玻璃熔窯，特別是浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯。

背景技術：

目前，用燃料連續熔制玻璃液均采用表面加熱的方法。它有著幾個難以克服的缺點：一是熱效率較低，熱損耗嚴重；二是熔化率較低；三是熔化池燃燒空間的燃氣溫度高、流速大，對窯爐耐火材料侵蝕較快，降低了窯爐使用壽命。為了節省能源、減少排放和降低成本并提高窯爐使用壽命，國內外都在探索更有效的加熱方法代替表面加熱，例如浸沒燃燒和電極加熱。

但是，迄今為止，所謂浸沒燃燒是將氣態燃料燃燒器從窯底插入窯內，使燃燒的廢氣以高溫高速直接噴入熔池玻璃液中，攪動著玻璃液，并將大部分熱量傳給玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。

這種方法不僅可使燃燒氣體的熱量被玻璃液充分吸收，熱損失小，熔化率高，節能效果十分顯著（國外介紹浸沒燃燒方法的熔化率可達9~10噸/平方米·日，每公斤玻璃液熱耗在1000千卡以下）。而且由于高溫氣體翻騰，對玻璃液起攪拌作用，使池內的玻璃液更均勻。又由于離開玻璃液的廢氣溫度基本和熔池中表面玻璃液的溫度相同，因而降低了熔窯空間的溫度，延長了窯爐的使用壽命。

浸沒燃燒方法有許多優點，因此包括中國在內的美、日、法、俄等國都先后進行了深入的研究和試驗，但到目前為止均未在大規模工業應用上獲得成功。

其原因在于，這種傳統浸沒燃燒的方法有著難以解決的問題： 1、澄清問題：在向玻璃液中噴入燃氣和空氣混合物時(燃燒產物)，噴嘴的作業條件比較困難，只有混合氣體耗量大大超過用空氣或蒸汽鼓抱時，熔制才會正常進行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻騰，使玻璃液呈泡沫狀，自身的微小氣體夾雜物顯著增多，因此，使玻璃液澄清很困難。 2、燃料問題：在熔體中吸留或夾雜的灰泡成分主要是未參加反應的不活潑氣體，也就是燃料燃燒過程中釋放出的氮，如：用天然氣一空氣混合氣體的浸沒燃燒噴嘴所產生的燃燒產物中，含氮量超過70%，而一般的燃燒方法則允許在燃燒產物中的含氮量不超過30%，對于平板玻璃，則最好不超過10%(重量)。因此，這也是氣體夾雜物多的主要原因。用純氧燃燒工藝可有效解決上述兩個問題，但帶來的問題是，火焰溫度過高，噴嘴蝕損過快，又無法補償或更換。 3、燃燒器問題：由于燃燒器是浸沒在熔體中的，其質量、安放位置以及操作控制都比以往要求嚴格，否則，一旦燃燒發生故障，使玻璃液進人其內固化，則不能繼續使用。另外，當玻璃液達到一定深度時，噴嘴的沖力不夠，火焰則不進玻璃液，而從旁邊耐火材料噴出。秦皇島玻璃研究院在試驗中就遇到過這種情況。縮小噴嘴直徑可解決上述問題，但又會造成燃燒熱量不足的問題。 4、耐火材料問題：由于玻璃液在窯內劇烈翻騰，上部結構空間會被飛濺出來的玻璃液所沖刷，一般的硅磚和鉻磚適應不了這種熔窯的需要。當在池底設置多個燃燒噴嘴時，也會削弱耐火材料的強度。另外，如在熔液中燃燒天然氣(為供入窯內總量的7-10%),會使熱交換大大加強。過多地提高直接在熔窯中燃燒的天然氣量，耐火材料受蝕嚴重。 5、玻璃液粘度、氣源壓力和流量的波動，對混合氣體壓力和噴速的影響很大，使其難以長期恒定地保持在玻璃液中燃燒，極易造成脫火或回火現象。 6、最為關鍵的問題是：由于受材料限制，燃燒器(尤其是噴火嘴)極易損耗、壽命較短，而且既無法補償也難以更換。所以盡管經過長期的研究和試驗，卻難以投入實際應用。而電極加熱存在的問題是：熔化率低；加熱面積有限；電極昂貴并更換困難且易氧化；需先用其它加熱方式將玻璃熔化成液體后，才能夠通電加熱，增加了設備及工藝成本。因此。目前電極加熱的玻璃電熔窯僅用于高硼硅玻璃、乳白玻璃等小規模產品的生產。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供了一種浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯，其特征是：在構成玻璃熔窯窯底的耐火材料上，密布排列有數量眾多的通氣孔，它們與外界的輸氣管路相通；燃氣和助燃氣分別通過這些通氣孔以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液中；其中燃氣氣孔和助燃氣氣孔之間相隔一定的間距，使燃氣和助燃氣通過各自的管路獨立送入窯內；燃氣和助燃氣在玻璃液內部上升膨脹過程中相遇并形成半混半燃的過度氣泡，然后繼續上升，達到完全混合燃燒，并形成高溫煙氣泡；從而將熱量傳給周圍的熔液，達到熔化和均化物料的目的；在玻璃液體上表面，始終覆蓋有一層待熔的原料配合料層，玻璃液內的燃燒煙氣經此料層逸出，并通過與料層換熱降溫后排掉；燃燒煙氣中未完全燃燒的燃氣，在玻璃液表面以及原料配合料層中遇氧氣燃燒，并給原料配合料加熱；隨著原料配合料層底層不斷熔化，頂層不斷鋪上新料層，熔窯便能夠連續生產出所需要的玻璃液。

