CN114294951A - 熔融装置 - Google Patents

Abstract

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)。

Description

熔融装置

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

本发明提供了一种熔融装置，包括至少由底壁和侧壁围成的、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和至少一个电加热器。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器和所述电加热器可以配置成使得所述熔融空间内的热点在熔体流方向上位于所述浸没式燃烧器的下游，所述熔体流方向是物料熔体在所述熔融空间内流动并从所述熔融空间排出的方向。

根据本发明的示例性实施例，在物料熔体在所述熔融空间内流动并从所述熔融空间排出的熔体流方向上，所述浸没式燃烧器可以设置在所述电加热器的上游。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器和所述电加热器可以配置成使得在将物料加热熔融的能量之中，50％以上、优选70％至80％来自于所述电加热器，而低于50％、优选20％以下来自于所述浸没式燃烧器。

根据本发明的示例性实施例，所述熔融装置还可以包括设置在物料熔体的表面上方的燃烧器，该燃烧器配置成提供将物料加热熔融的能量之中除由所述浸没式燃烧器和所述电加热器提供的能量以外的部分，该部分例如为10％。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器可以配置成使得供给至其的燃料和氧化剂被分成持续地供给的第一部分和间歇地供给的第二部分，所述第一部分的流量小于所述第二部分的流量，且优选地，所述第一部分与所述第二部分的流量比率可调并且/或者所述第二部分的供给频率和/或供给时长可调。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器可以使用氢气作为燃料。

根据本发明的示例性实施例，所述至少一个浸没式燃烧器可以包括从所述底壁向物料熔体内突出的多个浸没式燃烧器，该多个浸没式燃烧器从所述底壁突出的高度在所述熔体流方向上依次增大。

根据本发明的示例性实施例，所述底壁可以在所述电加热器的上游包括向物料熔体内突出的多个突出部，该多个突出部的高度在所述熔体流方向上依次增大。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器可以从每个所述突出部的顶端伸出。

根据本发明的示例性实施例，所述突出部内可以接纳有对所述浸没式燃烧器进行冷却的冷却介质喷嘴或管路。

根据本发明的示例性实施例，所述至少一个浸没式燃烧器可以包括两个以上的浸没式燃烧器，该两个以上的浸没式燃烧器可以共用冷却***和/或燃料和氧化剂的供给***。

根据本发明的示例性实施例，所述物料熔体可以为熔融玻璃、熔融金属、熔融树脂或熔融态固体废物。

根据本发明的示例性实施例，所述浸没式燃烧器可以包括燃料通路和氧化剂通路，所述燃料通路和氧化剂通路构造成分别向所述浸没式燃烧器的外部排出燃料和氧化剂以使得燃料和氧化剂在外部混合。

根据本发明的示例性实施例，所述燃料通路和氧化剂通路中的至少一者可以构造成使得所排出的燃料和/或氧化剂产生旋流。

根据本发明的熔融装置至少具有以下技术效果：通过将电加热和浸没式燃烧相结合对物料进行加热熔融，出人意料地让上述两种加热方式达到了取长补短的效果，一方面利用浸没式燃烧改善了电加热方案中存在的离子团偏析的问题，从而提高了玻璃液均化水平，另一方面又通过电加热缓解了浸没式燃烧方案中的气泡问题；同时尽可能地保留了上述两种加热方式原有的优点，从而提供了一种以较低的成本获得高品质物料熔炼产物的生产设备和方法。

附图说明

下面参照附图经由非限制性实施例对本发明的各种特征和效果进行详细描述，其中附图仅是示意性的，且并不一定按比例绘制，此外它们仅示出为了阐明本发明所必需的那些部分，而其他部分可能被省略或仅仅简单提及。即，除附图中所示出的部件或要素外，本发明还可以包括其他部件或要素。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的熔融装置的横向剖视图；

图2是根据本发明一个实施例的熔融装置的纵向剖视图；

图3是根据本发明另一个实施例的熔融装置的纵向剖视图；

图4是根据本发明又一个实施例的熔融装置的纵向局部剖视图；

图5是根据本发明一个实施例的熔融装置中采用的浸没式燃烧器的示意图；

图6是根据本发明一个实施例的熔融装置中采用的浸没式燃烧器组件的示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员来说明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用本文所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

