CN103649640B - 氧‑燃料喷燃器组件 - Google Patents

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Abstract

一种氧‑燃料喷燃器组件(100)具有第一管道(108)，第一管道(108)具有喷嘴孔口，喷嘴孔口具有大于或等于大约2.0的纵横比D1/D2。第一管道(108)布置成和设置成提供第一流体流，其中，第一流体流为可燃燃料。喷燃器组件进一步包括至少一个第二管道(109)，其布置成和设置成提供沿周向围绕第一流体流的第二气体流，其中，第二气体流包括氧。预燃烧器(103)布置成和设置成接收第一流体流和第二气体流，其中，产生氧‑燃料火焰。喷嘴孔口的几何结构和第一管道的横截面几何结构是不同的。

Description

氧-燃料喷燃器组件
本申请要求2011年3月10提交的美国临时申请No. 61/451250的优先权。临时申请的公开通过引用而整体地结合在本文中。
技术领域
本发明涉及喷燃器，以及用于使用喷燃器来进行工业加热的方法，喷燃器包括在离开玻璃熔炉的传输通道中采用的氧-燃料喷燃器，以及在小型专用玻璃熔化器中采用的那些。
背景技术
空气-燃料玻璃调节喷燃器(诸如在精炼或前炉中使用的喷燃器)不使用经预加热空气。从空气-燃料喷燃器供应到调节操作的大部分能量都用来加热空气中的氮。通过从空气-燃料转换到氧-燃料喷燃器可实现的效率改进为至少60%。典型的氧-燃料玻璃调节喷燃器设计有高的燃料速度，以在氧和燃料气体出口处快速混合燃料和氧。这些喷燃器产生火焰，随着离喷嘴的距离增大，火焰广阔地发散。适应这些火焰所需的喷燃器块开口也必须发散，从而使挥发性材料有机会进入到块通道中，以及淀积在喷嘴尖部上。小的喷嘴尖部开口易于被这些淀积物堵塞，从而导致玻璃被来自受损喷燃器的熔融金属污染，以及使调节区域中的玻璃温度分布不尽如人意，这会造成玻璃质量问题。在玻璃质量问题出现之前，这个喷嘴堵塞问题不易于识别，因为往往无法清楚地看见玻璃调节和前炉区域中的火焰。此外，喷嘴的部分堵塞可错误地引导氧-燃料火焰，以及导致喷燃器块受损，或者使火焰冲击在玻璃表面上，从而引起玻璃污染，或者使玻璃的高沸点成分挥发。
在将熔融物质从熔炉传输到下游装置(诸如特别是成形机)的分配导管(例如在前炉内)的情况下，喷燃器或多个喷燃器供应必要的能量，使得在进入下游(成形)装置时，熔融物质具有适合其在下游装置中的处理的均匀属性，除了其它属性之外，诸如温度、粘度。特别地，分配导管可配备有旨在补偿通过导管壁的热损失的喷燃器，以便降低异质性，尤其是在分配导管的横向截面中的熔融物质的温度方面。然后分配导管的喷燃器一般是低功率喷燃器，其火焰局限于导管壁附近的区。
当在分配导管中采用延伸超过导管壁附近的区且因此还加热导管的中心区中的熔融材料的火焰时，在这个区中存在使熔融材料再沸腾的实质性风险，以及因此具有展现异质性和对应的缺陷的最终产品的风险。
熔融材料分配通道的宽度可较小，从而对在以足以保持最佳玻璃温度的燃烧速率燃烧喷燃器的同时保持均匀温度分布提出挑战。例如，玻璃纤维前炉非常狭窄，常常小于18英寸宽，这可对将足够的热能供应给系统而不使火焰冲击在相对壁上提出挑战。
喷燃器在玻璃熔化操作中的其它应用可利用中等燃烧速率至高燃烧速率，以及包括专用玻璃熔炉，诸如罐炉和常用油箱，或者大容量的熔融材料分配通道、导管和精炼机。这些应用每熔炉容积需要较高的热输入。这需要较高的燃烧速率喷燃器来提供足够的热输入。同时，熔炉壁之间的距离较小。通过以这样一种布置燃烧空气-燃料喷燃器，诸如这些的燃烧空气-燃料的装置在有限空间内实现所需热输入，即，在该布置中，安装在相对壁上的空气-燃料喷燃器直接与安装在近壁上的空气-燃料喷燃器相对。相对的空气-燃料火焰中的一个的高动量有效地平衡相对的另一个空气-燃料火焰的高动量，从而保护相对壁不被过度加热。这个相对的空气-燃料喷燃器构造在燃烧室中产生许多紊流，紊流可引起热点。如果通往空气-燃料喷燃器的流未得到良好的平衡，或者喷燃器在安装时未良好地对齐，也可在燃烧室中产生热点。甚至在采用这个相对安装方法时，空气-燃料喷燃器往往也无法对室提供期望量的能量，从而限制玻璃温度，损害产品质量，以及降低生产率。对于这些应用，整个室中的均匀的玻璃温度对保持产品质量是重要的。具有一种用于提供必要的热能，而不在耐火材料上或熔融材料内产生热点的手段是合乎需要的。
