專利名稱：玻璃熔窯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低從蓄熱式窯爐的蓄熱室排出的廢氣中的NOx含量的方法，所說的熔窯用于熔化玻璃以制造成形的玻璃制品。NOx是氧化氮的簡寫標(biāo)志，例如NO和NO2。
人們早已知道，以亞化學(xué)計(jì)量地操作燃料燃燒器(即空氣與燃料之比小于完全燃燒所需要的)，產(chǎn)生的NOx小于以化學(xué)計(jì)量條件下操作所產(chǎn)生的NOx，已有描述以這種方式操作而設(shè)計(jì)的燃燒器，例如US-A-4878830，該文件也評述了此技術(shù)領(lǐng)域的已有技術(shù)狀況。JP-A-55-8361(已審查的481334/84)描述一種使用后燃燒器操作玻璃熔窯的方法，將附加的燃料引入熔窯中，即在小爐口，蓄熱室，熱交換室或煙道的附近。US-A-4347072研究了JP-A-55-8361所述的方法，并指出以該方法操作玻璃熔窯所存在的問題。US-A-4347072描述了另一種操作方法，將碳?xì)浠衔锕┤霃U氣中，避免燃料燃燒，即在玻璃熔化的上面，然后，在窯中燃燒這過量的燃料，以便將熱能供于熔化過程中。
人們一直認(rèn)為，以降低的熔化條件來操作玻璃熔窯，即亞化學(xué)計(jì)量條件，將生產(chǎn)質(zhì)量差的玻璃。
主要玻璃制造廠PPG的US-A-4559100，描述一種方法，其條件是，在熔化的玻璃附近要避免出現(xiàn)亞化學(xué)計(jì)量狀況，從而避免生產(chǎn)質(zhì)量差的玻璃。該方法要求，應(yīng)以足以在玻璃上方提供富O2區(qū)和富燃料區(qū)的流速和體積的附加燃料噴入熔化室，并進(jìn)一步提供總的較低過量空氣和當(dāng)燃燒氣離開熔化室至少基本上是完全燃燒。在玻璃熔窯時(shí)常意外地發(fā)生亞化學(xué)計(jì)量狀況，當(dāng)已生產(chǎn)出質(zhì)量差的玻璃，應(yīng)指示工人不要用降低的條件連續(xù)對窯進(jìn)行操作。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過保證離開熔窯和進(jìn)入蓄熱室的廢氣包括有未完全燃燒的燃料，那么可以降低從玻璃熔窯的煙道出來的廢氣的NOx含量。所有用非化學(xué)計(jì)量操作的已有方案都與熔化室有關(guān)。并且在熔化室范圍內(nèi)始終要保持氧化條件和提供過量燃料，以保證在進(jìn)入蓄熱室前的燃燒，或是當(dāng)燃燒通過蓄熱室時(shí)仍繼續(xù)地氧化。根據(jù)本發(fā)明的揭示，靠保證通過蓄熱室的廢氣中含有可燃物，使從蓄熱式玻璃熔窯排出的廢氣中的NOx減至最小是可能的。該可燃物是未燃燒燃料的混合物，通過熱對燃料和其它在熱解中產(chǎn)生的基的影響而產(chǎn)生出可燃物。部分這些可燃物能與廢氣中的NOx反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化成無害的成分。這是必須的，即用密封的蓄熱室操作，以致進(jìn)入的空氣進(jìn)到蓄熱室，以避免在耐火材料襯料和格子磚砌體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)不受控制的燃燒，它會降低從廢氣中有效地除去NOx。特別是，燃燒器要密封的裝入蓄熱室的小爐磚/小爐脖耐火材料中。要保證在格子磚砌體結(jié)構(gòu)中沒有過量空氣，這些空氣將引起在格子磚砌體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的燃料的不受控制的燃燒，由于過熱它將破壞結(jié)構(gòu)。通過加入空氣使可燃物燃燒，最好可燃物已離開蓄熱室的格子磚砌體結(jié)構(gòu)之后，或它在格子磚砌體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的一位置之后，這取決于在蓄熱室內(nèi)的溫度狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種蓄熱式玻璃熔窯的操作方法，該熔窯用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品，以便使熔窯排出的廢氣中的NOx降至最小，熔窯具有密封的蓄熱室，它作為熱交換器，該方法包括供給過量燃料，即超過化學(xué)計(jì)量燃燒所需要的燃料，以保證在要求的生產(chǎn)率下獲得符合質(zhì)量要求的玻璃，離開窯爐通過蓄熱室的廢氣含有可燃物，并以充足的空氣與所說的可燃物進(jìn)行反應(yīng)，以保證排到大氣的廢氣中含有允許的可燃物值和含有允許的NOx值。最佳是蓄熱室包括格子磚砌體結(jié)構(gòu)。
熔窯可以是一種馬蹄焰窯或橫火焰窯。成形的玻璃制品的試樣是容器，例如瓶或罐，飲用玻璃杯，餐具，壓制玻璃制品等。
