用于氧气的热交换器制造技术

本发明专利技术涉及用于供给氧气或含有至少50%的氧气的气体混合物的热交换器，交换器出口处的温度不低于300℃，并且最好高于400℃，氧气或富氧气体供给玻璃熔炉的一个或多个燃烧器，燃烧气体的热量直接或间接地用于加热交换器内的氧气或富氧气体，其中，交换功率在20和300千瓦之间，最好在40和250千瓦之间，特别最好是在80和170千瓦之间。

【技术实现步骤摘要】
用于氧气的热交换器本申请是名称为“用于氧气的热交换器”、国际申请日为2008年5月7日、国际申请号为PCT/EP2008/055615、国家申请号为200880019510.6的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于加热氧气或富氧气体的热交换器，这些氧气或富氧气体用于供给玻璃熔炉的燃烧器。
技术介绍
玻璃熔炉，包括那些生产能力最大的熔炉、即给生产平板玻璃的“浮法”生产线供料的炉子，一般都配备使用矿物燃料和空气的燃烧器。鉴于能量消耗巨大，选择这种能源是出于经济原因。作为提示，日产玻璃600和900吨之间的常规熔炉需要大约50至80兆瓦的可用功率。使用这些炉子不仅导致巨大的能源消耗，而且还导致非常可观的燃烧产生的气体(下称“燃烧气体”)的排放。出于这些原因，为了最大可能地降低能源成本及处理这些燃烧气体的成本，人们一直在做努力。目前最普遍的将空气作为助燃剂的做法不会使能源消耗达到最低，因为空气中的氮也被提升到很高的温度，并因此吸收燃烧释放的相当部分的能量，一部分能量被丢失，尽管烟被回收。此外，氮的存在以众所周知的方式导致氧化物的形成，而氧化物是酸雨的成因。出于这些原因，采用了不使用空气而使用氧气或富氧气体的方法，并且已经找到几个应用。然而氧气的系统运用遇到了实际应用上和经济上的困难。对于经济困难，首先是所需氧气的成本。能量分配的收益应该不仅是补偿氧气的附加成本。特定设备的投资在系统的经济性中也很重要，这涉及到燃烧器、供气或者如下面要探讨的交换器。实际上，这些大规模系统的氧气连续供给需要现场的生产设备或输气管线，两者都会导致巨大的投资。鉴于使用氧气或富氧气体要承担的费用，在这些玻璃熔炉中，为了达到令人满意的经济平衡，必须优化所进行的选择。最佳的能量分配需要使燃烧器以氧气和预热的燃料来工作，这种预热使用至少一部分燃烧气体。尽管使用热氧气是极力推荐的，但无论是设备结构还是其运转，实施上都需要新的方案。用于燃烧器的空气传统上都在换热器中预热。这里涉及衬有耐火材料的塔，首先在第一阶段，让燃烧气体在塔内通过以加热耐火材料，然后在第二阶段，让燃烧中使用的空气通过，以便得到再加热。这些时间上的交替使炉子的结构非常特殊。燃烧器就这样处于融化池的两边，和与其相连且通常位于工作燃烧器相对一边的换热器一样。不可能用换热器来再加热氧气。换热器一般都处于燃烧气体携带的微粒沉淀处，即使这些气体事先经过除尘。热氧气与这些沉淀物的接触并不是没有危险的。此外，很难保证这些换热器的良好密封。空气流经以及可能的泄漏没有危险，但涉及到氧气就不同了。热交换器的使用还提出了与热氧气接触的材料耐受性的棘手问题。面对这些困难，并且鉴于经济上的制约，在大容量玻璃熔炉这样的大型设备中，热氧气的使用尚未找到有意义的应用。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提出一些方案，使得氧气或富含热氧气的气体在玻璃熔炉、特别是大容量炉子的燃烧器中的应用具有吸用力。本专利技术还提出一些方案，使得这种运用足够可靠，尽管使用高温氧气伴随的是特殊的技术要求。与氧气使用相关的风险从温度上升时开始出现，专利技术人将所有的注意力集中在与这种热氧气接触的装置上，并且特别是交换器，这些交换器密闭了大量氧气，并且由于维护或修理干预的困难，其结构必须使其能够在很长时期内无故障地运转。前面与热氧气使用相关的考虑也适用于气体混合物，特别是与空气的混合物，其中的氧气含量足够高。实际上，为了使这些混合气体的使用具有优势，其氧气含量要不低于50％。该条件适用于下面描述的本专利技术。最好，本专利技术应用于氧气含量至少为80％的气体混合物。根据本专利技术，用于供给炉子燃烧器的氧气或富氧气体的加热在交换器中进行，交换器的交换功率被有意限制，不会使氧气或富氧气体达到的温度降到最低。为了充分享受能量分配的好处，交换器出口处的氧气或富氧气体的温度不低于300℃，并且最好不低于400℃，并且根据本专利技术，为了使氧气达到这些温度，交换器内的交换功率在20和300千瓦之间，最好在40和250千瓦之间，并且特别最好是在80和170千瓦之间。功率低于推荐功率是不经济的，并且会使系统竞争力低下。更高的功率可能会在这些交换器使用的方便性并且特别是安全性方面造成困难。在传统的玻璃熔炉中，至少对于那些大容量的炉子，所使用的燃烧器的功率很大，大约为1至6兆瓦，造成的氧气消耗大约为每小时200至1200Nm3氧气。考虑到在这些炉子中使用的每个燃烧器的功率以及因此而导致的消耗，根据本专利技术的交换器只与少量的燃烧器相连。每个交换器有利地同时只为最多三个不同的燃烧器供给热氧气或富氧气体，每个燃烧器根据如EP1194719介绍的方式可具有多个喷口。这种增加交换器的配置，由于限制了每个交换器的尺寸和容量，以及明显限制了交换器下游直至燃烧器的管道长度，而保证了设备的最佳安全性。为了在经济方面占据优势，根据本专利技术实施的交换器最好尺寸有限，这就要求有很好确定的运转方式，并且特别是在保持交换面积尽可能小的同时，其运转使得可以获得所需功率。根据本专利技术，用于加热氧气或富氧气体的交换器的氧气与交换壁接触面积的单位面积功率有利地在5和15千瓦/平方米之间，最好在7和12千瓦/平方米之间。所考虑的面积是将氧气或富氧气体与载热气体隔开的壁的面积。根据本专利技术使用的交换器的结构必须尽可能简单，以避免腐蚀和泄漏的危险，因为热氧气对使用的材料有侵蚀性。为方便起见，根据本专利技术的交换器最好是管形的，氧气或富氧气体在一束管中流动，管外面流动的是载热气体。为了保证上面指出的功率，并且特别是单位面积功率，同时保持这些面积尽可能小，必须使热交换条件最佳化。促进这种交换的第一种方法在于提高气体、特别是氧气或富氧气体的循环速度。然而，在这方面，必须再一次考虑到提高速度是一个危险因素。由于热氧气可带来微粒，使得这种危险更明显，微粒可与氧气发生反应，并且/或者对壁的冲击会促使腐蚀加快，这是氧气本身的摩擦导致的腐蚀以外的。根据本专利技术，考虑到这种危险，交换器元件的尺寸有利地确实成，为了获得必要的功率，氧气或富氧气体的速度在交换器的任何一点都不得大于120米/秒，并且最好不大于100米/秒。除了氧气的温度和速度外，人们知道，着火的危险还特别取决于压力。虽然压力上升导致交换器内的容积乃至速度下降，但这种性质的改变还受到所涉及炉内可使用的燃烧器的工作特性的影响。实际上，在热氧气通过交换器之后及抵达燃烧器之前，要对热氧气进行减压是很棘手的。由于其性质，它不能安全地通过减压器，即使用膜片实现该操作也不建议，原因始终是其侵蚀性。为了保持适当的流量，燃烧器喷口处的强压力会导致喷口开度的减小。这是不希望的，因为这些喷口有污浊和/磨损的危险，这会迅速导致运行故障。为了考虑这些因素，根据本专利技术的交换器的尺寸确定成，对于寻求的功率，交换器内氧气或富氧气体的压力不超过3巴，并且最好不超过2巴，特别是最好为1.5巴。对这些设备工作方式的研究显示，最佳能量分配必须使助燃剂和燃料达到很高的温度。气体必须达到的温度与所使用的设备允许达到的温度一样高。尽管就燃烧器的效率而言，使氧气达到最高温度是有利的，但实际上，这些最高温度一方面受到参与交换的载热流体的温度限制，另一方面受到必须限制与氧气接触的材料侵蚀或者甚至着火本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于供给氧气或含有至少50%的氧气的气体混合物的热交换器，交换器出口处的温度不低于300℃，氧气或富氧气体供给一个玻璃熔炉的一个或多个燃烧器，燃烧气体的热量直接或间接地用于加热交换器内的氧气或富氧气体，其中，交换功率在20和300千瓦之间，并且，氧气或富氧气体的加热通过燃烧气体以间接方式进行，两者之间的第一次交换通过一种中间载热气体进行，然后后者被导入交换器用于加热氧气或富氧气体，载热气体由一种对氧气呈惰性的气体构成。