喷燃器设计包括多种考虑因素，包括流体流量、气体的混合和其它考量，特别是关于喷燃器喷嘴。已经对改变来自具有不同的孔口几何结构的喷嘴的流量以影响气体混合进行了研究。例如，1999年Gutmark, E.J等人的标题为“Flow Control with NoncircularJets(具有非圆形喷射口的流控制)”的文章报道了不同的喷嘴孔口几何结构在室温下对空气的拖拽。此数据显示圆形喷嘴施加最少量的拖拽，而槽口和拉锁式喷嘴几何结构促进较高的拖拽。喷嘴孔口形状的较高拖拽意味着构造有高拖拽设计的燃料气体喷嘴的喷燃器的燃料和氧流以及包围燃料流的氧化剂流之间有更多混合。Gollahalli, S.R等人(Combustion Sci. Technol(燃烧科技). 1992，86:1-6，267 “Diffusion Flames of GasJets Issued from Circular and Elliptic Nozzles(从圆形和椭圆形喷嘴发出的气体射流的扩散火焰))使用氮稀释丙烷燃料(对于圆形喷嘴，Re 4740)和低速同心空气流来研究来自圆形和椭圆形(长轴/短轴的纵横比为3：1)燃料喷嘴孔口的扩散火焰。Gollahalli证实冷流测试的Gutmark的结果可转化成空气燃料丙烷火焰。Gollahalli发现，与从具有相同开口面积的圆形燃料喷嘴孔口产生的火焰相比，在从椭圆形燃料喷嘴孔口产生的火焰中，燃料和空气之间的混合得到加强。Gollahalli的测试局限于来自没有预燃烧器的喷燃器的空气燃料火焰的开放空气燃烧。Gollahalli没有报告由两个不同的喷嘴几何结构产生的火焰的任何长度差异。实际上，在中间范围和离喷嘴尖部的最远距离处测得的一氧化碳浓度(有时用来估计火焰长度的度量)被作者描绘成对于两个不同的喷嘴几何结构“无明显不同”。
另一篇文章是Zaman, K.B.M.Q. Zaman的标题为“Axis Switching andSpreading of an Asymmetric Jet: The Role of Coherent Structure Dynamics(不对称射流的轴线转换和传播：凝聚结构动力特性的作用)”，该文章讨论了不对称喷嘴如何形成流，将平均速度轮廓片映射为离喷嘴的距离的函数。Zaman发现，对于具有旋涡发生器的不对称喷嘴，流的传播得到加强。这些旋涡发生器基本是加工到槽口壁上的凸块，凸块沿着壁产生不连续性。作者还介绍了轴线翻转的概念，其中，流可沿着槽口的长轴开始传播，以及在离喷嘴尖部一定距离处使方向转换180度。其中空气流过槽口形喷嘴的实验显示，流沿不对称方向传播，直到在离喷嘴一定距离处，流恢复圆形。旋涡发生器的影响是中断由平滑壁式喷嘴孔口形成的典型流型式，从而导致轴线翻转(由于安装在槽口的短边上的三角凸块)，或者阻止流回复成圆形型式，(在离喷嘴较远的距离处使流的传播稳定)。Zaman和Gutmark的文章显示了阻止扁平火焰形成的流行为，其中，扁平流型式要么需要复杂的喷燃器组件，要么仅对于来自喷燃器面的流的一部分具有扁平流型式。具有槽口形状但缺乏平滑边缘(拉锁)的喷嘴会加强混合，以至于如果预燃烧器具有与用于具有平滑表面的槽口的预燃烧器相似的L/D，预燃烧器就开始过热。
