專(zhuān)利名稱(chēng)：次級(jí)空氣濕度控制器和使用此控制器的玻璃熔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造玻璃的熔爐的次級(jí)空氣濕度控制器。
在具有蓄熱室的玻璃制造熔爐中，廢氣通過(guò)蓄熱室使其中的蓄熱耐火磚吸收熱量。當(dāng)以后改變?nèi)紵较驎r(shí)，用于燃燒的次級(jí)空氣又通過(guò)處于高溫下的蓄熱室，將次級(jí)空氣預(yù)熱并回收廢熱。
為了保持熔爐制造的玻璃制品的高品質(zhì)，希望熔爐的工作條件是穩(wěn)定的。有許多妨害操作穩(wěn)定，改變?nèi)蹱t操作條件的因素。其中一個(gè)因素是鼓風(fēng)進(jìn)入熔爐用于燃燒的次級(jí)空氣的溫度(鼓風(fēng)溫度)發(fā)生變化。
人們?cè)J(rèn)為大氣溫度的變化是鼓風(fēng)溫度變化的因素。在蓄熱室入口處次級(jí)空氣的溫度主要與大氣溫度成正比地變化，引起了鼓風(fēng)溫度的變化。已知有一種措施，它是使用通過(guò)熱交換器的熱空氣，并控制此熱空氣和大氣的混合比，使蓄熱室入口處的次級(jí)空氣的溫度調(diào)節(jié)恒定，從而使鼓風(fēng)溫度穩(wěn)定，以防止大氣溫度變化引起鼓風(fēng)溫度變化。
然而，本發(fā)明人近來(lái)發(fā)現(xiàn)，在一些情況下空氣濕度的變化和大氣溫度的變化一樣也會(huì)影響熔爐中的溫度。這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是基于出現(xiàn)了在下雨時(shí)熔爐中溫度上升的情況。因?yàn)樗梁α巳蹱t的穩(wěn)定操作，所以這是不希望有的現(xiàn)象。
仔細(xì)研究的結(jié)果表明，在玻璃熔體的產(chǎn)量大約是200噸/天的熔爐中，由于大氣濕度變化引起的鼓風(fēng)溫度變化，其變化范圍可高達(dá)10℃，視一天中濕度變化的情況而異。
雖然濕度變化對(duì)熔爐影響的機(jī)理尚不清楚，但可作如下推測(cè)在蓄熱室中熱量從熾熱的耐火磚傳給次級(jí)空氣，使次級(jí)空氣加熱，這主要是通過(guò)接觸的對(duì)流熱傳遞而實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)榇蟛糠中顭崮突鸫u的溫度超過(guò)1000℃，所以可以認(rèn)為，隨同水蒸汽濃度(即濕度)變化，水蒸汽幅射的熱量就變化，因而使總的熱傳遞產(chǎn)生變化。
具體說(shuō)來(lái)，可以認(rèn)為H2O濃度高，因幅射引起的從蓄熱耐火磚向次級(jí)空氣的熱傳遞就增加，H2O濃度低，則因幅射引起的熱傳遞就減少，結(jié)果導(dǎo)致通過(guò)蓄熱室的次級(jí)空氣溫度產(chǎn)生變化。雖然大氣中含有CO2作為其它的幅射組分，但因?yàn)榇髿庵蠧O2含量的變化很小，不象蒸汽那樣，所以CO2不能成為次級(jí)空氣溫度變化的一個(gè)因素。
本發(fā)明的目的就是防止由于大氣濕度的變化引起的熔爐中雖微小但有害的溫度變化，其原因雖然尚未搞清楚，但卻是需要解決的。
本發(fā)明就是解決上述問(wèn)題的，本發(fā)明提供了一種次級(jí)空氣濕度控制器，它包括一濕度傳感器，用于檢測(cè)玻璃熔爐中燃燒用的次級(jí)空氣的濕度；還包括一增濕器，它安裝在濕度傳感器的上風(fēng)位置，對(duì)次級(jí)空氣提供水分，從而使?jié)穸葌鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)達(dá)到預(yù)定的值。
在本發(fā)明中，濕度傳感器最好是通過(guò)供給次級(jí)空氣的風(fēng)道的管壁安裝進(jìn)去，而增濕器最好則是通過(guò)風(fēng)道的管壁在濕度傳感器的上風(fēng)位置安裝進(jìn)去。