完成本發(fā)明的一種方式(下文稱“1型”操作)是通過將過量燃料供給于熔化區(qū)，并允許可燃物離開熔窯經(jīng)過蓄熱室與廢氣混合，基本上以亞化學(xué)計(jì)量的條件進(jìn)行操作。完成本發(fā)明的另一種方式(下文稱“2型”操作)，在熔窯內(nèi)的操作條件是，用限量的燃燒空氣以便基本上是化學(xué)計(jì)量和燃料供給廢氣中，所說的廢氣是當(dāng)它離開熔化區(qū)并進(jìn)入密封的蓄熱室。在此種方案中，在熔窯中可能出現(xiàn)或是過量空氣或是過量燃料。通過現(xiàn)有的燃燒器或是在小爐口區(qū)附加另外的燃燒“燃燒器”將后處理爐用燃料加入。在兩種情況下，將空氣加入到離開蓄熱室的格子磚砌體結(jié)構(gòu)的廢氣內(nèi)，通過用加入的空氣燃燒其中的可燃物，這樣可基本上去除所有的可燃物。
在典型的煤氣加熱玻璃熔窯中，實(shí)現(xiàn)熔化的條件是，有大約5%過量空氣，它一般地在煙囪廢氣中產(chǎn)生的NOx量為大約2500mg/m3。在本說明書中，涉及的濃度(例如mg/m3)是以TALuft條件，即以8%干的O2測定的，干廢氣體積和NOx排出物表示為NO2排出物。全部規(guī)定在760mmHg和0℃下測量體積，而百萬分之一(ppm)規(guī)定為體積術(shù)語。我們已發(fā)現(xiàn)，用比公知熔窯少的過量空氣，即以化學(xué)計(jì)量或亞化學(xué)計(jì)量條件下，不僅在熔化室產(chǎn)生較少的NOx，而且在蓄熱室中殘留燃料減少出現(xiàn)于N2中的NOx。這種雙效應(yīng)引起煙囪的廢氣中明顯地減少NOx量。本發(fā)明可達(dá)到煙囪中NOx排出物小于500mg/m3。
我們已發(fā)現(xiàn)，盡管已有的看法，在基本上降低的條件下操作玻璃熔窯，將導(dǎo)致玻璃質(zhì)量低劣，而供到熔窯的燃料和空氣量使得反應(yīng)條件基本上是亞化學(xué)計(jì)量而沒有負(fù)作用是可能的。我們相信這僅僅是可能的，如果在窯爐內(nèi)仔細(xì)控制化學(xué)計(jì)量，和使用過量燃料以產(chǎn)生亞化學(xué)計(jì)量條件，即寧可空氣不足，否則在熔化過程能量供應(yīng)不足，導(dǎo)致玻璃質(zhì)量和/或生產(chǎn)率降低。優(yōu)選是，不僅在小爐口出口處監(jiān)測氧含量，而且在該處也監(jiān)測未燃燒可燃物的量。這是需要的，如果熔窯操作條件是亞化學(xué)計(jì)量，要保證充足的燃料燃燒以便為在滿意的生產(chǎn)率和質(zhì)量下提供熔化玻璃新需要的熱量。
本發(fā)明的另一方面，提供降低廢氣中NOx含量的方法，所說的廢氣是由用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品的蓄熱熔窯中的燃料燃燒產(chǎn)生的，該熔窯具有-熔化室和密封的蓄熱室。該方法包括少至在熔化室的一個(gè)點(diǎn)測定廢氣中的可燃物和氧，根據(jù)測定的結(jié)果調(diào)節(jié)燃料和燃燒空氣的供給量，以保證在熔化室內(nèi)，平均的化學(xué)計(jì)量基本上低于完全燃燒所需的量，同時(shí)保證實(shí)際上燃燒的部分燃料不小于在熔化區(qū)進(jìn)行的熔化和精煉過程需要輸入熱量的值，在廢氣離開熔化室(有時(shí)稱為熔化和精煉室)后和排入大氣之前，將附加的燃燒空氣供入廢氣中，以保證殘留在廢氣中的任何可燃物基本上完成燃燒。
熔窯可以是馬蹄焰或橫火焰的熔窯。優(yōu)選馬蹄熔窯具有一對小爐口，它沿著熔化和精煉室的一端設(shè)置，一對密封的蓄熱室，它各自與其中之一的小爐口連接。
用于本發(fā)明優(yōu)選方法的馬蹄熔窯，一般用于熔化玻璃以生產(chǎn)容器。
本發(fā)明可以測定氣體中的氧和可燃物?？梢栽陔x開熔化和精煉室的廢氣中進(jìn)行測量例如在小爐口。
正如以上所指示的，另一方法是，通過將燃料供到離開經(jīng)過熔窯的小爐脖的廢氣中，以保證用廢氣使可燃物通過蓄熱室。將燃料供給裝置設(shè)置在后燃燒器的位置，即可完成上述的燃料供給。后燃燒器可以設(shè)置在排出的廢氣經(jīng)過的途徑中。燃料可以相同的流動方向或是逆流方向在接進(jìn)入廢氣中，后燃燒器可以是單獨(dú)的裝置，用以將燃料供入廢氣流中，或是可以使用在熔窯的廢氣出口端設(shè)置沸點(diǎn)火燃燒器，以便將燃料引入廢氣流中。在熔化室內(nèi)，其操作條件優(yōu)選是保持在或低于化學(xué)計(jì)量，以避免燃燒的燃料多于為NOx降低過程所需要的燃料。
在蓄熱室/煙道系統(tǒng)的范圍內(nèi)將二次空氣引入，允許可燃物引燃使其完成燃燒，并保證進(jìn)入到大氣的氣體基本上不含有可燃物。這是必需的，即蓄熱室對進(jìn)入的空氣基本上是密封的，以致可以控制引入的二次空氣，并且需要的燃燒僅僅發(fā)生在蓄熱室襯料/格子磚砌體的外面。
在小爐口出口的可燃物和氧的量可以就地測量，或抽樣用合適的儀器分析。此種儀器可包括一種氧化鋯探測器用于測量氧氣，和一催化劑測定池(Catalyiiccll)用于測定可燃物。Teledyne980氣體分析器可獲得滿意的測量目的?？墒褂肔ancom6500手提式煙道氣分析器或一種信號化學(xué)發(fā)光分析器測量NOx。
本發(fā)明還包括一種降低廢氣中CO排出物的方法，所說的廢氣是從用于熔化玻璃以制造成形玻璃制品的蓄熱式玻璃熔窯中排出的，該熔窯具有作為熱交換器的密封的蓄熱室，該方法包括從蓄熱室的廢氣中除去CO，即通過根據(jù)所供燃料需要的燃燒空氣，以大約8%過量空氣燃燒C，并且是在溫度大于650℃下進(jìn)行。