在USPN 5,256,058、US公开No. 2010/0310996，以及USPN 5,500,030中描述了已知的燃烧方法，它们的公开通过引用而结合在本文中。USPN 5,256,058中公开的氧-燃料喷燃器是要推迟燃料和氧的混合，同时将氧-燃料火焰的近喷嘴部分约束在预燃烧器内部，以产生高度发光的火焰。这个火焰在大型熔炉中提供非常高效的热传递，并且抑制喷燃器喷嘴上的积聚物和腐蚀。推迟混合方法的一个缺点在于，火焰太长，以至于无法将所需能量供应到通道、导管和前炉，而不使宽前炉的中心中的玻璃过热，或者不使狭窄前炉、导管或小型专用玻璃熔炉的相对壁上的耐火材料过热。另一个缺点在于，USPN 5,256,058的火焰不能够使这些玻璃调节结构内部的玻璃保持足够的温度均一性，从而不利地影响产品品质。
在Kobayashi的US专利公开No. 2003/0015604中公开了关于获得扁平火焰的一种尝试，该公开通过引用而整体地结合在本文中。Kobayashi公开了在燃料气体流的上方和下方引入气体流，以使火焰“扁平”。Kobayashi利用复杂的设计，但不利用来自喷嘴形状和喷燃器操作的流体动态特性来改变火焰几何结构。
国际公开No. WO 2011/154285公开了一种前炉喷燃器，该公开通过引用而整体地结合在本文中。在WO 2011/154285公开中，公开了对玻璃熔炉的前炉使用氧-燃料喷燃器。但是，该公开的设计对于改变火焰几何结构以及提供加热均匀性的能力有限。
这样的氧-燃料喷燃器组件、燃烧系统和方法在本领域中将是合乎需要的，即，它们用于可燃燃料与氧的高效且减少或消除喷燃器构件的过热的富化燃烧，减少或消除熔炉的相对壁上的耐火材料的过热，同时提供热能，使得在熔融材料的整个传输通道中都保持均匀温度。
发明内容
本发明涉及一种氧-燃料喷燃器，其具有被氧管道包围的燃料管道。喷燃器设置在预燃烧器内，使得在燃料和氧气体之间的产生被约束和屏蔽的扩散火焰的混合增加，以产生缩短的氧-燃料火焰，而不使喷燃器构件过热。本发明还涉及用于使用有创造性的喷燃器组件来在熔融材料的传输通道中使用的方法。
本公开的一方面包括一种氧-燃料喷燃器组件。氧-燃料喷燃器组件包括第一管道，第一管道具有喷嘴孔口，喷嘴孔口具有大于或等于大约2.0的纵横比D1/D2。第一管道布置成和设置成提供第一流体流，其中，第一流体流是可燃燃料。喷燃器组件进一步包括布置成和设置成提供沿周向围绕第一流体流的第二气体流的至少一个第二管道，其中，第二气体流包括氧。预燃烧器布置成和设置成接收第一流体流和第二气体流，其中产生氧-燃料火焰。预燃烧器开口的横截面沿其长度在形状上是圆形。喷嘴孔口的几何结构和第一管道的横截面几何结构是不同的。第一管道喷嘴孔口的几何结构会加强对第二气体的拖拽，从而产生缩短的火焰，而不使喷燃器构件过热。
本公开的另一方面包括一种氧-燃料喷燃器组件，其包括第一管道，第一管道具有纵横比D1/D2大于或等于大约2.0的喷嘴孔口，以及/或者具有至少一个或多个旋涡发生器的喷嘴孔口。第一管道布置成和设置成提供第一流体流，其中，第一流体流是可燃燃料。喷燃器组件进一步包括布置成和设置成提供沿周向围绕第一流体流的第二气体流的至少一个第二管道，其中，第二气体流包括氧。预燃烧器布置成和设置成接收第一流体流和第二气体流，其中产生氧-燃料火焰。至少预燃烧器的出口的横截面在形状上是不对称的，其中，长轴对齐来自喷嘴的流的传播方向。喷嘴孔口的几何结构和第一管道的横截面几何结构是不同的。第一管道喷嘴的孔口的形状会在气体流离开喷嘴时加强和稳定气体流的传播，从而产生扁平火焰。
本公开的另一方面包括一种具有至少一个氧-燃料喷燃器组件的氧-燃料燃烧系统。氧-燃料喷燃器组件包括第一管道，第一管道具有纵横比D1/D2大于或等于大约2.0的喷嘴孔口，以及/或者具有至少一个或多个旋涡发生器的喷嘴孔口。第一管道布置成和设置成提供第一流体流，其中，第一流体流是可燃燃料。喷燃器组件进一步包括布置成和设置成提供沿周向围绕第一流体流的第二气体流的至少一个第二管道，其中，第二气体流包括氧。预燃烧器布置成和设置成接收第一流体流和第二气体流，其中产生氧-燃料火焰。喷嘴孔口的几何结构和第一管道的横截面几何结构是不同的。氧-燃料燃烧系统进一步包括燃烧区，燃烧区包括封闭空间，封闭空间布置成和设置成接收待加热或调节的材料。
