专利名称:一种利用煤低温干馏生产中的尾气熔化玻璃的方法
技术领域:
本发明涉及一种熔化玻璃的方法,具体讲是一种利用煤低温干馏(兰炭)生产中的尾气熔化玻璃的方法。
背景技术:
目前在玻璃生产工业中,熔化玻璃所用燃料有重油、煤焦油、石油焦、天然气、发生炉煤气、焦炉煤气、纯氧燃烧以及电熔化。每种燃料对应有不同的窑炉结构及燃烧工艺。随着世界能源紧缺和危机,燃料的价格居高不下,造成企业成本偏高,效益偏低,降低了企业的市场竞争力。传统的玻璃生产中,通常采用发生炉煤气熔化玻璃;发生炉煤气是由煤气发生炉将煤气化而制造的燃料,需专为熔化玻璃而配备设备。该煤气为热煤气,温度在500 550°C,热值低,又由于该煤气未净化,故焦油、粉尘杂质较多,易堵塞蓄热室,影响玻璃质量。也有采用焦炉煤气熔化玻璃的方法,该焦炉煤气也需专配有管道加压输送系统, 使用专用喷枪在玻璃窑内燃烧,其热值高;但煤气入窑温度低,能源消耗高。通过研究,技术人员发现在煤低温干馏(兰炭)的生产过程中产生的尾气具有可燃性。该尾气的热值比发生炉煤气高,又比焦炉煤气低,约在1800 2200kcal/m3 ;而这种尾气以往都被排空放掉了,既造成能源浪费,又对环境产生污染。为了解决这些问题,近年来已有把这种尾气收集后用于金属镁冶炼的成功报道,可大大降低冶炼成本,实现循环经济。至今为止,尚无有将这种尾气用于熔化玻璃的公开信息报道。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷,降低玻璃熔化的成本,本发明的目的是提供一种利用煤低温干馏(兰炭)生产过程中的尾气熔化玻璃的方法。为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案一种利用煤低温干馏尾气熔化玻璃的方法,包括步骤如下1)将干馏焦化炉顶部聚集的尾气经一集气管送入电捕焦油器除油净化成净煤气;2)步骤1)的净煤气在罗茨风机施加的压力下,经与玻璃熔窑连接的煤气管道进入玻璃熔窑内,依次经煤气交换器及煤气烟道后进入煤气蓄热室内加热至800 1200°C ; 其中,罗茨风机施加的压力为500Pa ;3)步骤2、加热后的净煤气经煤气蓄热室顶部进入小炉预燃室内与空气混合,再进入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料。上述步骤1)中,干馏焦化炉的顶部开设有管口,其管口上焊接有管道;所述集气管的进口与该管道之间通过法兰连接;在法兰的连接处加设有密封垫。
上述的集气管在通入尾气前,还要有对该集气管进行气密性打压试验的步骤,试验压力P彡0. IMPa0上述步骤1)中所用的净煤气,其含有下列重量百分比成分CO 18 ^%,H2 18 26%,CH4 6 10%,0)2 5. 5 6. 5%,O2 0. 2 1. 0%,N2 35 45%,热值为 1800 2200kcal/m3。上述步骤2)中所用的煤气交换器为跳罩式煤气交换器;该跳罩式煤气交换器的进口与所述煤气管道连接;其出口设置有三个,其中部出口为烟气排出的中间烟道;左、右两边的出口分别为左侧烟道和右侧烟道,左侧烟道和右侧烟道分别和与其同侧设置的所述煤气烟道连通。上述步骤2)中,煤气蓄热室门的观察吹扫孔设置有8-15个。上述的煤气蓄热室内装有格子形式铺设的热交换材料,该热交换材料为低气孔粘土质耐火砖。上述煤气烟道的侧墙内壁及碹顶内表面均涂刷有密封泥浆,其厚度为6_20mm ;所述煤气烟道的侧墙外侧及碹顶外表面由内至外均涂覆有水泥层和保温涂料层;其中,水泥层的厚度为20 40mm,保温涂料层的厚度为20 40mm ;所述煤气蓄热室的墙壁外侧及门外侧均涂覆有所述保温涂料层,其厚度为30 50mm。