專利名稱：玻璃熔爐的回熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃熔爐的回熱器，它同時還用作氣體排放物中的污物收集裝置，以減少灰塵的排放。
玻璃熔爐的管道里面存在大量的氣體排放物。這些排放物在回熱器的進出口之間冷卻的過程中形成灰塵?！盎覊m”一詞指粒子狀排放物，即任何固體(沒有大小限制)或液體(小滴)的有機或無機物質(zhì)。
這些灰塵基本上因化學(xué)物質(zhì)的冷凝而產(chǎn)生，所述化學(xué)物質(zhì)是由生產(chǎn)過程中玻璃槽里的化合物的汽化及再化合而生成的。還可能因為燃料里有雜質(zhì)。在較小的程度上，還可能是因為固態(tài)原料的飛揚而產(chǎn)生的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知，這些灰塵中的一部分，根據(jù)爐的運轉(zhuǎn)條件或多或少地，會在通過回熱器時沉淀下來。這些沉淀物可能會堵塞煙和空氣的通道。直至今日，人們還在致力于發(fā)展蓄熱格子設(shè)計，以限制該堵塞現(xiàn)象的出現(xiàn)。
FR-A-2756820提出了一種傳統(tǒng)蓄熱格子的選擇性加熱法，以疏通因灰塵沉淀而被堵塞的部分。
今天，在許多國家里，現(xiàn)行標準對顆粒物排放的規(guī)定越來越嚴厲，要求盡量減少其排放。
因此，玻璃廠商都得研究新裝置以減少玻璃熔爐產(chǎn)生的顆粒物排放。
目前，采用了好幾種解決辦法。
使用最廣泛的就是靜電沉淀器。這種裝置可收集絕大部分的顆粒排放物，但卻存在嚴重的缺陷。事實上，這類設(shè)備所需的投資及運行費用耗資巨大。另外，酸性氣體會迅速損壞裝置，因此，必須將這些氣體在過濾器作預(yù)先處理，這又有別的約束。
使用的還有布袋收塵器及，更普通地，薄膜濾池。雖然它們可以收集絕大部分的顆粒排放物，但仍存在和前面所述的裝置相同的缺點。另外，這種過濾器在低溫下工作，這使得在過濾器里對煙進行處理時，必需預(yù)先冷卻。最后，添加輔助過濾裝置會對爐子的控制帶來困難，因為過濾裝置會產(chǎn)生壓力損失。
因此，有必要提出一種裝置，該裝置可有效降低玻璃熔爐里排放出的灰塵，且沒有現(xiàn)有系統(tǒng)存在的缺陷。
該需求通過一回熱器蓄熱格子得以實現(xiàn)，所述回熱器蓄熱格子的排列促進、優(yōu)化并控制生成灰塵的物質(zhì)在構(gòu)成蓄熱格子的耐熱件的表面凝結(jié)，當然，蓄熱格子仍然充當熱交換器的角色。
更準確地講，本發(fā)明涉及一玻璃熔爐的回熱器，所述回熱器包括形成一系列通道的多行耐熱元件形成的蓄熱格子，其特征在于，在熱氣體的流動方向上，蓄熱格子包括一個在熱氣體入口處的快速冷卻熱氣體的第一區(qū)；一個冷凝及收集可生成灰塵的化學(xué)物質(zhì)的第二區(qū)，或叫中心區(qū)；一個在冷氣體出口處的排出冷凝物的第三區(qū)，堆疊的耐火元件行構(gòu)成所述中心區(qū)，該中心區(qū)包括至少相鄰兩行，這兩行的通道的正面(surface projetée)比第一和第三區(qū)的通道正面至少小20％。
“通道的正面”是指在俯視圖上耐火壁限定的最大表面。比如，通道的收縮或兩相繼行之間通道的移位，就通過通道正面的減小體現(xiàn)出來。正面必須縮減至少20％，才可獲得有意義的效果。
“行”是指疊放件的層。
有利地是，現(xiàn)有回熱器的蓄熱格子，至少部分地由可疊放的十字形電熔化件實施。
出于研究的需要，我們研制出一種裝置，該裝置可以估算出工業(yè)場所的煙所包含的灰塵的數(shù)量。這是一種水冷不銹采樣管。該裝置可以以等動能(isocinétique)方式，在受控采樣條件下抽取在蓄熱格子里流動的煙的一代表性采樣。固體微粒被收集在一過濾器上，而氣流穿過一系列盛有合適的吸收溶液的洗瓶。分析濾液和清洗溶劑，可以量化已形成的灰塵濃度及可以生成灰塵的蒸氣形式的物質(zhì)的含量。可以在蓄熱格子中所存在的溫度范圍和速度范圍的集合上使用該裝置，從而可跟蹤回熱器室上部和下部之間的變化。