為了控制濕度引起的幅射傳熱，從而穩(wěn)定次級(jí)空氣溫度的變化，宜控制增濕器使來(lái)自濕度傳感器的輸出指示在5-25g/Nm3的絕對(duì)濕度，1Nm3是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1m3的體積。具體說(shuō)來(lái)，在室外空氣溫度較低且濕度較低的日本冬季以及在室外空氣具有這樣條件的情況下，宜控制增濕器使絕對(duì)濕度達(dá)到大約5-10g/Nm3。在日本的春季或秋季以及在室外空氣象春季或秋季的情況，宜控制增濕器使絕對(duì)濕度達(dá)到大約10-20g/Nm3。在室外空氣溫度較高且濕度較高的日本夏季以及在室外空氣具有這樣條件的情況下，宜控制增濕器使絕對(duì)濕度達(dá)到大約20-25g/Nm3。
本發(fā)明也提供了一種采用此種次級(jí)空氣濕度控制器的玻璃熔爐。具有此種次級(jí)空氣濕度控制器的玻璃熔爐可以最終穩(wěn)定次級(jí)空氣溫度的變化，使熔爐操作穩(wěn)定，它的優(yōu)點(diǎn)是燃料減少節(jié)約了能源，穩(wěn)定的操作減少了玻璃熔體中的缺陷。
在本發(fā)明中，玻璃熔爐最好采用蓄熱室，在燃燒前對(duì)次級(jí)空氣加熱。本發(fā)明也可使用一種間壁換熱式玻璃熔爐，由熱交換器對(duì)次級(jí)空氣加熱，爐內(nèi)沒(méi)有蓄熱室。本發(fā)明還可使用一種既裝有蓄熱室也裝有熱交換器的玻璃熔爐。
在本發(fā)明的次級(jí)空氣濕度控制器中，增濕器最好安裝在供給次級(jí)空氣的風(fēng)道中，而濕度傳感器最好安裝在風(fēng)道中增濕器的下風(fēng)位置，對(duì)增濕作用實(shí)行反饋控制。也可用其它的結(jié)構(gòu)或方法控制增濕作用。
對(duì)于增濕器，蒸汽最好是從一噴嘴噴出，因?yàn)槿绻渭?jí)空氣的量很大，則需要大量增濕。也可使用其它裝置，只要它們具有足夠的增濕容量。
確定安裝濕度傳感器的位置，需使得由增濕器所加的水份與次級(jí)空氣充分混合，使其中濕度均勻。雖然理想的是將所需的濕度設(shè)定為絕對(duì)濕度，但如果次級(jí)空氣的溫度控制恒定，則它也可設(shè)定為相對(duì)濕度。
如果目標(biāo)是要補(bǔ)償大氣濕度變化的影響，則設(shè)定為所需濕度的絕對(duì)濕度應(yīng)整年不變化?？砂讶毡臼⑾牡母邼穸认掠隁夂蜃鳛闅w零校正，從而將所需濕度設(shè)定為大約25g/Nm3。于是，所需用的濕度控制范圍就得很寬，增濕器也應(yīng)具有足夠的容量，因?yàn)樵谌毡径镜蜐穸鹊臍夂驐l件下，絕對(duì)濕度大約只有1g/Nm3。例如，如果次級(jí)空氣的流量是15000Nm3/h，則增濕容量必須是15000×25＝375kg/h。
設(shè)定為所需濕度的絕對(duì)濕度最好可以隨季節(jié)或其它因素而變化。例如，當(dāng)增濕器的容量有限因而不能獲得所需濕度的情況，或次級(jí)空氣的溫度太低以致會(huì)引起風(fēng)道中水份冷凝的情況。在此情況下，最低限度應(yīng)可將濕度的控制變量設(shè)定得能補(bǔ)償大約5-7g/Nm3，它是雨天和晴天大氣濕度之差。濕度控制容量至少需為5g/Nm3，最好大于10g/Nm3。例如，如果次級(jí)空氣的流量是15000Nm3/h，則濕度容量必須是15000×10＝150kg/h。
本發(fā)明的次級(jí)空氣濕度控制器不僅廣泛適用于補(bǔ)償大氣濕度中的變化，將濕度進(jìn)行恒定控制，而且可用于其它控制，例如通過(guò)提高蓄熱室中的廢熱回收效率來(lái)節(jié)約能源，或調(diào)整預(yù)熱的次級(jí)空氣所攜帶的顯熱進(jìn)行熔爐溫度的控制。
依據(jù)本發(fā)明，當(dāng)加入次級(jí)空氣的H2O分子通過(guò)蓄熱室和熱交換器等次級(jí)空氣加熱器或通過(guò)處于高溫的次級(jí)空氣風(fēng)道時(shí)，分子就從蓄熱耐火磚熱交換器的內(nèi)壁或加熱到超過(guò)1000℃的次級(jí)空氣熱風(fēng)道的內(nèi)壁接受輻射傳來(lái)的熱量。這是因?yàn)榉肿邮欠湫越M分。可把次級(jí)空氣中H2O的濃度調(diào)節(jié)恒定，從而使輻射所傳輸?shù)臒崃康牧亢愣ǎ乐构娘L(fēng)溫度的變化。
通過(guò)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，不難對(duì)本發(fā)明以及它帶來(lái)的許多優(yōu)點(diǎn)獲得更好的了解以及更充分的評(píng)價(jià)。


