监控玻璃熔体表面上泡界线位置的系统和方法及玻璃窑炉技术方案

本发明专利技术公开了一种监控玻璃熔体表面上泡界线位置的系统和方法及玻璃窑炉。该系统包括：设置在玻璃窑炉内的泡沫监测装置，该泡沫监测装置配置成监测玻璃熔体表面上的预定监测点处的泡沫相关信息；和与所述泡沫监测装置通信连接的控制装置，所述控制装置配置成根据来自所述泡沫监测装置的泡沫相关信息判断在所述预定监测点处是否存在泡沫及是否输出相应的控制信号。本发明专利技术可通过泡沫监测装置对窑炉内不同位置的玻璃液面进行实时及分级监测，在泡界线超过目标泡界线或接近窑炉热点时及时准确地报警，以及通过调节装置调控窑炉的操作参数，减少泡沫，控制泡界线位置；尤其适用于玻璃窑炉内玻璃熔体液面上的泡界线位置或大片泡沫位置的实时监测及预警。

【技术实现步骤摘要】
监控玻璃熔体表面上泡界线位置的系统和方法及玻璃窑炉
本专利技术涉及了一种用于监控/监测玻璃窑炉内的玻璃熔体表面或液面上的泡界线位置的系统和方法，具体来说，涉及一种用于玻璃窑炉内监测玻璃熔体液面上的泡界线位置或大片泡沫位置的实时监测系统和监测方法。
技术介绍
在玻璃生产过程中，由于硅砂、硫酸盐、碳酸盐等原料在高温分解、熔化过程中会释放SO2、H2O、CO2等气体大量气体，还有一些气体，是通过配合料自然携带或由燃烧热源引入熔融玻璃的。多数气体在最初的熔融相中就已经逸出，但也有一些被裹在熔体里形成分散的气体掺杂物，就是所谓的气泡或灰泡。在熔融操作阶段就是所谓“澄清”或“精炼”阶段给予足够的时间，这些气体掺杂物就会升到表面并从熔体中逸出。气泡上升至玻璃液表面后大量停滞在玻璃液表面，外观表现为泡沫层。普通玻璃窑炉的泡沫层覆盖了玻璃窑炉熔化区三分之一左右的面积，其泡层厚度约为10mm-100mm。泡沫的存在可以阻止热量从玻璃熔炉的热源传递到初始原材料和/或存在于泡沫下面的熔融材料。在常规系统中，热源通常因此必须提供额外的热量以补偿泡沫的隔热效果。泡沫的存在会增加玻璃熔炉的操作成本，影响着玻璃产品的合格率。在有火焰加热的玻璃窑炉中，泡沫会反射大量热量，造成热量浪费的同时也会加速熔窑耐火材料侵蚀，影响窑炉的使用寿命和/或增加特定废气(例如NOx气体和有毒金属氧化物气体)的产生。当以大规模和高产量从玻璃熔体制造玻璃产品的某些条件下，例如原材料粒度水分的变化或者窑炉温度制度变化时，玻璃熔体上的泡沫层会变得很厚，会拖得很长，对生产造成很大危害。无论使用氧气烧嘴还是空气烧嘴，都要求抑制或消除玻璃熔体上的泡沫层。鉴于上述情况，减少玻璃熔炉中的泡沫可以提高能量的利用效率。据估计，在美国燃烧加热的玻璃熔炉中去除大约一半泡沫的累积影响可能导致每年节能高达12至14万亿BTU。最初的全氧玻璃窑炉没有相对有效的装置来除气泡，主要根据玻璃气泡的浮力作用到玻璃表面，自然除去。在产品形成过程中，大部分的泡沫在玻璃液表面突破表面张力而破裂逸出，但仍然存在有少量泡沫，因无法突破玻璃张力而伴随生产流形成开口泡和长形气泡欠点。因此，整个玻璃的质量就会逊色很多，高质量的玻璃始终难以成型。一般通过添加消泡剂引起泡沫表面聚合和/或打断泡沫薄膜的表面张力使它们破裂，目前最常用的消泡剂是碱金属化合物或含有钛或铝或铈等金属的化合物。或者设置鼓泡器，通过气体搅拌加速玻璃液的澄清与均化，并将熔化区分成两个单独的循环区域，形成两个反方向流动的“环流”，前面的环流有着阻挡玻璃液回流的作用，后边的环流迫使配合料较长时间滞留在熔化区域中，进行充分熔化，鼓泡器一般置于泡界线的下游有助于稳定或控制泡沫位置，从而提高玻璃的熔化质量。在玻璃窑炉中，从上游端的原料进口连续送入玻璃原料，在玻璃窑炉两侧设置燃烧器，燃烧器一般为使用天然气等气体燃料或化石类固体燃料作为燃料的空气燃烧器或氧气燃烧器。玻璃原料由燃烧器喷出的火焰所熔化，待原料熔化后，形成的玻璃熔体充分澄清，再由下游端取出，形成特定形状的玻璃产品。其中空气燃烧器是以空气为燃烧氧源，氧气燃烧器是以富氧空气或纯氧气体作为燃烧氧源。