用于熔融玻璃的混合设施和方法

用于熔融玻璃的混合设施和方法
【专利摘要】本发明涉及用于熔融玻璃的方法和设施，其中通过与来自熔化室（100）的烟气热交换而加热中间氧化剂，且其中通过与加热的中间氧化剂热交换而预热富氧化剂，然后预热的富氧化剂和回火的中间氧化剂用作熔化室（100）中的燃烧物。
【专利说明】用于熔融玻璃的混合设施和方法
[0001]本发明涉及存在热回收的玻璃熔融方法和炉。
[0002]传统上，玻璃熔炉使用通过与来自该炉的烟气热交换(例如借助换热器)预热的空气作为燃烧剂。
[0003]已知使用许多附加的氧燃烧器促进通常通过空气燃烧加热的这种熔炉的拉制速率。使用空气和氧作为燃烧氧化剂的这种炉也被称作“混合炉”。
[0004]最后，也已知主要或仅仅利用高氧燃烧加热玻璃熔炉，尤其是在玻璃熔炉领域中，这能够极大降低该炉的污染排放(NOx、粉尘)和能量消耗。
[0005]根据US-A-6071116中描述的使用高氧燃烧的熔炉的一个特别有效的实施例，通过在燃烧器上游预热至少一种反应物(燃烧氧化剂和/或可燃物)，尤其是燃烧氧化剂，改进该炉的经济平衡。这通过在该炉的燃烧室下游在烟气路径中安置一个或数个热交换器进行，其中通过与来自燃烧室的热烟气的热交换加热安全传热流体，例如空气、CO2、氮气或水蒸汽，且其中通过与加热的传热流体的热交换预热至少一种反应物。
[0006]在本文中，“高氧燃烧”是指使用氧含量为至少80体积％的富氧燃烧氧化剂的燃烧，“空气燃烧”是指使用空气作为燃烧氧化剂的燃烧，且“富氧燃烧”是指使用氧含量高于空气的氧含量但低于高氧燃烧中所用的燃烧氧化剂的氧含量、即氧含量高于21体积％并低于80体积％的燃烧氧化剂的燃烧。
[0007]空气燃烧的一个重要优点是该燃烧氧化剂的无限可得性。在空气燃烧的缺点中，值得提到较低效率(由于空气中的氮气不支持燃烧但必须被加热)、大量烟气(和因此相应的大设施尺寸)和显著的NOx排放。
`[0008]高氧燃烧能够克服这些缺陷，但需要在炉附近的专用和重要的氧源，例如氧气管道、空气分离单元或具有可观容积的氧气罐。对具有高拉制速率的炉而言，只能通过管道或空气分离单元供应。尽管这样的氧源可靠，但例如由于技术或后勤问题，无法排除供氧的中断。
[0009]考虑到由于供氧中断而停止该炉造成的严重和有时不可逆的破坏，已知在炉附近安装备用罐以储存氧储备。这种备用罐允许熔炉在正常氧源失效的情况下通常以降级模式连续运行。但是，尤其是对具有高拉制速率的熔炉而言，该备用罐只允许时间非常有限的自主运行。
[0010]在混合炉的情况中，氧消耗明显更低，备用罐因此可具有较小容积，在供氧中断的情况中，通常可以使用空气燃烧至少保持炉温。但是，为了运行，该混合炉需要与空气燃烧部分相关的设备和该炉的高氧燃烧部分需要的设备，这使混合炉的布置特别复杂和昂贵。
[0011]本发明旨在改进和至少部分克服上述问题。
[0012]本发明提出由US-A-6071116中描述的炉和方法开始，借助如下所述的本发明的混合方法和混合设施实现这一目标。
[0013]本发明特别涉及在熔炉中熔融玻璃的方法，该熔炉具有配有η个燃烧器(η > I)的熔化室和预热系统。在本发明的方法中，将要熔融的材料引入熔化室，通过所述η个燃烧器燃烧可燃物以生成热能和获得熔融玻璃。可燃物的燃烧也生成热烟气流，在该室的出口提供1000°C至1600°C的温度。
[0014]为了从所述热烟气中回收热能，将来自该室的热烟气流引入预热系统。
[0015]在预热系统的第一热交换器中，通过与热烟气流热交换，加热被称作中间氧化剂的第一氧化剂流，以生成冷却的烟气流和温度为600°C至900°C的加热的中间氧化剂流。这种中间氧化剂流含有空气并具有21体积％或更高的氧含量。
[0016]在预热系统的第二热交换器中，通过与加热的中间氧化剂流热交换，加热被称作富氧化剂的第二氧化剂流，以生成温度为400°C至650°C的预热的富氧化剂流和温度为350°C至650°C的回火的中间氧化剂流。该富氧化剂的氧含量高于中间氧化剂的氧含量并且为80体积％至100体积％。该富氧化剂的氧含量优选为90体积％至100体积％。
