CN1200891C - 玻璃熔炉的回热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃熔炉的回热器，包括形成一系列通道的若干行耐热元件形成的蓄热格子，其特征在于，蓄热格子在热气体的流动方向上包括：在热气体入口处的快速冷却热气体的第一区；冷凝及收集可生成灰尘的化学物质的第二区，即中心区；及冷却气体出口处的排出冷凝物的第三区，堆叠的耐火元件行构成所述中心区，该中心区包括至少相邻两行，这两行的通道的正面比第一和第三区的通道的正面至少小20%。

Description

玻璃熔炉的回热器

技术领域

本发明涉及一种玻璃熔炉的回热器，它同时还用作气体排放物中的污物收集装置，以减少灰尘的排放。

背景技术

大部分所谓火焰玻璃熔炉，即以气体或燃料燃烧器为能源的玻璃熔炉，均装备有回热器。这些回热器是一系列装有陶瓷件的室，这些陶瓷件形成蓄热格子(empilage)，可在循环中回收并释出热量。运转中的炉产生的热气体或烟一般经由回热器的上部进入蓄热格子中，把热能释放在蓄热格子里。同时，冷空气在前一循环中进入另一受热蓄热格子的下部，以回收热能；这股空气变热后从蓄热格子上部出来，被导入炉的燃烧器里，以保证燃料在最好的条件下燃烧。

玻璃熔炉的管道里面存在大量的气体排放物。这些排放物在回热器的进出口之间冷却的过程中形成灰尘。“灰尘”一词指粒子状排放物，即任何固体(没有大小限制)或液体(小滴)的有机或无机物质。

这些灰尘基本上因化学物质的冷凝而产生，所述化学物质是由生产过程中玻璃槽里的化合物的汽化及再化合而生成的。还可能因为燃料里有杂质。在较小的程度上，还可能是因为固态原料的飞扬而产生的。

本领域的技术人员已知，这些灰尘中的一部分，根据炉的运转条件或多或少地，会在通过回热器时沉淀下来。这些沉淀物可能会堵塞烟和空气的通道。直至今日，人们还在致力于发展蓄热格子设计，以限制该堵塞现象的出现。

FR-A-2756820提出了一种传统蓄热格子的选择性加热法，以疏通因灰尘沉淀而被堵塞的部分。

今天，在许多国家里，现行标准对颗粒物排放的规定越来越严厉，要求尽量减少其排放。

因此，玻璃厂商都得研究新装置以减少玻璃熔炉产生的颗粒物排放。

目前，采用了好几种解决办法。

使用最广泛的就是静电沉淀器。这种装置可收集绝大部分的颗粒排放物，但却存在严重的缺陷。事实上，这类设备所需的投资及运行费用耗资巨大。另外，酸性气体会迅速损坏装置，因此，必须将这些气体在过滤器作预先处理，这又有别的约束。

使用的还有布袋收尘器及，更普通地，薄膜滤池。虽然它们可以收集绝大部分的颗粒排放物，但仍存在和前面所述的装置相同的缺点。另外，这种过滤器在低温下工作，这使得在过滤器里对烟进行处理时，必需预先冷却。最后，添加辅助过滤装置会对炉子的控制带来困难，因为过滤装置会产生压力损失。

因此，有必要提出一种装置，该装置可有效降低玻璃熔炉里排放出的灰尘，且没有现有***存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，通过提出一种回热器来满足上述需求，该回热器同时用作收集装置，收集玻璃熔炉的气体排放物里的杂质，因此限制了灰尘形成，从而不必设置附属过滤***。

该需求通过一回热器蓄热格子得以实现，所述回热器蓄热格子的排列促进、优化并控制生成灰尘的物质在构成蓄热格子的耐热件的表面凝结，当然，蓄热格子仍然充当热交换器的角色。

