CN101588995A - 玻璃熔炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔化玻璃的燃烧方法，其中两种相同或不同特性的燃料从彼此远离以在熔化室中分配燃料的两个位置被供给到熔化室中以便减少NO_X的排放，燃烧空气仅仅被供给到所述位置中的一个位置。本发明还涉及一种操作玻璃熔炉的方法，其中熔化室中的燃料喷射被进行分配以便降低NO_X的排放，以及涉及一种嵌入这些方法的玻璃熔炉。该熔炉包括用于接收行将熔化的玻璃且容纳熔化玻璃的熔池的熔化室，以及位于限定熔化室的壁中的热燃烧空气进口(VA)、热烟出口、至少一个用于喷射第一燃料的燃烧器(1)以及至少一个用于喷射第二燃料的喷射器(4)，喷射器(4)具有相对于燃烧器(1)的可调节的流量补充量由此有可能使所用的第一和第二燃料的喷射总量达到100％。

Description

玻璃熔炉

技术领域

本发明涉及一种用于熔化玻璃的燃烧方法，以及主要涉及一种用于执行该方法的玻璃熔炉，但是本发明还可以应用到其它类型的高温熔炉上。

背景技术

大多数种类的玻璃，特别是平板玻璃和容器玻璃，通过在每天或每个单元生产数吨到数百公吨玻璃的大型熔化炉中熔化原料制成。在这样的熔炉中使用的燃料通常为天然气或燃油，尽管也可以使用其它燃料。某些熔炉还使用电力来提高产量(电助熔)。高温熔炉(典型地为1500℃，但有时更高)对于所述熔化是必需的。最理想的炉温条件通过预热燃烧空气(典型地达到1000℃，但有时更高)获得。用于预热燃烧空气所需的热量通过废气进行传导，这通常通过可逆换热器获致。该方法使人能够获得与高熔化率相结合的高水平的热效率。现有的几种形式的熔化炉，包括：

横焰炉：在这些熔炉中，具有通常大于70m²的熔化表面面积，并且操作时大约每20-30分钟火焰的方向反转一次，废气中蕴含的热量在由成堆的耐火砖制成的换热器中被回收。冷的燃烧空气在其经过所述换热器期间被预热(上升的空气)，同时离开熔炉的热的废气被用于再热其它的换热器(下降的废气)。这些每天产量有时超过600吨并且用作生产平板玻璃和容器玻璃的熔炉，耗能巨大。横焰炉操作的图解在图1中被呈现。

端焰炉：在这些熔炉中，所述火焰(有时称作马蹄形火焰)形成圈形。这些熔炉操作时通过堆栈形成的换热器回收废气的热量并将之传导给燃烧空气。此种类型的熔炉操作的图解在图2中被呈现。

燃料被喷射进熔炉中并进入或接近离开换热器的气流。燃烧器(或火口)被设计成能产生具有好的辐射质量的高温火焰以便获得高效的热传导。配制燃烧物/燃料混合物存在一定数量的可选方案。这些工艺的名称反映出所述燃料是如何被引入的。最经常碰到的结构如下：

“下口”：在气流之下，

“上口”：在气流之上，

“侧口”：在气流旁边，

“通口”：穿过气流。

从这些不同的喷射方式中进行选择以便得到气流和使用的熔化炉的配置的合适结果，并且作为与燃料供应(例如：被供给天然气的熔炉的合适的气压)或燃料特性相联系的约束函数。

尽管就熔炉操作而言这样的燃烧方法是高效率的，但是它们带来诸如产生大量的作为最严格控制的空气污染物之一的氮氧化物(接下来称：NO_X)的不利影响。在绝大多数工业化国家，对大产能玻璃制造熔炉施加限制(就浓度和流速而言)以减少NO_X的排放。此外，管制每年都变得更为严厉。

如同在玻璃熔炉中一样，在高温熔炉中，NO_X生成的主要途径是“热力”途径，在该途径中，所述NO_X在熔炉的火焰温度高于1600℃的区域中生成。超出该阈值，NO_X的生成随着火焰温度呈指数形式增大。不幸的是，通常使用于熔炉中的诸如那些先前提及的用于产生高辐射火焰的燃烧工艺导致很高的火焰温度(具有高于2000℃的最高点)并且带来生成NO_X排放的后果远高于那些世界上众多国家能够接受的后果。

此外，由于实质上火焰周围的燃烧产物在将其热量释放给玻璃熔池时逐渐冷却，因此传统燃烧方法的一个后果在于在熔炉的容积的主要部分中几乎没有燃烧热的释放。

随着时间的过去，废气在将热量传导给玻璃熔池时变得效率很低。如果能找出一种提高仍然处在熔化腔室中的燃烧产物温度的方法的话，将能够提高从火焰向所述玻璃熔池的经由辐射的热传导。