圖1是本發(fā)明次級(jí)空氣濕度控制器一種實(shí)施例的方框圖；圖2是依據(jù)此實(shí)施例對(duì)次級(jí)空氣增濕時(shí)，玻璃熔爐頂部溫度變化的圖；圖3是依據(jù)此實(shí)施例對(duì)次級(jí)空氣增濕時(shí)，次級(jí)空氣鼓風(fēng)溫度變化的圖(其中鼓風(fēng)溫度之間的差＝經(jīng)增濕時(shí)的鼓風(fēng)溫度—沒(méi)有增濕時(shí)的鼓風(fēng)溫度；增濕時(shí)的絕對(duì)濕度是7.0g/Nm3，沒(méi)有增濕時(shí)的絕對(duì)濕度是1.0g/Nm3)。
現(xiàn)在，參考附圖所示的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1表示的是本發(fā)明次級(jí)空氣濕度控制器一個(gè)實(shí)施例示意結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)1代表一噴嘴型增濕器，它是蒸汽噴射型的。有一根保持熱量用的蒸汽管道2與增濕器管道緊靠著，它的作用是防止冷卻產(chǎn)生冷凝水。增濕器1的噴嘴部分通過(guò)風(fēng)道的側(cè)壁插入次級(jí)空氣風(fēng)道3，進(jìn)行對(duì)次級(jí)空氣增濕。
溫度和濕度傳感器4是安裝遠(yuǎn)在增濕器1的下風(fēng)位置(大約15m距離)，也是通過(guò)側(cè)壁裝入風(fēng)道的，傳感器之所以裝在下風(fēng)位置，是因?yàn)樗詈檬且獧z測(cè)來(lái)自增濕器的蒸汽與要調(diào)節(jié)其濕度的次級(jí)空氣5充分混合后的濕度。傳感器提供以相對(duì)濕度表示的濕度輸出6。濕度輸出與來(lái)自傳感器的溫度輸出一起被輸入指示控制器8，此濕度輸出然后轉(zhuǎn)換成絕對(duì)濕度。
指示控制器8計(jì)算出所得絕對(duì)濕度和所需值之間的偏差，以確定輸出到蒸汽調(diào)節(jié)閥10的控制變量9。指示控制器8中有一個(gè)系統(tǒng)，在濕度的實(shí)際值和所需值之間的偏差超過(guò)一預(yù)定的量時(shí)或蒸汽流量表11指示的值超過(guò)某指定值時(shí)，該系統(tǒng)就發(fā)出警報(bào)。蒸汽調(diào)節(jié)閥10就根據(jù)來(lái)自指示控制器8的信號(hào)調(diào)節(jié)閥的位置，使增濕蒸汽的流量產(chǎn)生變化。
圖2中表示了熔爐頂部的溫度變化，它是在通過(guò)逐步增濕調(diào)節(jié)次級(jí)空氣濕度時(shí)測(cè)量的。頂部的溫度變化是由在玻璃熔爐中三個(gè)燃料油燃燒器(#1-#3噴口)上方位置測(cè)量的溫度來(lái)表示的。在圖2中，橫軸是時(shí)間(小時(shí))，縱軸是對(duì)于增濕前平均溫度的偏差(℃)。
在這一實(shí)施例中，在估計(jì)雨天和晴天的濕度之差的情況下進(jìn)行了測(cè)量。把濕度設(shè)定在與氣候條件引起的變化范圍相同的水平上。結(jié)果表明，頂部的溫度隨增濕的開(kāi)始而上升，在增濕結(jié)束后大約30分鐘溫度達(dá)到最大值，然后溫度下降。30分鐘的時(shí)間間隔是在耐火磚中從熔爐頂部的后面熱傳遞到熱電偶所需的時(shí)間。頂部的溫度實(shí)際上是在增濕的同時(shí)開(kāi)始上升的。
雖然溫度只增加大約2℃，但可以認(rèn)為如果繼續(xù)增濕，則頂部的溫度還可上升，因?yàn)檫€沒(méi)有達(dá)到平衡。
圖3表示由真空高溫計(jì)在以上所述增濕條件下測(cè)量的蓄熱室上端的鼓風(fēng)溫度在增濕前后的溫度差。增濕前次級(jí)空氣的絕對(duì)濕度是1g/Nm3，而增濕后這個(gè)濕度是7g/Nm3。在圖3中，橫軸是時(shí)間(秒)，縱軸是鼓風(fēng)溫度(℃)之差。該圖表示了燃燒方向進(jìn)行改變的一個(gè)循環(huán)期間鼓風(fēng)溫度之差的變化。