更准确地讲，本发明涉及一玻璃熔炉的回热器，所述回热器包括形成一系列通道的多行耐火元件形成的蓄热格子，其特征在于，蓄热格子在热气体的流动方向上包括：一第一区，在热气体入口处，堆叠的、具有一有障碍物的表面的耐火元件构成所述第一区，用于快速冷却热气体；一第二区，即中心区，用于冷凝及收集可生成灰尘的化学物质；及一第三区，在冷却气体出口处，用于排出冷凝物，堆叠的耐火元件行构成所述中心区，该中心区包括至少相邻两行，这两行的通道的正面(surface projetée)比第一和第三区的通道的正面至少小20％，参与所述中心区的总正面缩减的行的最小累积高度必须有1米。

“通道的正面”是指在俯视图上耐火壁限定的最大表面。比如，通道的收缩或两相继行之间通道的移位，就通过通道正面的减小体现出来。正面必须缩减至少20％，才可获得有意义的效果。

“行”是指叠放件的层。

有利地是，现有回热器的蓄热格子，至少部分地由可叠放的十字形电熔化件实施。

出于研究的需要，我们研制出一种装置，该装置可以估算出工业场所的烟所包含的灰尘的数量。这是一种水冷不锈采样管。该装置可以以等动能(isocinétique)方式，在受控采样条件下抽取在蓄热格子里流动的烟的一代表性采样。固体微粒被收集在一过滤器上，而气流穿过一系列盛有合适的吸收溶液的洗瓶。分析滤液和清洗溶剂，可以量化已形成的灰尘浓度及可以生成灰尘的蒸气形式的物质的含量。可以在蓄热格子中所存在的温度范围和速度范围的集合上使用该装置，从而可跟踪回热器室上部和下部之间的变化。

对过滤器上收集的灰尘进行研究，可以证实：玻璃熔炉的灰尘是些非常小(低于微米级)的微粒，它们绝大部分由硫酸钠组成(尤其是当生产的玻璃是钠-钙型(sodo-calcique)玻璃时)。该硫酸钠是蒸气状态的氧化钠(由原料床处及玻璃槽上方的物质汽化形成)与来自燃料及原料的二氧化硫发生反应的结果。它在约1100℃以下冷凝，然后当烟冷却时约900℃以下时凝固。这些阶段发生在烟的冷却过程中，因此如果有回热器，即发生在回热器里。

在蓄热格子的进口处，二氧化硫及氧化钠为气态。因为蓄热格子的循环工作，耐火材料的温度低于烟的温度。因此，在通道中央的烟和与耐火壁接触的烟之间形成一温度梯度。蓄热格子元件的温度一旦低于硫酸钠的冷凝温度，耐火件的表面就开始出现冷凝现象。然后，当烟的温度大致等于硫酸钠的冷凝温度时，雾态硫酸钠在通道中央自发冷凝。雾当中的部分熔滴沉积在耐火壁上。当烟的温度低于硫酸钠的凝固温度时，熔滴从液态转化成固态。

我们在不同工业炉上实施的措施使我们得以建立这种灰尘形成机制并使之生效。

此后，我们主要感兴趣的是硫酸钠灰尘；但在大致不同的温度下，其它物质(硫酸盐、氯化物、碱金属及碱土金属的硼酸盐)也会显著地产生这类现象。

因此，要通过使用回热器的蓄热格子来降低排尘率，所述蓄热格子必须可使能生成灰尘的化学物质最大程度地在构成蓄热格子的耐火材料上冷凝。

本发明的目的在于提供可实现此目的的各种方案。与传统的回热器(其中的所有蓄热格子都只是为了实施传热)正相反，本发明的蓄热格子的各变型都有三个区，每一区都有各自的特殊作用。烟通过的第一区用来调节烟的温度，以使中心区的效率最大。因此，它尤其涉及将灰尘生成物维持于蒸气状态，使烟的温度高于但接近这些物质的冷凝温度。该快速热调节必须可以给集现象真正发生的中心区留出更大的空间。事实上，该中心区的各种可能的构型是用来加强冷凝，及熔滴在蓄热格子元件表面的沉积。

