[发明专利]玻璃的悬浮沸腾熔化方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种玻璃悬浮沸腾熔化方法及设备，特别涉及玻璃配合料球形颗粒的快速熔化，火焰与配合料之间具有非常高的热交换效率，从而达到降低能源消耗的目的。

背景技术

在世界范围内，资源、能源趋于紧张，节能、减排工作已经势在必行。玻璃工业属于能源消耗的大户。传统的玻璃池窑熔化技术，玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄层投料，燃料通过熔燃系统送入到窑炉火焰空间，并且与经过蓄热室预热，通过小炉进入火焰空间的助燃空气相混合燃烧，释放出大量的热量。火焰是覆盖在配合料及玻璃液的表面，火焰与玻璃表面的距离大约在200～350mm的范围内。火焰对配合料及玻璃液的热量交换是通过辐射、对流、传导等途径完成的。在配合料及玻璃液的加热过程中，往往是物料的表面加热以后再通过传导与对流将热量传递到配合料及玻璃液的内部。这种加热方法，热交换效率低，大部分的热量被烟气带走。即使目前研究开发的全氧与富氧燃烧技术，其火焰仍然是位于玻璃配合料及玻璃的上部，热交换属于间接的方式，只不过其熔化温度更高，燃烧产物较少，污染物排放较少。

传统的玻璃熔化方法，在火焰与玻璃配合料及玻璃液之间的热交换是有限的，且现代的燃烧技术已经使其达到了极限。玻璃的沸腾熔化技术是一种更为先进的熔化技术，其特点是将玻璃配合料球团通过一段高温火焰区(1600℃以上)，在火焰与热气流的共同作用下，玻璃配合料被迅速熔化，形成粘度非常小的玻璃液。由于玻璃配合料球团是以沸腾状在高温区域进行非常充分的热交换，且配合料及玻璃与火焰充分接触，热交换效率更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速高效的玻璃熔化方法及设备，以达到提高玻璃熔化率，节约能源，降低单位重量产品的污染物排放量的目的。

为实现上述目的，本发明提供了玻璃悬浮沸腾熔化技术与装置。

本发明的方法原理：玻璃沸腾熔化技术的核心是将玻璃配合料制备成一定粒度与强度的料团，让它们直接通过高温火焰区域，并形成悬浮沸腾状，此时，玻璃配合料团和玻璃液滴与火焰充分接触，使火焰对配合料团形成多方位、立体加热的形式，并能够使其快速形成液滴。通过控制悬浮沸腾区域的浮力，以及小的玻璃液滴在相互接触以后，由于表面张力的作用使得它们相互融合，形成较大的颗粒的液滴，在重力的作用下下落、积聚。

利用悬浮沸腾熔化技术熔化玻璃，无论是辐射、对流还是传导等热交换方式都利用的十分充分，热效率更高。由于玻璃配合料团具有非常的表面积，物料被包围时两物体之间的辐射传热公式为：

其中：

Q_2-1单位时间内，单位面积高温物体传给低温物体的净热量(干卡/米²·时)；

T₁为被包围物质体的温度(°K)；

T₂为包围物质的温度(°K)；

ε_n为黑度；

C₀为辐射系数(千卡/米²·时·°K)；

F₁为物体的表面积(米²)。

物质之间的对流传热遵循：

Q＝α_k(t_r-t_w)F

Q—单位时间内传递的热量(千卡/时)；

α_k—对流给热系数(千卡/米²·时·℃)；

t_r—火焰的温度(℃)；

t_w—玻璃料团的温度(℃)；

F—物料的接触面积(米²)。

由以上两组公式可以发现，当物料的物质一定、燃料的性质及温度场一定时，决定物质之间的热交换量只与物料之间的相互接触的表面积有关，且接触的表面积越大，热交换越充分，热量利用率也越高。

被加热物料的受热表面积，以及与火焰的接触方式决定了两者之间的热量交换。目前，传统的玻璃配合料的投料方式是采用平面式薄层投料，料层厚度一般在50～100mm之间。若以料层厚度50mm计算，1立方米玻璃配合料可以受到相当于20平方米火焰直接加热的面积。当采用沸腾熔化时，情况就大不一样了。应当强调的是沸腾熔化的玻璃配合料球是全部被火焰所包裹的。此法所采用的玻璃配合料的直径范围是10～25mm。若以料球直径为20mm的料团计算，料球的体积与表面积分别为：