[发明专利]熔融装置

说明书

本发明涉及一种熔融装置(100)，包括至少由底壁(120)和侧壁(130)围成的、供物料在其中熔融的熔融空间，所述熔融装置还包括设置在所述熔融空间内以对物料加热的至少一个浸没式燃烧器(F)和至少一个电加热器(E)。

技术领域

本发明涉及物料熔炼领域，更具体地涉及用于熔炼玻璃、金属等物料的熔融装置，如熔炉或窑炉等。

背景技术

对于物料熔炼来说，传统的方式是利用燃烧器对熔融装置(例如熔炉)中的被加热物料进行加热熔融。燃烧器是将氧化剂与燃料通过燃烧这一化学反应转化成热能的设备，其加热方式传统地采用火焰辐射加热或间接加热(火焰燃烧的热量通过传热介质传递给被加热物料)，具有热排放高、热效率低、能耗高的特点。

典型地，以玻璃熔炼为例，玻璃由原料例如硅酸盐、玄武岩、石灰石、纯碱和其它次要量成分的混合物制成。在熔炼玻璃时，将这些原料加入到玻璃熔炉，并在约1250℃到1500℃的温度下熔化成液态；然后对熔体提供成型处理。根据熔体的预期用途，例如用于各种用途的玻璃或各种用途的纤维，而在成型处理之前进行进一步的熔化精炼步骤。常规的玻璃熔炉包括在玻璃熔体表面和熔炉顶部之间的空间中产生火焰的燃烧器，通过火焰本身和顶部材料的辐射将热量传递到玻璃熔体。在热量传递的过程中，大量的能量被消耗。对于玻璃熔炼等高温制造工艺而言，传统的燃烧器火焰加热方式所具有的上述热排放高、热效率低、能耗高的问题会更加严重。

近年来CO₂排放已成为国际社会普遍关注的重要话题。大家正在努力寻求减少CO₂排放的解决方案，其中一个主要的方向是通过减少能源的消耗、提高能源的利用率来减少CO₂的排放。

作为减排方案之一，通过电加热来熔炼或处理物料(如玻璃、金属和固体废物等；下文以玻璃为例进行说明)是显见的方式。如本文所述的电加热是指以电力为能源，通过电极等装置，将电能在玻璃液等被加热介质中转变为热能的加热方式，其中被加热介质本身参与导电过程并发热。由于电加热是直接使被加热介质发热，而不涉及燃料的燃烧，因此其热效率高、热损失小，且排放低。然而，在采用电极进行电加热的过程中，在玻璃熔炉里会出现离子团偏析的现象(即，玻璃熔体中的负离子集聚于阳极，而正离子集聚于阴极)，这使得在玻璃熔体中难以产生使玻璃液均化所期望的熔体流，可能导致最终无法得到高质量的玻璃制品；而且，离子团偏析还会加剧对于玻璃熔炉中耐火材料的侵蚀。此外，电加热方式的高昂成本也是阻碍其推广普及的因素之一。

另一种减排方案是浸没式燃烧，其中一般将浸没式燃烧器设于玻璃原料的表面下方。浸没式燃烧器可以安装在玻璃熔炉的侧壁和/或底部，也有一些可安装在炉顶，但其喷嘴浸没在玻璃熔体中。对于浸没式燃烧器而言，燃料和氧化剂发生燃烧后生成的火焰和燃烧产物穿过玻璃熔体与之直接接触，因此传热效果比在玻璃熔体表面上方的火焰辐射加热的方式有效得多，从而减少了对玻璃熔炉中的耐火材料的热传递和烟气中的热量损失，这可减少燃料消耗并因此降低CO₂排放。而且，由于玻璃熔体上方的燃烧室的温度较低，在燃烧过程中NOx的排放量也得以减少。进一步地，氧化剂和燃料产生的高流速燃烧产物进入玻璃熔体，以及在浸没燃烧过程中产生的气体膨胀，使得玻璃原料快速熔化并产生大量湍流，使熔融玻璃更容易获得均匀的混合效果，这可避免或减少对于机械搅拌器的需求，且冷热熔体之间的传热效果更佳。另外，与传统的设置在玻璃熔体上方的燃烧器相比，浸没式燃烧器的体积更小，生产效率更高，熔炉安装成本也较低。然而，浸没式燃烧在玻璃熔体中产生大量湍流的同时也极易生成各种气泡(大气泡和微泡)，这会不利地影响最终的玻璃品质，往往需要额外进行后处理才能得到质量合格的玻璃制品。当然，在对气泡含量要求较低(例如，每100克玻璃中直径大于0.1毫米的气泡的数量可以大于10个)的情况下，对这种额外进行后处理的要求可以降低，但这只是针对气泡含量要求不高的最终产品而言。

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述至少一个问题和/或其它缺陷。

发明内容