對過濾器上收集的灰塵進行研究，可以證實玻璃熔爐的灰塵是些非常小(低于微米級)的微粒，它們絕大部分由硫酸鈉組成(尤其是當生產(chǎn)的玻璃是鈉-鈣型(sodo-calcique)玻璃時)。該硫酸鈉是蒸氣狀態(tài)的氧化鈉(由原料床處及玻璃槽上方的物質(zhì)汽化形成)與來自燃料及原料的二氧化硫發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。它在約1100℃以下冷凝，然后當煙冷卻時約900℃以下時凝固。這些階段發(fā)生在煙的冷卻過程中，因此如果有回熱器，即發(fā)生在回熱器里。
在蓄熱格子的進口處，二氧化硫及氧化鈉為氣態(tài)。因為蓄熱格子的循環(huán)工作，耐火材料的溫度低于煙的溫度。因此，在通道中央的煙和與耐火壁接觸的煙之間形成一溫度梯度。蓄熱格子元件的溫度一旦低于硫酸鈉的冷凝溫度，耐火件的表面就開始出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。然后，當煙的溫度大致等于硫酸鈉的冷凝溫度時，霧態(tài)硫酸鈉在通道中央自發(fā)冷凝。霧當中的部分熔滴沉積在耐火壁上。當煙的溫度低于硫酸鈉的凝固溫度時，熔滴從液態(tài)轉(zhuǎn)化成固態(tài)。
我們在不同工業(yè)爐上實施的措施使我們得以建立這種灰塵形成機制并使之生效。
此后，我們主要感興趣的是硫酸鈉灰塵；但在大致不同的溫度下，其它物質(zhì)(硫酸鹽、氯化物、堿金屬及堿土金屬的硼酸鹽)也會顯著地產(chǎn)生這類現(xiàn)象。
因此，要通過使用回熱器的蓄熱格子來降低排塵率，所述蓄熱格子必須可使能生成灰塵的化學(xué)物質(zhì)最大程度地在構(gòu)成蓄熱格子的耐火材料上冷凝。
本發(fā)明的目的在于提供可實現(xiàn)此目的的各種方案。與傳統(tǒng)的回熱器(其中的所有蓄熱格子都只是為了實施傳熱)正相反，本發(fā)明的蓄熱格子的各變型都有三個區(qū)，每一區(qū)都有各自的特殊作用。煙通過的第一區(qū)用來調(diào)節(jié)煙的溫度，以使中心區(qū)的效率最大。因此，它尤其涉及將灰塵生成物維持于蒸氣狀態(tài)，使煙的溫度高于但接近這些物質(zhì)的冷凝溫度。該快速熱調(diào)節(jié)必須可以給集現(xiàn)象真正發(fā)生的中心區(qū)留出更大的空間。事實上，該中心區(qū)的各種可能的構(gòu)型是用來加強冷凝，及熔滴在蓄熱格子元件表面的沉積。
第三區(qū)即最后一區(qū)是為了促進冷凝物及因重力流作用(écoulementgravitationnel)來自前述區(qū)的其它沉積物的自然或強制排出。
本發(fā)明的蓄熱格子可采用傳統(tǒng)上的任何鍛燒或融熔耐火元件來實施。在本申請里所列舉的例子使用了歐洲耐火產(chǎn)品公司(SociétéEuropéenne des Produits Réfractaires，SEPR)生產(chǎn)并銷售的十字形電熔元件，用作回熱器室內(nèi)襯。實際上，這些產(chǎn)品非常適合于這種用途，因為它們對煙里的堿性蒸氣的反應(yīng)性相當弱，還能很好地耐高溫及由回熱器的工作而施加的熱循環(huán)。另外，這些部件的熱交換比表面很大，這有利于熱交換，并可達到非常良好的回熱效率。另一方面，組成SEPR的十字形元件的電熔耐火材料特別適合于支持通過熱處理對蓄熱格子進行清掃的操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的回熱器蓄熱格子的垂直剖面簡圖。
圖2是沿圖1中I-I線的根據(jù)本發(fā)明的回熱器蓄熱格子的中心區(qū)一部分的剖面圖。
圖3與圖2類似，但示出了根據(jù)本發(fā)明的一回熱器蓄熱格子的實施變型。
圖4為一垂直剖面簡圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一蓄熱格子中心區(qū)的另一實施變型。
圖5為一剖面簡圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一蓄熱格子中心區(qū)的另一實施變型。
圖1示出了有A、B及C三區(qū)的蓄熱格子。