此圖表明，在燃燒方向變化后的最初階段，增濕作用特別明顯，因?yàn)樵摃r(shí)耐火磚正處于高溫，隨著時(shí)間推移，溫差逐漸變小。已經(jīng)確定，平均溫差是8℃。
這些結(jié)果清楚地表明大氣濕度的變化對(duì)于熔爐的操作條件有很大影響，每天都產(chǎn)生這樣的變化。
為了補(bǔ)償大氣濕度的變化，對(duì)次級(jí)空氣實(shí)行了濕度控制，這時(shí)要考慮到上述的逐步響應(yīng)。在冬季把所需的次級(jí)空氣絕對(duì)濕度的值設(shè)定在15g/Nm3保持恒定，而每個(gè)季節(jié)對(duì)所需的值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
結(jié)果，當(dāng)實(shí)行濕度恒定的控制時(shí)，就可使操作條件非常穩(wěn)定，一天之內(nèi)熔爐頂部溫度的變化低于1℃；而當(dāng)不控制次級(jí)空氣濕度時(shí)頂部溫度的平均變化為4℃。此外已經(jīng)證實(shí)，通過(guò)增加鼓風(fēng)溫度，增加了次級(jí)空氣帶入熔爐的顯熱，結(jié)果可平均節(jié)約燃料油20l/h。
依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制次級(jí)空氣中的濕度使蓄熱室中水分子引起的幅射傳熱保持恒數(shù)，可防止蓄熱式玻璃熔爐中由于大氣濕度的變化引起的雖然微小但有害的溫度變化，這個(gè)問(wèn)題迄今是尚未解決的。本發(fā)明這個(gè)裝置的優(yōu)點(diǎn)是能使熔爐操作穩(wěn)定。此外，還有的優(yōu)點(diǎn)是燃料的減少可節(jié)約能源，而且熔爐操作穩(wěn)定也減少了玻璃熔體中的缺陷。
很明顯，根據(jù)以上的說(shuō)明，對(duì)本發(fā)明還可以進(jìn)行不少的改變和變化。因此不難理解，在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，可以與說(shuō)明書(shū)特定的描述有所不同來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種次級(jí)空氣濕度控制器，其特征在于，它包括濕度傳感器，檢測(cè)玻璃熔爐中用于燃燒的次級(jí)空氣中的濕度；以及增濕器，安裝在濕度傳感器的上風(fēng)位置，對(duì)次級(jí)空氣提供水分，使得來(lái)自濕度傳感器的輸出達(dá)到預(yù)定的值。
2.如權(quán)利要求1所述的次級(jí)空氣濕度控制器，其特征在于，其濕度傳感器是穿過(guò)供給次級(jí)空氣的風(fēng)道的側(cè)壁裝入其中的，而增濕器是在風(fēng)道中濕度傳感器的上風(fēng)位置穿過(guò)側(cè)壁裝入其中的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的次級(jí)空氣濕度控制器，其特征在于，應(yīng)對(duì)增濕器進(jìn)行控制，使得濕度傳感器的輸出指示出一基本上恒定的絕對(duì)濕度，其值的范圍為5-25g/Nm3。
4.一種玻璃熔爐，其特征在于，它裝有權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所限定的次級(jí)空氣濕度控制器。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種次級(jí)空氣濕度控制器和使用它的玻璃熔爐。此次級(jí)空氣濕度控制器包括濕度傳感器，它檢測(cè)玻璃熔爐中用于燃燒的次級(jí)空氣的濕度；以及增濕器，它安裝在濕度傳感器的上風(fēng)位置，它對(duì)次級(jí)空氣提供水分，使來(lái)自濕度傳感器的輸出達(dá)到預(yù)定的值。
文檔編號(hào)G05D22/02GK1137643SQ96104418
公開(kāi)日1996年12月11日 申請(qǐng)日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月30日
發(fā)明者等等力宏, 寺尾一郎 申請(qǐng)人:旭硝子株式會(huì)社