CN103269987B - 玻璃熔化炉窑的带冷却的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃熔化炉窑的燃烧器，所述燃烧器包括在同一组体中的液体燃料供应和气体燃料供应，两种供应能分开地或同时地运行，燃烧器温度通过燃烧器中冷却流体的循环来控制。

Description

玻璃熔化炉窑的带冷却的燃烧器

技术领域

本发明涉及玻璃熔化炉窑，其中原料被注入到玻璃熔化池炉上，炉窑中用来熔化原料的温度利用由燃烧器产生的火焰通过辐射热传递保证。

背景技术

在大的玻璃熔化炉窑中，传统的设置在于把原料放入长炉窑的一端，和在另一端取回熔化并精练的玻璃。为了保证在熔化然后精炼，燃烧器沿池设置，根据炉窑中进展的不同阶段所需的能量进行分布。上游需要最大能量以允许原料熔化，精炼仅需保持适合的温度。

出于经济的原因，熔化炉窑通常是大容量的。生产能达到每天约1000顿玻璃的值。这样的数量需要大量的能量供给，其作为很大一部分包括在生产成本中。最小化能量成本的所有可能的因素都被仔细考虑。在此意义上，考虑到这些产品行市的波动，燃料的选择是一重要的要素。

不同的构型被使用在有关炉窑中。其目的在于获得由燃烧形成的能量的最好部分。这些结构取决于多种因素，其中尤其有炉窑尺寸、燃烧器特性、烟的控制等。

对于目前大多数的炉窑，用液体或气体燃料与空气或在需要时与富氧空气进行燃烧。本发明涉及实施这些类型。

在任何情况下，熔化操作的节约要求回收至少一部分来自燃烧的烟所夹带的能量。以空气作为助燃剂运行的炉窑包括回热器，回热器由装配有与烟接触的耐火零件的填充塔构成。这些耐火零件吸收烟的一部分能量。存储的热量在之后被用来加热燃烧中所使用的空气。

常规的方式在于在炉窑两侧设置燃烧器和回热器。火焰在炉窑一侧随着在位于相同侧的回热器上通过而被预热的预热空气一起形成。由燃烧生成的烟被引导至位于与活动的燃烧器所在侧相反的炉窑一侧的回热器上。位于炉窑两侧的燃烧器在约二十分钟的周期中被交替激活。

在有关炉窑中，来自回热器的热空气流由进入管引导，进入管经由开在耐火壁体中的开口(“portsnecks：小炉颈”)通到炉窑中。燃烧器相对于这些开口的位置要么在开口的下方(“underport”:“小炉之下”燃烧器)，要么在这些开口中(“throughport”:“通过小炉”燃烧器)。这两种类型的燃烧器的结构以及运行条件明显不同。特别是其各自的位置使其暴露在多少严峻的热环境。因此，在温度约为1250℃的热空气进入口中的位置可导致燃烧器构成材料的变质，当燃烧器浸没在该气流中时，这种变质更为明显。

同样，根据燃烧器承受的热环境对燃烧器位置的选择影响燃料的使用。液体燃料特别敏感。超过约150℃的温度时，其可能遭受裂化，裂化尤其可导致喷射器的阻塞。气体燃料的裂化通常仅发生在约450℃的明显更高的温度。

依然涉及液体燃料，通常为重油，温度也是决定其粘度的因素，粘度干预喷射方式。在实践中，重油具有接近80℃到120℃的温度，以赋予其足够的流动性以便于其的雾化。

燃料的选择主要为液体燃料(尤其是重油)和气体燃料，例如天然气。撇开这些燃料各自的价格，与燃料的使用相关的其它因素也对选择起到作用。燃料的燃烧不是在相同的条件下进行，以及燃烧产品足够不同以致引起额外的考虑。因此，利用液体燃料形成的火焰含有烟灰颗粒，利用烟灰颗粒，辐射可引起容易的能量传递。液体燃料的使用通常也导致更短的火焰，这种火焰改善燃烧产品在炉窑中的逗留时间和因而使形成的能量得到更完整的传递。

天然气可能的优点在于成本低于液体燃料的成本。火焰实际上不形成含硫化合物并且其的烟的去污是容易的。此外，燃烧产品更富含水蒸汽。炉窑内的环境水蒸汽含量可影响熔化池炉的性能。特别地，水蒸汽含量的增加通常是池炉表面泡沫形成的原因，泡沫阻碍辐射进入池炉和减缓能量的传递。