现有的几种工艺能够减少回热式熔炉的NO_X排放。在这些工艺中，可以分为初级工艺(其中减少发生在燃烧期间)、次级工艺(其中减少通过处理熔炉出口的燃烧产物而发生)以及中间工艺，在该中间工艺中处理发生在熔化腔室的出口到换热器的区域(皮尔金顿3R步骤或重新燃烧)。

可以采用的工艺如下：

-初级工艺-“低NO_X”燃烧器：在市场上有几种形式的“低NO_X”燃烧器，也就是说即使单独使用时也能减少NO_X排放的燃烧器。然而，他们的实施并不总能获致与欧洲标准或者那些在全世界其他国家有效的标准一致的必需的减少水平。更特别地，以下形式的燃烧器会遇到：

双脉冲燃烧器-这些燃烧器在火焰的顶部产生低的气体流速以便降低生成大多数NO_X的区域中的火焰温度。所述燃烧器还可以提高火焰的发光度，这通过提高向所述玻璃熔池的辐射热传递促进了火焰前面的温度的降低。

包封气体喷射或“笼罩气体喷射”-使用该工艺，气态燃料在“下口”燃烧器上方以低速喷射，以便阻挡燃烧物流以及推迟来自“下口”燃烧器高速气体与所述气流之间的混合，因而降低火焰顶部的温度。

超低速气体喷射-用以水循环冷却的特殊燃烧器以非常低的速度(低于3m/s)喷射燃料气体被采用，以便使火焰的局部温度最小化以及提高其发光度。此种类型的燃烧器在减少NO_X方面的效率强烈地依赖于熔炉的设计。

初级方法-分阶段：该工艺使用传统的燃烧器通过气流来喷射燃料并减少燃烧空气的流量，目的是为过量燃料创造条件以及将余下的燃烧物引入熔炉的其它位置以便完成燃料的氧化。虽然这种工艺能够显著减少NOx排放，但是由于其需要纯氧或用于在超过1000℃的温度下以获得热效率而引导空气的导管，因此，该工艺执行困难，并且昂贵。(冷空气中的燃烧物的分阶段将导致能效减低)该分阶段工艺的例子如下：

空气分阶段：使用沿废气方向朝向燃烧腔室喷射的喷射器，将来自换热器的热燃烧空气分流，以便实现充分燃烧。该方法需要使用热绝缘导管和冷空气来定向喷射器，由此损失热效率。该技术仅在端焰炉上有所使用，并且主要在德国。

富氧空气分阶段或OEAS(用于富氧空气分阶段)：进入气流的燃烧空气使用用于完全燃烧的不充分的流量被引导，以便创造亚化学计量条件，且纯氧或富氧空气在熔炉的后部朝向废气流喷射，以便在熔炉的回流区域完成燃烧。OEAS喷射器一般被安装在与燃烧器相分离的下口位置。该技术已经被成功应用在端焰炉和横焰炉上，并且主要在美国。

在所述各种分期技术中，专利WO 97/36134批露了一种具有线形燃烧器的装置。该装置使得在气流中将燃料分阶段成为可能。供给到熔炉的燃料被分为两部分，并且一部分被向燃烧器的上游喷射，直接进入到热燃烧空气中。该方法不像本发明那样，采用直接进入燃烧腔室中的燃料喷射。但该工艺采用始终与空气喷射相伴的燃料喷射。

初级方法-多操作条件：

该技术通过将额外的燃料喷射进燃烧腔室中来减少NOx排放，以便在燃烧腔室中创造“还原气氛”。该还原气氛将火焰中形成的NOx转化成氮和氧。在该工艺中，在高温火焰前面产生的NOx在第二步骤中得以减少。

效果上，例如，如文件JP A 08208240示出的那样，由位于支撑燃烧器的壁上、位于侧壁上或面对燃烧器的喷射器引导的额外的燃料，被加入到供给一个燃烧器或多个燃烧器的初始燃料中。然而，依据该方法，在使得燃烧腔室中相当量的NOx减少成为可能的同时，有必要在从燃烧腔室退出之后提供额外的燃烧气体。该方法不仅需要消耗额外的燃料，而且，该额外的燃料不在燃烧腔室中燃烧，并因此并未参与到玻璃的熔化当中。

