用于生产玻璃和氢气的设备及用于生产玻璃和氢气的方法与流程

本发明涉及用于生产玻璃和氢气的设备，以及用于生产玻璃和氢气的方法。

背景技术：

1、在玻璃生产中，存在一种具有储热室的设备，其利用在预热燃烧空气中熔化玻璃原料时产生的高温排气的热能。如专利文献1所公开的，具有储热室的玻璃生产设备包括玻璃熔化炉，第一储热室和第二储热室。第一储热室和第二储热室内部包括大量用于储存热量的砖块。在玻璃生产设备的第一模式中，经由第一储热室加热的空气进入玻璃熔化炉，原料在玻璃熔化炉中通过燃料的燃烧而熔化，并且排气经由第二储热室排出到外部。另一方面，在玻璃生产设备的第二模式中，经由第二储热室加热的空气进入玻璃熔化炉，原料在玻璃熔化炉中通过燃料的燃烧而熔化，并且排气经由第一储热室排出到外部。在玻璃生产设备中，每隔预定周期重复第一模式和第二模式，使得排气中所含的热能储存在第一储热室和第二储热室中，并且供应至玻璃熔化炉的空气被加热。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：jph8-319121a

技术实现思路

1、技术问题

2、如上所述，在玻璃生产设备中，燃烧空气通过使用储热室预热。然而，从储热室排出的排气具有400℃至600℃的高温，并且存在不能充分回收热能的问题。此外，由于玻璃生产设备在高温下操作，因此必须定期进行大规模的翻修工作。在翻修工作中，存在储热室的砖块被更换并且旧的砖块产生大量废物的环境问题。因此，需要一种可以利用排气的热能并且可以减少环境负担的热能回收系统。

3、鉴于上述背景，本发明的目的在于提供用于生产玻璃和氢气的设备和方法，其可以有效地利用排气的热能并且可以减少环境负担。

4、技术手段

5、为了实现上述目的，本发明的一个方面是一种用于生产玻璃和氢气的设备(1)，其包括：玻璃熔化炉(2)，其利用燃料的燃烧热使玻璃原料熔化以产生熔融玻璃(12)；排气通道(3)，其从所述玻璃熔化炉延伸，并且在所述玻璃熔化炉中产生的排气穿过所述排气通道；锅炉(5)，其设置在所述排气通道中并且在所述排气和水之间进行热交换以产生蒸汽；以及电解装置(4)，其电解所述蒸汽以产生氢气和氧气。

6、根据该方面，可以通过使用在玻璃熔化炉中产生的排气的热量来产生高温蒸汽，并通过使用高温蒸汽来电解水。换言之，玻璃熔化炉中产生的排气可用作高温蒸汽电解的热源。由于上述原因，可以有效地利用排气的热能。此外，可以提供能够减少环境负担的设备。

7、在上述方面中，所述玻璃熔化炉可包括燃烧器(14)，所述燃烧器(14)用氧气浓度为21体积％以上的助燃气体燃烧所述燃料，所述燃烧器可通过氧气供应管(18)连接至电解装置，并且由电解装置产生的氧气可经由所述氧气供应管供应至燃烧器。

8、根据该方面，由电解装置产生的氧气可用作在玻璃熔化炉中燃烧燃料的助燃气体。由此，可以减少产生的排气的量并且可以提高燃烧效率。

9、在上述方面中，燃烧器可以是氧气燃烧器，其利用氧气浓度为90体积％以上的助燃气体燃烧燃料。

10、根据该方面，在玻璃熔化炉中燃料的燃烧不需要空气，因此可以抑制氮氧化物的产生。此外，在不使用空气的情况下，与使用空气的情况相比，火焰温度变得更高，从而提高了向玻璃的热传递效率。此外，可以省略由大量砖块构成的储热室，从而可以减少在设备的翻修等过程中产生的废物量。