在以下具体实施例的说明中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。

如本文中所使用的，术语“燃料”指的是可互相替代或结合使用的气体燃料、液体燃料或固体燃料。如果它至少部分是气体形式，则可将之直接引入燃烧器中。如果是以液体或固体形式，则在燃烧器的附近被引入。气体燃料可以是天然气(主要是甲烷)、丙烷、氢气、合成气、生物质气或其它任何烃类化合物和/或含硫化合物和/或含氮化合物。固体或液体燃料可以主要是含碳和/或烃类和/或含硫形式的任何化合物。本领域技术人员可根据需要决定气体燃料、液体燃料或固体燃料的引入方式，本发明不意图做任何限制。

如本文中所使用的，术语“喷嘴”指的是位于燃烧器的末端并喷出燃料和氧化剂使其发生燃烧的部件，其可以是单独的部件，也可以是与其他部件形成为一体的部件。

如本文中所使用的，术语“熔融”、“熔化”包括将被加热介质从基本为固态加热到基本为液态的操作。

如本文中所使用的，术语“熔体”或“熔融物”指可包含无机组成物、金属或有机组成物等熔融后获得的物质，其可以是熔融玻璃、熔融金属、熔融树脂、熔融态废物等。

如本文中所使用的，术语“玻璃熔体”和“玻璃液”是指制造玻璃制品的组合物，该组合物可以以介于基本为固态和基本为液态之间的任何状态存在，包括基本为固态和基本为液态，这样的状态介于原料和熔融玻璃之间(包括原料和熔融玻璃)，包括原料和熔融玻璃之间的任何程度的部分熔化。

如本文中所使用的，术语“轴向”是指大体平行于燃烧器的中心轴线方向的旋转轴线、对称轴线或大致的中心线的方向。

在下文的描述中，采用玻璃原料作为被加热物料的示例。然而本领域技术人员能够理解，被加热物料也可以为其他任何需要加热熔炼的物质，例如金属、固体废物或其他固体物质等。

图1和2是根据本发明一个实施例的熔融装置(在此例示为玻璃熔炉)的示意图。在该玻璃熔炉100中，玻璃原料经投料口(未示出)加入到炉内之后，被加热熔融成玻璃熔体或玻璃液，并经一定程度的澄清、均化等，最后从图2所示的出口110排出而进入下一步的后处理或成型等工序。

玻璃熔炉100可包括至少由底壁和侧壁围成的熔融空间，玻璃原料在该熔融空间中被加热熔化。在图示的实施例中，该熔融空间是例如由底壁120和四个侧壁130围成的大致长方体形的空间。图1是沿着与该长方体的短侧壁平行的方向截取的横向剖视图，而图2是沿着与该长方体的长侧壁平行的方向截取的纵向剖视图。如图2所示，出口110设置在该长方体的其中一个短侧壁的底部处，而投料口设置在与该短侧壁对向的另一个短侧壁附近，使得刚投入炉中的玻璃原料Y聚集在该另一个短侧壁附近。随着玻璃原料不断熔融，玻璃熔体在熔融空间内形成熔体表面(液面)S，并总体上朝向出口110流动而最后经由出口110从熔融空间排出，所形成的这种熔体流方向在图2中为平行于熔融空间的长侧壁大致从左至右的方向。相应地，图2中靠左侧、远离出口110的位置或区域为熔体流方向上的上游，而靠右侧、接近出口110的位置或区域为熔体流方向上的下游。