[0017]将由此预热的富氧化剂流作为燃烧氧化剂供应至所述η个燃烧器中的nl个，被称作第一燃烧器，I ^ nl^n0至少一部分回火的中间氧化剂流作为燃烧氧化剂供应至所述η个燃烧器中的η2个，被称作第二燃烧器，I ^ n2 ^ η0
[0018]由此，本发明的方法的优点在于用作燃烧氧化剂的预热富氧化剂的效力以及回火的中间氧化剂流中的残留热能。此外，这种熔融方法与完全高氧燃烧法相比从富氧氧化剂的供应中获得自主性。
[0019]在本发明中，术语“热交换器”以其一般技术含义使用，即是指至少两个温度不同的流体在不同外壳中循环并互相传热的装置。
[0020]尽管本发明的方法在中间氧化剂是非富氧空气(氧含量为21体积％)时是有益的，但是当中间氧化剂在所述η2个第二燃烧器的入口具有高于21体积％的氧含量但低于富氧化剂的氧含量时，本发明的优点更清晰。
[0021] 如果第一热交换器的材料和构造允许，可以在第一热交换器上游使中间氧化剂富氧。在这种情况中，中间氧化剂流的氧含量在第一热交换器的入口高于21体积％。
[0022]也可以在第一与第二热交换器之间使加热的中间氧化剂流富氧，和/或在第二热交换器与η2个第二燃烧器之间富集回火的中间氧化剂流。
[0023]当回火的中间氧化剂流在所述η2个第二燃烧器入口的氧含量在21体积％至25体积％之间时，可以使用为空气燃烧设计的燃烧器/喷射器。
[0024]当回火的中间氧化剂流在所述η2个第二燃烧器入口的氧含量在21体积％至40体积％之间时，特别是如果它们高于25体积％，应该使用为富氧空气燃烧设计的燃烧器/喷射器。
[0025]当回火的中间氧化剂流在所述η2个第二燃烧器入口的氧含量在40体积％至90体积％之间时，应该使用适合该氧含量范围的燃烧器/喷射器。
[0026]本发明的方法使得富氧化剂和中间氧化剂作为熔化室中的燃烧氧化剂的应用有大量的变体。
[0027]因此优选地但不是必须地，所述η个燃烧器各自是所述nl个第一燃烧器之一(使用预热富氧化剂作为燃烧氧化剂)和/或所述n2个第二燃烧器之一(使用回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂)。
[0028]可以将第一燃烧器和第二燃烧器合并在熔化室的相同区域中，或可以将第一和第二燃烧器安装在该室的不同区域中。
[0029]因此，当该熔化室包含上游区域——在此引入要熔融的原材料，和带有熔融玻璃出口的下游区域时，将所述nl个第一燃烧器(使用预热富氧化剂作为燃烧氧化剂)的全部或一部分安装在该室的上游区域中是有益的。如果该熔化室包含上游澄清区，在该澄清区中配备所述n2个第二燃烧器(使用回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂)的全部或一部分是有用的。
[0030]在一些情况中，在该室的不同区域中安装第一和第二燃烧器有助于减少NOx的形成，并有助于熔融玻璃的澄清。
[0031]根据一个实施方案，所述η个燃烧器无一同时属于nl个第一燃烧器和属于n2个第二燃烧器，即，所述η个燃烧器无一既使用富氧化剂又使用中间氧化剂作为燃烧氧化剂。当在这种情况中nl+n2=n时，所述η个燃烧器各自是被供以预热富氧化剂作为燃烧氧化剂的第一燃烧器或被供以回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂的第二燃烧器。
[0032]但是，当nl=n时，所述η个燃烧器都是第一燃烧器，并因此被供以预热富氧化剂作为燃烧氧化剂，也向至少一个所述燃烧器供应回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂，因为η2> I。类似地，当η2=η时，所述η个燃烧器都是第二燃烧器，并因此被供以回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂，但也向至少一个所述燃烧器供应预热富氧化剂，因为nl ^ I。