上述的密封泥浆由水玻璃和耐火土以1 1的比例混合而成;上述的保温涂料层为膏状的复合硅酸盐保温涂料。由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果如下1)本发明使用的玻璃窑炉是在原发生炉煤气做燃料的窑炉工艺基础上进行的改造,改造后既能将由煤低温干馏(兰炭)生产过程中排出的尾气收集后进行综合利用;又减少了设备投资,实现对上述兰炭生产中排出的尾气的有效利用。i)为了净化入炉的煤气,本发明在干馏焦化炉的顶部设置了集气管,集气管将尾气收集后先经电捕焦油器除油净化;净化后的净煤气在罗茨风机施加的压力下,再经煤气管道、煤气交换器、煤气烟道、煤气蓄热室、小炉预燃室进入玻璃熔窑内;由于该煤气是净化后的冷煤气,冷煤气的温度在煤气交换器处时为52 60°C,经煤气烟道进入煤气蓄热室内,经格子式的热交换材料进行预热后,温度加热至800 1200°C,加热后的煤气由煤气蓄热室顶部排出,通过与煤气蓄热室顶部连接的小炉上升道,进入小炉预燃室内与空气混合后入玻璃窑内燃烧,熔化玻璃配合料;产生的1350 1650°C高温烟气从另一侧的小炉预燃室,再分别经过该侧的煤气蓄热室及煤气烟道、空气蓄热室及空气烟道排出;高温烟气同时加热煤气蓄热室和空气蓄热室内用于热交换的耐火砖;经净化的煤气热值高,无杂质,干净,有利于提高玻璃质量。3)为了保证玻璃熔窑的密封效果,对煤气管道、煤气烟道、煤气蓄热室墙壁外侧均要做密封层,其中,煤气烟道的侧墙内侧及碹顶内表面的密封层由密封泥浆涂刷而成;煤气烟道的侧墙外侧、及碹顶外表面由内至外均涂覆有水泥和保温涂料的复合层;煤气蓄热室的墙壁外侧及门外侧均涂覆有所述保温涂料层;同时,减少煤气蓄热室门上观察孔的设置数量,减少漏风系数,保证煤气输送的安全性;通过密封层的设置防止空气进入,使煤气在烟道里安全通过,以保证在玻璃窑内的正常燃烧及满足熔化。4)由于在煤气蓄热室内的热交换材料为格子式的耐火砖结构,可对由此通过的净化煤气进行有效的预热,有利于提高煤气的入炉温度,提高燃烧效率。5)利用煤低温干馏 (兰炭)尾气熔化玻璃,实现了焦化与玻璃生产两个产业的结合,做到了能源的综合利用,对能源“煤”实现“吃干榨净”。同时还解决了因其排空造成的能源浪费和对环境污染,实现节能减排和循环经济,益于推广实施。
图1为本发明熔化玻璃方法的工艺流程2为实现本发明所采用的玻璃熔窑的结构示意3为图2A-A向剖面示意4为跳罩式煤气交换器的结构示意图
具体实施例方式本发明所用的煤气为煤低温干馏(兰炭)生产过程中的尾气,该尾气的集气温度在80 90°C,属易燃易爆气体;主要成分如下CO 18 ^%,H2 18 洸%,CH4 6 10%, CO2 5. 5 6. 5%,O2 0. 2 1. 0%,N2 35 45%,热值为 1800 2200kcal/m3。上述的气体成分用奥式气体分析仪测定,测定后得出的各组分含量代入公式计算出该煤气低位发热值,属公知现有技术。如图1所示,利用煤低温干馏(兰炭)生产中的尾气熔化玻璃的方法,包括步骤如下1)经上煤系统IV将煤输入至干馏焦化炉I内,在风机V的助燃下加工生产兰炭, 同时产生的尾气集聚在该干馏焦化炉I顶部,通过一集气管II收集后将该尾气送入电捕焦油器III内除油净化成净煤气;集气管II在通入该尾气前,还需要有进行气密性打压试验的步骤,试验压力P彡0. IMPa02)在电捕焦油器III后连接有罗茨风机,并与煤气管道相联通。将步骤1)的净煤气在罗茨风机施加的压力下,经与玻璃熔窑连接的煤气管道四进入玻璃熔窑内,依次经煤气交换器22及一侧的煤气烟道6后进入同侧的煤气蓄热室7内加热至800 1200°C ;其中,罗茨风机施加的压力为500Pa。