图1为玻璃窑炉的俯视示意图，图1a是正常状态下的泡界线，其中1为玻璃窑炉，2为加料端，3为料山线，4为目标泡界线(理想状态，实测泡界线7与目标泡界线一致)，5为泡沫区，6为鼓泡器，8为热点，9为镜面区。玻璃原料从加料端2加入，在投料的推进过程中，由燃烧器喷出的火焰加热原料层表面使其逐渐熔化，原料层边前进边被熔化，未融化的玻璃原料沿原料进口向窑炉中心部分前进方向逐渐减少，然后在进料量与其熔化速率相等的位置消失，这条原料消失的边界线一般称为料山线，参见图1a中的3。在原料层消失区域的周围，由于原料反应而形成泡沫，形成的泡沫区从原料层消失的部位延伸到熔炉内玻璃液温度最高的部位(热点，参见图1a的8)，覆盖在玻璃熔体的表面。由于热点与加料端之间存在的温度差，热点处表层玻璃液向加料端方向存在回流，两种力量共同作用，在热点之前气泡逐渐消失变为玻璃液镜面的部位，形成一条明显的界限，即泡界线，参见图1中1a的4。在泡界线的下游设置有鼓泡器6。在玻璃窑炉内，一般肉眼观测热点位置在泡界线外镜面区距离泡界线约1-3米左右的位置，不同类型窑炉的泡界线形状会有所不同。玻璃熔体液面上的泡沫区一般是指从上游侧料山线开始至下游侧泡界线为止的一段区域。在一些操作条件下，泡沫区会随着泡沫的增加向下游移动铺展。在玻璃窑炉正常作业情况下，加料机向炉内的推力、出料流的牵引力以及由于温度差异导致的玻璃熔体对流形成的热点处向加料端方向的作用力，会达成一种动态的平衡。这种平衡使得料山线以及泡界线的位置相对固定。在设计玻璃窑炉时，会根据物料特性及窑炉参数计算出目标料山线和目标泡界线(参见图1中1a的4)的位置。泡界线稳定是玻璃熔制过程中最关键的因素之一，料山线和泡界线波动成为影响整体熔化工艺稳定的关键要因。玻璃熔化过程的一个重要要求就是泡界线稳定且不能超过热点，否则玻璃质量就会严重恶化。泡界线越稳定、清晰，玻璃质量就越好，工艺带越宽，能够经得起较大的波动，但同时所需控制措施或能耗就越多。在玻璃熔体表面存在处于不同位置的泡界线，参见图1，其中1a是正常状态下的泡界线(即目标泡界线4)，1b是向下游扩展的泡界线7，1c是向下游严重扩展的泡界线，1d是泡沫覆盖整个玻璃窑炉的熔化池表面的极端情况，1e是向上游退缩的泡界线。综上所述，在玻璃窑炉中，泡界线稳定是玻璃熔化控制的根本，料山线和泡界线的波动成为影响整体熔化工艺稳定的关键要因。玻璃熔化过程中的理想状态就是控制泡界线稳定且不能超过热点，否则玻璃质量就会出现严重恶化。泡界线越稳定、越清晰，玻璃质量就越好，工艺带就越宽，能够经得起较大的波动，但同时所需控制措施或能耗就越多。从中国技术专利CN204369749U获知，一种全氧玻璃窑炉除气泡装置，包括：抽液装置、加压罐、压缩空气供气管路与喷枪；所述抽液装置通过管道与所述加压罐连接，所述加压罐通过管路与所述喷枪连接；所述压缩空气供气管路设置两路，一路与所述加压罐连接，另一路连接所述喷枪。可将雾化的消泡燃烧液输送至窑炉内燃烧，使窑炉的气压产生变化，破坏玻璃液表面的应力，使玻璃液表面的泡沫自动破裂，达到清除玻璃表面泡沫层的目的，大大提高了玻璃的质量。中国专利技术专利CN101437764B提供了一种高效地除去残存于熔融玻璃表面的气泡的方法、除泡装置及使用上述除泡方法的玻璃的制造方法，以规定的角度对熔融玻璃表面的浮游气泡照射至少1束激光束，解决玻璃基板制造时残存于熔融玻璃表面的气泡在成形时被卷入内部后成为内部气泡的问题，可提供品质良好的玻璃基板，并且可提高玻璃基板的生产性。美国专利申请US6795484B1公开了一种用于减少或去除存在于玻璃熔炉中的泡沫的方法，其包括将从至少一个超声能量源发出的超声能量提供给位于玻璃熔炉中的熔融材料表面上方的泡沫，超声能有效地减少或去除至少一部分泡沫。中国专利技术专利CN1007059B中给出了一种用于真空澄清玻璃料的泡沫控制方法，在真空澄清熔融玻璃或类似物工艺中，采用在泡沫上施加泡沫破裂物质的方法加速泡沫的破灭。