[0033]如果所述η个燃烧器之一同时接收预热富氧化剂和回火的中间氧化剂作为燃烧氧化剂，这种燃烧器既是所述nl个第一燃烧器之一，又是所述n2个第二燃烧器之一。
[0034]在一个优选实施方案中,所述η个燃烧器的至少一个是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。因此，所述nl个第一燃烧器的至少一个或甚至所有所述nl个第一燃烧器有益地是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。类似地，所述n2个第二燃烧器的至少一个或甚至所有n2个第二燃烧器是分级燃烧氧化 剂喷射燃烧器。当该室包含一个或多个同时属于第一和第二燃烧器并因此同时使用富氧化剂和中间氧化剂作为燃烧氧化剂的燃烧器时，至少一个所述燃烧器有用地是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器，富氧化剂和中间氧化剂的喷射器在熔化室中彼此分开。这优选是同时使用富氧化剂和中间氧化剂作为燃烧氧化剂的所有燃烧器的情况。所述燃烧器的富氧化剂喷射器和中间氧化剂喷射器可以安装在所述燃烧器的相同组块中，或在分别用于富氧化剂和中间氧化剂的组块中。这种燃烧器优选向熔化室中喷入
[0035]-至少一股可燃物，
[0036]-与所述至少一股可燃物接触或邻近的至少一股预热富氧化剂，和
[0037]-至少一股回火的中间氧化剂，其距所述至少一股可燃物比所述至少一股预热富氧化剂远。
[0038]如上所述，在本发明的方法中可以调节中间氧化剂的氧含量，以在该炉中获得所需热分布。也可以调节中间氧化剂的氧含量和送入燃烧器的富氧化剂的流速以获得所需热分布。这种双重设置尤其可用于同时使用富氧化剂和中间氧化剂作为燃烧氧化剂的燃烧器。
[0039]该预热系统也可有益地用于在熔化室上游、即燃烧器上游预热可燃物。
[0040]本发明的方法可用于任何类型的熔炉，例如带有侧燃烧器的熔炉和带有交叉燃烧器的熔炉，本发明特别可用于浮法制造平板玻璃的带有侧燃烧器的炉。
[0041]本发明还涉及特别适用于实施所述方法熔融设施。
[0042]本发明的设施包含(i )空气源，(i i )富氧化剂源，(i i i )熔化室和(i V )预热系统。
[0043]富氧化剂源供应氧含量为80体积％至100体积％、优选90体积％至100体积％的氧化剂。
[0044]熔化室配有η≥I个用于在该室内燃烧可燃物以生成热能的燃烧器。这种燃烧也在该室内生成热烟气流，该室具有烟气出口以从该室中排出热烟气流。
[0045]该预热系统包含第一热交换器和第二热交换器。
[0046]第一热交换器能够通过与热烟气流热交换而加热中间氧化剂流。这种第一热交换器包含与熔化室的烟气出口流体连接的热烟气流入口。其还包含与空气源(由这种源供应含空气的中间氧化剂)流体连接的中间氧化剂流入口。第一热交换器还提供加热的中间氧化剂流的出口。
[0047]第二热交换器能够通过与加热的中间氧化剂流热交换而预热富氧化剂流。这种第二热交换器包含来自第一热交换器的加热的中间氧化剂流的入口。其还包含与富氧化剂源流体连接的待预热的富氧化剂流入口。其还包含回火的中间氧化剂流的出口和预热的富氧化剂流的出口。
[0048]第二热交换器的预热的富氧化剂流的出口与所述nl个第一燃烧器的燃烧氧化剂入口流体连接，其中I Snl Sn，回火的中间氧化剂流的出口与所述n2个第二燃烧器的燃烧氧化剂入口流体连接，其中I < η2 < η。
[0049]空气源通常包含鼓风机或空气压缩机。富氧化剂源通常包含富氧化剂管道、空气分离单元或富氧化剂罐，优选为富氧化剂管道或空气分离单元与富氧化剂罐的组合，如果需要，后者可用作富氧化剂的备用罐。
[0050]为了在第一热交换器上游使中间氧化剂富氧，有益地用要加热的中间氧化剂的管道将第一热交换器的中间氧化剂流入口连向空气源，这种管道也与氧源、优选与该设施的富氧化剂源流体连接。
[0051]为了在第一与第二热交换器之间使中间氧化剂富氧，用加热的中间氧化剂的管道将第一热交换器的加热的中间氧化剂流出口连向第二热交换器的加热的中间氧化剂流入口，这种管道也与氧源、优选与该设施的富氧化剂源流体连接。