在液体燃料和气体燃料之间的选择不是彼此排斥的。一方面，如所指出的，这些选择例如可根据价格的变化而改变，但另一方面，在同一炉窑内，可有利地设置两类燃料的燃烧器，用以在炉窑任何点上获得这些燃料的每一个的特别特征的最好部分。但比起同时使用与两种类型燃料的每一种对应的燃烧器，有利地是设置可交替地或同时地用有关的两种类型的燃料运行的燃烧器。

以前提出过“双燃料”燃烧器。这些燃烧器的结构和运行方式主要受到掌控燃烧以便产生尽可能少的氮氧化物的考虑的控制，氧化物的排放是被非常严格管理的。该类型的一种方式例如在出版物FR2834774中被描述。该文献提出一燃烧器，其结构使液体燃料的液滴的雾化是呈假设可改善燃烧条件的“空心”射流形式的。通过围绕液体燃料并被旋转运动推动的高压雾化气流，可获得液体燃料的喷射。没有描述任何涉及保持燃烧器温度条件的设置。

为了掌控使用条件，无论炉窑的构型如何以及无论气体和液体燃料的比例如何，本发明提出一种玻璃熔化炉窑的燃烧器，所述燃烧器包括在同一组体中的液体燃料供应和气体燃料供应，两种供应能分开地或同时地运行，燃烧器的温度通过燃烧器中冷却流体的循环来控制，所述燃烧器在通过回热器而被预热的预热空气的进入管中，设置在该进入管通入炉窑壳体中的出口附近，所述燃烧器称为“通过小炉燃烧器”，当所述燃烧器不活动时，燃料喷射器在炉窑的壁内是可缩回的，当燃烧器活动时燃料喷射器突出到在开口中流动的热空气中。

发明内容

按照本发明的燃烧器把气体和液体燃料供应集中在同一装置上。供应是彼此独立的。换言之，可使燃烧器以专一的液体燃料模式运行、以专一的气体燃料模式运行、或者甚至两种燃料以各种比例结合的混合模式运行。

按照本发明的燃烧器的运行条件，特别是温度条件，通过使用集成在燃烧器上的冷却系统控制。如上指出的液体燃料的存在，决定了这种燃料一方面是足够流动的并因此在高于环境温度的温度下被加热，而另一方面，该温度达到燃料将因裂化而损坏的水平。考虑到燃烧器承受的温度，无论燃烧器在炉窑内怎么定位，冷却是需要的，用以将液体燃料保持在恰当的条件下。

冷却系统也被用来保护燃烧器本身。构成燃烧器的金属合金可能在出现在炉窑中的温度下被腐蚀。暴露于为燃烧提供的热空气流，或进一步暴露于温度超过1550℃的燃烧气体，可改变燃烧器的运行。这特别是设置在热空气进入管中的燃烧器的情况，该管也是烟向回热器排放的管。为此，“通过小炉”燃烧器通常是可缩回的。当燃烧器不活动时和在上述提到的交替中燃烧气体进到通向回热器的管中时，燃烧器被缩回并等待接续的交替。

在实际中，有利地是使燃烧器外壁的温度至少部分脱离该燃烧器中燃料的温度。外壁的冷却不应引起燃料尤其是液体燃料的温度的过度下降。为了使后者尽可能保持在合适的、相对限制的温度范围中，有利地是按照本发明使液体燃料的温度在其在燃烧器内通过时受较少影响。液体燃料的供应管道的有限的隔离有利地被安排在燃烧器中。这种隔离有利地通过一双管道组体实现。供应导管被包裹在一同心管道中，同心管道使该供应与承受上述冷却的燃烧器剩余部分隔离。

对于“通过小炉”燃烧器的设置，由于其被暴露在回热器中的加热空气流中，理想的是该燃烧器具有最大程度地限制湍流的轮廓。此外，为了进一步最小化燃料喷射器附近的湍流，有利地是使燃料喷射器相对于燃烧器外壁设置在凹入的凹槽中。这种设置还具有保护热空气流喷射嘴的优点。

喷射器显然被引导以使燃料流整体在热空气循环的方向上形成。喷射器也被设置或倾斜以使火焰几乎平行于熔化玻璃池炉形成。

有利地，液体燃料被雾化，不使用雾化流体。通过单独压力作用和对喷射器的调节可获得燃料的喷射。这尤其允许缩短与该燃料的使用对应的火焰。此外，喷射器附近的环境不受雾化气体的干扰。

当燃烧器应能以混合模式运行时，理想的是使液体燃料流和气体燃料流不相互干扰。为此，这些流在靠近且基本平行或稍微汇聚的方向上被发射，以构成混合体，混合体中两种燃料参与形成单一火焰。