3)步骤幻加热后的净煤气经煤气蓄热室7顶部进入同侧的小炉预燃室12内与空气混合,再进入中部的熔化玻璃池31内燃烧,熔化玻璃配合料。在干馏焦化炉I的顶部开设有管口,其管口上焊接有管道;集气管II的进口与该管道之间用法兰连接;在法兰连接处加设有密封垫。如图2、图3所示,在传统的以发生炉煤气做燃料的窑炉工艺基础上进行改造,为减少投资,尽可能利用原有结构,但又要适应所利用的煤低温干馏(兰炭)生产过程中的尾气做新燃料的要求。玻璃熔窑利用现有的燃煤气400T/D浮法玻璃熔窑,其结构包括两侧的空气蓄热室1及该空气蓄热室内的格子体2,两侧的空气烟道3及空气支烟道4,煤气支烟道5、5’, 煤气烟道6、6’,煤气蓄热室7、7’,煤气蓄热室格子体8、8’,两侧的舌头碹9、煤气上升道10 及小炉顶碹11,两侧的小炉预燃室12及池壁13,熔化部大碹14,两侧的熔化部立柱15,大碹拉条16,两侧的风火隔墙17,烟囱18,大闸板19,旋转闸板20,中间闸板21,煤气交换器 22,空气交换器23,熔化玻璃池31。其中,两侧的空气蓄热室1分别位于煤气蓄热室7、7’的外侧,煤气蓄热室7、7’和
5与其相邻的空气蓄热室之间均设有风火隔墙17,以避免煤气与空气提前混合燃烧;煤气蓄热室7、7’分别通过煤气烟道6、6’与煤气交换器22左右两个侧烟道相接。与煤气系统一样,两侧的空气蓄热室1、空气蓄热室格子体2、空气烟道3、空气支烟道4和空气交换器23组成助燃空气的传送系统,以保证煤气在玻璃熔窑内充分燃烧。两侧的池壁13,顶部的熔化部大碹14,两侧的熔化部立柱15,大碹拉条16组成熔化玻璃池31及熔窑,内装有玻璃原料及已熔化好的玻璃液。由烟@ 18,大间板19,旋转闸板20,中间闸板21,煤气交换器22,空气交换器23构成玻璃熔窑的排烟系统,其作用是使熔化玻璃过程中所产生的高温烟气由此系统排出。由于煤低温干馏(兰炭)生产过程中的尾气做新燃料,其H2含量较发生炉煤气高, 故更加易燃易爆;但是燃烧和爆炸的条件是混入空气并达到一定的浓度,遇明火产生燃烧和爆炸。为避免混入空气,本发明的特点就在于对煤气管道四、煤气烟道6、6’的侧墙内外侧及碹顶内外表面、煤气蓄热室7、7’的墙壁外侧及门外侧进行严格的密封,减小漏风系数,增强煤气输送的安全性,防止煤气在通过煤气烟道及煤气蓄热室的输送过程中燃烧爆炸,以保证在玻璃熔化池内正常燃烧及满足熔化。密封的具体操作为用水玻璃与耐火土以1 1的比例混合成浆状的密封泥浆,对煤气烟道6、6’的侧墙内侧及煤气烟道6、6’的碹顶内侧表面进行涂刷,其厚度为6-20mm; 特别对缝隙处仔细涂刷,确保密封不透气;在煤气烟道6、6’的侧墙外侧及煤气烟道6、6’的碹顶外表面涂刷有水泥和保温涂料层;其中,先涂抹一层水泥,其厚度为20 40mm,最佳为 30mm ;然后在水泥层的表面上再涂抹一层保温涂料层,其厚度为20 40mm,最佳为30mm ; 煤气蓄热室门上的观察吹扫孔的数量比原设备减少50%,约为8-15个;对煤气蓄热室7、 7’的墙壁外侧及门外侧均采用保温涂料层进行保温密封,其涂抹厚度为30 50mm,最佳为 30mm厚;有效增强了煤气输送的安全性。上述密封所用的水泥为普通硅酸盐水泥Po42. 5 ;保温涂料层为膏状的复合硅酸盐保温涂料,直接涂抹于欲保温密封的部位;复合硅酸盐保温涂料为市售产品,主要理化性能为彡50(%,导热系数0.0351/111.1^,粘结强度(烘干)50KPa。其特点为可塑性强,导热系数低,保温效果好,且粘结强度大,密封性强,施工方便。