CN101381196B

CN101381196B - 玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置

Info

Publication number: CN101381196B
Application number: CN2008101971375A
Authority: CN
Inventors: 谢峻林; 何峰; 梅书霞; 金明芳
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2008-09-28
Filing date: 2008-09-28
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2028-09-28
Also published as: CN101381196A

Abstract

本发明是一种玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其主要由主燃料管(2)、助燃氧气管(7)、主燃烧器(11)、副燃料管(12)，以及与助燃氧气管(7)和主、副燃料管的管体相连的起一些控制与调节用的阀组成，其中：主燃烧器(11)为套管式结构，其与主燃料管(2)右部管体套连；副燃料管(12)有两根，它们对称分布在主燃烧器(11)的两侧且与之相平行；助燃氧气管(7)的管体，其右端通过弯管与主燃烧器相连接且连通。本装置通过调整主燃烧器与两根副燃料管之间使用的燃料量，来调节火焰的长度、覆盖面积和温度等参数，使燃料完全燃烧，并且具有节能、减排和利于环境保护等优点，特别适用于以天然气为燃料的全氧燃烧玻璃熔窑。

Description

玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置

技术领域

本发明涉及玻璃熔窑中的全氧燃烧领域，特别是涉及一种用于玻璃熔窑中的全氧燃烧燃料分区加入燃烧方法的装置。

背景技术

玻璃熔窑是玻璃生产的关键热工设备。随着玻璃工业的快速发展，以及耐火材料质量的不断提高，玻璃的熔化温度也越来越高，有的已经接近1600℃，且生产规模不断扩大。玻璃熔化是玻璃生产过程中能源消耗的重要环节。随着世界范围内的能源紧张，节能、减排已经为各国政府所重视。目前，提高能源利用率，减少环境污染，提高玻璃质量，已成为世界玻璃界所关心的课题。以此为背景而发展的玻璃熔窑全氧燃烧技术在欧美国家得到较广泛的应用。美国康宁玻璃公司、PPG玻璃集团公司、普莱克斯公司和日本旭硝子公司已拥有先进的全氧燃烧技术。全球大约有200多座玻璃熔窑采用全氧燃烧技术。该项技术大多用于显像管玻璃、硼硅酸盐玻璃、器皿玻璃和玻璃纤维等玻璃熔窑上。

要实现玻璃熔窑的节能减排，全氧燃烧器是非常关键的设备。其结构的合理性将会影响到燃烧与热传递性能的好坏。在燃烧器的研究设计和制造方面，Air Products、AirLiquide，Praxair，MAXON，CTI等国外一些公司在燃烧器的研究设计和制造方面，拥有多项燃烧及燃烧器设计方面的技术。

燃烧器是窑炉的重要部件，其结构、类型等对火焰状况、温度分布、传热效果、窑炉耐火材料寿命等都有重要影响。它的工作效率直接影响火焰的温度，其结构和操作参数，直接关系到燃料的完全燃烧程度、燃烧的稳定及火焰的长度，覆盖面积的大小，避免出现局部温度过高。通常燃烧器的设计和安装应达到下列要求：(1)使燃料和氧气，在熔窑内部能完全燃烧；(2)火焰的覆盖面积大，使燃料燃烧的热量尽可能多地传递给配合料和玻璃液；(3)火焰有较高的亮度，且有一定长度，能合理组织火焰，使喷出火焰符合熔化要求，并保证玻璃窑宽度方向的温度均匀性，防止在玻璃液表面形成不必要的热点或局部过热；(4)燃烧过程稳定，氮氧化物的排放量少；(5)便于操作和维修，使用寿命长等。

目前，全氧燃烧方法主要采用以下几种的全氧燃烧器：

分段燃烧器：这种燃烧器分预热区和燃烧区。燃料预热区包括预燃烧和燃料预热两部分，被预燃烧来生成热的燃烧气的天然气比例高达15％，剩余的天然气被预热且和预燃烧产生的气体混合在一起。这就为碳氢化合物碳黑的形成提供时间和温度。

管套管燃烧器：管套管燃烧器结构比较简单，由两个或三个同心圆环管道构成，燃料、氧气和空气等从管道中流出的不同组合可形成不同的火焰。这种燃烧器燃料与氧气混合充分，燃烧的火焰温度高，火焰覆盖面积小。

GLASS SUN的全氧燃烧器：AL GLASS SUN燃烧器是Air Liquide研制出的一项最新技术。这种燃烧系统通过3个不同的出射口来合理分配氧气流和燃料流，可实现NOx的低排放、有效控制火焰长度和热量传递。该设计是建立在拥有分离氧化设置的双驱动系统的基础上。一次氧气和燃料先进行混合燃烧并保证火焰的稳定性，二次氧气和三次氧气的管道分别设立在相距一定距离的地方。该燃烧器还包含一个“分配处理箱”，负责监控二次氧气和三次氧气的分配情况。该燃烧器有两个重要的优势：(1)具有高度可变性。通过对氧气分配量的控制来改变火焰的结构和长度。比如，当增加三次氧气流率时，火焰会变得更长更宽，产生更高的热量。(2)极低的氮氧化物排放。