该过程为减少NOx而过度消耗燃料，并且其应用会导致再生换热器中的温度上升，并且迟早会导致再生换热器的性能衰减。

次级方法-废气处理：所述NOx的大部分通过使用化学还原过程，在熔炉的出口处进行处理。这样的过程需要使用诸如含有燃烧残留物的氨或碳氢化合物的使用或不使用催化剂的还原媒介。尽管能够达到由法规所设定的NOx的还原水平，但这些工艺安装和操作非常昂贵，在使用碳氢化合物的工艺比如之后将要解释的3R工艺或体系的情况下，可观察到燃料消耗增长5-15％。该工艺的例子将在以下给出：

3R工艺(再生换热器中的反应过程和还原过程；Pilkington公司的专利工艺)——在该工艺中，气体被喷射到腔室顶部，以便消耗任何过量的空气，并在位于熔炉出口的换热器中产生还原条件，结果是NOx转化成氮和氧。由于必须使用过量的气体，其在空气被吸入或喷射的换热器的下部被消耗。产生的额外热量通常由锅炉回收。为了使3R***必需的气体量最小化，通常以最低可能的过量气体操作熔炉。该技术能够获得目前法规所设定的NOx的还原水平，甚至能够超过这些水平。通常，实施3R工艺需要消耗掉熔炉全部燃料消耗的5-15％。所述换热器中的还原气氛通常是导致组成换热器的耐火材料出现问题的原因。

选择性催化还原或SCR(Selective Catalytic Reduction)——该方法使用铂催化剂来催化NOx与氨或尿素的反应，以将NOx还原成N₂和水。该过程必须在特定的温度下进行，并且需要对氨的精确控制，以避免意外的产生污染的排放物。由于这种反应在表面进行，因此，需要具有大表面面积的催化剂，涉及相对大的设备。该化学过程相对较为复杂，并且在控制和维护方面，要求苛刻。虽然可以获得较高的NOx还原水平，然而，存在由来自玻璃熔炉的带有颗粒的废气对催化剂的污染引起堵塞和腐蚀的问题。在一定长度的时间后，必须以相当高的成本来更换催化剂。

发明内容

本发明的目的因而是提供一种工艺以及设备，使得克服所有上述缺陷成为可能。

尤其是，本发明必须在增加熔炉内所围绕的废气的温度的同时(在这些区域所产生的NOx排放非常低)，使得减少NOx排放成为可能。此外，本发明必须使得维持或者甚至是提高向玻璃熔池的热传递以及熔炉的产量成为可能。

本发明的目的是获得一种用于熔化玻璃的燃烧工艺，根据该工艺，具有同样特性或不同特性的两种燃料，被引入到熔化腔室的彼此具有一定距离的两个位置，以便为了限制NOx排放的目的来配置熔化腔室中的燃料，同时燃烧空气仅在两个位置中的一个处供给。

本发明的目的还在于获得一种玻璃熔化炉，该玻璃熔化炉具有用以接收行将熔化的玻璃并且容纳熔化玻璃的熔池的罐，所述罐具有位于玻璃上方的，分别形成前壁、后壁、侧壁、顶部并且构成熔化腔室也叫燃烧腔室的壁、以及至少一个比如位于换热器出口处的热燃烧空气进口(燃烧空气进口也被称为“气流”)、至少一个用于热废气的出口、以及至少一个用于将第一燃料引入熔化腔室中的燃烧器。

根据本发明，此外，熔化腔室还至少具有一个用于将第二燃料喷射进所述熔化腔室的一区域中的一个喷射器，该区域与燃烧器具有一定距离，并且介于盖体和一水平面之间，该水平面设置在高于或等于穿过热燃烧空气进口的下边沿的水平面高度的位置，所述喷射器可以相对于燃烧器根据流量以互补的方式进行调节，这样，使得由喷射器和燃烧器所使用的第一和第二燃料的喷射总量达到100％成为可能，而不管第一和第二燃料是否具有相同或者不同特性。有利地，所述限定第二燃料的喷射区域界限的水平面位于盖体和与玻璃熔池的距离大于或等于熔化腔室中的气流的高度的水平面之间。

第二燃料在任何情况下都不被直接喷射进热燃烧空气中。

根据为前述段落所选用的语言，在目前的整个文本中，术语“燃烧器”专门指用于喷射和燃烧第一燃料的装置，而术语“喷射器”专门指用于喷射和燃烧第二燃料的装置。

传统上，尤其是当想到现行的可以被改装以在其中实施本发明的熔炉，所述燃烧器也可以被称作“燃烧器”，以及所述喷射器于是将不得不被称为“辅助燃烧器”。然而，这样的用语将会损害目前的文本，并成为错误的来源。