第三区即最后一区是为了促进冷凝物及因重力流作用(écoulementgravitationnel)来自前述区的其它沉积物的自然或强制排出。

本发明的蓄热格子可采用传统上的任何锻烧或融熔耐火元件来实施。在本申请里所列举的例子使用了欧洲耐火产品公司(Société Européennedes Produits Réfractaires，SEPR)生产并销售的十字形电熔元件，用作回热器室内衬。实际上，这些产品非常适合于这种用途，因为它们对烟里的碱性蒸气的反应性相当弱，还能很好地耐高温及由回热器的工作而施加的热循环。另外，这些部件的热交换比表面很大，这有利于热交换，并可达到非常良好的回热效率。另一方面，组成SEPR的十字形元件的电熔耐火材料特别适合于支持通过热处理对蓄热格子进行清扫的操作。

附图说明

参照下文的描述及不同的示意简图可以更好地理解本发明。

图1是根据本发明的回热器蓄热格子的垂直剖面简图。

图2是沿图1中I-I线的根据本发明的回热器蓄热格子的中心区一部分的剖面图。

图3与图2类似，但示出了根据本发明的一回热器蓄热格子的实施变型。

图4为一垂直剖面简图，示出了根据本发明的一蓄热格子中心区的另一实施变型。

图5为一剖面简图，示出了根据本发明的一蓄热格子中心区的另一实施变型。

具体实施方式

所有图里通道的宽度的比例尺均相同。

图1示出了有A、B及C三区的蓄热格子。

在热区A即烟穿过的第一区里，使用十字形耐火元件1，所述元件有如EP-B-354844中所述的障碍物或皱褶2。事实上，它们的热效率相当巨大。烟和耐火壁之间的温差大。因此，该区可快速把烟的温度降至冷凝开始温度。具有非常巨大的热效率的任何部件或部件的排列均适合于该区。如目前的蓄热格子的情形一样，所述部件还必须能很好地耐相当高的温度及携有侵蚀性化学物质的气体。所述区A的高度取决于炉的状况(牵引(tirée)、过量空气......)，尤其取决于烟进入蓄热格子里时的温度和流量。

在中心区B里，使用了SEPR的3型和6型光滑十字形元件3。在整个该区，元件按行进行多种排列，形成许多过渡区。过渡可以是元件类型(3型或6型)的改变、相同类型的元件的偏移或耐火元件壁上障碍物的存在。该区B的不同部分阐明了这些可能性。烟的流动受到这些过渡区的干扰，因此，加强了烟和蓄热格子元件之间的质量转移。中心区B的开始端由相继的两行构成，它们的通道总正面(即两行一起算)相对于热区A减小了。中心区的尾端的特点是相继的两行的总正面等于或大于热区的总正面。在该中心区内，为了有利于过渡效应，可以也可以不周期性恢复到与热区相同的宽度。因此，某一行上的正面可能和热区里的相等，但对构成中心区的所有行来说，正面会比热区的小。中心区通道至少局部的收缩构成本发明的回热器蓄热格子的特征。最好中心区超过半数的行参与了中心区的总正面的缩减。这些“有效”行的最小累积高度必须有1米，以便效应有意义。其它任何可增强可生成灰尘的物质向壁上迁移的机制的排列方式，尤其是可形成促进质量迁移的过渡区的任何排列方式均适合于所述中心区B(波形部件、通道的偏移、安放障碍物......)。

冷区C里使用的元件和中心区B的相同，但通道更大，以促进冷凝物的流动。这样就避免了因凝固的冷凝物堆积而导致堵塞的问题。允许冷凝物通过流动而自然排出的任何其它元件或元件的排列也都适合。

根据本发明的一变型，可考虑使冷区C由特别能耐热循环及热冲击的部件构成(无论其形状和排列方式如何)。事实上，根据该变型，可采用本领域技术人员已掌握的技术来加热蓄热格子以排放出冷凝物。通过定期监测，当冷凝物或灰尘的堆积大到妨碍烟通过时，就可以启动热疏通。当然，可以用化学或机械疏通来代替热疏通。