本实施方式中所用的煤气蓄热室,其尺寸为2000mmX2522mmX4221mm ;在煤气蓄热室内装有35行呈格子状的低气孔粘土质耐火砖做热交换材料,所用的低气孔粘土质耐火砖的主要理化指标为=Al2O3 ^ 42%,Fe2O3 ^ 1.5%,耐火度彡1750°C,0. 2MPa,T0. 6荷重软化温度> 14700C,显气孔率< 14% ;其相邻的两块砖之间留有缝隙,相邻的两行砖之间互为交错、层与层之间互为平行;一般情况下,煤气蓄热室的设置尺寸要根据玻璃熔窑的熔化能力进行设计,内装的呈格子状的热交换材料也可根据工艺要求进行选择。利用新燃料熔化玻璃的具体流程为净化后的冷煤气经煤气管道四进入煤气交换器22,从煤气交换器22的右侧烟道27 ’进入煤气烟道6 ’,煤气烟道6 ’通过与其连接的煤气支烟道5’插入至煤气蓄热室V的底部将净化后的煤气送入,煤气蓄热室V的顶部连接同侧的小炉煤气上升道10,煤气经小炉煤气上升道10进入同侧的小炉预燃室12内与由同侧的空气蓄热室1顶部进入的空气混合后入熔化玻璃池31内燃烧,熔化玻璃配合料;此时, 产生的1350 1650°C高温烟气从左侧的小炉预燃室12进入与其同侧的煤气蓄热室7和空气蓄热室1,再由煤气蓄热室7下部的煤气支烟道5进入煤气烟道6,再通过煤气交换器 22、中间闸板21后和从同侧的空气蓄热室1下部空气支烟道4进入空气烟道3并经过空气交换器23排出的烟气在此交汇;其烟气再通过总烟道内设的旋转间板20、大间板19后从烟囱18排出;空气交换器23在空气烟道内,起向玻璃熔窑内输送空气和从窑内排出烟气, 并转换空气流动方向和烟气流动方向的作用;与煤气交换器的换向程序一致,通常20分钟转换一次。高温烟气经过煤气蓄热室和空气蓄热室时,与煤气蓄热室格子体8’及空气蓄热室格子体2发生热交换,加热构成格子体的低气孔粘土质耐火砖。在煤气蓄热室7、7’的顶部均装有可随时对加热后的煤气温度进行检测的热电偶。本发明通过加强对现有玻璃熔窑的输送管道与煤气烟道、煤气蓄热室墙体及门的密封,防止空气进入煤气烟道6、6’,煤气蓄热室7、7’等煤气加热及通过的部位,以防止煤气的爆炸、过早燃烧,保证入窑后火焰的长度及温度,保证入窑的玻璃配合料能够熔化成优质玻璃液。上述的集气管由Q235B钢材焊接制作,焊接完成后进行气密性打压试验,试验压力P彡0. IMPa,法兰连接处加密封垫。上述的电捕焦油器使用由陕西长江环保工程有限公司生产,型号为DPJieosm 电捕焦油器。如图4所示,本发明使用的煤气交换器22为跳罩式煤气交换器;它设有外罩24, 跳罩25,水封沈,左侧烟道27、右侧烟道27,,中间烟道观,煤气管道四,连杆机构30。跳罩式煤气交换器为玻璃熔窑的煤气换向系统。该跳罩式煤气交换器的进口与煤气管道四的出口连接,其出口设有三个,中部出口为中间烟道28,即烟气排出口,左边的出口为左侧烟道27,右边的出口为右侧烟道27’ ;左侧烟道27和右侧烟道27’分别与同侧的煤气烟道连通。按预先制定的换向操作程序,通过跳罩式煤气交换器向玻璃熔窑内输送煤气和从窑内排出烟气,并转换煤气流动方向和烟气的流动方向,通常20分钟转换一次。具体操作为由电机驱动传动装置带动连杆机构30变换跳罩位置,使左侧烟道27 或右侧烟道27’分别与中间烟道观轮流连通,以达到煤气换向的目的。煤气由煤气管道四进入外罩M内,跳罩25罩住该跳罩式煤气交换器底座的中间烟道观和左侧烟道27,用水封沈将其封住,使外罩对、跳罩25密封,因此形成两条通道, 煤气由右侧烟道27’经右侧的煤气烟道进入该侧的煤气蓄热室内加热,再经右侧的小炉预燃室与空气混合后入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料;此时熔窑内的烟气通过左侧的小炉预燃室、左侧的煤气蓄热室及左侧的煤气烟道后,由左侧烟道27及中间烟道观的烟气通道排出。