同样，在根据本发明对熔炉的描述中以及在对那些燃烧器位于设定的壁上或只有一个燃烧器的其他熔炉的描述中，前壁支撑一个燃烧器或多个燃烧器组，后壁为相反的壁，以及侧壁为另外两个壁。在熔炉具有非矩形底座的情况下，目前的限定以类似的方式应用于相应的壁部分。

并且，根据本发明的熔化炉中燃烧器或喷射器的数量的任何表示纯粹是作为例子，并且决不假定为这样的熔炉的一个特定实施例。实际上，当根据本发明的熔炉具有单个燃烧器和单个喷射器时，如同其具有几个燃烧器和几个喷射器时一样，本发明的原则同样有效，并不一定要具有相同数量的燃烧器和喷射器。

根据本发明，目前应用于传统熔炉上的燃烧器得以保留。所述燃烧器由一个或多个喷射器予以补充，使得或者另一种燃料或者燃烧器引入的相同燃料的小部分引入到熔化腔室中的一个或多个与燃烧器具有一定距离的区域中成为可能。相对于额外喷射而言，该喷射器有时被称为辅助物，比如，在燃烧之后，由于目的不是增加燃料数量或流速，而是为了更好地分配或散布对于行将熔化的玻璃的数量和类型来说必需的燃料数量并由此获得向行将熔化的玻璃的更好的热传导，而与此同时减少NOx排放。

本发明的这种安排在第一和第二燃料具有相同特性时，如同它们具有不同特性时一样，是有效的，而且，本发明的安排为调整以上所示的喷射器的流速的所谓的“补充”方法打下了基础。

实际上，第二燃料的流速作为第一燃料的流速的函数进行变化，这样，当燃烧器没有将熔化玻璃所必需的所有燃料都引入时，剩下的燃料由设置在与该燃烧器具有一定距离的一个(或多个)喷射器引入，并且如果必要喷射器之间也具有一定距离，所述喷射器位于第二燃料将最初与可循环的燃烧产物混合的地带或区域中，也就是说，所述燃烧产物来自一个或多个燃烧器并因此在与未被一个或多个燃烧器的火焰消耗的热燃烧空气接触点燃之前具有低的氧气含量。

请特别注意，在根据本发明的熔炉中，由于没有后期燃烧，因此也没有用于第二燃料的燃烧的第二空气进口。

通常地，为了获得NOx排放的降低，燃烧器在过量空气下操作，也就是说将允许燃烧器引入比燃烧空气的流速更少的第一燃料。就化学计量条件下火焰应有的温度而言，这降低了燃烧器的火焰温度，并由此降低了NOx排放。

在我们的发明的情况下，当第一燃料被燃烧时，燃烧产物充满燃烧腔室且因此出现在喷射器被放置以引入第二燃料的一个或所有位置。在第二燃料的引入期间，其被第一燃料的燃烧产物第一次稀释并且接下来随着未被第一燃料的燃烧而消耗的燃烧空气的到达而点燃。

关于喷射器“有距离的”设置，所述区域(用于配置喷射器)离一个或多个燃烧器的距离有赖于例如熔炉的几何数据并由此有赖于废气到达喷射器所用的时间：喷射器必须离燃烧器足够远以在来自第一燃料的燃烧的未被消耗的燃烧空气到达且点燃第二燃料之前允许废气到达喷射器并与第二燃料混合。

与根据本发明的玻璃熔炉的燃烧器有关的一个或更多个喷射器的设置导致引入这些地带或区域的燃料的使在这些燃料富集区域的废气的温度升高的逐步的燃烧，同时导致向玻璃熔池的热传递的提高。

本发明的目的还可以由操作这样一种玻璃熔炉的方法来达到，该种玻璃熔炉具有接收行将熔化的玻璃并容纳熔化玻璃的熔池的熔化罐，该熔化罐具有在玻璃之上的，形成熔化腔室的壁、至少一个热燃烧空气进口、至少一个热废气出口以及至少一个燃烧器和至少一个喷射器用于分别将第一燃料和第二燃料喷射进所述腔室中。

根据该方法，具有相同特性或不同特性的第一燃料和第二燃料通过燃烧器和喷射器被喷射进熔炉中，喷射器被配置在不同于燃烧器被定位于其上的壁的壁上且与一个或多个燃烧器间具有一定距离，且燃烧器和喷射器以互补的方式被调节由此由喷射器(4)和燃烧器(1)使用的第一和第二燃料的总量与熔炉上正常使用的总流量的绝大部分相当，而不管第一和第二燃料是否属于相同的特性或不同的特性。