本發(fā)明還提供一種用于熔化玻璃以制造成形的玻璃制品的蓄熱式玻璃熔窯，該熔窯具有密封的蓄熱室，它包括格子磚砌體結(jié)構(gòu)，作為熱交換器，該熔窯還具有用于降低離開熔窯的廢氣中的NOx排出物的設(shè)備，該設(shè)備包括一種裝置，它用于將附加燃料供到離開熔窯的熔化室的廢氣中，從而使煙囪中廢氣的NOx排出物降低至小于500mg/m3，該值在TALuft條件下測得。
現(xiàn)將描述本發(fā)明的一實(shí)施例，關(guān)于附圖僅僅是作為范例。其中

圖1是-馬蹄焰窯的剖面簡圖;
圖2是圖1所示窯的橫剖視簡圖;
圖3至7表示當(dāng)使用本發(fā)明的方法和設(shè)備時(shí)，在廢氣中的變量，例如NOx和CO的不同操作參數(shù)的曲線圖;
圖1的2表示蓄熱式玻璃熔窯2，是馬蹄焰的，通常是用于熔化玻璃以制造容器。然而，可以選用橫火焰窯，橫火焰窯可以是多個(gè)小爐口的熔窯。
所示實(shí)施例的熔窯2是一馬蹄焰窯，它包括一對并列設(shè)備的密封的蓄熱室4、6。蓄熱室4、6可提供能打開的檢修口，以便觀察，引入空氣以燒光燃料，引入測量儀器等。每一蓄熱室4、6具有一下室3、一耐熔化的格子磚砌體結(jié)構(gòu)10，它位于下室8的上面，和一上室12，位于格子磚砌體結(jié)構(gòu)10的上面。每一蓄熱室4、6各具有小爐口14、16，使各蓄熱室的上室12與熔窯2的熔化和精煉室18連接，和各具有燃燒空氣入口20、22，各自與蓄熱室4、6的下室8連接。燃燒空氣入口20、22以及連通的燃燒空氣源與煙囪(未示)連接，以排出氣體。一個(gè)或多個(gè)燃燒器24、26(圖上僅示出一個(gè))位于各自小爐口14、16的頸部28、30。設(shè)置燃燒器24，26用于燃燒燃料，例如天燃?xì)?，液化石油氣，燃燒油或其它氣體和液體燃料，上述燃料適合用于玻璃熔窯，從而為室18中的玻璃材料的熔化和精煉提供熱量。在一端部32將玻璃材料喂入熔化和精煉室18，在該端設(shè)置-鼓形罩33，而在其另一端部34設(shè)置熔化的玻璃分配器36，該分配器包括一連串的排出口38，通過該排出口38可以將熔化的玻璃從熔化和精煉室18排出。玻璃可以從熔化/精煉室通過一狹口至分配器36。
使用時(shí)，在燃燒空氣和排氣之間交替循環(huán)使用蓄熱室4、6。例如，在一循環(huán)中，燃燒空氣通過入口20，進(jìn)入蓄熱室4的下室8。然后燃燒空氣向上通過蓄熱室4的格子磚砌體結(jié)構(gòu)，空氣被預(yù)熱，然后通過上室12，小爐口14和頸部28，由此燃燒空氣喂入熔化和精煉室18。燃燒器24工作。從熔化和精煉室18的廢氣通過另一蓄熱室6的小爐口16，并向下通過另一蓄熱室6，并從導(dǎo)管22排出。在下一循環(huán)中氣體從相反的方向進(jìn)入，燃燒器26以代替燃燒器24工作。
燃燒器24、26可以有多種可能的方位排列，例如，一是通過小爐口的位置，一是在小爐口的側(cè)面位置，或是在小爐口的下面位置。在燃燒循環(huán)中，將燃料，例如天然氣，從燃燒器24(在本實(shí)施例中，燃燒器放在小爐口下面)送入來自蓄熱室4的預(yù)熱空氣流中，生成的火焰和在火焰中產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物從小爐口14通過，穿過熔化的玻璃表面，并將熱傳導(dǎo)給熔化和精煉室18中的玻璃。在每一小爐口，和蓄熱室4，6的出口以及煙囪的底部，設(shè)置測量離開熔化和精煉室18的氣體的可燃物和氧氣的裝置。沿著廢氣路線設(shè)的測量點(diǎn)用圖1中的[1]表示。熔窯2是以這樣的方式操作，即未燃燒的/部分地燃燒的/熱解的材料，在窯爐的排氣端進(jìn)入蓄熱室。因此，在氣體離開熔化和清煉室18后，需要將附加的空氣加入到廢氣中，以便保證基本上的完全燃燒和沒有或非常少可燃物經(jīng)煙囪排到大氣?？諝饪梢酝ㄟ^煙道的孔謹(jǐn)慎地加入，或是通過自然地漏入，上述空氣量大約是熔窯空氣總需要量的10%。附加的空氣可以從圖1中所示的[2]供給。之后在圖示的[3]處，使任何殘余的可燃物發(fā)生最終的燃燒。在廢氣中大約有70%的可燃物是帶有主要是氫的殘余物的一氧化碳。
按照本發(fā)明的一實(shí)施例的圖1和2所示的玻璃熔窯的操作中(即1型操作)，燃料喂至燃燒器，和通過在小爐口和格子磚頂部測量氧和可燃物的量可以對燃燒空氣的進(jìn)給進(jìn)行控制，以便保證在熔化室范圍內(nèi)或是沿著熔化室的許多位置，所供給的燃燒空氣小于喂入燃料完全燃燒所需要的空氣量。這是正常的，即把任何供給的燃燒室空氣量大于所供燃料的化學(xué)計(jì)量空氣需要量表示為過量空氣的百分率，而在該情況下是正數(shù)。在本實(shí)施例中空氣的量小于完全燃燒的需要量，為了易于控制，用相同的方式表達(dá)，但表示為負(fù)數(shù)。這意味著，用相同的方式，無論供給的空氣大于或小于完全燃燒的需要量，過量空氣的變化是可以監(jiān)測和記錄。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，喂入每個(gè)爐口的燃料和燃燒空氣量是按照監(jiān)測進(jìn)行調(diào)節(jié)的，因此，在熔窯的熔化室內(nèi)的過量空氣為化學(xué)計(jì)量燃燒空氣量的-3%至-10%，最好為燃燒空氣量的-8%至-10%。對于多個(gè)小爐口熔窯，從小爐口至小爐口優(yōu)選的過量空氣為，在第一小爐口從-15%至最后小爐口0%。介于第一小爐口和最后小爐口之間的中間小爐口可以是-15%，或分階段地降至平均數(shù)-9%。