变换跳罩25的位置后,跳罩25罩住煤气交换器22底座的中间烟道观和右侧烟道27’,用水封沈将其封住,使外罩对、跳罩25密封,形成两条通道,煤气由左侧烟道27 经左侧的煤气烟道进入该侧的煤气蓄热室内加热,再经左侧的小炉预燃室与空气混合后入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料;熔窑内的烟气通过右侧的小炉预燃室、右侧的煤气蓄热室、右侧的煤气烟道,由右侧烟道27’及中间烟道观的烟气通道排出。本发明所用的跳罩式煤气交换器,为由无锡市远方机械有限公司生产的型号为 MJl. 8型的跳罩式煤气交换器。本发明的原理如下煤在隔绝空气条件下,受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程,称为煤干馏(或称炼焦、焦化)。按加热终温的不同,可分为三种500 600°C为低温干馏,900 1100°C为高温干馏,700 900°C为中温干馏。干馏焦化炉正常生产时为正压作业,鼓风机从底部鼓风助燃,煤从炉顶加入,产生的煤气集聚在炉的顶部。在干馏焦化炉的顶部,将干馏过程中所产生的煤气用管道收集,再由管道送入电捕焦油器除油净化, 经罗茨风机加压至500 后输送到煤气管道,通过煤气交换器到煤气烟道,再经煤气蓄热室加热至800 1200°C,通过小炉预燃室与空气混合后入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料。产生的1350 1650°C高温烟气从另一侧小炉预燃室、煤气蓄热室及煤气烟道、空气蓄热室及空气烟道排出,同时加热煤气蓄热室和空气蓄热室内设置的格子体,即作为热交换材料的耐火砖。所用的罗茨风机为由天津鼓风机厂生产的型号为MLA84WD的风机。电捕焦油器在金属导线与金属管壁(或极板)间施加高压直流电,以维持足以使气体产生电离的电场,使阴阳极之间形成电晕区。按电场理论,正离子吸附于带负电的电晕极,负离子吸附于带正电的沉淀极;所有被电离的正负离子均充满电晕极与沉淀极之间的整个空间。当含焦油雾滴等杂质的煤气通过该电场时,吸附了负离子和电子的杂质在电场库伦力的作用下,移动到沉淀极后释放出所带电荷,并吸附于沉淀极上,从而达到净化气体的目的,通常称为荷电现象。当吸附于沉淀极上的杂质量增加到大于其附着力时会自动向下流淌,从电捕焦油器底部排出,净气体则从电捕焦油器上部离开并进入下道工序。跳罩式煤气交换器为用于玻璃熔窑的煤气换向系统。其进口连接煤气管道,出口连接煤气烟道及烟气通道,按换向操作程序,向窑内输送煤气和从窑内排出烟气,并转换煤气和烟气的流动方向,通常20分钟转换一次。通过电机驱动传动装置带动连杆机构变换跳罩的位置,使左侧烟道或右侧烟道分别与中间烟道轮流连通,以达到煤气换向的目的。在整个系统中,需要严格控制煤气的爆炸,过早燃烧以及入窑后火焰的长度及温度。其手段主要是通过对煤气输送过程中的煤气管道、煤气烟道以及煤气蓄热室墙壁外侧及门外侧的密封,避免空气混入来实现,这样也可保证全部燃料进入熔窑内燃烧;同时控制煤气压力在20 60 范围内,使煤气流速与空气流速相匹配,有利于煤气、空气在小炉预燃室混合预燃和火焰喷出的角度,从而保证入窑后火焰的长度及熔化温度,进而保证玻璃的熔化质量。采用本发明的技术方案熔化玻璃的质量符合国标GB11614-2009标准。
权利要求