[0052]为了在第二热交换器下游和在第二燃烧器的燃烧氧化剂入口之前使中间氧化剂富氧，有益地用回火的中间氧化剂管道将第二热交换器的回火的中间氧化剂流出口连向所述η2个第二燃烧器的燃烧氧化剂入口，所述回火的中间氧化剂管道也与氧源、优选与该设施的富氧化剂源流体连接。
[0053]如上文关于本发明的方法提到，所述η个燃烧器各自可以是所述nl个第一燃烧器之一和/或所述n2个第二燃烧器之一。
[0054]熔化室的相同区域可包含第一燃烧器和第二燃烧器，第一和第二燃烧器也可以位于该室的不同区域中。
[0055]因此，当该熔化室包含带有要熔融的原材料的入口的上游区域和带有熔融玻璃出口的下游区域时，使所述nl个第一燃烧器的全部或一部分位于该室的上游区域中是有益的。当该熔化室包含下游澄清区时，这种澄清区包含所述n2个第二燃烧器的全部或一部分是有用的。第一和第二燃烧器在该室的不同区域中的这种安置能够限制NOx的形成，并促进熔融玻璃的澄清。
[0056]在一个实施方案中，所述η个燃烧器无一同时属于所述η I个第一燃烧器和所述η2个第二燃烧器，即，所述η个燃烧器无一同时与预热的富氧化剂流的出口和与回火的中间氧化剂流的出口流体连接。当在这种情况中nl+n2=n时,所述η个燃烧器各自是包含与预热的富氧化剂流的出口流体连接的燃烧氧化剂入口的第一燃烧器或包含与回火的中间氧化剂流的出口流体连接的燃烧氧化剂入口的第二燃烧器。
[0057]但是，当nl=n时，所有η个燃烧器都是第一燃烧器并因此与预热的富氧化剂流的出口流体连接，至少一个所述燃烧器也与回火的中间氧化剂的出口流体连接，因为η2 > I。类似地，当η2=η时，所有燃烧器都是第二燃烧器并因此与回火的中间氧化剂流的出口流体连接，至少一个所述燃烧器也与预热的富氧化剂流的出口流体连接，因为nl ^ I。
[0058]当所述η个燃烧器之一同时包含与预热的富氧化剂流的出口流体连接的燃烧氧化剂入口和与回火的中间氧化剂流的出口流体连接的燃烧氧化剂入口时，这种燃烧器同时是所述nl个第一燃烧器之一和所述n2个第二燃烧器之一。
[0059]在一个优选实施方案中，所述η个燃烧器的至少一个是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。
[0060]因此，所述nl个第一燃烧器的至少一个或甚至所有nl个第一燃烧器有益地是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。类似地，所述n2个第二燃烧器的至少一个或甚至所有n2个第二燃烧器有益地是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。
[0061]当该室包含一个或多个同时属于第一和第二燃烧器的燃烧器时，至少一个所述燃烧器有用地是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。这种至少一个燃烧器包含与预热的富氧化剂流的出口流体连接的富氧化剂入口和与回火的中间氧化剂流的出口流体连接的中间氧化剂入口。这种至少一个燃烧器还包含至少一个用于将可燃物喷入熔化室的可燃物喷射器、至少一个与富氧化剂入口流体连接并布置为将富氧化剂喷入熔化室的富氧化剂喷射器、和至少一个与中间氧化剂入口流体连接的用于将中间氧化剂单独喷入该室(即与富氧化剂隔开)的中间氧化剂喷射器。优 选地，最后一个富氧化剂喷射器能与可燃物接触或邻近地喷入富氧化剂，所述至少一个中间氧化剂喷射器能在比富氧化剂的距离大的与可燃物的距离处喷入中间氧化剂。所述燃烧器的喷射器可安装在所述燃烧器的相同组块中，或在分别用于富氧化剂和中间氧化剂的组块中。
[0062]该预热系统还可包含待预热的可燃物的入口和预热的可燃物的出口，待预热的可燃物的入口与可燃物源流体连接，预热的可燃物的出口与所述η个燃烧器的可燃物入口流体连接。
[0063]本发明的设施可包含不同类型的熔化室。该室因此可以是带有交叉或侧面燃烧器的熔化室。本发明特别有益于浮法炉的包含带有交叉燃烧器的熔化室的设施。