圖3表示NOx排出量與在窯爐的小爐口過量空氣值的關(guān)系。實(shí)線表示在小爐口的NOx濃度，而虛線表示在煙囪的NOx濃度。可以看出，在小爐口過量空氣低于-2%，即在煙囪中的NOx濃度相對于在小爐口中的濃度降低，這表示在小爐口和煙囪之間，在蓄熱室內(nèi)已發(fā)生NOx降低。由于過量燃料降低其中的NOx值，因此在格子磚砌體結(jié)構(gòu)中已發(fā)生主要的除-NOx反應(yīng)。過量空氣負(fù)值等于相應(yīng)的過量燃料正值。對于1型操作，空氣的虧數(shù)應(yīng)該為最多-3%的化學(xué)計(jì)量值，即在小爐口最多大約-3%的過量空氣，作為初始的除-NOx反應(yīng)，導(dǎo)致在格子磚頂部中大約為最多-3%的過量空氣，從而使在格子磚砌體結(jié)構(gòu)中的過量燃料引起其中的NOx降低。在較大量的負(fù)值過量空氣，即較大的空氣虧數(shù)下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些除-NOx反應(yīng)發(fā)生在蓄熱室的上室。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于多小爐口的窯爐，只要最后的小爐口保持比前面的小爐口較少的還原/更多的氧化條件下對玻璃的質(zhì)量沒有不利的影響。由于離開熔化室的未燃燒材料和隨著正操作的熔窯結(jié)構(gòu)的不同以及地方對排出物的要求，因此，選擇過量空氣值不僅要求限制NOx排出值而且也涉及熱的損失。在某些情況下，在上游小爐口控制過量空氣保持在大約-4%，在最后的小爐口升至大約-1%至0%，這是可能的?；趯U氣(氧和可燃物)的調(diào)節(jié)的監(jiān)測，如果需要，可以對供入的燃料和燃燒空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對每一小爐口的過量空氣進(jìn)行嚴(yán)密的控制，因此可以避免任何不能接受的提高的NOx排出值或玻璃質(zhì)量降低。對于每一小爐口需形成最佳的空氣和燃料值，以便獲得排出物的指標(biāo)。這是因?yàn)榫_的量將取決于每個(gè)小爐口的特性。對于一個(gè)小爐口一個(gè)小爐口的逐個(gè)排列，利用手提式測量儀器，最佳在過渡煙道測量NOx濃度，在煙囪處進(jìn)一步核對。
在2型操作中，熔窯基本上是在化學(xué)計(jì)量的條件下操作，即大約0%過量空氣，并將過量的燃料加到爐腔外面的廢氣中。這是一種后處理窯。通過在非火端的燃燒器可將方便地加入燃料。為了效率和格子磚砌體結(jié)構(gòu)的安全，只是在小爐口的過量空氣接近于化學(xué)計(jì)量，或是更理想的亞化學(xué)計(jì)量時(shí)，才將后處理窯燃料加入。在小爐口的廢氣中出現(xiàn)過量空氣的結(jié)果是，某些加入的燃料被消耗，引起在上室和格子磚砌體結(jié)構(gòu)的廢氣溫度提高繼而提高格子磚砌體結(jié)構(gòu)的溫度。
圖4表示在小爐口(實(shí)線)和在煙囪(虛線)的NOx濃度和在小爐口過量空氣之間的關(guān)系?？梢钥闯?，在化學(xué)計(jì)量的條件下工作，通過增加加入后燃料的量，在煙囪中的NOx濃度可以降低，上述的增加的燃料量引起在格子磚砌體結(jié)構(gòu)中NOx的降低，導(dǎo)致在煙囪氣體中的NOx深度降低。為了在蓄熱室的初始除-NOx反應(yīng)。至少3%過量燃料，即在作為主燃料附加的百分率加入，而最好是加入大約8%至10%的過量燃料。2型操作的優(yōu)點(diǎn)是，除了上述的在非火端將燃料噴入的附加設(shè)備以外，基本上不需要改變玻璃熔窯。此外，2型操作一般適合于那些不適合于在熔化池中，在亞化學(xué)計(jì)量條件下熔化的玻璃。
利用1型和2型混合式的條件下操作熔窯降低NOx是可能的。在此種操作中，在亞化學(xué)計(jì)量的條件下操作熔窯，例如小爐口出口最多為-2%過量空氣，而過量燃料，例如至少3%過量燃料在非火端噴入廢氣中。圖5表示在煙道中的NOx濃度與格子磚砌體結(jié)構(gòu)上部的過量空氣之間關(guān)系，在非火端具有附加燃料加入?？梢钥闯?，在大約-2%過量空氣和具有附加燃料下，NOx濃度大為降低。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，玻璃熔窯的特性是，在窯內(nèi)裝有電熱裝置以提供熱量，使熔窯的熱點(diǎn)火溫度(Thcrmalfiring)降低。
在1型和2型兩種操作中，和在1型/2型混合操作中，用于降低NOx所需要增加的燃料供給量是比在所需的效率和質(zhì)量下正常生產(chǎn)玻璃所需的燃料量多5%至15%。
為降低NOx而提高玻璃熔窯所需要的燃料，為節(jié)約開支，我們可以此種方式操作以彌補(bǔ)增加的燃料成本，即通過提高玻璃熔窯總的熱效率，例如，將蒸氣加到正供入窯內(nèi)的燃燒空氣中。