本公开的另一方面包括一种用于产生扁平氧-燃料火焰的方法。该方法包括提供氧-燃料喷燃器组件、第一管道、至少一个第二管道和预燃烧器。方法还包括利用第一管道提供第一流体流，第一管道具有纵横比D1/D2大于或等于大约2.0的喷嘴孔口，以及/或者具有至少一个或多个旋涡发生器的喷嘴孔口，其中，第一流体流是可燃燃料。还提供布置成和设置成提供沿周向围绕第一流体流的第二气体流的至少一个第二管道，其中，第二气体流包括氧。提供在出口处具有至少在形状上不对称的横截面的预燃烧器，其中，长轴对齐来自喷嘴的流的传播方向。利用第一气体流和第二气体流形成氧-燃料火焰。喷嘴孔口的几何结构和第一管道的横截面几何结构是不同的。
根据优选实施例的以下更详细的描述，本发明的其它特征和优点将是显而易见的，该描述以示例的方式示出本发明的原理。本发明的特征可单独使用，或者彼此结合起来使用。
附图说明
提供图来示出本发明的某些方面，而且未按比例制图。
图1是根据本公开的实施例的氧-燃料喷燃器组件的示意图。
图2是根据本公开的实施例的、限定具有圆柱形几何结构的预燃烧器的喷燃器块的示意图。
图3是根据本公开的另一个实施例的、限定具有圆柱形和扩口几何结构的预燃烧器的喷燃器块的示意图。
图4是根据本公开的另一个实施例的、限定在预燃烧器出口处具有不对称的横截面几何结构的预燃烧器的喷燃器块的侧视图的示意图。
图5是根据本公开的另一个实施例的、限定在预燃烧器出口处具有不对称的横截面几何结构的预燃烧器的喷燃器块的俯视图的示意图。
是图6示出在图1的方向2-2上看到的已知喷燃器组件的示意图。
图7是示出在图1的方向2-2上看到的根据本公开的实施例的喷燃器组件的示意图。
图8-10显示示意图，其显示在图1的方向2-2上看到的不包括在本公开中的备选喷嘴孔口几何结构。
图11-13显示示意图，其显示在图1的方向2-2上看到的根据本公开的喷嘴孔口几何结构。
图14是利用根据本公开的氧-燃料喷燃器组件的玻璃熔炉的示意图。
在可行的情况下，相同参考标号将在图中用来表示相同部件。
具体实施方式
现在将参照显示本公开的优选实施例的附图，在下文中更加全面地描述本公开。但是，本公开可体现为不同的形式，并且不应将本公开理解为局限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，而且将对本领域技术人员全面地传达本公开的范围。
如本文所用，用语“氧”及其语法变型表示具有大于大气或周围条件的浓度的O2浓度的氧化气体，包括富氧空气和在市场可获得的氧。
如本文所用，用语“氧-燃料燃烧”、“氧-燃料”及其语法变型表示在氧中燃烧燃料。虽然各种实施例示出在特定位置的火焰，但将理解的是，火焰的位置可与该说明不同。
如本文所用，“低燃烧速率”包括大约4000 Btu/h至大约15000 Btu/h的燃烧范围。“中等燃烧速率”包括大约12000 Btu/h至大约250000 Btu/h的燃烧范围。“高燃烧速率”包括大约0.5 MMBtu/h至大约2.0 MMBtu/h的燃烧范围。
如本文所用，“短”或“缩短的”火焰指的是在熔炉的燃烧区内延伸且覆盖燃烧区的不到百分之一的可见火焰长度。取决于在熔炉中加热的材料，以及喷燃器的燃烧速率和熔炉的大小，火焰可延伸燃烧区的大约25%到大约75%。
如本文所用，“扁平火焰几何结构”、“扁平火焰”、“扁平几何结构”及其语法变型意于表示具有横截面在一个维度上与垂直维度相比而伸长的几何结构的火焰。扁平火焰几何结构优选在整个火焰长度上包括扁平几何结构。
如本文所用，“旋涡发生器”包括促进对旋涡发生的控制的波状、叶状或锯齿状喷嘴孔口边缘。
用语“喷燃器组件”和“喷燃器”是等效的，并且限定用于燃烧燃料与氧的混合物的部件组装好的设备。用语“预燃烧器”被限定为在入口处接收用于燃烧的气体流且允许这些气体和氧-燃料燃烧的产物通过出口而进入燃烧区的空间。预燃烧器可例如由喷燃器块、喷燃器块转接器、组装零件或它们的组合形成或改型。用语“燃烧区”被限定为在预燃烧器下游的空间，诸如熔炉，其中发生燃烧反应，燃烧反应中的至少一个可为含碳和/或氢的燃料与氧反应而形成碳氧化物和/或水和热。
