[发明专利]具有多个热回收系统的熔炉

说明书

技术领域

本发明涉及有能效地在熔炉中制造玻璃，具体地涉及从在燃烧中形成的热燃烧产物回收热的方法，进行这种燃烧以产生用于熔化制造玻璃的材料的热。

背景技术

许多工业操作采用熔炉，在这些熔炉中将燃料和氧化剂燃烧，以使燃烧的热能够将熔炉中的材料加热。实例包括将固态材料加热以将其熔化的熔炉，如熔化玻璃的熔炉。其他的实例包括将固态材料或物品（如钢板）加热来升高这种材料的温度（只要不将其熔化）以便于这种材料或物品的成形或其他处理的熔炉。熔炉所面临的挑战在熔化玻璃的熔炉中进行了说明，且本发明在本文的大部分描述参考熔化玻璃的熔炉进行，但本发明也适用于用于许多其他功能的熔炉。

常规的玻璃制造方法要求在熔化玻璃的熔炉中确立温度，这些温度足够地高以熔化制造玻璃的材料（指一种或多种材料，这些材料不是玻璃，但是形成玻璃的成分，如砂石、苏打灰、石灰石、白云石、长石、红铁粉，这些整体上称为“生料”，和/或破碎的、废弃的和回收的玻璃，称为“碎玻璃”）。所要求的高温通常通过烃类燃料如天然气的燃烧来获得。这种燃烧产生气态燃烧产物，也称为废气。即使在实现从燃烧至进行熔化的制造玻璃的材料的相对较高的热传递效率的制造玻璃的设备中，离开熔化容器的燃烧产物也通常具有远超过2000℉的温度，通常在2600至2950℉的范围内，并由此而表示在这些制造玻璃的操作中所产生的能量的大量浪费，除非能够至少部分地从这些燃烧产物回收热能。

现有技术已通过使用废气-空气热交换器来解决这种问题，这些热交换器的类型通常称为复热器或回热器。用在本文中的“复热器”是一种热交换器，两个流能够分别持续地流过这种热交换器而并不发生相互之间的直接物理接触，其中，若这些流在进入复热器时具有不同的温度，则热就在复热器中从具有较高温度的流向具有较低温度的流流动。用在本文中的“回热器”是一种由两个或更多单元（或“床”）组成的热交换器，其中，一个流能够一次穿过每个床，且能够定期将每个流流过的单元从一个床向另一个床交替（“反转”），然后返回（或者到达另一个床），其中，较热的流将其经过的单元加热，而较冷的流经过已经由所经过的较热的流加热的另一个单元，然后较冷的流经过正在被加热的单元并且由该单元加热，而较热的流经过另一个单元，热已经从该另一个单元交换至较冷的流。

在常规的空气燃烧复热式或回热式熔炉中，燃料与作为氧来源的空气一起燃烧，且燃烧的产物穿过复热或回热热交换器来将进入的燃烧空气加热，通过将进入的燃烧空气预加热来在热交换器内将废气中的废热部分地回收，且在经过典型的回热热交换器之后，废气的离开温度降至800至1000℉，或者在经过典型的复热热交换器之后，废气的离开温度降至1000至1600℉。虽然在上个世纪在回热器和复热器回收废热的设计方面已取得了实质性的进步，但在这些热回收设备中在可回收的废热的最大量方面有着固有的局限性。废气流的热容比通常比燃烧空气的热容比高约35%。因此，即使是空气预热温度接近进入的热废气的温度的热动力学理想回热器，进入的废气的热函含量的至少26% [（1.35-1.0）/1.35=0.26]在经过回热器之后仍留在废气中。(A.R. Cooper and Y. Wu:  Analysis of Various Modifications on the Thermal Performance of Combustion Heated Continuous Glass