当然，促进自然流动及热疏通的设计可以组合在一起使用。

图2所示的一蓄热格子的实施例所使用的管比图1中A区的小。图2中的影线区4表示通道的正面。事实上，使用更小的通道很有好处，因为这样就增加了烟/蓄热格子元件的热交换表面，意义重大。这可以通过使用双十字形元件11，即两个简单十字形元件通过一翼端部相连所形成的元件而实现，还可以通过这些双十字形元件在一行里的新排列而实现，按这种排列，一行中的邻近两排偏移开半个长度。另外，使用双十字形元件还有其它优点：它增加了蓄热格子的稳定性，使不同区之间的过渡更容易。

在图3所示出的一实施变型里，通道4′因为十字形元件21的使用而呈矩形，所述十字形元件的相对两翼比另两翼短。因此，相对于图2所示的正方形截面通道，烟/蓄热格子元件之间的交换表面增加了，这就可加强冷凝现象。可增加能生成灰尘的物质的沉积表面的任何其它元件或元件的排列方式也可满足中心区B的要求，仍在本发明的范围之内。

图4还示出了另一实施例，根据该实施例，通道14周期性地从一行向下一行偏移。这种方案借助通道的偏移，可使烟和耐火材料之间的温差最大化。温差的增加有利于把物质迁移到壁上，因此可加强灰尘生成物质的沉积。另外，这种偏移排列增加了紊流度，这也会强化沉积作用。

图5示出的蓄热格子中的通道的轮廓不连续，表现为流动方向(15)的改变。为实现该不连续性，可以使用其中两翼倾斜的十字形元件。随所述翼的、因此即蓄热格子里裂口的倾斜角的不同，烟/蓄热格子元件之间的交换表面可增加4％到13％(若倾斜角为45°)。该交换表面的增加可加强壁上的冷凝。这种设计，尤其是通道表面的不连续性还有另一优点，即干扰烟的流动，使之在烟/蓄热格子元件之间的质量迁移更强的方向上流动。

所述实施方式示出的不同原理都可使能生成灰尘的化学物质向耐火壁的迁移最大化，这是为了加强所述物质在构成蓄热格子的物质壁上的沉积。这些实施方式还可把堵塞的危险性降至最低，保持良好的热效率。另外，这类蓄热格子还允许通过热处理来清扫蓄热格子。

本发明并不局限于所述的特定实施例；所述各实施例，或其它部件或实施方式的组合也都在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.玻璃熔炉的回热器，包括形成一系列通道的若干行耐火元件形成的蓄热格子，

其特征在于，蓄热格子在热气体的流动方向上包括：一第一区，在热气体入口处，堆叠的、具有一有障碍物的表面的耐火元件构成所述第一区，用于快速冷却热气体；一第二区，即中心区，用于冷凝及收集可生成灰尘的化学物质；及一第三区，在冷却气体出口处，用于排出冷凝物，堆叠的耐火元件行构成所述中心区，该中心区包括至少相邻两行，这两行的通道的正面比第一和第三区的通道的正面至少小20％，参与所述中心区的总正面缩减的行的最小累积高度必须有1米。

2.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述中心区的耐火元件从一行向下一行偏移，以干扰气体的流动。

3.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述中心区超过半数的行参与了中心区总正面的缩减。

4.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述中心区的通道至少改变一次方向。

5.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，所述第三区的通道的横断面大于所述中心区的通道的横断面。

6.根据权利要求1所述的回热器，其特征在于，构成所述中心区的行及用来接触热气体的耐火元件的表面是光滑的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的回热器，其特征在于，所述堆叠的耐火元件是十字形元件。

8.根据权利要求7所述的回热器，其特征在于，所述堆叠的耐火元件是电熔耐火材料。

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