加入的蒸汽最好約為供入窯內(nèi)用于燃燒的空氣的化學(xué)計(jì)量體積的6%，(所有的體積以0℃760mmHg為標(biāo)準(zhǔn))加入的蒸氣可使玻璃熔窯的熱效率提高5%。通過增加在燃燒空氣中易吸收熱輻射的氣體種類，使格子磚砌體結(jié)構(gòu)和更重要的蓄熱室上室之間的熱輻射傳導(dǎo)加快，來加強(qiáng)空氣預(yù)熱。
為了這樣或那樣的目的，可直接將廢氣中可得到的熱量的增加量用來生產(chǎn)蒸汽，該增加量是用于降低NOx所需要在窯里燃燒燃料的5-15%。
按照本發(fā)明除-NOx操作對熔窯操作的其它排出物的影響已作了研究。附加的后處理燃料對熔窯排放的SO2排出物，不具有任何長遠(yuǎn)的影響，和在測量煙囪的廢氣中沒有發(fā)現(xiàn)H2S，HCN或NH3的存在。
此外，附加的后處理窯燃料不影響從煙道的靜電過濾器回收的煙塵組分。
本發(fā)明人也監(jiān)測了從玻璃熔窯的煙囪排放的一氧化碳排出物。利用密封的蓄熱室，將少量空氣漏入到上室或格子磚砌體結(jié)構(gòu)，和以化學(xué)計(jì)量或亞化學(xué)計(jì)量進(jìn)行操作的窯爐，在小爐口加入的某些燃料作為未燃燒的氣體仍存在于熔窯的爐條旋中，即蓄熱室的下游。在從煙囪排出之前，未燃燒的氣體需要燃燒，而未燃燒氣體是復(fù)雜的混合物，典型地為大約70%的帶有主要是氫的殘留物的一氧化碳，此外，加入的燃料可產(chǎn)生直到30%或更多的可燃物，如一氧化碳，將指望通過燃燒將其容易地分解。這是需要的，即將充足的空氣加到格子磚砌體結(jié)構(gòu)下游的廢氣中，以便產(chǎn)生完全燃燒。從而使一氧化碳和其它的可燃物氧化。此種空氣會出現(xiàn)的，即由于自然滲漏或是將空氣加到格子磚砌體結(jié)構(gòu)下游的廢氣中。這是需要的，一旦有足夠的空氣，以便有足夠高的溫度用于在合理的速度下發(fā)生氧化。在蓄熱室的底部和煙道中的一氧化碳和其它可燃物燃燒的同時(shí)，釋放出熱使廢氣溫度升高，假設(shè)滲漏進(jìn)去的冷空氣沒有過量。舉例說，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將煙道氣中的一氧化碳降低到或低于標(biāo)準(zhǔn)值，該標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)在蓄熱室底部和煙道區(qū)域的溫度在大約650℃以上，并有足夠的空氣以完全燃燒可燃物。本發(fā)明人已意外地發(fā)現(xiàn)，只要在蓄熱室底部和煙道區(qū)域的溫度高于650℃，即開始除-CO反應(yīng)，然后繼續(xù)到熔窯的中央煙道，在那里氣體作長時(shí)間的停留，以保證完全除去CO。通過在蓄熱室的底部用一個(gè)或多個(gè)燃燒器供給熱空氣，使蓄熱室的溫度高到大約700℃，即在煙囪的排出物中達(dá)到可以接受的CO低含量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在爐條旋或甚至格子磚砌體結(jié)構(gòu)較高的位置，直接加入非常低溫的空氣，在蓄熱室下室的過渡煙道就不能獲得有效的一氧化碳充分燃燒，這是因?yàn)闇囟忍?，即低于大約650℃的最低限度值。如果窯的操作是，所有的小爐口用后處理窯燃料，那么在煙囪可以得到大約180ppm的CO低值，這是因?yàn)樵谥鳠煹腊l(fā)生充足的燃燒，從而保證所有的廢氣達(dá)到大約650℃的臨界值，正如主煙道的溫度提高到680℃。只要主煙道的耐火襯里具有的溫度極限大于在煙道內(nèi)CO燃燒所達(dá)到的溫度，這樣在熔窯可以容易地提供較高的煙道溫度。此外，如果在煙道內(nèi)裝有廢熱鍋爐，該預(yù)裝鍋爐入口溫度可能需要升高，或鍋爐入口需裝旁路，從而鍋爐的熱容量不致超過。此外，廢氣在通過污染處理裝置和靜電過濾器之前，冷卻廢氣可能是需要的?？梢酝ㄟ^噴水和/或附加的空氣沖淡而獲得。為保證CO完全燃燒的足夠空氣，可以在蓄熱室底部和煙道區(qū)域的合適位置提供謹(jǐn)慎的滲漏空氣。
本發(fā)明人已確定，為了達(dá)到CO和其它可燃物的完全燃燒，其理想位置是，在蓄熱室系統(tǒng)的下室，在爐條旋的下面。本發(fā)明人已確定，最大量的CO完全燃燒發(fā)生在具有大約8%漏入的空氣，該空氣使CO降至大約200ppm。圖6表示CO值與附加空氣(實(shí)線)之間，溫度與附加空氣(虛線)之間的關(guān)系。上述關(guān)系是指在圖1和2所示的熔窯的口2爐條旋處，基本上在過渡煙道的中心B位置測量CO值和溫度大小。在漏入空氣之前，在爐條旋處的大約3%至6%未燃燒氣體，并且廢氣的溫度小于650℃，因此，溫度和氧含量太低不能開始除去CO。漏入的空氣可進(jìn)入下室，在口2通過清掃孔，它剛好在爐條旋的上面，這樣降低爐條旋的CO濃度，該處為25000-30000ppm。在過渡煙道B處的CO為大約5000ppm降至大約2000ppm。從圖6可以看出，增加漏入空氣，則增加CO的完全燃燒，直到最大除-CO發(fā)生在大約8%的附加空氣，排出的CO大約為2000ppm。漏入空氣大于上述的值，不能獲得一氧化碳的進(jìn)一步完全燃燒。隨著附加空氣的增加，也是在附加空氣大約8%處，溫度提高至大約650℃。