[0064]第一热交换器和/或第二热交换器可以是管式热交换器。
[0065]第一热交换器可以被第一套圈包围，第二热交换器可以被与第一套圈分开的第二套圈包围。相同套圈也可以包围第一和第二热交换器。
[0066]本发明的设施还可包含控制单元，以调节第二燃烧器入口处的中间氧化剂的氧含量。在这种情况中，该控制单元调节中间氧化剂中的富氧度。该控制单元还可调节中间氧化剂的氧含量和送入燃烧器的富氧化剂的流速。
[0067]本发明还涉及本发明的设施的任何实施方案的用途，用于以其任何设施方式实施本发明的方法。
[0068]下面参照图1和2更详细描述本发明及其优点，图1显示在每天150吨玻璃的单熔炉上熔融I吨玻璃所需的能量效率，图2是本发明的熔融设施及其运行的一个具体实施方案的示意图。
[0069]根据本发明，通过以US-A-6071116中已描述的方式与燃烧室排出的热烟气间接热交换(即通过在第一热交换器中加热中间氧化剂，该加热的中间氧化剂然后用于在第二热交换器中预热富氧化剂)预热该富氧化剂。这种已知技术与使用非预热富氧化剂相比能在400°C至650°C的富氧化剂(和可能燃烧物)和反应物的预热温度下实现氧和可燃物消耗的1’10%增益。确切增益基本取决于预热的反应物达到的温度水平，以及炉设计和所用燃烧器的类型。
[0070]预热富氧化剂(和可能可燃物)所需的中间氧化剂的体积主要取决于中间氧化剂的性质及其质量热容。因此，如果在上示情况中该富氧化剂是纯氧且第一和第二交换器中所用的传热流体(中间氧化剂)是非富氧空气，传热流体的体积/流速大致等于预热氧的体积/流速的1.8 - 2.2倍。
[0071]当在US-A-6071116中所述的方法中在第二热交换器后将传热流体再注入燃烧烟气中并经由烟囱排出时，预热反应物(富氧化剂和可能可燃物)后回火的传热流体中所含的残留热能未被利用。
[0072]根据本发明，提出使用氧化剂(例如空气或富氧空气)作为传热流体，并利用预热系统下游的回火的传热流体流——通过除预热的富氧化剂流外还完全或部分利用这种回火流作为熔化室中的燃烧氧化剂。
[0073]为了更优化本发明的方法的能量效率，提出在熔化室上游使用作中间流体的传热流体的空气富氧。但是，根据本发明，由此富氧的空气的氧含量保持小于待预热的富氧化剂
的氧含量。
[0074]这种富集优选部分或完全在第一热交换器的上游进行。也可以考虑在第一热交换器下游、即在第一与第二热交换器之间、或甚至在第二热交换器下游的部分或完全富集，特别是如果第一热交换器的材料和/或构造不允许将富氧空气加热至第一热交换器中达到的温度。
[0075]气态燃烧氧化剂的氧含量Ψ被定义为V=VO2/ (V02+VR)，其中VO2=氧体积且VR=该燃烧氧化剂的非氧组分的体积。
[0076]在空气或富氧空气的情况中，应该使用下列近似公式:V=VO2/ (V2+VN2)，其中VN2=氮体积，空气的氧含量Ψ因此为21体积％。
[0077]通过在熔化室上游提高中间氧化剂的氧含量Ψ，用该中间氧化剂产生提高的绝热火焰温度，并提高所述中间氧化剂在用作玻璃熔化室中的燃烧氧化剂的过程中的效率。应该指出，例如，加热至1200°C的非富氧空气(通常如带有再生热交换器的熔炉的情况那样)提供与Ψ=0，34的在25°C下的富氧空气相同的绝热火焰温度。
[0078]当根据本发明除预热富氧化剂外还使用21%〈Ψ〈40%的回火富氧空气作为燃烧氧化剂时，优选地应当限制NOx的形成。通过在熔化室的不同区域中使用这两种燃烧氧化剂，这是特别可行的。特别推荐在功率最高的室区域(通常包括原材料处于其固态的室区域)中使用预热富氧化剂作为燃烧氧化剂和在功率较弱的室区域(例如熔化/澄清室中的澄清区)中使用回火的中间氧化剂。
[0079]也可以在熔化室的单区域中、甚至在单燃烧器中合并预热富氧化剂和回火的中间氧化剂，同时保持特征和合适的火焰形状以及限制NOx形成，特别是通过使用分级燃烧氧化剂喷射燃烧器，将例如预热富氧化剂与可燃物接触和/或邻近地喷射到熔化室中、并距可燃物更远地将回火的中间氧化剂喷射到熔化室中。合适的燃烧器尤其由 申请人:以ALGLASS SUN燃烧器系列出售并描述在W0-A-2005059438中。