在熱區(qū)A即煙穿過的第一區(qū)里，使用十字形耐火元件1，所述元件有如EP-B-354844中所述的障礙物或皺褶2。事實上，它們的熱效率相當巨大。煙和耐火壁之間的溫差大。因此，該區(qū)可快速把煙的溫度降至冷凝開始溫度。具有非常巨大的熱效率的任何部件或部件的排列均適合于該區(qū)。如目前的蓄熱格子的情形一樣，所述部件還必須能很好地耐相當高的溫度及攜有侵蝕性化學(xué)物質(zhì)的氣體。所述區(qū)A的高度取決于爐的狀況(牽引(tirée)、過量空氣……)，尤其取決于煙進入蓄熱格子里時的溫度和流量。
在中心區(qū)B里，使用了SEPR的3型和6型光滑十字形元件3。在整個該區(qū)，元件按行進行多種排列，形成許多過渡區(qū)。過渡可以是元件類型(3型或6型)的改變、相同類型的元件的偏移或耐火元件壁上障礙物的存在。該區(qū)B的不同部分闡明了這些可能性。煙的流動受到這些過渡區(qū)的干擾，因此，加強了煙和蓄熱格子元件之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。中心區(qū)B的開始端由相繼的兩行構(gòu)成，它們的通道總正面(即兩行一起算)相對于熱區(qū)A減小了。中心區(qū)的尾端的特點是相繼的兩行的總正面等于或大于熱區(qū)的總正面。在該中心區(qū)內(nèi)，為了有利于過渡效應(yīng)，可以也可以不周期性恢復(fù)到與熱區(qū)相同的寬度。因此，某一行上的正面可能和熱區(qū)里的相等，但對構(gòu)成中心區(qū)的所有行來說，正面會比熱區(qū)的小。中心區(qū)通道至少局部的收縮構(gòu)成本發(fā)明的回熱器蓄熱格子的特征。最好中心區(qū)超過半數(shù)的行參與了中心區(qū)的總正面的縮減。這些“有效”行的最小累積高度必須有1米，以便效應(yīng)有意義。其它任何可增強可生成灰塵的物質(zhì)向壁上遷移的機制的排列方式，尤其是可形成促進質(zhì)量遷移的過渡區(qū)的任何排列方式均適合于所述中心區(qū)B(波形部件、通道的偏移、安放障礙物……)。
冷區(qū)C里使用的元件和中心區(qū)B的相同，但通道更大，以促進冷凝物的流動。這樣就避免了因凝固的冷凝物堆積而導(dǎo)致堵塞的問題。允許冷凝物通過流動而自然排出的任何其它元件或元件的排列也都適合。
根據(jù)本發(fā)明的一變型，可考慮使冷區(qū)C由特別能耐熱循環(huán)及熱沖擊的部件構(gòu)成(無論其形狀和排列方式如何)。事實上，根據(jù)該變型，可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員已掌握的技術(shù)來加熱蓄熱格子以排放出冷凝物。通過定期監(jiān)測，當冷凝物或灰塵的堆積大到妨礙煙通過時，就可以啟動熱疏通。當然，可以用化學(xué)或機械疏通來代替熱疏通。
當然，促進自然流動及熱疏通的設(shè)計可以組合在一起使用。
圖2所示的一蓄熱格子的實施例所使用的管比圖1中A區(qū)的小。圖2中的影線區(qū)4表示通道的正面。事實上，使用更小的通道很有好處，因為這樣就增加了煙/蓄熱格子元件的熱交換表面，意義重大。這可以通過使用雙十字形元件11，即兩個簡單十字形元件通過一翼端部相連所形成的元件而實現(xiàn)，還可以通過這些雙十字形元件在一行里的新排列而實現(xiàn)，按這種排列，一行中的鄰近兩排偏移開半個長度。另外，使用雙十字形元件還有其它優(yōu)點它增加了蓄熱格子的穩(wěn)定性，使不同區(qū)之間的過渡更容易。
在圖3所示出的一實施變型里，通道4′因為十字形元件21的使用而呈矩形，所述十字形元件的相對兩翼比另兩翼短。因此，相對于圖2所示的正方形截面通道，煙/蓄熱格子元件之間的交換表面增加了，這就可加強冷凝現(xiàn)象?？稍黾幽苌苫覊m的物質(zhì)的沉積表面的任何其它元件或元件的排列方式也可滿足中心區(qū)B的要求，仍在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖4還示出了另一實施例，根據(jù)該實施例，通道14周期性地從一行向下一行偏移。這種方案借助通道的偏移，可使煙和耐火材料之間的溫差最大化。溫差的增加有利于把物質(zhì)遷移到壁上，因此可加強灰塵生成物質(zhì)的沉積。另外，這種偏移排列增加了紊流度，這也會強化沉積作用。