廢氣溫度提高直至該漏入值的百分率，但是隨著更高的漏入值，溫度逐漸降低。這表明，高于一定的漏入值，有效地冷卻廢氣，阻止CO氧化。煙囪的肉眼檢查顯示淡蘭纖細(xì)的火焰，表明CO氧化，出現(xiàn)在或正好在爐條旋的下面，并連續(xù)至煙道，并且在清掃孔漏入的空氣與廢氣相遇。圖6的結(jié)果表明，在漏入空氣值大約8%，和溫度高于大約650℃，可以獲得一氧化碳有效地?zé)狻?br> 為獲得改進(jìn)的一氧化碳的燒光，通過在爐條旋的下面附加熱以提高空氣CO混合物的溫度。通過調(diào)節(jié)在蓄熱室系統(tǒng)內(nèi)的煙道調(diào)節(jié)板也可以提高溫度。設(shè)置天然氣點(diǎn)火，高過量空氣燃燒器，能提供的空氣溫度直到900℃，在該實(shí)施例中，只在窯的一小爐口設(shè)置。燃燒器提供的空氣為高于大約800℃;燃燒器氣體的速度接近于50m3小時(shí)，等于大約6%的小爐口燃料?？商岣邚U氣溫度大約20至30℃。使得在過渡煙道B位置的CO小于300mg/m3，如圖1所示，這里因?yàn)樘岣吡藢O的清除。
圖7表示CO含量與燃燒器的天然氣輸入量(實(shí)線)之間和過渡煙道A和B位置的溫度(虛線)與天然氣輸入量之間的關(guān)系?？梢钥闯觯?dāng)燃燒器的氣體輸入量提高，在位置A和B的溫度也都升高，而CO的濃度迅速下降。此外，當(dāng)氣體輸入量提高，在爐條旋下面的過量空氣也增加，因?yàn)槿紵魈峁岬目諝?，還可以看出，在A位置的溫度大約為650℃，CO值降低至大約800mg/m3。
在本發(fā)明的方法的2型操作中，如果將后處理窯的燃料加到小爐口，可測出廢氣的溫度升高，并在爐條旋處伴隨著火焰，表示帶有過量的自然的燃燒，但有自然漏入的空氣。些種燃燒會引起某些一氧化碳氧化，它出現(xiàn)在燃燒產(chǎn)物中。如果在主煙道的廢氣溫度大于630℃，可獲得極佳的除-CO效果，而要注意的是，在主煙道中會繼續(xù)燃燒。并通過測量點(diǎn)。隨著自然的漏入空氣，在對煙道的CO大約為500ppm，在煙囪中降為大約180ppm?？梢耘c原來常規(guī)操作條件下煙囪的CO濃度為250ppm進(jìn)行比較。因此，本發(fā)明的方法可以降低從玻璃熔窯排出的CO濃度。
可以相信，在廢氣中有H2O存在，有助于在相對低于大約650℃和高于該溫度的CO氧化清除，所說的廢氣是燃料燃燒的產(chǎn)物，特別是以甲烷為燃料的情況下?？梢韵嘈?，在氣體中存在H2O，在較低的溫度下會發(fā)生CO氧化，并且在該溫度下會發(fā)生最大量的CO氧化。
為將從制造成型玻璃制品的玻璃熔窯排放的NOx排出物基本上降至小于500mg/m3，本發(fā)明可提供顯著的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，而不需明顯改變窯的操作和結(jié)構(gòu)，并且對玻璃質(zhì)量沒有負(fù)作用?？梢匀菀椎乜刂破渌懦鑫?。例如，CO可控制降至300mg/m3以下，而煙塵循環(huán)和靜電過濾器不起作用。為了保證玻璃和質(zhì)量和生產(chǎn)率，這樣提高了燃料用量直到15%，所以熱效率降低，但降低了NOx的排出量。然而，因?yàn)槭褂昧吮阋说某齆Ox催化系統(tǒng)，這樣本發(fā)明的方法能容易地和成本合理地應(yīng)用到現(xiàn)存的玻璃熔窯中。因此，本發(fā)明能以較低的投資費(fèi)用和較低的操作成本以替代已有技術(shù)的NOx控制技術(shù)，例如選擇催化還原(SCR)，選擇非催化還原(SNCR)和氧化燃燒技術(shù)。
參照以下不受限制的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1一馬蹄焰蓄熱式熔窯，具有類似于圖1和2所示的“馬蹄形”結(jié)構(gòu)，并具有密封的三通道蓄熱室，日產(chǎn)熔化玻璃75噸。原料包括55%重量的碎玻璃，燃燒器是小爐下口燃燒器，以重燃料油燃燒，爐窯生產(chǎn)的玻璃用于優(yōu)質(zhì)的壓制品，熔化速度為2噸/米2/日。在該爐窯操作中，在小爐口的廢氣平均為1430℃。在小爐口的出口，過量空氣為+15%，在廢氣中NOx的值為1000mg/M3。
根據(jù)實(shí)施例燃燒得到完善，所以在小爐口的出口過量空氣降至-5%。從而引起在煙囪底部的廢氣中NOx降至250mg/m3。因此，本發(fā)明通過亞化學(xué)計(jì)量的條件下操作熔窯，能降低廢氣中大約75%的NOx。
實(shí)施例2用具有類似實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的蓄熱式熔窯進(jìn)行操作，在小爐口的出口過量空氣大約為-7%，在煙囪底部的NOx值大約為275mg/m3引入商品丙烷，逆流至廢氣流經(jīng)冷卻水通過小爐口燃燒器。丙烷氣體相當(dāng)于輸入窯爐用于熔化工藝的熱量的大約15%。在煙囪底部測得的NOx，其值降至大約100mg/m3。
在這說明書中過量空氣和NOx量是以0℃和760mmHg為標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施例1和2中，NOx濃度表示為在濕廢氣中當(dāng)量的NO2，盡管在實(shí)施例3表示為在干廢氣中當(dāng)量的NO2。體積也是以8%氧含量為標(biāo)準(zhǔn)，這合適于干樣品。