上述構成玻璃熔窯窯底的耐火材料為池底大磚和/或鋪設在池底大磚上面的耐火材料搗打層。

上述浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯主要分為熔化池和澄清池兩部分，在它們窯底的耐火材料上，均密布排列有數量眾多的通氣孔；其中，熔化池底的通氣孔鼓入高頻氣泡或射流氣體，從而形成大熱量、高強度燃燒；澄清池底的通氣孔鼓入低頻氣泡，從而形成小熱量、低強度燃燒，并將玻璃液中的微小氣泡澄清。

通過窯底耐火材料通氣孔排布密度和/或出口尺寸及氣壓的不同，在水平面積上將熔化池和澄清池從中心向四周，分別劃分為中心高溫區、低溫過度區和環池壁氣幕保護區（參見：熔窯池壁氣幕保護法，專利申請號：201610088619.1），以加強玻璃液的熱對流，從而達到使玻璃液均化的目的。

考慮到玻璃液的均化和窯爐的整體穩定性，可將熔窯的整體形狀設計為圓筒形高爐（類似于煉鐵高爐）形狀。可將爐體的外壁設計為金屬殼體。這種金屬殼體可由許多圓環形金屬管在高度方向上組合構成。在金屬殼體內側設置有耐火材料層（圖中未畫出）。可在圓環形金屬管內通入冷卻流體，以保證爐體的使用安全與使用壽命。在高爐頂部設有投料口和岀煙道；在高爐底部設有盛液池和流液洞。

上述助燃氣可以是壓縮空氣、富氧或純氧氣體；燃氣可以是天然氣、煤氣、氫氣、液化石油氣等。

上述原料配合料層的厚度控制在燃燒煙氣能夠低壓逸出為宜。

與其它傳統玻璃熔窯相比，這種浸沒燃燒加熱的玻璃熔窯的有益之處在于：1、窯爐及燃燒設備結構簡單，使用壽命長；2、方法可靠，燃燒完全；3、熔化效率高，熔液均化效果好；4、對耐火材料的侵蝕小；5、高溫煙氣在熔液和原料配合料層中的換熱時間長，熱利用率高；6、適合于純氧高溫燃燒，不僅可以熔化高熔點物料，而且煙氣量大為減少，利于熔液的澄清；對于節能減排具有十分重大的經濟和社會效益。

附圖說明

圖1是本發明實施例之一的剖面原理圖。

圖2是本發明實施例之二的剖面原理圖。

圖3是本發明實施例之三俯視示意圖。

圖4是本發明實施例之4的外觀立體結構圖。

圖5是圖4的立體剖面結構圖。

圖中1.窯底耐火材料池底大磚，2.耐火材料透氣孔，3. 輸氣管路，4.燃氣泡或助燃氣泡，5.玻璃液，6. 原料配合料層，7. 窯底耐火材料搗打層，8. 窯爐池壁，9.熔化池與澄清池上層隔斷，10. 熔化池中心高溫區，11.熔化池低溫過度區，12.熔化池環池壁氣幕保護區，13. 澄清池中心高溫區，14. 澄清池低溫過度區，15. 澄清池環池壁氣幕保護區，16.投料口，17. 岀煙道，18. 圓環形金屬管，19.盛液池，20.流液洞。

具體實施方式

圖1、圖2中，在構成玻璃熔窯窯底耐火材料池底大磚1或/和窯底耐火材料搗打層7上，密布排列有數量眾多的通氣孔2，它們與外界的輸氣管路3相通；燃氣和助燃氣分別通過這些通氣孔3以射流或鼓泡方式送入熔池的玻璃液5中；其中燃氣氣孔和助燃氣氣孔之間相隔一定的間距，使燃氣和助燃氣通過各自的管路獨立送入窯內；燃氣和助燃氣在玻璃液7內部上升膨脹過程中相遇并形成半混半燃的過度氣泡，然后繼續上升，達到完全混合燃燒，并形成高溫煙氣泡；從而將熱量傳給周圍的熔液，達到熔化和均化物料的目的；在玻璃液體7上表面，始終覆蓋有一層待熔的原料配合料層6，玻璃液7內的燃燒煙氣經此料層逸出，并通過與料層換熱降溫后排掉；燃燒煙氣中未完全燃燒的燃氣，在玻璃液7表面以及原料配合料層6中遇氧氣燃燒，并給原料配合料加熱；隨著原料配合料層6底層不斷熔化，頂層不斷鋪上新料層，熔窯便能夠連續生產出所需要的玻璃液。

圖3中，通過窯底耐火材料池底大磚1或/和窯底耐火材料搗打層7上的通氣孔2，其排布密度和/或出口尺寸及氣壓的不同，在水平面積上將熔化池和澄清池從中心向四周，分別劃分為熔化池中心高溫區10，熔化池低溫過度區11，熔化池環池壁氣幕保護區12，澄清池中心高溫區13，澄清池低溫過度區14，澄清池環池壁氣幕保護區15，以加強玻璃液的熱對流，從而達到使玻璃液均化的目的。

圖4、圖5中，考慮到玻璃液的均化和窯爐的整體穩定性，將熔窯的整體形狀設計為圓筒形高爐（類似于煉鐵高爐）形狀。將爐體的外壁設計為金屬殼體。這種金屬殼體可由許多圓環形金屬管18在高度方向上組合構成。在金屬殼體內側設置有耐火材料層（圖中未畫出）。可在圓環形金屬管18內通入冷卻流體，以保證爐體的使用安全與使用壽命。在高爐頂部設有投料口16和岀煙道17；在高爐底部設有盛液池19和流液洞20。