为了将玻璃原料加热熔融，玻璃熔炉100包括至少一个浸没式燃烧器F和至少一个电加热器E。在图1中玻璃熔炉100的纵向中心平面P的左侧示出了多个浸没式燃烧器F，它们可为常见的喷枪形式，并且例如设置在玻璃熔炉100的底壁120上，从底壁120向上伸入到玻璃熔体中。从浸没式燃烧器末端的喷嘴引出的燃料和氧化剂发生燃烧，所生成的火焰和燃烧产物穿过玻璃熔体与之直接接触，从而产生良好的加热效果。另外，也可选择在玻璃熔炉100的侧壁上设置一个或多个浸没式燃烧器F。在图1中玻璃熔炉100的纵向中心平面P的右侧示出了多个电加热器E，它们可例如采用电极来实现。在图示的实施例中，电加热器E可包括从玻璃熔炉的底壁120伸出到玻璃熔体中的多个电极杆E1，及可选地、设置在玻璃熔炉的侧壁130上的多个电极板E2。电加热器E在通电后借助于玻璃熔体中的导电离子形成电流，从而产生热量，以对玻璃熔体直接加热。

在本发明中，在玻璃熔炉中结合使用了浸没式燃烧器F和电加热器E两种加热方式来使玻璃原料熔融。这样，一方面，浸没式燃烧器F工作时在玻璃熔体中引起大量的湍流，同时生成较多的大小气泡，这些不但可在熔融空间内获得使玻璃熔体澄清、均化的有益效果(从而可减少对于机械搅拌器的需求，例如可取代玻璃生产中常用的鼓泡器或其它搅拌装置)，而且趋于在熔融空间中形成或促进玻璃熔体流。该增强的玻璃熔体流恰好有助于减弱在电加热器E周围发生的离子团偏析现象。离子团偏析问题的缓解可改善电加热器E所在区域内的玻璃均化作用以提高最终玻璃制品的质量，还能够减轻对于熔炉耐火材料的侵蚀，从而提高熔炉的使用寿命。另一方面，在浸没式燃烧器的作用下夹带着气泡在熔融空间内流动的玻璃熔体在到达电加热器E所在的区域后会遭受到电加热器E提供的高温加热作用，这有助于促进玻璃熔体中的气泡上浮到玻璃液面而逸散出去，从而减少玻璃熔体中的气泡含量并提高最终玻璃制品的质量。

由此可见，浸没式燃烧器与电加热器相结合的加热方案抑制了这两种加热方式原本存在的重大缺陷。同时，浸没式燃烧和电加热的优点(加热效率高、热损失小、热排放低、玻璃均化程度高等)得以保留，并且在成本方面也得到了良好的平衡。

在一个实施例中，浸没式燃烧器F和电加热器E可配置成使得熔融空间内的热点在熔体流方向上位于浸没式燃烧器F的下游。也就是说，通过控制各浸没式燃烧器F和电加热器E的数量、功率和排布方式等，使得玻璃熔炉内的温度峰值出现在下游区域。这样，从设置了浸没式燃烧器F的区域夹带着气泡朝熔炉出口所在的下游流动的玻璃熔体将在下游区域内遭遇到温度峰值，从而高温对玻璃熔体起到的气泡去除作用可得到增强或最优化。在图2中玻璃液面S的上方示出了一条示例性的温度曲线C，可以看到，玻璃熔炉/熔融空间内的温度从上游区域起朝下游逐渐升高到峰值点(热点)K处，然后又朝下游逐渐降低。K点下方可对应于集中设置有多个电加热器E(电极)的位置。玻璃熔体中的气泡在到达K点之前随着温度逐渐升高而不断上浮至玻璃液面成为泡沫M，并在温度最高的K点处达到最强的气泡去除效果，此后气泡数量和泡沫M可大为减少。当然，本领域技术人员能够理解，在所制备的玻璃制品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，熔融空间内的热点在熔体流方向上也可以位于浸没式燃烧器F的上游。此时，热点对于总体上朝熔炉出口所在的下游流动的玻璃熔体的气泡去除作用总地来说不如热点设置在浸没式燃烧器下游的方案，但仍可以帮助去除局部回流的玻璃熔体中的气泡，这也足以用在对气泡含量要求不高的场合。