實(shí)施例3該NOx降低技術(shù)可應(yīng)用于產(chǎn)生玻璃制品的4小爐口橫火焰熔窯。熔化透明鈉鈣硅玻璃以生產(chǎn)瓶和罐。用重燃料油通過小爐口使窯燃燒。裝有電輔助加熱裝置，使用的裝置平均為650KW。其結(jié)果概括在下表中。通過應(yīng)用后燃燒器使NOx排出物降低，從開始的1795mg/M3降至小于500mg/m3。流入窯的燃料油平均大約1550升/小時(shí)。
表中一列表示原始的狀況，即在小爐口的出口測得的NOx排出物平均為1785mg/m3。在小爐口的平均過量空氣為24%。在煙囪相應(yīng)的NOx排出物為1785mg/m3。過量空氣減少至0%，作有效地化學(xué)計(jì)算，以便為將天然氣在小爐口的出口經(jīng)后燃燒器進(jìn)入廢氣流作準(zhǔn)備。在化學(xué)計(jì)量條件下，在小爐口測得的NOx排出物降至1300mg/m3(在煙囪為1270mg/m3)。
天然氣經(jīng)后燃燒器加到所有4個(gè)小爐口的廢氣流中，分階段地直到8.6%的礦物燃料能供到熔窯。
結(jié)果表明，在應(yīng)用中所需要的后燃燒器燃料的量是4%用于起始除NOx;
6%用于NOx的有效降低;
8%用于達(dá)到＜500mg/m3。
供到熔窯廢氣中的總量為123m3/hr的天然氣，通過側(cè)面小爐口燃燒器供入，所說的側(cè)面小爐口燃燒器作為后燃燒器用。
使用后燃燒器，在小爐口的NOx值降至平均為1175mg/m3，但在煙囪，由于在密封的蓄熱室的NOx降低，其NOx排出物降至＜500mg/m3。某些除NOx反應(yīng)也發(fā)生在蓄熱室的上室，此時(shí)在蓄熱室的頂部NOx值為865mg/m3。
正如從表可以看出，當(dāng)移動表中1至3列的讀數(shù)，CO排出物是穩(wěn)定地升高。如果窯的過量空氣降低到化學(xué)計(jì)量，CO的排出物為1200ppm。
當(dāng)燃料通過后燃燒器加入，在煙囪的CO值升至1830ppm。為試圖從廢氣中除去CO，控制引入到蓄熱室底部的冷空氣量。然而，在蓄熱室底部的溫度不足以得到需要的除CO值，用該方法僅僅勉強(qiáng)地降到1200ppm。
采用高過量空氣燃燒器，以大約900℃的熱空氣供入，用熔窯消耗量4%的燃燒器燃料供給(除去輔助加熱)，蓄熱室底部的廢氣溫度升高。由于在小煙道內(nèi)有限的停留時(shí)間，所需要大約650℃的燒光溫度延伸到主煙道，所以可以達(dá)到所需要的除CO值。在這些條件下，蓄熱室底部的溫度升至大約800℃，CO的排出物降至165ppm。
在降低NOx對熔窯操作的所有改進(jìn)過程中，始終保持玻璃的質(zhì)量和顏色。
相信本發(fā)明的工藝可應(yīng)用于所有生產(chǎn)容器玻璃的熔窯中?？梢韵嘈?，使用本發(fā)明的方法對生產(chǎn)的玻璃質(zhì)量沒有負(fù)作用。
雖然已經(jīng)表明本發(fā)明的方法能使NOx排出物降至低值，甚至低于500mg/m3，但僅僅在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上取得。
很顯然，沒有定形的玻璃質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)定義，不同的廠家和用戶對于它們的產(chǎn)品有不同的質(zhì)量要求?？梢韵嘈?，使用本發(fā)明的方法對任何此種質(zhì)量要求不會有負(fù)作用。
權(quán)利要求
1.一種操作蓄熱式玻璃熔窯的方法，該熔窯用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品，為了使離開熔窯的廢氣中含有最少的NOx排出物，該熔窯具有作為熱交換的密封的蓄熱室，該方法包括，供應(yīng)過量燃料，即超過化學(xué)計(jì)量燃燒所需要的燃料，以保證在要求的生產(chǎn)率下獲得符合質(zhì)量要求的玻璃，并且離開熔窯通過蓄熱室的廢氣含有可燃物，以充足的空氣與所說的可燃物反應(yīng)，以保證排入大氣的廢氣含有允許的可燃物和NOx值。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中密封的蓄熱室包括格子磚砌體結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中在熔化室熔化玻璃，該熔化室在亞化學(xué)計(jì)量的條件下操作，從而可燃物和廢氣一起離開熔化室。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中在熔化室內(nèi)過量空氣量最多為-3%。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中在熔化室內(nèi)過量空氣量在-8%至-10%范圍內(nèi)。
6.按照上述任一權(quán)利要求的方法，其中熔窯是多個(gè)小爐口的熔窯，而化學(xué)計(jì)量一般地沿著熔窯從第一小爐口提高至最后小爐口。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中燃燒條件是，在最后的小爐口其還原小于接近上游的小爐口。