这两种燃料的运动质量可显著不同。在该情况中，如果液体燃料的比例相对较少，雾化液滴会难以进入气体燃料流中，且被保持在周边。为了获得令人满意的混合体，按照本发明，有利地构建气体燃料的喷射，以使雾化液滴至少部分进入该气体流。为了获得这种引入，一种方式例如在于从位于液滴流两侧的至少两喷射器开始形成气体流。两气体流有利地汇聚以使它们的合并也引导在这两气体流间进入的液滴大量混合，大量混合使液滴分散到这些流中。

气体燃料的喷射点的数目仅受燃烧器体积和复杂性的限制。为了得到所追求的效果，合适地调整的两气体喷射足以获得令人满意的混合体。

如有必要，为了改善能量从火焰向玻璃的传递，可能希望促进火焰在平行于熔化玻璃表面的平面上展开。以有限的方式，这样的设置例如通过使用气体燃料喷射器获得，所述喷射器的开口不是圆形而是长形的，所述喷射器的截面的最大尺寸延伸在平行于熔化池炉平面的一平面上。通过气体燃料流的汇聚，特别是当气体燃料流具有相同数量级的动量时，可能促进扁平流的形成。

附图说明

下面通过参照附图详细描述本发明：

－图1示出玻璃熔化炉窑的主要零件的局部“结构解剖”透视图；

－图2透视地示出具有“通过小炉”燃烧器的炉窑的一节段；

－图3类似于图2，燃烧器处于缩回位置；

－图4示出图2与图3所示燃烧器的放大透视图；

－图5是图4的燃烧器的细部纵剖面；

－图6是燃烧器在冷却水供应与排放处的横剖面；

－图7是气体燃料喷射环的透视视图。

具体实施方式

图1所示的炉窑由以下主要零件构成：耐火材料制成的池1，其中，原材料被注入在左端。呈现为空着的池，在运行时装满熔化的玻璃。玻璃从左向右流动且与精炼池2相通。

池属于封闭的整体，上方部分形成炉顶，其中仅示出一小部分3。侧壁体4具有开口5，所述开口与耐火材料7装衬的回热器相通。

炉窑相对于其纵轴线以对称的方式构建。壁体的开口面对另一壁体的相同开口，每个开口与一回热器相通。

在图2和图3示出的按照本发明的优选模式中，燃烧器9被设置在进入管8中，进入管连接回热器与开口5。

图3示出处于活动位置的燃烧器9，换言之当燃烧器生成火焰时，火焰将沿设置于相对壁体上的对称的开口的方向在玻璃池炉表面上形成。

未示出的火焰通过燃烧器9被供给燃料、和被供给预热空气，空气是在关联的回热器6的耐火材料7上通过而被预热。燃烧产品通过位于相对壁体上的开口5排放，且从那里进入相应的回热器。

喷射器在热空气的进入管中的设置允许更靠近壁体形成火焰，与燃烧器被设置在开口5之下(“underport：小炉之下”)的方式相反。因此，炉窑的全部宽度都可用于火焰的形成。当炉窑不是很大时，或者当燃烧器主要被供应气体燃料时，这是有用的。对于相同能源容量，火焰在该情况下明显更长。为了不减少热传递，显然希望的是火焰不从一壁体延伸到另一壁体，火焰从一壁体延伸到另一壁体将导致输送额外的能量到回热器中，带来增加耐火材料侵蚀的附加缺点。

图3示出处于缩回位置的燃烧器9。该位置是在燃烧器的交替运行中当进入管把烟导向回热器6时采用的位置。

烟的温度约为1550℃，因而大大高于用于燃烧的加热空气的温度，所述加热空气的温度约为1250℃。因而特别希望的是预防燃烧器出现在该高温流中而可能引起的剥蚀。在图3的位置中燃烧器的缩回允许保护燃烧器对抗这种剥蚀。此外，燃烧器在烟流中的保持需要更强的冷却，烟的温度相应的降低，和随后回热器中所回收的一部分能量的损耗。