如本文所用，当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施例中的任何特征时，不定冠词“一个”和“一种”表示一个或多个。使用“一个”和“一种”不将含义局限于单个特征，除非特别陈述了这种限制。以定冠词“该”开头的单数或复数名词或名词短语表示特定的规定特征或多个特定的规定特征，并且可具有单数或复数涵义，这取决于其使用的上下文。形容词“任何”不受限制地表示任何数量中的一个、一些或全部。置于第一实体和第二实体之间的用语“和/或”表示下者中的一个：(1)第一实体、(2)第二实体和(3)第一实体和第二实体。
本发明宽泛地涉及氧-燃料喷燃器和氧-燃料燃烧。由于氧-燃料喷燃器产生温度比空气-燃料喷燃器产生的火焰更高的火焰，所以与空气-燃料喷燃器相比，氧-燃料喷燃器可在相同的燃烧速率下对燃烧室供应更多热。氧-燃料喷燃器比空气-燃料喷燃器更高效60%，并且可在显著更低的燃烧速率下与空气-燃料喷燃器输送相等的热输入。氧-燃料喷燃器的燃烧速率更低允许在材料熔炉(诸如玻璃熔炉(参见例如图14))内将喷燃器安装成交错构造，其中，在室的相对壁上的氧-燃料喷燃器的中心线等距地安装在室的近壁上的两个喷燃器的中心线之间。室中的喷燃器的最大燃烧速率由氧-燃料火焰的长度确定，因为火焰在某点处开始冲击到相对壁上。根据本公开的喷燃器组件是有利的，因为与具有圆形燃料喷嘴孔口几何结构的类似地构造的现有技术氧-燃料喷燃器相比，氧-燃料喷燃器能够在壁隙较狭窄的熔炉中，或者在其中火焰必须保持靠近通道壁的分配通道中，以更高的燃烧速率运行。本公开的系统具有另一个优点，即，与已知氧-燃料喷燃器组件相比，在室中产生更均匀的温度分布。
本发明还涉及用于产生缩短和/或扁平的氧-燃料火焰的氧-燃料喷燃器组件、氧-燃料燃烧系统和方法。特别地，本发明涉及具有燃料管道的氧-燃料喷燃器，燃料管道被氧管道包围，氧管道形成缩短和/或扁平的火焰。在一个实施例中，改变燃料管道孔口或喷嘴的几何结构，以产生具有预定构造的火焰，包括扁平火焰。
在本发明的一方面，使用喷嘴孔口(例如图7中的201)来产生氧-燃料火焰，喷嘴孔口实现发光火焰的作用，并且可减少或消除有害的熔炉污染物拖拽到第一管道和第二管道、喷燃器块111或预燃烧器103(例如，如图1中显示的那样)中。根据本发明的喷燃器组件可提供适当地缩短和/或扁平的火焰，以使喷燃器能够在熔炉的狭窄导管内在较高的燃烧速率下操作。可通过使燃料喷嘴孔口的几何结构在形状上为非圆形来产生短火焰。另外，非圆形燃料喷嘴孔口形状可具有大于或等于大约2.0(以及典型地为至少3.0)的纵横比(D1/D2)，以便展现期望的火焰特性(参见例如图7)。与圆柱形横截面预燃烧器(参见图2和3)联接的纵横比高的燃料喷嘴孔口产生短火焰。具有高纵横比和/或具有旋涡发生器(诸如三角凸块(参见图7、11-13))的喷嘴孔口可用于产生短和/或扁平的火焰。与具有横截面不对称(图4-5)的出口的预燃烧器联接的、具有可选的三角凸块的高纵横比燃料喷嘴孔口产生扁平火焰。第一管道的喷嘴孔口可提供具有伸长的、不对称或受控制的旋涡发生特征的几何结构。
在本发明的另一方面，非圆形燃料喷嘴孔口几何结构的优点在于，与使用圆形或对称燃料喷嘴的预燃烧器温度相比，预燃烧器温度可降低(在相同的燃烧速率下)。较低的预燃烧器温度会提高耐火材料寿命，以及非圆形喷嘴孔口比非圆形喷燃器在更低的燃烧速率下操作的能力，从而使非圆形喷嘴孔口喷燃器设计更灵活。表3(在下面)列出了示例来显示在离喷燃器的热面的不同距离处燃烧圆形和非圆形喷嘴孔口的喷燃器的预燃烧器的温度之间的差。以非圆形喷嘴孔口燃烧的喷燃器的预燃烧器温度典型地低于以对称喷嘴孔口燃烧的喷燃器的温度。在喷燃器尖部(即，最不受热面影响的区域)附近，温差最大。
与在例如Zaman和Gutmark等人的现有技术中已知的高速度冷流测试相比，根据本公开的喷燃器组件100所产生火焰会引起轴线翻转和扁平火焰。例如，与Zaman文献的显示流的传播应当对应于槽口长边的方向的公开相反，有创造性的喷燃器组件100展示了轴线翻转和扁平火焰。根据本公开，喷燃器组件100具有带有对应于短边(即，图7中的D2)的较长尺寸的扁平火焰。虽然不希望受理论或说明的约束，但相信对配备有具有非圆形孔口的燃料喷嘴的、根据本公开的喷燃器观察到的扁平火焰几何结构是因为孔口几何结构能够改变预燃烧器内部的气体混合。与圆形燃料喷嘴孔口相比，纵横比D1/D2小于2.0的喷嘴孔口201对气体混合没有足以改变观察到的火焰特性的作用。喷嘴孔口201中的纵横比(D1/D2)大于2.0的孔口会提高预燃烧器内部的气体混合，从而引起较短的扁平火焰。当用圆柱形预燃烧器产生时，从沿水平安装的槽口观察到的火焰的可见部分的高度或厚度大于从沿竖向安装的槽口观察到的火焰的可见部分的高度。通过在相同的燃烧速率下并排地燃烧两个喷燃器(其中一个槽口燃料孔口沿水平定向安装，而一个槽口燃料孔口沿竖向位置安装)，水平地观察这个火焰高度差，与垂直于槽口的长轴的竖向槽口定向相比，对于水平槽口定向，火焰的发光区段的高度更高。还相信轴线翻转和产生的扁平火焰会导致在槽口形喷嘴孔口的预燃烧器内部测量到较低的块温度。
在本发明的一方面，在低燃烧速率下，在玻璃熔炉的前炉中采用喷燃器。在这方面，喷燃器具有短火焰是合乎需要的。本发明所提供的火焰长度和几何结构可提供亮度高的氧-燃料火焰(例如，如在玻璃纤维制造中使用的那样)，亮度高的氧-燃料火焰不会冲击在狭窄玻璃前炉通道的相对壁上，或者不会使相对壁过热。本发明所提供的短火焰长度还可用于提供使热集中在前炉的壁附近的火焰，以防止较热的熔融材料在宽度较大的通道的中心处再沸腾。扁平火焰几何结构容许在较大的面积上基本均匀地加热。在其它实施例中，扁平火焰几何结构容许减少燃烧系统中的喷燃器的数量。
在本发明的其它方面，燃料和氧管道可在预燃烧器内的相同位置处终止，或者燃料喷嘴可在与氧管道的终止点不同的位置处终止。一方面，氧管道延伸超过燃料管道，并且形成预燃烧器的一部分。另一方面，燃料和氧管道可装配有转接器，以有利于安装到空气燃料喷燃器块中，以实现改型装置。在本发明的其它方面，喷燃器组件提供较低的预燃烧器温度，这可减少或消除对喷燃器块的损害。
现在参照图，图1显示氧-燃料喷燃器组件100的示意图。氧-燃料喷燃器组件100包括喷燃器喷嘴区段101、预燃烧器103和燃烧区105。喷燃器喷嘴区段101包括喷燃器入口部分106和107，其包括第一管道108和设置成沿周向围绕第一管道108的第二管道109。第二管道109可为单个连续的管道或开口，或者可为多个管道、喷嘴或孔。在图1中显示的实施例中，预燃烧器103由喷燃器块111限定，并且接收来自第一管道108和第二管道109的第一流体流113和第二气体流115。在其它实施例中，预燃烧器103可由第二管道109的一部分和喷燃器块111的一部分形成。预燃烧器103可具有直径恒定的圆柱形几何结构，或者具有联接到扩口区段(例如，通过倾斜或渐缩的区域而联接)上的直径恒定的区段的圆柱形几何结构。预燃烧器103不受此限制，而是可具有任何适于接收来自喷燃器喷嘴区段101的气体流的几何结构。在一个实施例中，预燃烧器103包括在入口处具有圆柱形几何结构以及在出口处具有不对称横截面的几何结构，不对称横截面对齐来自接收对应的火焰几何结构(参见例如图7和11-13)的管道108、109的流的传播方向。
喷燃器喷嘴区段101将第一流体流113和第二气体流115提供给预燃烧器103。第一流体流113是可燃燃料。可燃燃料是能够适于进行加热熔融材料(诸如玻璃)的燃烧的任何适当的燃料。适当的可燃燃料包括(但不限于)气态烃，诸如天然气、甲烷或丙烷、一氧化碳、含氢气体(诸如具有小于50 体积%的氢的气体)，以及它们的组合。在其它实施例中，也可使用液体可燃燃料，诸如燃料油、加热油、废油、浆料等。第二气体流115是氧浓度范围为大于20.9 体积%(空气)至大于99.5 体积%(高纯度氧)的含氧气体。含氧气体优选包括大于或等于大约50 体积%的氧，或大于80 体积%的氧。