圖5示出的蓄熱格子中的通道的輪廓不連續(xù)，表現(xiàn)為流動方向(15)的改變。為實現(xiàn)該不連續(xù)性，可以使用其中兩翼傾斜的十字形元件。隨所述翼的、因此即蓄熱格子里裂口的傾斜角的不同，煙/蓄熱格子元件之間的交換表面可增加4％到13％(若傾斜角為45°)。該交換表面的增加可加強壁上的冷凝。這種設(shè)計，尤其是通道表面的不連續(xù)性還有另一優(yōu)點，即干擾煙的流動，使之在煙/蓄熱格子元件之間的質(zhì)量遷移更強的方向上流動。
所述實施方式示出的不同原理都可使能生成灰塵的化學(xué)物質(zhì)向耐火壁的遷移最大化，這是為了加強所述物質(zhì)在構(gòu)成蓄熱格子的物質(zhì)壁上的沉積。這些實施方式還可把堵塞的危險性降至最低，保持良好的熱效率。另外，這類蓄熱格子還允許通過熱處理來清掃蓄熱格子。
本發(fā)明并不局限于所述的特定實施例；所述各實施例，或其它部件或?qū)嵤┓绞降慕M合也都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.玻璃熔爐的回熱器，包括形成一系列通道的若干行耐熱元件形成的蓄熱格子，其特征在于，蓄熱格子在熱氣體的流動方向上包括在熱氣體入口處的快速冷卻熱氣體的第一區(qū)；冷凝及收集可生成灰塵的化學(xué)物質(zhì)的第二區(qū)，即中心區(qū)；及冷卻氣體出口處的排出冷凝物的第三區(qū)，堆疊的耐火元件行構(gòu)成所述中心區(qū)，該中心區(qū)包括至少相鄰兩行，這兩行的通道的正面比第一和第三區(qū)的通道的正面至少小20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，構(gòu)成第一區(qū)的堆疊耐火元件有一有障礙物的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，中心區(qū)由行構(gòu)成，構(gòu)成所述行的耐火元件從一行向下一行偏移，以干擾氣體的流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，中心區(qū)超過半數(shù)的行參與了中心區(qū)總正面的縮減。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，中心區(qū)的通道至少改變一次方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，第三區(qū)的通道的一個橫斷面至少和中心區(qū)的同樣大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回熱器，其特征在于，構(gòu)成中心區(qū)的行及用來接觸熱氣體的耐火元件的表面大致光滑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的回熱器，其特征在于，堆疊的耐火元件是些十字形元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8其中之一所述的回熱器，其特征在于，堆疊的耐火元件是電熔耐火材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃熔爐的回熱器,包括形成一系列通道的若干行耐熱元件形成的蓄熱格子,其特征在于,蓄熱格子在熱氣體的流動方向上包括:在熱氣體入口處的快速冷卻熱氣體的第一區(qū);冷凝及收集可生成灰塵的化學(xué)物質(zhì)的第二區(qū),即中心區(qū);及冷卻氣體出口處的排出冷凝物的第三區(qū),堆疊的耐火元件行構(gòu)成所述中心區(qū),該中心區(qū)包括至少相鄰兩行,這兩行的通道的正面比第一和第三區(qū)的通道的正面至少小20%。
文檔編號F27D17/00GK1353093SQ0113780
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月7日
發(fā)明者阿蘭·扎諾利, 伊夫·布桑特－魯, 奧利維耶·奇蒂 申請人:圣戈班歐洲設(shè)計研究中心