上述全氧燃烧器虽然有非常优异的性能，但就总体而言，由于用全氧助燃，且在燃烧器的结构上，都是以氧气包围在燃料周围，或助燃氧气与燃料相互包裹的形式，使得燃料的燃烧速率非常快，势必会造成火焰覆盖面积偏小，火焰长度短，局部温度过高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对玻璃熔窑中的全氧燃烧技术提供一种新的燃料供给模式与燃烧方法的装置，以实现对火焰的控制与调整，从而克服现有技术中火焰长度短、覆盖面积小、易出现局部高温的缺陷。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，主要由主燃料管、助燃氧气管、主燃烧器、副燃料管，以及与助燃氧气管和主、副燃料管的管体相连的起一些控制与调节用的阀组成。其中：主燃烧器为套管式结构，其与主燃料管右部管体套连；副燃料管有两根，它们对称分布在主燃烧器的两侧且与之相平行；助燃氧气管的管体，其右端通过弯管与主燃烧器相连接且连通。

本发明提供的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，用其将燃料喷入玻璃熔窑中，形成由燃料包围氧气的形式，通过燃料与氧气的相互扩散形成对火焰的控制，并且通过调整该装置中的主燃烧器与两根副燃料管之间所喷入的燃料量，来调节火焰长度、覆盖面积和火焰的温度。

本发明与现有全氧燃烧器相比，具有以下的主要优点：

其一.在保证玻璃熔窑的工况，特别是温度场的稳定情况下，实现了全氧燃烧条件下，火焰扩散均匀，火焰长度加长，覆盖面积增大。

其二.由于主燃烧器和位于其两侧的两根副燃料管，它们之间的间距可以根据需要进行调节，这样：一是可以有效控制了燃料与氧气的相互扩散时间，从而有效控制了燃料的燃烧速率；二是可以使得燃料的喷出宽度加宽，在其燃烧后，火焰的覆盖面积自然会扩大；三是由于两根副燃料管12是将燃料高速喷入的，因此燃料在未燃烧前会运行的距离更远，就使得火焰的长度加长；四是避免了局部火焰温度过高而造成的窑内局部过热的问题，减少氮氧化物的生成，减小污染，利于环境保护。

其三.特别适用于以天然气为燃料的全氧燃烧玻璃熔窑。

附图说明

图1是本发明玻璃熔窑全氧燃烧单元系统的主视图。

图2是图1的右视图。

图3是图1中副燃料管12及其配套部件的主视图。

图4是图2的俯视图。

图5是图3中辅助燃料射流喷嘴16的局部放大剖面图。

图中：1.燃料源；2.主燃料管；3.燃料管路的开度调节执行器；4.主燃烧器电磁阀；5.主燃烧器截止阀；6.氧气源；7.助燃氧气管；8.氧气管路的开度调节执行器；9.助燃氧气管电磁阀；10.助燃氧气管截止阀；11.主燃烧器；12.副燃料管；13.副燃料管路的开度调节执行器；14.副燃料管电磁阀；15.副燃料管截止阀；16.副燃料射流喷嘴。

具体实施方式

本发明提供的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，通过喷嘴砖水平安装在玻璃熔窑的胸墙上。如图1至图4所示，该装置主要由主燃料管2、助燃氧气管7、主燃烧器11和副燃料管12，以及起一些控制及调节用的管路的开度调节执行器、电磁阀、截止阀组成。辅助燃料管12有两套，其内部结构相同，且对称分布在主燃料管2的两侧。其中：主燃料管2的管体，其左端头通过软管与燃料源1接通，往右该管体上依次安装有燃料管路的开度调节执行器3、主燃烧器电磁阀4和主燃烧器截止阀5，再往右该管体与套管式结构的主燃烧器11套连。助燃氧气管7的管体，其左端头通过软管与氧气源6接通，往右该管体上依次安装有氧气管路的开度调节执行器8、助燃氧气管电磁阀9和助燃氧气管截止阀10，再往右该管体通过弯管与主燃烧器11相连接且连通。副燃料管12有两根，它们对称分布在主燃烧器的两侧且与之相平行。每根副燃料管12的管体，其左端头通过软管与燃料源1接通，往右该管体上依次安装有副燃料管路的开度调节执行器13、副燃料管电磁阀14和副燃料管截止阀15，其右端头是副燃料射流喷嘴16。

所述燃料源1，可以是天然气、煤气或其它高热值燃烧气体。

所述主燃料管2和助燃氧气管7，它们的连接关系是：由主燃料管和助燃氧气管相互套构的同心套筒，主燃料管为内筒，而助燃氧气管为外筒。燃烧时主燃烧器中的氧气包裹燃料，使两者混合更加充分，燃料燃烧完全。