图4示出按照本发明的燃烧器的总体结构。全部的燃料供应被集中在单一的外壳10中，外壳通过水循环被冷却。

所示燃烧器包括用于气体燃料的两喷射器11、12。第三喷射器13用于液体燃料。

燃烧器延长到构成供应管8的耐火壁的外部且与气体燃料的供应管道14、15以及液体燃料的供应管道16相连，和与冷却水的进口和出口17和18相连。

液体燃料的喷射器13示出在图示模式中。很显然可以在同一燃烧器上结合多个不同的喷射器。

在按照本发明的燃烧器中，液体燃料有利地在高压下被雾化，无需雾化流体的介入。

在所示的方式中，液体燃料喷射器13的供应由位于燃烧器中央的管道16保证。管道16与管道19是同心的。在管道16和19之间保持一定距离，用以最小化与燃烧器其余部分的热传递和特别地用以避免热液体燃料的供应管道16与在燃烧器中循环的冷却液体接触。

选择设置两不同的喷射器11和12供应气体燃料，目的在于允许火焰的可控定向。总体方向由在供应管8中循环的热空气流给出，但气体燃料自身的动力学允许该方向的调节。为了在该调节中给出一定范围，有利地如所示的，赋予喷射器两不同的定向，使得它们产生汇聚。喷射的方向和与气体流量无关的调节允许调整火焰的定向。

燃烧气体的循环总体地从炉窑的一边到另一边。对火焰方向的调整在竖直平面上进行。汇聚的气体射流被优选地调节，以使得火焰几乎平行于熔化玻璃池炉的表面形成，以保证更好的热传递。

按照本发明的燃烧器还可以根据选择的运行条件仅包括一气体喷射，或仅以喷射器之一运行。

图7示出气体燃料喷射器的环20、21之一。环是可互换的，并为调节气体射流的流量、定向或者甚至气流展开模式，提供了补充的可能性。图7因此示出相对于外壁的轴线A-A倾斜的内壁。同样，该环的内截面可呈长形的，使得在该开口的最大尺寸上产生气流的有限展开效应。

图6所示的横剖面位于冷却水管道17和18处。该剖面示出燃烧器外壳10中不同管道的各自设置。壁22、23把燃烧器分为两半。这些壁中断于燃烧器端部，以允许水在24处从一半通向另一半。这种设置迫使水在燃烧器的全部长度上循环，由此保证对整体的冷却。

所示的燃烧器因此提供了各种运行方式。可以从一种燃烧模式转入另一种，无需更换燃烧器。还可以同时用液体燃料和气体燃料运行，以获取这两种燃料燃烧特征的最好部分。

所描述的运行包括对热空气的使用。还已知使用氧气富集，尤其用来增加每个燃烧器上的可用能量。特别应用于燃烧器处的氧气富集以气流中通常不高于总计50％、和最经常地不超过35％的氧气含量来进行。

Claims (12)

1.玻璃熔化炉窑的燃烧器，所述燃烧器包括在同一组体中的液体燃料供应和气体燃料供应，两种供应能分开地或同时地运行，燃烧器的温度通过燃烧器中冷却流体的循环来控制，所述燃烧器在通过回热器而被预热的预热空气的进入管中，设置在该进入管通入炉窑壳体中的出口附近，所述燃烧器称为“通过小炉燃烧器”，当所述燃烧器不活动时，燃料喷射器在炉窑的壁内是可缩回的，当燃烧器活动时燃料喷射器突出到在开口中流动的热空气中。

2.按照权利要求1所述的燃烧器，其位于预热空气流中的外壁具有限制该空气的湍流的轮廓。

3.按照权利要求2所述的燃烧器，其中，燃料供应经喷射器通到热空气流中，所述喷射器位于燃烧器朝向该热空气流下游的壁的部分上。

4.按照权利要求3所述的燃烧器，其中，至少液体燃料的喷射从布置在燃烧器外壁中的凹处进行。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的燃烧器，其中，液体燃料被喷射，不借助雾化流体。

6.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，液体燃料的供应通过与冷却流体循环至少部分隔离的管道进行。

7.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，气体燃料的喷射在设置在液体燃料喷射的两侧的至少两部分进行。

8.按照权利要求7所述的燃烧器，其中，气体燃料的两个供应管道通到在竖直平面中与液体燃料喷射器排齐的喷射器上。

9.按照权利要求8所述的燃烧器，其中，气体燃料供应喷射器在以与液体燃料喷射轴线汇聚的方式定向的轴线上。

10.按照权利要求8或9所述的燃烧器，其中，至少气体燃料喷射器之一具有在水平方向上的长形开口。

11.按照权利要求9所述的燃烧器，其中，气体燃料流被调节方向与流量，以便形成在基本水平的平面上延伸的火焰。

12.在具有玻璃熔化池的炉窑中进行的燃烧，其中，至少一按照权利要求1至11中任一项所述的燃烧器与其中氧气含量至少为50％的助燃剂的供应相关联。