提供第一流体流113和第二气体流115，使得在预燃烧器内部实现两相紊流扩散火焰，同时使预燃烧器壁温度保持远低于氧-燃料火焰的温度。根据本公开，第一流体流113和第二气体流115流到预燃烧器中可减少或消除喷燃器块111或喷燃器组件100的其它构件的过热。构件的过热包括暴露于比空气-燃料火焰的温度高得多的温度。引起过热的温度非常高，以至于(例如)暴露于这些温度可损害或熔化喷燃器块111或喷燃器组件100的其它构件的耐火材料。从预燃烧器103将第一流体流113和第二气体流115提供给燃烧区105。提供点火源(未显示)，以使燃烧开始，以及形成火焰119。火焰119不限于显示的几何结构或位置，而是包括第一流体流113与第二气体流115的氧的混合物的燃烧。火焰119可在预燃烧器103中开始，以及延伸到燃烧区105中。预燃烧器103具有的几何结构对应于形成来最大程度地减少或消除预燃烧器103的材料的冲击和/或过热引起的损害的火焰几何结构。
现在参照图2，图2是根据本公开的实施例的喷燃器组件100的示意图，喷燃器块111与第二管道109联接，从而产生直的圆柱形预燃烧器103。
现在参照图3，图3是根据本公开的另一个实施例的喷燃器组件100的示意图，喷燃器块111与第二管道109联接，从而产生先直后扩口的圆柱形预燃烧器103。另外，图2和3中显示的喷燃器组件100包括限定的预燃烧器长度直径比L/D，其中，L是直通道(圆柱形)预燃烧器的长度，而D是直通道预燃烧器的直径。预燃烧器长度直径比L/D优选大于或等于大约2.0，或者大于或等于大约3.0。在本发明的一方面，L/D小于大约6，或者小于大约5.0。
现在参照图4和5，图4和图5分别是根据本公开的另一个实施例的喷燃器组件100的侧视图和俯视图的示意图，喷燃器块111与第二管道109联接，从而产生预燃烧器103。在这个实施例中，预燃烧器103在出口处具有不对称的横截面几何结构，L1是预燃烧器通道开口的长边，而L2是短边。预燃烧器出口的横截面的纵横比L1/L2优选大于或等于大约2.0，或者大于或等于大约3.0。图4和5中的喷燃器组件布置成接收由喷燃器喷嘴区段101形成的扁平火焰。预燃烧器出口通道开口的横截面的长边的定向布置成使得较长的尺寸L1布置成平行于火焰的扁平部分。
在本发明的另一方面，可使用第一管道108和第二管道109来形成改型型喷燃器，其中，第二管道109与喷燃器块111联接，从而产生预燃烧器103，使得第二管道109延伸经过第一管道107达一距离。可提供这种延伸来(例如)配合现有的喷燃器块111。根据本公开，喷燃器组件100容许喷燃器操作，使得第二管道109的伸出部分不受损，因为燃料和氧的混合受到抑制。
现在参照图6，图6示出从图1的方向2-2显示的已知的同心孔口喷燃器100的面的构造。在这个实施例中，面为环形类型喷燃器的面。提供第一流体流113的第一管道108被提供第二气体流115(包括氧)的连续的第二管道109包围。第二管道被由耐火材料制成的圆柱形区段111包围，以定位喷燃器。喷燃器组件100的面包括具有喷嘴孔口201的第一管道108，喷嘴孔口201具有圆形几何结构。
现在参照图7，图7示出在图1的方向2-2上显示的根据本公开的实施例的同心孔口喷燃器100的面的构造。在这个实施例中，面为环形类型喷燃器的面。提供第一流体流113的第一管道108被提供第二气体流115(包括氧)的连续的第二管道109包围。第二管道被由耐火材料制成的圆柱形区段111包围，以定位喷燃器。喷燃器组件100的面包括具有喷嘴孔口201的第一管道108，喷嘴孔口201具有槽口几何结构。喷嘴孔口几何结构201和第一管道108的横截面几何结构是不同的。在一个实施例中，第一管道108具有圆形横截面几何结构，并且通过具有槽口几何结构的喷嘴孔口201来喷射燃料。在某些实施例中，嘴孔口201的几何结构喷包括纵横比D1/D2，使得D1/D2≥2.0，或D1/D2≥3.0，或D1/D2≥4.0。包括纵横比大于或等于大约2.0的喷嘴孔口201的喷燃器组件100产生缩短和/或扁平的火焰。