[0080]当Ψ =21体积％直至24至25体积％时，可以使用为空气燃烧设计的设备，特别是燃烧器和/或喷射器。
[0081]当Ψ=25至40体积％时，应该使用适合使用富氧空气作为燃烧氧化剂的燃烧器/喷射器。当40体积Ψ <90体积％时，推荐使用专门设计成与这种高富氧的燃烧氧化剂一起使用的设备 ，特别是燃烧器和/或喷射器。
[0082]关于向负载传热方面的“热效率”，图1的曲线显示在每天150吨玻璃的单熔炉上熔融I吨玻璃所需的以kWh表示的能量效率。
[0083]要指出，热效率取决于燃烧氧化剂温度和氧含量Ψ。当燃烧氧化剂是Ψ为大约28体积％的500°C的富氧空气时，能量效率与800°C的非富氧空气相同等级。
[0084]对于ψ为约35体积％的500°C的富氧空气而言，能量效率与1100°C的非富氧空气相同等级。
[0085]因此，在本发明的方法中使用富氧空气作为中间氧化剂、然后使用所述回火的中间氧化剂作为熔化室中的燃烧氧化剂能够利用预热该富氧化剂后中间流体中仍含的热能。
[0086]这种使用还能按比例确定主交换器的大小，以优化该设施的总体能量和经济效率。
[0087]因此考虑到富氧化剂预热后中间流体/氧化剂中所含的热能没有流失而是在熔化室中有效利用，不再要求像现有方法中那样将这种热能限为最低。根据本发明，目的是通过适当选择预热的富氧化剂和回火的中间氧化剂在第二热交换器下游的温度而使该方法的总体能量效率最大化。
[0088]实际上，可以按比例缩放中间氧化剂的流速以回收离开熔化室的烟气中所含的最大热能，而不受为富氧化剂以及可能可燃物的预热设定和规定的最大流速和温度限制。对于目前市面上可以以商业上可行的价格获得的材料，预热富氧化剂的最大温度通常限于550°C，天然气限于450°C。
[0089]在预热富氧化剂的相同流速和温度下，通过提高加热的中间氧化剂的温度(即第一热交换器出口和第二热交换器入口处的中间氧化剂的温度)，可以提高回火的中间氧化剂的温度(即在第二热交换器的出口处或甚至在所述n2个第二燃烧器的燃烧氧化剂入口处)，同时降低第二热交换器所需的表面积。例如，回火至600°C的中间氧化剂可用作该设施的所述n2个第二燃烧器的燃烧氧化剂。当所述中间氧化剂在所述n2个第二燃烧器的入口具有大约0.25的氧含量Ψ时，所述燃烧氧化剂具有与预热至1100°C的非富氧空气相同的能量效率。
[0090]由于与仅使用预热富氧化剂作为燃烧氧化剂的炉相比降低的氧含量，该设施在连续供氧失效的情况中表现出较高的自主运行性，并可相应地降低备用容积。
[0091]图2中所示的设施包含配有η个燃烧器110的熔化室100，这些燃烧器都同时是第一燃烧器和第二燃烧器(仅显示一个燃烧器)。该熔化室还包含排烟口 120。该炉还包含预热系统，其包含第一热交换器210和第二热交换器220。管网络连接第一热交换器210、第二热交换器220、熔化室100的燃烧器110和排烟口 120。
[0092]可燃物(例如气态可燃物)的源10经管道310连向燃烧器110的可燃物入口。这种源10还向燃烧器110供应可燃物。
[0093]空气源20 (通常为空气压缩机和或鼓风机)经管道320连向第一热交换器210的中间氧化剂入口。熔化室100的排烟口 120经管道330连向第一热交换器210的烟气入口。在第一热交换器210内，在该室出口处的温度为1000°C至1600°C的烟气通过热交换加热中间氧化剂(空气)。由此获得通过管道335从第一热交换器210中排出的冷却烟气流、和通过管道350从第一热交换器210中排出的热中间氧化剂流。
[0094]该设施包含供应富氧化剂(通常是含有90体积％氧的气流)的源30。源30包含用于连续供应富氧化剂的主要源31 (通常是氧气管道或空气分离单元)、和在主要源的富氧化剂失效的情况下用作备用的富氧化剂罐32。通过管道340将富氧化剂流送入第二热交换器220的富氧化剂入口。