在一个实施例中，如图2和3所示，浸没式燃烧器F在熔体流方向上可设置在电加热器E的上游。这样，设置在上游区域的浸没式燃烧器F通过其所引起的湍流和气泡趋于增强原本就总体上朝着熔炉出口所在的下游流动的玻璃熔体流，该增强的玻璃熔体流在到达下游区域后能更好地减弱在该下游区域内的电加热器E周围发生的离子团偏析现象。另外，电加热器E设置在浸没式燃烧器F的下游有助于在熔融空间内形成从上游朝下游温度逐渐升高、直至达到热点的状态，这样，从浸没式燃烧器F所在的上游区域夹带着气泡的玻璃熔体总体上朝下游流动时能更好地通过由电加热器提供的升温和热点去除掉气泡。当然，本发明不限于浸没式燃烧器设置在电加热器上游的方案。浸没式燃烧器也可以设置在电加热器的下游，只是在这种情况下消除离子团偏析和去除气泡的效果不如浸没式燃烧器设置在电加热器上游的方案那么好，但也能适用于对玻璃制品的质量要求不那么高的场合。或者，在浸没式燃烧器F和/或电加热器E设有多个的情况下，各浸没式燃烧器和各电加热器在熔体流方向上还可以彼此交错地布置。

在一个实施例中，浸没式燃烧器F和电加热器E配置成使得在将玻璃原料加热熔融的能量之中，50％以上、优选70％至80％来自于电加热器E，而低于50％、优选20％以下、例如15％来自于浸没式燃烧器。也就是说，电加热器用作玻璃熔融的主要热量来源，而浸没式燃烧器作为次要热源。经研究，如果浸没式燃烧所占的热量比例过高，那么在玻璃熔体中会出现较多数量的气泡，即使通过下游的电加热也难以去除至令人满意的程度，不利于最终玻璃制品的质量，或者需要增加额外的用于消除气泡的后处理工序才能得到具有期望质量的玻璃制品。本领域技术人员容易理解，在所制造的玻璃制品对气泡含量要求低(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，如制备玻璃棉、保温用玻璃纤维丝等时；这种情况下对于额外后处理玻璃液的要求可降低)或者在玻璃熔炉后面设有另外的气泡后处理工序的情况下，浸没式燃烧所占的热量比例可适当地高一些，反之则低一些。除了浸没式燃烧器F和电加热器E之外，如图1所示，在玻璃熔炉100上方的碹顶140和玻璃液面S之间的空间内还可设置常规的燃烧器R作为辅助热源，其所喷出的火焰被用来通过辐射方式加热玻璃液面S附近的物料，以实现更好的熔融效果以及控制玻璃液面上方空间的温度和气氛。相应地，燃烧器R配置成提供将玻璃加热熔融的能量之中除由浸没式燃烧器F和电加热器E提供的能量以外的部分，该部分例如为10％。

在一个实施例中，一个或多个浸没式燃烧器F可配置成使得供给至其的燃料和氧化剂被分成持续地供给的第一部分和间歇地供给的第二部分。也就是说，有一部分(第一部分)燃料和氧化剂被源源不断地始终供给到浸没式燃烧器，而另一部分(第二部分)燃料和氧化剂以脉冲方式每隔第一预定时长才被送往浸没式燃烧器并供给第二预定时长。持续供给的第一部分燃料和氧化剂的作用是维持浸没式燃烧器的火焰不灭，并防止玻璃熔体回流至浸没式燃烧器的喷嘴中。因此，第一部分的流量(压力)可小于第二部分的流量(压力)。间歇供给的第二部分燃料和氧化剂及相应的燃烧产物可增强对于玻璃熔体的搅动混合作用，改善玻璃液的均化程度。此外，这种脉冲式的间歇供给与持续供给相对较大流量的燃料和氧化剂相比能够避免或减弱燃烧气体之间及所产生气泡之间的强烈碰撞和破裂，从而减小了在玻璃熔体中裂化出更多难以去除的微小气泡的可能性，有利于降低最终玻璃制品中的气泡率。优选地，所供给的燃料和氧化剂的第一部分与第二部分的流量比率是可调节的，并且/或者第二部分燃料和氧化剂的供给频率(由上述第一预定时长决定)和/或供给时长(即上述第二预定时长)也是可调节的。这样，能够根据不同的场合和需求适配性地调控玻璃熔体中气泡的生成情况。