作为第二燃料被引入的燃料的小部分，或者不同于第一燃料的第二燃料的数量针对每个熔炉被设定并且可以变动至燃料的全部的数量。

使用该技术，据此第一燃料和就燃烧空气的化学计量流量而言的过量空气一起被引入熔炉，由于由喷射器引入的燃料的小部分不再向燃烧器供给，在高温火焰面前燃烧的燃料份额被减少，因此通过热力途径产生更少的NO_X。

没被燃烧器使用的燃烧空气依然适合于由喷射器引入的第二燃料的燃烧。

同样可能的是，被引入熔炉的所述区域中的具有高温但是具有减少了的氧气含量的燃料将会裂解以便产生烟尘，由此提高了从这些区域向玻璃熔池的热传递。

潜在的喷射点可以位于熔炉的侧后壁上以及位于形成盖体的壁上。在某些情形下，即在传统的矩形形状的玻璃熔炉的情形下，盖体的中心为对称的横线或相对于由燃烧器火焰给出的参照方向为盖体的对称的纵线。所述中心可以显著有利于第二燃料的喷射，因为通过选择该位置有可能将对于实施本发明来说是必需的喷射器的数目减少两个。

对来自喷射器喷射的方向以及这些喷射的速度的喷射点的选择对于该燃烧技术的成功实施是关键的。最合适的位置以及喷射器的几何形状必须与每个熔炉相匹配。

第二燃料引入的速度和方向对执行本发明的各种设置所获得的结果有影响。然而，这两个特征在设计该装置期间被设定。在设定喷射器的位置或它们的几何形状上的错误不仅损害本燃烧技术的效率而且导致熔炉产量的降低以及导致耐火材料的换热器温度的升高。在极端的情形下，可能会发生提前停炉。

不仅喷射器的最有利的位置和燃料喷射的方向和速度，而且有关喷射器几何形状的具有不利于生产的风险的明显迹象，通过对由计算和试验获得的模型的使用被有利地设定。这样的模型基于物理和数学模拟技术的结合且考虑每种燃料的结构所带来的技术约束。采用模拟所建议的最有利的辅助燃烧构造导致NOx排放比那些与本发明的燃烧方法不同的燃烧方法产生的NOx排放明显更低，并且不会以降低熔炉产量作为代价。辅助燃料比率被调节以在熔炉效率和NOx排放水平之间获得折衷。通过预测腔室内的温度，该模型使得调节辅助燃料比率以避免熔炉内表面上的任何热节以及任何冷节成为可能。应该特别注意以避免：

碱性物质在熔炉的盖体或壁上的凝结(耐火材料的磨损和脱落)，

碳氢化合物在熔炉内壁上的凝结，

以及由于向玻璃的组分中加入了碳使得玻璃的特性改变。

通过模拟有可能使普通技术人员选出切合实际的位置。

例如，对于横焰炉，该种模型有可能确定位于盖体和对于燃烧器而言的所述中心之间的喷射位置，以作为对于意图减少NOx排放来说最有利的位置之一，以及可以作为排放水平限制的函数进行变化的第二燃料喷射比率，该第二燃料喷射比率是该燃烧器需要达到的。盖体中的对称喷射相对于横向喷射的重大好处是对于左侧的火焰和右侧的火焰使用相同的喷射器。

配备有喷射器的燃烧器的数量可以作为获得的熔炉NOx减少的总水平的函数进行变化。

关于端焰炉，其具有位于熔化和精炼腔室的一端的两个口部、以及两个密封的再生换热器，每个再生换热器各自与口部相连。位于盖体中的辅助喷射，就像壁上的喷射，优选地应该发生在位于盖体和一水平面之间的区域中，该区域离玻璃熔池的距离大于或等于所述气流的最小高度。

所述喷射应该对称或者不对称地发生在熔炉的两个侧边上。由于端焰炉各不相同，这主要缘于熔炉的宽/长比，因此喷射点的定位最优地通过使用模型来进行。

因此，建议实施这里改进了的辅助燃烧技术同时加上熔炉上已经应用的燃烧技术。这通过调节喷射器和燃烧器间的燃料流量进行实施，以便对考虑中的每个装置在NOx减少、玻璃特性、以及合适的热效率间产生平衡。