所述副燃料射流喷嘴16是一带有缩口耐热金属管，缩口的目的是为了缩小喷出口的截面积，用以提高气体燃料的喷出速度。副燃料射流喷嘴16通过螺纹与辅助燃料管12连接。副燃料射流喷嘴16的管体出口直径d小于副燃料管12的管体内径D(见图5)，一般而言d∶D＝20～40％。

所述主燃烧器11和位于其两侧的两根副燃料管12，它们之间的间距可以根据需要进行调节，其距离可以控制在150～350毫米。

本发明适用于全氧燃烧玻璃熔窑，特别适用于以天然气为燃料的全氧燃烧玻璃熔窑。其将燃料喷入玻璃熔窑中，形成由燃料包围氧气的形式，通过燃料与氧气的相互扩散形成对火焰的控制，并且通过调整该装置中的主燃烧器11与两根副燃料管12之间所喷入的燃料量，来调节火焰长度、覆盖面积和火焰的温度，同时可以避免局部高温。

下面结合附图简述本发明的工作过程。

玻璃熔窑在经过点火、烘烤，并且达到稳定的热工状态后，开启助燃氧气管7上的氧气管路的开度调节执行器8、助燃氧气管电磁阀9、助燃氧气管截止阀10，并通过氧气管路的开度调节执行器8调整好氧气的流量。然后缓慢开启主燃料管2上的燃料管路的开度调节执行器3、主燃烧器电磁阀4与主燃烧器截止阀5，并用电子点火器点燃主燃烧器11。将喷入的燃料量调整到占本装置燃烧总功率的60％，同时将整个装置燃烧所需要的助燃氧气量的80％通过主燃烧器11喷入，氧气的体积浓度应当达到90～95％。调整主燃烧器11使其燃烧基本保持稳定。

此后，开启主燃烧器11两侧的两根副燃料管12上的副燃料管路的开度调节执行器13、副燃料管电磁阀14和副燃料管截止阀15。两根副燃料管12只喷入燃料，承担整个装置燃烧总功率的15～30％，且要求使燃料以80～120m/s的速度从副燃料射流喷嘴16中喷出，这样就使得燃料在运行到一定距离以后，才与氧气结合、燃烧，使燃烧火焰的长度增加。通过调整其中的燃料流量来调节火焰的长度。可根据燃料高速射流量的大小，适当增大单元系统所燃烧助燃氧气的供给量，使燃料完全燃烧，一般可以控制使助燃氧气的供给量达到所需氧气的105％。通过调整主燃烧器11与副燃料管12之间使用燃料的比例(量)，从而达到调节火焰长度、覆盖面积、火焰的温度等参数。

如此通过控制燃料与氧气的位置关系，实现对火焰的控制与调整，并且出现全氧燃烧的最佳效果，避免了局部高温，达到节能、减排和利于环境保护的目的，同时有助于玻璃液温度的提高，以及熔化质量的改善。

Claims

1.一种玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是所述装置主要由主燃料管(2)、助燃氧气管(7)、主燃烧器(11)、副燃料管(12)，以及与助燃氧气管(7)和主、副燃料管的管体相连的起一些控制及调节用的管路的开度调节执行器、电磁阀、截止阀组成，其中：主燃烧器(11)为套管式结构，其与主燃料管(2)右部管体套连；副燃料管(12)有两根，它们对称分布在主燃烧器(11)的两侧且与之相平行；助燃氧气管(7)的管体，其右端通过弯管与主燃烧器(11)相连接且连通。

2.根据权利要求1所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是：两根副燃料管(12)所喷入的燃料量占所述装置燃烧总功率的15～30％。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是：两根副燃料管(12)与主燃烧器(11)之间的距离均为150～350毫米。

4.根据权利要求3所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是：两根副燃料管(12)以80～120米/秒的速率喷入燃料。

5.根据权利要求1所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是：主燃烧器(11)所喷入的燃料量占所述装置燃烧总功率的70～85％。

6.根据权利要求1所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，其特征是：所述装置燃烧时所需要的助燃氧气量全部由助燃氧气管(7)通过主燃烧器(11)喷入，并且助燃氧气的体积浓度为90～95％。

7.一种基于权利要求1所述的玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置的用途，其特征是：用玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置将燃料喷入玻璃熔窑中，形成由燃料包围氧气的形式，通过燃料与氧气的相互扩散形成对火焰的控制，并且通过调整该装置中的主燃烧器(11)与两根副燃料管(12)之间所喷入的燃料量，来调节火焰长度、覆盖面积和火焰的温度。

8.根据权利要求7所述的用途，其特征是：玻璃熔窑是以天然气为燃料的全氧燃烧玻璃熔窑。