[0095]通过管道350将在第一热交换器210出口处的温度为600°C至900°C的热中间氧化剂流送入第二热交换器220的中间氧化剂入口。
[0096]在第二热交换器220内，通过与热中间氧化剂热交换，将源30供应的富氧化剂预热至达到400°C至650°C的温度。通过管道370从第二热交换器220中排出由此预热的富氧化剂。这种管道370将作为燃烧氧化剂的第二预热氧化剂送至燃烧器110的富氧化剂入□。
[0097]在350°C至650°C的回火温度下经管道360从第二热交换器220中排出中间氧化剂。管道360将至少一部分预热的中间氧化剂作为可燃物送往燃烧器110的中间氧化剂入口。当回火的中间氧化剂流超过熔化室100的燃烧器110的中间氧化剂需求时，可以通过管道360的分支356排出过量的回火的中间氧化剂，然后用在别处或经烟囱排出。
`[0098]为了该方法的能量效率更高，可以在燃烧器上游使中间氧化剂的空气富氧。所述富集可以在第一热交换器210的上游进行。在这种情况中，管道341将受控流速的富氧化剂送往管道320，经其将源20供应的空气送往第一热交换器210。这自然要求第一热交换器的材料和构造允许用温度为1000°C至1600°C的烟气可靠加热由此富氧的空气。
[0099]也可以进行热中间氧化剂流的富氧，可能与在第一热交换器上游的第一富氧结合。在这种情况中，通过管道341的分支342将受控流速的富氧化剂送往管道350，其将来自第一热交换器210的热中间氧化剂流送往第二热交换器220。
[0100]最后，中间氧化剂也可以在第二热交换器220的下游富氧。在这种情况中，管道343将受控流速的富氧化剂送往管道360，其将回火的中间氧化剂流送往燃烧器110的中间氧化剂的入口。
[0101]应该指出，中间氧化剂的富氧度可用作控制或优化该熔融法的参数。例如可以根据该炉的拉制速率调节中间氧化剂的富氧度。当在熔化室的不同区域中使用富氧化剂和中间氧化剂作为燃烧氧化剂时，通过调节中间氧化剂的富氧度，可以至少部分调节使用中间氧化剂作为燃烧氧化剂的区域中的温度。当向单一分级燃烧氧化剂喷射燃烧器供应富氧化齐_中间氧化剂时，通过调节富氧化剂和中间氧化剂的流速和通过调节中间氧化剂的富氧度，可以例如调节火焰性质。
[0102]为此目的，该设施可配有控制单元400。[0103]在图2中显示单预热系统。但是，熔融设施可包括多个预热系统，尤其是:
[0104]-当使用预热富氧化剂和/或回火的中间氧化剂的燃烧器数是重要的时，和/或
[0105]-当所述燃烧器位于间隔位置时。
[0106]在图2中所示的情况中，该设施包含第一热交换器210和单个第二热交换器220。但尤其出于上述原因，可以为单个第一热交换器210提供至少两个第二热交换器220。在这方面，参考US-A-607111 6中给出的说明。
【权利要求】
1.在熔炉中熔融玻璃的方法，所述熔炉包含配有n个燃烧器(110)的熔化室(100)和预热系统，其中n ≥ 1，在所述方法中: ?将要熔融的原材料引入熔化室(100)， ?通过所述n个燃烧器(110)燃烧可燃物，以生成用于熔融原材料的热能并获得熔融的玻璃和在熔化室(100)的出口具有1000°C至1600°C的温度的热烟气流， ?将来自室(110)的热烟气流引入预热系统， ?在预热系统的第一热交换器(210)中，通过与热烟气流热交换，加热氧含量为21体积％或更高并含有空气的被称作中间氧化剂的第一氧化剂流，以生成冷却的烟气流和温度为600°C至900°C的加热的中间氧化剂流， ?在预热系统的第二热交换器(220)中，通过与所述加热的中间氧化剂流热交换，加热氧含量为80体积％至100体积％并高于中间氧化剂的氧含量的被称作富氧化剂的第二氧化剂流，以生成温度为400°C至650°C的预热的富氧化剂流和温度为350°C至650°C的回火的中间氧化剂流，和 ?将所述预热的富氧化剂流作为燃烧氧化剂供应至所述n个燃烧器(110)中的nl个，被称作第一燃烧器，1 ≤ n1 ≤n, 所述方法的特征在于: ?将至少一部分所述回火的中间氧化剂流作为燃烧氧化剂供应至所述n个燃烧器(110)中的n2个，被称作第二燃烧器，1≤n2≤n。