该泡沫破裂物质包括水、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监控玻璃熔体表面上的泡界线位置的系统，其特征在于，该系统包括：设置在玻璃窑炉内的泡沫监测装置，所述泡沫监测装置配置成监测玻璃熔体表面上的预定监测点处的泡沫相关信息；和与所述泡沫监测装置通信连接的控制装置，所述控制装置配置成根据来自所述泡沫监测装置的泡沫相关信息判断在所述预定监测点处是否存在泡沫及是否输出相应的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种监控玻璃熔体表面上的泡界线位置的系统，其特征在于，该系统包括：设置在玻璃窑炉内的泡沫监测装置，所述泡沫监测装置配置成监测玻璃熔体表面上的预定监测点处的泡沫相关信息；和与所述泡沫监测装置通信连接的控制装置，所述控制装置配置成根据来自所述泡沫监测装置的泡沫相关信息判断在所述预定监测点处是否存在泡沫及是否输出相应的控制信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泡沫监测装置包括设置在玻璃熔体表面上方的至少一对激光光源和光电元件，所述激光光源配置成将光线发射到玻璃熔体表面上的所述预定监测点处，所述光电元件配置成使得其仅在所述预定监测点处无泡沫的情况下才能够接收到所述光线在玻璃熔体表面上的反射光并生成对应的电信号，所述泡沫相关信息包括所述电信号的有无，并且所述控制装置与所述光电元件通信连接并且配置成在未接收到所述光电元件发出的电信号时判定为所述预定监测点处存在泡沫并生成对应该监测点的第一控制信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泡沫监测装置包括耐高温摄像设备，所述耐高温摄像设备对玻璃熔体表面上的所述预定监测点进行摄像并将所摄取的图像作为所述泡沫相关信息传送给所述控制装置，并且所述控制装置配置成对所接收到的图像进行分析以判断所述预定监测点处是否存在泡沫，并且在判定为所述预定监测点处存在泡沫时生成对应该监测点的第一控制信号。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，还包括与所述控制装置通信连接的报警装置和/或调节装置，所述报警装置配置成在从所述控制装置接收到所述第一控制信号时发出警报，所述调节装置配置成在从所述控制装置接收到所述第一控制信号时调节玻璃窑炉的操作参数以调节玻璃熔体表面上的泡界线位置。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述预定监测点设置在玻璃熔体表面的泡沫区和/或镜面区内，尤其是设置在以下所述的一个或多个位置处：沿玻璃熔体的流动方向位于目标泡界线下游的第一位置，该第一位置优选地在距离目标泡界线0-50cm的范围内，更优选地在距离目标泡界线30-50cm的范围内；沿玻璃熔体的流动方向位于玻璃窑炉热点上游的第三位置，该第三位置优选地在距离玻璃窑炉热点1-50cm的范围内，更优选地在距离玻璃窑炉热点30-50cm的范围内；和位于所述第一和第三位置之间的第二位置，该第二位置优选地处在所述第一和第三位置之间的中间位置。6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：在玻璃熔体泡沫区的上方设置在玻璃窑炉碹顶上以探测炉顶温度变化的第一温度传感器，和在玻璃熔体泡沫区的下方设置在玻璃窑炉池底上以探测池底温度变化的第二温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器分别与所述控制装置通信连接以向其发送对应的温度信号，所述控制装置在判定所述预定监测点处存在泡沫并且所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号分...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎韬，瑞米·奇亚瓦，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR