修理干预的困难，其结构必须使其能够在很长时期内无故障地运转。

前面与热氧气使用相关的考虑也适用于气体混合物，特别是与空气的混合物，其中的氧气含量足够高。实际上，为了使这些混合气体的使用具有优势，其氧气含量要不低于50％。该条件适用于下面描述的本发明。最好，本发明应用于氧气含量至少为80％的气体混合物。

根据本发明，用于供给炉子燃烧器的氧气或富氧气体的加热在交换器中进行，交换器的交换功率被有意限制，不会使氧气或富氧气体达到的温度降到最低。

为了充分享受能量分配的好处，交换器出口处的氧气或富氧气体的温度不低于300℃，并且最好不低于400℃，并且根据本发明，为了使氧气达到这些温度，交换器内的交换功率在20和300千瓦之间，最好在40和250千瓦之间，并且特别最好是在80和170千瓦之间。

功率低于推荐功率是不经济的，并且会使系统竞争力低下。更高的功率可能会在这些交换器使用的方便性并且特别是安全性方面造成困难。

在传统的玻璃熔炉中，至少对于那些大容量的炉子，所使用的燃烧器的功率很大，大约为1至6兆瓦，造成的氧气消耗大约为每小时200至1200Nm³氧气。