能够在获致NOx减少的同时保持甚或提高热传递的根据本发明的熔炉的一个实施例，将被进一步描述。

本发明的方法还使得该新颖的燃烧技术的逐步的实施成为可能，由此降低或消除了由于对熔炉的损坏导致的生产损失的风险。最后，该方法允许操作者随时回复到其最初的燃烧形态。

尽管已被改进用于再生玻璃熔炉，本发明的所述辅助燃烧技术还可以用于其它类型的玻璃熔炉上(例如单元窑熔炉或同流换热器炉)，以及不同于玻璃熔炉的熔炉上。

尽管按照预期，由辅助途径喷射的燃料为用在被供给天然气或燃油的熔炉中的天然气，并不排除各种燃料诸如沼气、氢气、LPG以及燃油的使用。

因此，本发明同等地涉及以下单独考虑的特点或者任何可能的技术组合：

喷射器或每个喷射器被设置在介于盖体和水平面之间的区域内，该水平面离玻璃熔池的距离大于或等于气流的最小高度；

喷射器或每个喷射器可以根据流速被调节，以便使用喷射器和燃烧器喷射的燃料的总量有可能达到100％；

至少一部分喷射器被设置在熔炉的盖体上；

至少一部分喷射器被设置在熔炉的侧壁上；

至少一部分喷射器被设置在熔炉的后壁上；

至少一部分喷射器被设置在熔炉的定位有燃烧器的壁上；

喷射器被定向在与熔炉燃烧器的火焰的主方向相反的方向上；

喷射器被定向在与熔炉燃烧器的火焰的方向至少大致相同的方向上；

喷射器被定向在与熔炉燃烧器的火焰大致垂直的方向上；

喷射器被定向在与熔炉燃烧器的火焰大致成横置的方向上；

第一燃料和第二燃料具有相同的特性；

第一燃料和第二燃料具有不同的特性。

喷射器可以被安装有旋转***(涡旋式喷嘴)，使其独立于第二燃料的流速来控制火焰的形状成为可能，这样，在不影响玻璃熔池的前提下有可能使得用喷射器和燃烧器喷射的燃料的总量达到100％。

喷射器可以安装有一种装置，该装置使得独立于第二燃料的流速来调节燃料的冲量(双冲量)成为可能，这样，在不影响玻璃熔池的前提下有可能使得用喷射器和燃烧器喷射的燃料的总量达到100％。

喷射器可以具有非环形形状或可以具有多喷射口以便在不影响玻璃熔池的前提下调节火焰的形状。

在根据本发明的改进了的熔炉中，通过使用已经应用在熔炉上的燃烧器与在所述熔炉的废气再循环的区域中的辅助喷射的结合，减少了燃烧产物中含有的氮氧化物。所述喷射根据位于熔炉上的最理想的位置上的一个或多个喷射口进行。所述最理想的位置通过使用基于数字模拟的方法被限定，该方法可以与或不与通过模仿熔炉的流量的代表物相结合。喷射的平面可以与玻璃熔池的表面相平行、垂直或成横置。本发明可以应用于在玻璃熔炉中通过初级方法减少氮氧化物的领域。

本发明使得以下成为可能：

减少NOx排放，

降低或消除后续处理的成本，

提高熔炉产量，和

在提高熔炉产量的同时减少NOx排放。

再者，本发明

能够不限定供应给燃烧器的燃料而得以应用，

可以使用供应给喷射器的这样的一种燃料而得以应用，该种燃料与供应给熔炉的燃烧器的燃料具有不同的特性，如果有必要喷射器的类型适合于选定的燃料，

可以使用供应给喷射器的这样一种燃料，该种燃料与供应给熔炉的燃烧器的燃料具有相同的特性，使用该种燃料于是使得喷射器的类型与燃烧器的类型就它们对燃料的适合性而言相一致成为可能，