8.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，其中在基本上化學(xué)計(jì)量的條件下，在熔化室熔化玻璃，并且當(dāng)廢氣離開熔化室，進(jìn)入密封的蓄熱室時(shí)將燃料供入廢氣中。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中根據(jù)所供的主燃料，至少有3%過量燃料供到廢氣中。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中根據(jù)所供的主燃料，以從8%至10%范圍的過量燃料供到廢氣中。
11.按照權(quán)利要求8至10任一所述的方法，其中通過置于熔窯的小爐口的附加的專用燃燒器，將燃料供到廢氣中。
12.按照權(quán)利要求8至10任一所述的方法，其中利用燃燒器將燃料供入廢氣中，所說的燃燒器以相反于循環(huán)方向?qū)⒅魅剂瞎┤肴鄹G。
13.按照權(quán)利要求1或2的方法，其中在熔化室熔化玻璃，而熔化室是在亞化學(xué)計(jì)量條件下操作，從而可燃物與廢氣一起離開熔化室，并且當(dāng)廢氣離開熔化室和進(jìn)入密封的蓄熱室時(shí)將附加的燃料供到廢氣中。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中在熔化室內(nèi)，過量空氣量最多為-2%，并根據(jù)所供的主燃料，至少將3%過量燃料供到廢氣中。
15.按照上述任一權(quán)利要求的方法，其中蓄熱室包括格子磚砌體結(jié)構(gòu)，允許過量空氣進(jìn)入格子磚砌體結(jié)構(gòu)的蓄熱室下游，以便保證在廢氣中基本上完全燃燒。
16.按照上述任一權(quán)利要求的方法，其中在煙囪廢氣中的NOx排出物小于500mg/m3，它是在TALuft條件下測得。
17.按照上述任一權(quán)利要求的方法，還包括從蓄熱室的廢氣中除去CO，即通過在溫度大于大約650℃下，燃燒格子磚砌體結(jié)構(gòu)下游的CO。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其中在格子磚砌體結(jié)構(gòu)的下游，具有充足量的空氣使得一氧化碳基本上完全燃燒，它取決于在其中的未燃燒量和取決于一氧化碳的燃燒溫度。
19.按照權(quán)利要求17或18的方法，其中將空氣供入蓄熱室，在格子磚砌體結(jié)構(gòu)的下面。
20.按照權(quán)利要求17至19任一所述的方法，其中在煙囪廢氣的CO排出物小于300mg/m3，在TALuft條件下測得。
21.一種降低從蓄熱式玻璃熔窯排出的廢氣中CO排出物的方法，所說的熔窯用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品，該熔窯具有用作熱交換器的密封的蓄熱室，該方法包括根據(jù)所供燃料需要的燃燒空氣，用大約8%過量空氣燃燒CO，以便將蓄熱室中廢氣的CO除去，并且在大于650℃的溫度下進(jìn)行。
22.一種用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品的蓄熱式玻璃熔窯，它具有包括格子磚砌體結(jié)構(gòu)的密封的蓄熱室，所說的蓄熱室用作熱交換器，該熔窯還具有用于降低離開熔窯的廢氣中NOx排出物的設(shè)備，該設(shè)備包括用于將附加燃料供到廢氣中的裝置，所說廢氣是從熔窯的熔化室排出的，從而煙囪廢氣的NOx排出物降低至小于500mg/m3，在TALuft條件下測得。
23.按照權(quán)利要求22的熔窯，還包括用于將熱空氣供入格子磚砌體結(jié)構(gòu)下面的熱作燃燒器，它使格子磚砌體結(jié)構(gòu)的下面溫度保持至少630℃，以致用熱空氣使CO氧化，從而在煙囪廢氣中的CO排出物降低到小于300mg/m3，在TALuft條件下測得。
24.一種降低廢氣中NOx量的方法，所說廢氣由用于熔化玻璃以生產(chǎn)成形的玻璃制品的蓄熱式熔窯中的燃料燃燒而產(chǎn)生的，該熔窯具有一熔化室和密封的蓄熱室，該方法包括至少在熔化室的一個(gè)點(diǎn)測定廢氣中的可燃物和氧，根據(jù)測定的結(jié)果調(diào)節(jié)燃料和燃燒空氣的供給量，以保證在熔化室內(nèi)，平均的化學(xué)計(jì)量基本上低于完全燃燒所需的量，同時(shí)保證實(shí)際燃燒的部分燃料不小于在熔化室進(jìn)行的熔化和精煉過程需要輸入的熱量，在廢氣離開熔化室后和排入大氣前，將附加的燃燒空氣供入廢氣中，以保證殘留在廢氣中的任何可燃物基本上完全燃燒。
全文摘要
一種操作蓄熱式玻璃熔窯的方法，該熔窯用于熔化玻璃以生產(chǎn)成型的玻璃制品，為了使離開熔窯的廢氣中含有最少的NO
文檔編號C03B5/235GK1092388SQ9312125
公開日1994年9月21日 申請日期1993年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月27日
發(fā)明者R·夸克, D·A·伯德, I·N·W·舒爾瓦, R·W·辛托思 申請人:菲爾金頓玻璃有限公司