[发明专利]玻璃熔化炉

说明书

本发明涉及通过燃烧器(13)加热的玻璃熔化炉(12)，其中燃烧能量至少部分地通过氧燃烧产生，并且其中所使用的氧气的至少一部分由包含氧气的气体混合物通过经由陶瓷分离膜(18)的分离而产生。

技术领域

本发明涉及玻璃熔化炉，其中熔化能量基本上由供应有燃料和氧气或非常富氧气体的燃烧器产生。这些炉通常被称作“氧燃烧(oxy-combustion)”炉。本发明还涉及其中以补充方式(尤其称其为“助推(boosting)”)使用氧燃烧的炉，并且还涉及其中该燃烧即使不是全部也基本上是利用氧来实施的炉。

背景技术

氧燃烧能够节约能量，这至少是因为燃烧气体的能量不会部分地被空气中的氮气吸收。在传统炉中，即使氮气所夹带的能量的一部分在再生器中被回收，最终排放的烟雾仍然带走了其相当大的一部分。氮气的存在是这种损失的原因之一。

所考虑的每生产单位的能量消耗的减少还具有以下优点：因此限制二氧化碳的排放，其可达25％，并且因而满足在此领域中的法定要求。

氮气的存在还是所谓NOx的氧化物形成的原因，而该氧化物的排放由于与这些化合物在大气中的存在有关的危害而在实际中是被禁止的。使用者要尽力在尽可能限制排放的条件下运行所述炉。在玻璃熔炉(fours de verrerie)的情况下，这些实践不足以满足现行的非常严格的标准，并且需要使用催化剂来进行烟雾的昂贵的去污染。

氧气的使用可以摆脱与空气中的氮气有关的问题，即使不是全部的话，也至少是大约90％的非常大的比例。

尽管有如上所述的优点，但氧燃烧在大型玻璃熔炉中的使用仍有待发展。其原因是多样的。首先，氧气的使用必然贵于空气的使用。此外，为了使实施氧燃烧的经济结算(bilan)为正，需要控制不同的技术方面，并且尤其是包括烟雾热量的相当大部分的回收的热流的方面。

在未公布的申请PCT/EP2009/053500中描述的技术能够通过提出以下的回收方式来优化整体的能量效率，该回收方式用于回收烟雾的热量以用于预加热所使用的氧气。但是，这种优化意味着要使用专门装配的装置，尤其是为了令人满意地耐受与热氧气的存在有关的腐蚀。

用于加热氧气所回收的能量并不会用尽烟雾所携带的能量。

在实践中，烟雾的能量大于使炉的不同供料达到可用于运行的温度所需的能量。这涉及到首先加热燃料。还涉及到加热氧气。还涉及到预加热原材料。对于所有这些要素来说，考虑了各成分的性质或者它们可被使用的方式的交换条件限制了可被回收用于炉本身的运行的能量。

无论是液态还是气态的燃料都不能耐受过度的温度。氧气的温度受限于氧气在其中流通的装置可耐受的温度。实际上，在必须保证长期运行时，所用管道的合金的耐受性不超过900-950℃。原材料也不能耐受其温度过大的升高而无引起结块(这使得对它们的使用更为棘手)的风险。

为了改善经济结算，一种解决方案在于在使用现场引入氧气的生产。这免除了向专门生产氧气的公司进行购买。还免除了输送措施或者储存措施或者二者。

但是，氧气的生产带来了其它问题。由大的工业气体生产者所使用的那种类型的通过以空气为原料进行液化和蒸馏生产氧气的常用技术需要重型设备，而这只有在非常大生产量下生产时才是赢利的。供应玻璃熔炉所需的量，即使其是大量的，通常也不足以证明这种投资是合理的。

而且，氧气生产技术已知用于只需要有限量的这种气体的应用。在这些技术当中，已经提出使用从气体混合物(尤其是从空气)分离氧气，这借助于由选自也被称作固体电解质的材料所构成的膜来进行，所述材料能够与氧气发生反应以在所述膜的一个面上将其电离，将这些离子运送穿过该膜并且在所述膜的另一个面上再组成氧气。这种类型的材料例如描述于美国专利5,240,480或者申请WO2008/024405中。