[发明专利]熔融装置和熔融方法

说明书

本发明公开了一种熔融装置和熔融方法，该熔融装置包括一个或多个侧壁、碹顶组件、底部组件和燃烧器组件，侧壁和/或底部组件分别包括至少一个第一耐火模块，碹顶组件包括至少一个第二耐火模块，燃烧器组件包括定位于底部组件的至少一个浸没式燃烧器和定位于侧壁的至少一个空间燃烧器。该新的模块化的用于熔融玻璃的装置和方法，采用混合加热方式，配备浸没式燃烧器，能显著降低单位产品能耗、提高热效率，在局部模块侵蚀损坏的情况下可以便捷更换以延长的使用寿命，并且可以循环回收玻璃熔炉的各个部位的部件或材料。

技术领域

本发明属于玻璃等原材料的生产领域，涉及一种熔融装置和利用这种装置进行熔融过程的方法，尤其涉及一种可以模块化组装的玻璃熔融装置以及利用这种装置熔化玻璃的工艺。

背景技术

玻璃熔炉常采用碎玻璃和粉状无机氧化物(例如碳酸盐硝酸盐)作为原料，传统的玻璃熔炉的热能主要来自位于熔融玻璃液面上方的空间热源，尺寸较大，可以不间断地运行几年。近年来，为了降低氮氧化物和碳氧化物的排放，以及熔解温度高温化的趋势，全氧燃烧越来越得到广泛的采用。由于全氧燃烧采用了纯氧或者氧浓度很高的气体作为助燃剂，燃烧效率大大提高，火焰温度上升，使得玻璃熔炉会暴露在高达1650℃乃至更高的温度中，玻璃熔炉的内壁以及碹顶极易发生损伤变形，熔炉使用寿命短。对于光线透过率较低的熔融物质，如果采用传统的以辐射传热为主的火焰空间燃烧加热方式，火焰对熔融物质的传热效果很不理想。逐渐地，人们发现浸没燃烧器可以克服传统熔炉的一些弊端，浸没燃烧器的热源位于熔融物质下方的浸没位置中，传热效率更高，熔解速度更快，熔炉体积更小且产能更高。

传统的玻璃熔炉在生产前通常要经过数天的烤窑升温过程，原因之一在于由室温到熔融温度的升温过程如果太剧烈，碹顶、池壁等组件在热应力的作用下极易龟裂。在玻璃熔炉启动后，通常都连续运行数月乃至数年，在需要更换玻璃原料成分、检测燃烧器的腐蚀情况时，必须停止反应，耗费的时间久，很难做到局部的维修和更换。

现有技术中已经有大量的关于浸没燃烧器的技术和专利，例如，公布号为CN101687676B的中国发明专利公开了一种包括两个熔炉的玻璃熔融装置和利用所述装置的方法，该玻璃熔炉装置包括主熔炉和浸没燃烧式辅助熔炉，主熔炉的下游区域同时用来消除来自主玻璃的气体和来自辅助玻璃的气体，完成包含在辅助玻璃中的未熔物和杂质的熔融。申请号为PCT/US2016/039184的PCT国际申请公开了具有氧气/气体加热燃烧器系统的浸没燃烧玻璃熔化炉，具有一个或多个侧壁、地板和天花板，沿着地板定位有一个或多个浸没燃烧器，以及可拆装附接于侧壁之一或天花板的氧气/气体燃烧器作为预热燃烧器。在浸没位置，熔化室内的环境要比传统熔化器要强烈和激烈得多，使熔化器达到操作温度的时间比传统熔化器要短的多，但是，针对意外问题而启动和停止熔化过程、改变玻璃组成的能力仍然没有得到提升。

有鉴于此，如何设计一种新的用于熔融玻璃的装置和方法，既能保证传热效率，又能更容易地局部维修和更换，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一种新的模块化的用于熔融玻璃的装置和方法，采用混合加热方式，配备浸没式燃烧器，能显著降低单位产品能耗、提高热效率，在局部模块侵蚀损坏的情况下可以便捷更换以延长的使用寿命，并且可以循环回收玻璃熔炉的各个部位的部件或材料。

本发明公开了一种采用混合加热方式的玻璃熔炉，适用于空间加热与浸没式加热任一种相结合的混合加热方式，尤其适用于空间加热所提供的能量小于等于40％的情况。进一步地，空间加热和/或浸没式加热可以选择燃烧加热或者电加热的方式提供热量。空间加热和浸没式加热相结合的混合加热方式提高了热效率，在开始熔融玻璃之前长时间的烤窑升温加热过程得以缩短，熔炉开启之后又因维护、检修、换料等操作停炉后再升温的漫长过程可以避免，降低了单位产品的燃料消耗，降低了碳氧化物、氮氧化物等废气的排放。