有利地，浸没式燃烧器F可以使用氢气作为燃料。氢作为清洁能源有诸多优点，但发现在其作为燃料时，氢火焰不明亮，辐射率低，在加热中存在传热效率不高的问题。而在浸没式燃烧器中，由于浸没式燃烧的直接接触的热传导和对流的特点，氢火焰的热量在被加热物料中得以充分传热，因此能实现对氢燃烧的热能的更好利用。氢气用作浸没式燃烧器的燃料还具有如下优点：水是其氧化燃烧的唯一产物，因此能减少燃烧过程中产生的CO₂排放；而且例如对于玻璃熔体而言，为了消除玻璃熔体中的气泡，需要对玻璃熔体进行澄清，而在采用氢气作为燃料时，所生成的气态水的分压与存在于玻璃中的其它气体的分压不同，使得这些气体的气泡更容易被吸收以及合并成大的气泡排出；此外，由氢气燃烧所产生的许多OH-可减小各种大小气泡周围的玻璃液面张力，也能使得气泡中的气体更容易从玻璃中逸出，氢气的上述优点都使得其适合于在物料熔炼中用作浸没式燃烧器的燃料。

在一个实施例中，如图3所示，在玻璃熔炉100的底壁120上可设置有数个向玻璃熔体内突出的浸没式燃烧器F，其中包括从底壁突出的高度在熔体流方向(即图3中大致从左往右的方向)上依次增大的多个(在图中例示为三个)浸没式燃烧器F1、F2、F3。该多个浸没式燃烧器的这种设置方式有助于在玻璃熔体中形成在熔体流方向上逐渐抬升的熔体流。玻璃熔体的这种流向有利于增加玻璃熔体在熔融空间内的流动路径，从而延长玻璃液澄清和均化的时间；另外，夹带着气泡的玻璃熔体朝玻璃液面S逐渐抬升地流动也更有利于气泡从液面S逸出。本领域技术人员能理解，通过适当地设定各浸没式燃烧器的突出高度、间距以及相对于彼此的功率比例，还能够使玻璃熔体在熔融空间中按照需求沿着其它适当的路径流动。

作为浸没式燃烧器F1、F2、F3的上述设置方式的替换或附加方案，也可如图4所示在玻璃熔炉100的上游区域在底壁120上设置向玻璃熔体内突出的多个(图中也例示为三个)突出部C1、C2、C3，其中该多个突出部的高度也在熔体流方向上依次增大。这种构型同样能够产生在熔体流方向上逐渐抬升的熔体流并实现与图4所示的浸没式燃烧器布置方式类似的上述效果。在这种构型中，从各突出部C1、C2、C3的顶端可伸出对应的浸没式燃烧器(未示出)，而各突出部内可设置相应的冷却介质喷嘴或管路L以对相应的浸没式燃烧器进行冷却。

接下来描述在根据本发明的玻璃熔炉100中可采用的浸没式燃烧器F的具体构型。图5的(a)和(b)部分分别示出了两种示例性的浸没式燃烧器F的俯视图和纵剖视图。这些浸没式燃烧器都包括与燃料供给源连接的燃料通路10和与氧化剂供给源连接的氧化剂通路20。燃料通路10和氧化剂通路20可构造成分别向浸没式燃烧器F的外部排出燃料和氧化剂以使得燃料和氧化剂在外部混合。例如，在图示的实施例中，燃料通路10和氧化剂通路20可与燃烧器的轴线平行地一直延伸到浸没式燃烧器末端的喷嘴处。也就是说，燃料和氧化剂在从喷嘴喷出之前可以不进行预混合。由于浸没式燃烧器是伸入到玻璃熔体之中，故而熔体内的高温使得在喷嘴之外才混合的燃料和氧化剂也能快速地点燃。另外，在采用氢气作为燃料的情况下，氢气与氧化剂(如氧气)的燃烧反应时间很短，也有利于它们的快速燃烧。当然，燃料通路10和氧化剂通路20中的至少一者也可以构造成使得所排出的燃料和/或氧化剂产生旋流，以使得它们更好地混合。例如，在燃料通路10和/或氧化剂通路20的内壁中可设置螺旋槽，以使得相应排出的燃料和/或氧化剂产生旋流。图5的(b)部分所示的浸没式燃烧器F与(a)部分所示的浸没式燃烧器F的区别在于，在(b)部分的浸没式燃烧器的外周还绕设有供冷却介质流通的冷却套30，用以对浸没式燃烧器进行冷却。

