[發(fā)明專利]用于氧氣的熱交換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310057899.6
• 申請日: 2008-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN103121789B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: O·杜尚;E·博德萊;B·勒魯;G·康斯坦丁;R·特西亞瓦;B·西蒙斯
• 申請（專利權(quán)）人: 旭硝子歐洲玻璃公司;液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司
• 主分類號(hào): C03B5/237
• 分類號(hào): C03B5/237
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 黃必青

本申請是名稱為“用于氧氣的熱交換器”、國際申請日為2008年5月7日、國際申請?zhí)枮镻CT/EP2008/055615、國家申請?zhí)枮?00880019510.6的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于加熱氧氣或富氧氣體的熱交換器，這些氧氣或富氧氣體用于供給玻璃熔爐的燃燒器。

背景技術(shù)

玻璃熔爐，包括那些生產(chǎn)能力最大的熔爐、即給生產(chǎn)平板玻璃的“浮法”生產(chǎn)線供料的爐子，一般都配備使用礦物燃料和空氣的燃燒器。鑒于能量消耗巨大，選擇這種能源是出于經(jīng)濟(jì)原因。作為提示，日產(chǎn)玻璃600和900噸之間的常規(guī)熔爐需要大約50至80兆瓦的可用功率。

使用這些爐子不僅導(dǎo)致巨大的能源消耗，而且還導(dǎo)致非常可觀的燃燒產(chǎn)生的氣體(下稱“燃燒氣體”)的排放。出于這些原因，為了最大可能地降低能源成本及處理這些燃燒氣體的成本，人們一直在做努力。

目前最普遍的將空氣作為助燃劑的做法不會(huì)使能源消耗達(dá)到最低，因?yàn)榭諝庵械牡脖惶嵘胶芨叩臏囟龋⒁虼宋杖紵尫诺南喈?dāng)部分的能量，一部分能量被丟失，盡管煙被回收。此外，氮的存在以眾所周知的方式導(dǎo)致氧化物的形成，而氧化物是酸雨的成因。

出于這些原因，采用了不使用空氣而使用氧氣或富氧氣體的方法，并且已經(jīng)找到幾個(gè)應(yīng)用。

然而氧氣的系統(tǒng)運(yùn)用遇到了實(shí)際應(yīng)用上和經(jīng)濟(jì)上的困難。對于經(jīng)濟(jì)困難，首先是所需氧氣的成本。能量分配的收益應(yīng)該不僅是補(bǔ)償氧 氣的附加成本。特定設(shè)備的投資在系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性中也很重要，這涉及到燃燒器、供氣或者如下面要探討的交換器。實(shí)際上，這些大規(guī)模系統(tǒng)的氧氣連續(xù)供給需要現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備或輸氣管線，兩者都會(huì)導(dǎo)致巨大的投資。

鑒于使用氧氣或富氧氣體要承擔(dān)的費(fèi)用，在這些玻璃熔爐中，為了達(dá)到令人滿意的經(jīng)濟(jì)平衡，必須優(yōu)化所進(jìn)行的選擇。

最佳的能量分配需要使燃燒器以氧氣和預(yù)熱的燃料來工作，這種預(yù)熱使用至少一部分燃燒氣體。

盡管使用熱氧氣是極力推薦的，但無論是設(shè)備結(jié)構(gòu)還是其運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)施上都需要新的方案。用于燃燒器的空氣傳統(tǒng)上都在換熱器中預(yù)熱。這里涉及襯有耐火材料的塔，首先在第一階段，讓燃燒氣體在塔內(nèi)通過以加熱耐火材料，然后在第二階段，讓燃燒中使用的空氣通過，以便得到再加熱。這些時(shí)間上的交替使?fàn)t子的結(jié)構(gòu)非常特殊。燃燒器就這樣處于融化池的兩邊，和與其相連且通常位于工作燃燒器相對一邊的換熱器一樣。

不可能用換熱器來再加熱氧氣。換熱器一般都處于燃燒氣體攜帶的微粒沉淀處，即使這些氣體事先經(jīng)過除塵。熱氧氣與這些沉淀物的接觸并不是沒有危險(xiǎn)的。此外，很難保證這些換熱器的良好密封。空氣流經(jīng)以及可能的泄漏沒有危險(xiǎn)，但涉及到氧氣就不同了。

熱交換器的使用還提出了與熱氧氣接觸的材料耐受性的棘手問題。面對這些困難，并且鑒于經(jīng)濟(jì)上的制約，在大容量玻璃熔爐這樣的大型設(shè)備中，熱氧氣的使用尚未找到有意義的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提出一些方案，使得氧氣或富含熱氧氣的氣體在玻璃熔爐、特別是大容量爐子的燃燒器中的應(yīng)用具有吸用力。本發(fā)明還提出一些方案，使得這種運(yùn)用足夠可靠，盡管使用高溫氧氣伴隨的是特殊的技術(shù)要求。

與氧氣使用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)從溫度上升時(shí)開始出現(xiàn)，發(fā)明人將所有的 注意力集中在與這種熱氧氣接觸的裝置上，并且特別是交換器，這些交換器密閉了大量氧氣，并且由于維護(hù)或修理干預(yù)的困難，其結(jié)構(gòu)必須使其能夠在很長時(shí)期內(nèi)無故障地運(yùn)轉(zhuǎn)。

前面與熱氧氣使用相關(guān)的考慮也適用于氣體混合物，特別是與空氣的混合物，其中的氧氣含量足夠高。實(shí)際上，為了使這些混合氣體的使用具有優(yōu)勢，其氧氣含量要不低于50％。該條件適用于下面描述的本發(fā)明。最好，本發(fā)明應(yīng)用于氧氣含量至少為80％的氣體混合物。

根據(jù)本發(fā)明，用于供給爐子燃燒器的氧氣或富氧氣體的加熱在交換器中進(jìn)行，交換器的交換功率被有意限制，不會(huì)使氧氣或富氧氣體達(dá)到的溫度降到最低。

為了充分享受能量分配的好處，交換器出口處的氧氣或富氧氣體的溫度不低于300℃，并且最好不低于400℃，并且根據(jù)本發(fā)明，為了使氧氣達(dá)到這些溫度，交換器內(nèi)的交換功率在20和300千瓦之間，最好在40和250千瓦之間，并且特別最好是在80和170千瓦之間。

功率低于推薦功率是不經(jīng)濟(jì)的，并且會(huì)使系統(tǒng)競爭力低下。更高的功率可能會(huì)在這些交換器使用的方便性并且特別是安全性方面造成困難。

在傳統(tǒng)的玻璃熔爐中，至少對于那些大容量的爐子，所使用的燃燒器的功率很大，大約為1至6兆瓦，造成的氧氣消耗大約為每小時(shí)200至1200Nm³氧氣。