2.根据权利要求1的方法，其中所述中间氧化剂具有大于21体积％的氧含量。
3.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述回火的中间氧化剂流在n2个第二燃烧器入口的氧含量在21体积％至40体积％之间，优选高于21体积％和小于或等于40%。
4.根据权利要求1和2之一的方法，其中所述回火的中间氧化剂流在n2个第二燃烧器入口的氧含量在40体积％至90体积％之间。
5.根据前述权利要求任一项的方法，其中nl=n。
6.根据前述权利要求任一项的方法，其中n2=n。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述η个燃烧器(110)的至少一个是分级的燃烧氧化剂喷射燃烧器。
8.玻璃熔融设施，其包含: ?空气源(20)， ?富氧化剂源(30 )，其氧含量为80体积％至100体积％，优选90体积％至100体积％， ?熔化室(100)，其配有用于在所述熔化室内燃烧可燃物以生成热能和热烟气流的η个燃烧器(110)，n ≥ 1，所述熔化室还包含烟气出口(120)以从所述室中排出热烟气流， ?预热系统，其包含: i.第一热交换器(210)，其通过与热烟气流热交换而加热中间氧化剂流，所述中间氧化剂包含由空气源(20)供应的空气，所述第一热交换器(210)具有与熔化室(100)的烟气出口(120)流体连接的热烟气流入口、与空气源流体连接的中间氧化剂流入口和加热的中间氧化剂流的出口，和 ii.第二热交换器(220),其通过与加热的中间氧化剂流热交换而预热富氧化剂流,第二热交换器包含与中间交换器(210)的加热流流体连接的加热的中间氧化剂流的入口、与富氧化剂源(30)流体连接的待加热的富氧化剂流入口、回火的中间氧化剂流的出口和预热的富氧化剂流的出口， 预热的富氧化剂流的出口与所述η个燃烧器(I 10)中的被称作第一燃烧器的nl个的燃烧氧化剂出口流体连接，I nl ^ η, 所述设施的特征在于: 回火的中间氧化剂流的出口与所述η个燃烧器(I 10)中的被称作第二燃烧器的η2个的燃烧氧化剂入口流体连接，I 5? n2 ^ rio
9.根据权利要求8的设施，其中所述富氧化剂源包含富氧化剂管道、空气分离单元或富氧化剂罐。
10.根据权利要求8或9的设施，其中用要加热的中间氧化剂的管道将第一热交换器的中间氧化剂流入口连向空气源，所述管道也与氧源流体连接，用于在第一热交换器的中间氧化剂流入口上游 使所述空气源供应的空气富氧，所述氧源优选是富氧化剂源。
11.根据权利要求8至10任一项的设施，其中用加热的中间氧化剂的管道将第一热交换器的加热的中间氧化剂流的出口连向第二热交换器的加热的中间氧化剂流的入口，所述管道也与氧源流体连接，用于在第一和第二热交换器之间使所述加热的中间氧化剂流富氧，所述氧源优选是富氧化剂源。
12.根据权利要求8至11任一项的设施，其中通过回火的中间氧化剂管道将第二热交换器(220)的回火的中间氧化剂流出口连向所述n2个第二燃烧器的燃烧氧化剂入口，所述回火的中间氧化剂管道也与氧源流体连接，用于在所述n2个第二燃烧器上游使所述回火的中间氧化剂流富氧。
13.根据权利要求8至12任一项的设施，其中各燃烧器(110)是所述nl个第一燃烧器之一和/或所述n2个第二燃烧器之一。
14.根据权利要求8至13任一项的设施，其中所述η个燃烧器的至少一个是分级燃烧氧化剂喷射燃烧器。
15.根据权利要求8至14任一项的设施的用途，用于实施根据权利要求1至7任一项的熔融方法。
【文档编号】C03B5/237GK103702951SQ201280036861
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年6月11日 优先权日:2011年7月26日
【发明者】L·雅里, R·齐阿瓦 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司