11、在上述方面中，电解装置可包括：阳极室(44)；阴极室(45)；分隔阳极室和阴极室并供氧离子通过的固体电解质(46)；设置在面向阳极室的固体电解质的表面上的阳极(48)；设置在面向阴极室的固体电解质的表面上的阴极(49)；以及连接至阳极和阴极的电源(51)。可以将蒸汽供应至阴极室，使得在阴极处产生氢气并且在阳极处产生氧气，并且阳极室可以连接至氧气供应管。

12、根据该方面，当生产氢气时产生的氧气有效地用作玻璃熔化炉中的助燃气体。

13、在上述方面中，氧气供应源(17)可连接至氧气供应管。

14、根据该方面，可以使供应至氧气燃烧燃烧器的氧气量稳定。

15、在上述方面中，电解装置可以设置在排气通道的外部。

16、根据该方面，电解装置的维护工作变得容易。

17、在上述方面中，锅炉可包括第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器通过加热液态水以产生蒸汽，所述第二热交换器加热由所述第一热交换器产生的蒸汽，并且所述第二热交换器设置在排气通道中，以便比所述第一热交换器更靠近玻璃熔化炉。

18、根据该方面，可以通过使用排气产生高温蒸汽。

19、在上述方面中，由锅炉产生的蒸汽的温度可以是600℃至1200℃。

20、根据该方面，可以减少水电解所需的电量。

21、在上述方面中，氢氧化钠喷洒装置可设置在排气通道中锅炉下游的位置处，所述氢氧化钠喷洒装置构造成向排气喷洒氢氧化钠水溶液，从而使排气中的二氧化碳与氢氧化钠反应以产生具有碳酸钠作为主要成分的粉末。

22、根据该方面，可以减少释放到大气的排气中所含的二氧化碳的量。

23、在上述方面中，收集排气中的粉末的集尘器设置在排气通道中氢氧化钠喷洒装置下游的位置处。

24、根据该方面，可以回收由排气中的二氧化碳产生的碳酸钠。

25、在上述方面中，玻璃熔化炉可以使用由集尘器收集的粉末作为玻璃原料的一部分。

26、根据该方面，通过将由排气中的二氧化碳产生的碳酸钠重新用作原料，可以减少在玻璃生产过程中产生的二氧化碳的排出量。

27、本发明的另一方面是一种用于生产玻璃和氢气的方法，该方法包括：利用燃料的燃烧热熔化原料以产生熔融玻璃(12)的熔化步骤；通过使用在所述熔化步骤中产生的排气作为热源以产生蒸汽的蒸汽产生步骤；以及电解在所述蒸汽产生步骤中产生的蒸汽以产生氢气和氧气的电解步骤。

28、根据该方面，可以通过使用在玻璃熔化炉中产生的排气的热量以产生高温蒸汽，并通过使用高温蒸汽来电解水。换言之，玻璃熔化炉中产生的排气可用作高温蒸汽电解的热源。由于上述原因，可以提供一种用于生产玻璃和氢气的方法，其可以利用排气并且可以减少环境负担。

29、在上述方面中，在电解步骤中产生的氧气可以用作在熔化步骤中燃烧燃料的助燃气体。

30、根据该方面，当生产氢气时产生的氧气有效地用作玻璃熔化炉中的助燃气体。由于可以减少在玻璃熔化炉中燃烧燃料时产生的排气量，因此提高了燃烧效率。此外，在利用氧浓度为90体积％以上的助燃气体的情况下，由于与使用空气的情况相比，火焰温度变得更高，故可以提高向玻璃的热传递效率，并且可以抑制氮氧化物的产生。可以省略由大量砖块构成的储热室，因此可以减少在设备的翻修等过程中产生的废物量。

31、在上述方面中，所述方法可以包括：向在蒸汽产生步骤中冷却的排气喷洒氢氧化钠水溶液的氢氧化钠水溶液喷洒步骤；以及从喷洒过氢氧化钠水溶液的排气中去除粉末的集尘步骤。

32、根据该方面，可以减少释放到大气的排气中所含的二氧化碳的量。

33、发明效果

34、根据本发明，可以提供用于生产玻璃和氢气的设备和方法，其可以有效地使用含有热能的排气并且可以减少环境负担。