【技术特征摘要】
2007.05.10 EP 07107942.01.用于将气体供给一个玻璃熔炉的燃烧器的方法，所述方法包括：将来自玻璃熔炉的燃烧气体供给第一热交换器；通过使用燃烧气体加热一种中间载热气体以在第一热交换器中形成热的载热气体来实施第一次热交换，该中间载热气体相对于氧气是惰性的；将氧气或含有至少50％的氧气的气体混合物供给具有出口的第二热交换器；通过利用热的载热气体加热第二热交换器中的氧气到第二热交换器的出口处的温度不低于300℃以形成热的氧气来实施第二次热交换；和氧气或含有至少50％的氧气的气体混合物的循环速度在第二热交换器的任何一点不超过120米/秒，在第二热交换器中氧气或含有至少50％的氧气的气体混合物的压力维持在低于3巴；将从出口出来的热的氧气供给玻璃熔炉的最多三个燃烧器，其中，第一次热交换和第二次热交换都是间接的热交换，和其中，在第二热交换器中用于加热氧气的交换功率在20和300千瓦之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中，与氧气或...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·杜尚，E·博德莱，B·勒鲁，G·康斯坦丁，R·特西亚瓦，B·西蒙斯，
申请(专利权)人：旭硝子欧洲玻璃公司，液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：