还有利的是，浸没式燃烧器F可设置两个或更多个。在要求提供的热量一定的情况下，浸没式燃烧器的较多个数可降低每个浸没式燃烧器的功率。每个浸没式燃烧器的较低功率使得其所产生的火焰能更短，从而向玻璃液中更充分地传递热量。较低功率的浸没式燃烧器在玻璃熔体中产生的气泡也相对更少和更小。在一个实施例中，上述两个或更多个浸没式燃烧器F可共用冷却***和/或燃料和氧化剂的供给***而形成一个燃烧器组件。如图6所示，由例如三个浸没式燃烧器F构成的燃烧器组件可与共同的燃料管路210和氧化剂管路220连通以接收所供给的燃料和氧化剂，并且可与共同的冷却介质入流管230和冷却介质出流管240连通以利用同一个冷却***进行冷却。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各实施例中所描述的各种要素在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚地了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神的情况下可进行各种变化与改进，且本发明亦不受限于说明书中所例述的实施方式。

Claims (15)

1.一种熔融装置(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，其特征在于，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)。

2.根据权利要求1所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)和所述电加热器(E)配置成使得所述熔融空间内的热点(K)在熔体流方向上位于所述浸没式燃烧器(F)的下游，所述熔体流方向是物料熔体在所述熔融空间内流动并从所述熔融空间排出的方向。

3.根据权利要求1或2所述的熔融装置(100)，其特征在于，在物料熔体在所述熔融空间内流动并从所述熔融空间排出的熔体流方向上，所述浸没式燃烧器(F)设置在所述电加热器(E)的上游。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)和所述电加热器(E)配置成使得在将物料加热熔融的能量之中，50％以上、优选70％至80％来自于所述电加热器，而低于50％、优选20％以下来自于所述浸没式燃烧器。

5.根据权利要求4所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述熔融装置还包括设置在物料熔体的表面(S)上方的燃烧器(R)，该燃烧器配置成提供将物料加热熔融的能量之中除由所述浸没式燃烧器(F)和所述电加热器(E)提供的能量以外的部分，该部分例如为10％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)配置成使得供给至其的燃料和氧化剂被分成持续地供给的第一部分和间歇地供给的第二部分，所述第一部分的流量小于所述第二部分的流量，且优选地，所述第一部分与所述第二部分的流量比率可调并且/或者所述第二部分的供给频率和/或供给时长可调。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)使用氢气作为燃料。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述至少一个浸没式燃烧器(F)包括从所述底壁(120)向物料熔体内突出的多个浸没式燃烧器(F1，F2，F3)，该多个浸没式燃烧器从所述底壁(120)突出的高度在所述熔体流方向上依次增大。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述底壁(120)在所述电加热器(E)的上游包括向物料熔体内突出的多个突出部(C1，C2，C3)，该多个突出部的高度在所述熔体流方向上依次增大。

10.根据权利要求9所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)从每个所述突出部的顶端伸出。

11.根据权利要求10所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述突出部(C1，C2，C3)内接纳有对所述浸没式燃烧器(F)进行冷却的冷却介质喷嘴或管路(L)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述至少一个浸没式燃烧器(F)包括两个以上的浸没式燃烧器，该两个以上的浸没式燃烧器共用冷却***和/或燃料和氧化剂的供给***。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述物料熔体为熔融玻璃、熔融金属、熔融树脂或熔融态固体废物。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述浸没式燃烧器(F)包括燃料通路(10)和氧化剂通路(20)，所述燃料通路和氧化剂通路构造成分别向所述浸没式燃烧器(F)的外部排出燃料和氧化剂以使得燃料和氧化剂在外部混合。

15.根据权利要求14所述的熔融装置(100)，其特征在于，所述燃料通路(10)和氧化剂通路(20)中的至少一者构造成使得所排出的燃料和/或氧化剂产生旋流。

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