1.一种利用煤低温干馏尾气熔化玻璃的方法,包括步骤如下1)将干馏焦化炉顶部聚集的尾气经一集气管送入电捕焦油器除油净化成净煤气;2)步骤1)的净煤气在罗茨风机施加的压力下,经与玻璃熔窑连接的煤气管道进入玻璃熔窑内,依次经煤气交换器及煤气烟道后进入煤气蓄热室内加热至800 1200°C ;其中, 罗茨风机施加的压力为500Pa ;3)步骤幻加热后的净煤气经煤气蓄热室顶部进入小炉预燃室内与空气混合,再进入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤1)所述干馏焦化炉的顶部开设有管口,其管口上焊接有管道;所述集气管的进口与所述管道之间通过法兰连接;在法兰的连接处加设有密封垫。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于所述集气管在通入尾气前,还要有对该集气管进行气密性打压试验的步骤,试验压力P彡0. IMPa0
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤1)所述的净煤气含有下列重量百分比成分C0 18 ^%,H2 18 ^%,CH4 6 10%,(X)2 5. 5 6. 5%, 0. 2 1. 0%,N2 35 45%,热值为 1800 2200kcal/m3。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤2)所述的煤气交换器为跳罩式煤气交换器;该跳罩式煤气交换器的进口与所述煤气管道连接,其出口设置有三个,中部出口为烟气排出的中间烟道;左、右两边的出口分别为左侧烟道和右侧烟道,左侧烟道和右侧烟道分别和与其同侧的所述煤气烟道连通。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤2)所述煤气蓄热室门的观察吹扫孔设置有8-15个。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于所述煤气蓄热室内装有格子式的热交换材料,该热交换材料为低气孔粘土质耐火砖。
8.根据权利要求1 7任一项所述的方法,其特征在于所述煤气烟道的侧墙内侧及碹顶内表面均涂刷有密封泥浆,其厚度为6-20mm ;所述煤气烟道的侧墙外侧及碹顶外表面均由内至外涂覆有水泥层和保温涂料层;其中,水泥层的厚度为20 40mm,保温涂料层的厚度为20 40mm ;所述煤气蓄热室的墙壁外侧及门的外侧均涂覆有所述保温涂料层,其厚度为30 50mm。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于所述密封泥浆由水玻璃和耐火土以1 1 的比例混合而成;所述保温涂料层为膏状的复合硅酸盐保温涂料。
全文摘要
本发明公开了一种利用煤低温干馏尾气熔化玻璃的方法,包括步骤如下1)将干馏焦化炉顶部聚集的尾气经一集气管送入电捕焦油器除油净化成净煤气;2)步骤1)的净煤气在风机施加的压力下,经与玻璃熔窑连接的煤气管道进入玻璃熔窑内,依次经煤气交换器及煤气烟道后进入煤气蓄热室内加热至800~1200℃;其中,风机施加的压力为500Pa;3)将步骤2)加热后的净煤气经煤气蓄热室顶部进入小炉预燃室内与空气混合,再进入熔化玻璃池内燃烧,熔化玻璃配合料。其所用玻璃窑炉是在原发生炉煤气做燃料的窑炉工艺基础上进行的改造,改造后可有效利用煤低温干馏(兰炭)生产过程中排出的尾气,同时解决了因其排空造成的能源浪费和环境污染;适于推广应用。
文档编号C03B5/235GK102173559SQ20111000833
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者崔保玉, 王建治, 闫建军, 靳宏宽 申请人:榆林华宝特种玻璃工业有限公司