在燃烧腔室也称熔化腔室中直接被执行，

使得在已经装备熔炉的主燃烧器与喷射器以这样一种方法分配燃料：使得NOx的排放的降低与每台特定熔炉的适当的产量结合起来，

可以使用由喷射器进行的喷射，该喷射为由燃烧器喷射的燃料的小部分，然而

可以无妨由喷射器使用所有的燃料。

所述辅助喷射：

不直接在气流中执行，

可以从盖体(roof)处被执行，

可以从位于熔炉的前面或后面的壁处被执行，

可以从侧壁处被执行，

使用喷射的位置以及角度和速度，这些参数通过使用意欲改造的熔炉的建模的参数研究被设定，

可以使用从燃烧器喷射的相同燃料或不同燃料被执行，

可以使用天然气被执行，

可以使用LPG被执行，

可以使用燃油被执行，

可以使用焦炉煤气被执行，

可以使用高炉气被执行，

可以使用重整气被执行，

可以使用沼气被执行，

可以使用氢气被执行，

可以使用任何其它燃料。

附图说明

本发明的其它特点和优点将从此后根据本发明的熔炉的实施例的描述中得以呈现。该描述参照附图给出，其中：

图1和图2示出在本发明以前使用的两种类型的熔炉；

图3以表示辅助喷射区域的横向节的形式示出根据本发明的横焰熔炉；

图4以图表的形式示出作为燃烧器与相关联的喷射器之间的权重分配函数的NOX的水平；

图5以表示辅助喷射区域例子的垂直剖面的形式示出根据本发明的熔炉的图解视图；

图6以图表的形式示出使用和不使用本发明的熔炉中得到的NO_X和CO的水平的对比；

图7以图表的形式示出使用和不使用本发明的熔炉中得到的温度水平；和

图8以图表的形式示出使用和不使用本发明的熔炉中得到的热传递的对比。

具体实施方式

图1和图2中的每一个非常概略地示出被称作横焰蓄热式加热炉和端焰炉的传统上使用的两种类型的玻璃熔炉。两种类型的熔炉具有由四个壁限定出的矩形底座，其中沿熔炉的纵向方向延伸的两个壁在本案中称作侧壁且其中的另外两个称作横壁。在顶部，两个熔炉通过盖体限定。

在横焰蓄热式加热炉中(图1)，燃烧器1设置在侧壁2中并且交替地在两侧运行，每侧大约20-30分钟。冷燃烧空气A在两个热交换器R中被预热，也就是根据燃烧器工作的节拍的交替方式，在两个热交换器中靠近正在工作的燃烧器的一个热交换器中被预热。产生的废气F接下来在两个热交换器中远离正在工作的燃烧器的一个热交换器中被预热。

在端焰玻璃熔炉(图2)中，其中熔炉的长度不比其宽度大很多，燃烧器1设置在横壁3上。每个燃烧器1的火焰范围满足这样的条件，即在相对的横壁的影响下，每个火焰的端部形成环状。冷燃烧空气在作为热燃烧空气AC向燃烧器定向之前被具有几个腔室的交换器R的一部分中被预热。产生的废气接下来向另一个交换器定向供给以便对其进行预热。

在两个熔炉中，火焰被定向成大致平行于玻璃熔池B的表面。

图4以图表的形式示出获得的作为燃烧器1和喷射器4之间的权重分配函数的NOx水平，该结果来自半工业试验炉(或试验室)。应该特别注意的是NOx的排放水平随着通过第二喷射器喷射的燃料的份额的增加而降低。

图5再次示出图2中的端焰炉，但是该情形下示出了区域IN，根据本发明：第二燃料喷射必须发生于火焰之上的限定空间内，即介于盖体V和水平面P之间，该水平面P离玻璃熔池的距离大于或等于气流VA的最小高度。也就是说，所述限定空间位于熔化腔室中的一个区域内，该熔化腔室远离燃烧器，位于盖体和水平面P之间，该水平面P高于或者等于穿过热燃烧空气进口的水平面。

辅助喷射是有益的，但没有必要对称地发生在熔炉的两侧。

如图3中图解示出的那样，根据在喷射器4的数量方面非常经济的实施例，喷射器被设置在一个区域中，该区域至少大致与相对于设置在熔炉侧壁中并且以交替或同时的方式工作的燃烧器而言的中央区域相对应。

在该视图中，还可以看到冷燃烧空气A的引入，其通道穿过热交换器R以便在进入熔化罐或熔化腔室L之前被预热；以及热的废气从熔化腔室中离开，且在离开熔炉之前它们通过热交换器。以及特别是可以看到喷射器设置的一个例子。回想一下，每个喷射器的精确位置通过依据模拟计算和试验的结合予以确定，该模拟计算和试验针对安装有该种喷射器的特定的熔炉进行。

关于这种熔炉的试验已被做过：用1.03MW的与燃烧器成10°角喷射的小炉下口燃烧器的单位功率、1.1的空气过剩系数、1000℃的预热温度以及1500℃的熔炉温度。所述结果呈现在图4、6、7和8中。

图6以图表的形式示出在燃烧器与一个或更多分派的喷射器之间的不同权重分配且具有8％的氧时CO和NOx的水平，所述一个或多个喷射器设置在熔炉的盖体中。

图7以图表的形式示出熔炉实施不同方法时的盖体的温度水平，也就是在单个燃烧器的情形下，和在燃烧器具有于30％和100％范围内喷射燃料的喷射器的情形下。可以看出该过程不会带来盖体的任何过热。

图8以图表的形式示出没有和有第二喷射时传递到负载的热流量。在该例子中，该热流量在燃料的介于30％和80％的第二喷射的情形下为最高。

图6以图表的形式示出不使用和使用燃料的辅助喷射幅度变化范围高达100％时熔炉的NO_X和CO的水平。可看出的是当辅助燃料的份额增加时，NO_X的水平下降。至于CO的水平，它们随着辅助燃料的份额而逐步增加提高，但是完全处于可容忍的比例以内。

因此，在NOx和CO水平以及产量之间必须实现折衷。在示出的例子中，该种折衷以介于50％和70％之间的燃料流量得以实现。

Claims (13)

1、一种用于熔化玻璃的燃烧方法，根据该方法，两种具有相同或不同特性的燃料从彼此具有一定距离的两个位置处被引入熔化腔室内以便为了限制NOx排放的目的在熔化腔室中分配燃料，燃烧空气的供给仅发生在两个位置中的一个位置处。

2、一种意在限制玻璃熔炉中产生NOx的操作方法，该玻璃熔炉具有用于接收行将熔化的玻璃以及容纳熔化玻璃的熔池的熔化罐(L)，该熔化罐(L)具有位于玻璃上方的，形成腔室的壁、至少一个热燃烧空气进口()、至少一个热废气出口(F)、以及用于分别将第一燃料和第二燃料喷射进所述腔室中的至少一个燃烧器(1)和至少一个喷射器(4)，

根据该操作方法，具有相同或不同特性的第一燃料和第二燃料通过燃烧器(1)和喷射器(4)被喷射进熔炉中，喷射器被设置在与燃烧器被定位于其上的壁不同的一个或多个壁上，

以及根据该操作方法，燃烧器和喷射器以互补的方式被调节由此由喷射器(4)和燃烧器(1)使用的第一燃料和第二燃料的总量对应于预定的总流速，而不管第一和第二燃料是否具有相同或不同的特性。

3、一种玻璃熔炉，该玻璃熔炉具有用于接收行将熔化的玻璃以及容纳熔化玻璃熔池(B)的熔化罐(L)，该熔化罐(L)具有位于玻璃上方的，分别形成前壁(3)、后壁、侧壁(2)和盖体(V)并构成熔化腔室的壁、以及至少一个热燃烧空气进口(VA)、至少一个热废气出口(F)以及至少一个将第一燃料引入所述腔室中的燃烧器(1)和至少一个将第二燃料引入所述腔室中喷射器(4)，

其特征在于，喷射器(4)被设置在不同于燃烧器(1)得以定位于其上的壁的壁上且与位于一区域中的燃烧器具有一定距离，该区域位于盖体(V)和水平面(P)之间，该水平面(P)位于高于或等于穿过热空气进口(VA)的下边沿的水平面的平面内，以及特征在于喷射器(4)可以相对于燃烧器(1)根据流速以互补的方式被调节，由此使得由喷射器(4)和燃烧器(1)使用的第一和第二燃料的喷射总量有可能达到100％，而不管第一和第二燃料是否具有相同的或不同的特性。

4、根据权利要求3所述的玻璃熔炉，其特征在于至少一些喷射器(4)被设置在熔炉盖体的至少一个对称轴上。

5、根据权利要求3或4所述的玻璃熔炉，其特征在于至少一些喷射器(4)被设置在熔炉的至少一个侧壁(2)上。

6、根据权利要求3-5中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于至少一些喷射器(4)被设置在熔炉的后壁上。

7、根据权利要求3-6中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于喷射器(4)被定向在至少大致与熔炉的燃烧器(1)的火焰方向相反的方向上。

8、根据权利要求3-6中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于喷射器(4)被定向在至少大致与熔炉的燃烧器(1)的火焰的方向呈横向的方向上。

9、根据权利要求3-8中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于燃烧器(1)和喷射器(4)被形成用于具有相同特性的第一和第二燃料。

10、根据权利要求3-8中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于燃烧器(1)和喷射器(4)被形成用于具有不同特性的第一和第二燃料。

11、根据权利要求3-10中任一项所述的玻璃熔炉，其特征在于燃烧器(1)和喷射器(4)被形成用于属于包括天然气、LPG、燃油、炼焦煤气、鼓风炉煤气、重整气、沼气、氢气的一组燃料中的第一和第二燃料。

12、根据权利要求3-11所述的玻璃熔炉，其特征在于喷射器(4)中至少一个装配有用于使燃料产生循环的装置。

13、根据权利要求3-11所述的玻璃熔炉，其特征在于喷射器(4)中至少一个装配有使得调节燃料的冲量成为可能的装置。

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