现在参照图8至13，图8-13示出基本如上面关于图6和7所显示和描述的那样的喷燃器组件100的喷燃器面构造。图8示出包括第一管道108的喷燃器面，第一管道108具有带有“雪人形”几何结构的喷嘴孔口201。图9示出包括第一管道108的喷燃器面，第一管道108具有带有“三叶草”几何结构的喷嘴孔口201。图10示出包括第一管道108的面，第一管道108具有带有“十字形”几何结构的喷嘴孔口201。如图8-10中显示的那样，雪人形几何结构、三叶草形几何结构和十字形几何结构具有小于2.0的纵横比(D1/D2)。图8-10显示未根据本发明的喷嘴孔口201的各种几何结构，因为D1/D2<2.0，而且根据具有圆柱形预燃烧器的喷燃器组件未产生缩短的火焰。图11-13示出基本如上面关于图6和7所显示和描述的那样的喷燃器组件100的喷燃器面构造。图11示出包括第一管道108的喷燃器面，第一管道108具有带有两个半圆的喷嘴孔口201。图11的孔口是本发明的一方面，因为半圆的D1/D2 >2.0，而且根据具有圆柱形预燃烧器的喷燃器组件产生缩短的火焰。
图12-13示出包括第一管道108的喷燃器面，第一管道108具有喷嘴孔口201，喷嘴孔口201具有D1/D2>2.0且具有定位在长边上的旋涡发生器205。图12中利用的三角形旋涡发生器205称为三角凸块。具有旋涡发生器205的槽口形喷嘴孔口201被称为带有三角凸块的槽口。图13示出具有正方形旋涡发生器205(被称为“拉锁”几何结构)的喷嘴孔口201。旋涡发生器不限于图12和13中示出的本发明的各方面，而是可如控制或修改离开喷嘴的气体的流所期望的那样使用。
图12-13中示出的喷嘴孔口几何结构是本发明的各方面，并且在与具有不对称出口横截面的预燃烧器联接时，产生扁平火焰。为了形成根据本公开的扁平火焰，非圆形燃料喷嘴孔口几何结构具有大于或等于大约2.0的纵横比(D1/D2)，以及至少一个但优选至少两个旋涡发生器。虽然显示了图8-10的特定几何结构具有小于2.0的纵横比(D1/D2)，但要注意的是，具有根据本公开的相似构造的几何结构，诸如伸长雪人形或扁平十字形(其中喷嘴孔口201具有大于或等于大约2.0的纵横比(D1/D2)的几何结构)，将是本发明的方面，在与圆柱形预燃烧器联接时产生缩短的火焰。类似地，如果D1/D2>2.0的前述喷嘴孔口设有旋涡发生器，则在与具有不对称出口横截面的预燃烧器联接时，将产生扁平火焰。存在来自D1/D2>2.0的喷嘴孔口的流的充分传播，以在与具有不对称出口横截面的预燃烧器联接时，产生扁平火焰。由D1/D2>2.0的喷嘴孔口产生的扁平火焰大体比具有D1/D2>2.0且具有旋涡发生器的喷嘴孔口产生的扁平火焰具有更小的纵横比。
现在参照图14，图14显示利用根据本公开的氧-燃料喷燃器组件100的玻璃熔炉800。虽然在整个玻璃熔炉800中显示了氧-燃料喷燃器组件100，但可使用任何组合或任何数量的氧-燃料喷燃器组件100，包括其中仅在玻璃熔炉的选择的区段或位置中利用氧-燃料喷燃器组件100的组合。玻璃熔炉800包括一系列批量加料器801，加料器801将形成玻璃的材料装入熔化器811。再生器803对空气燃料喷燃器组件100进行馈送，再生器803形成火焰119，火焰119加热和熔化批量材料，熔融材料沿方向812流过熔化器811。玻璃从熔化器811流到可选的精炼机813，在那里，额外喷燃器组件100对熔融玻璃提供热，以进一步炼制玻璃熔体。从精炼机813将玻璃提供给导管814，在那里，玻璃被冷却或加热(但大体被冷却)到制作此类玻璃所需的恰当的平均温度。熔融玻璃从导管流到前炉815中，在那里，玻璃的温度被保持且达到均衡，以使玻璃在传输到成形器807之前，使玻璃粘度相等。前炉815包括用以在传输到玻璃成形装备807时保持温度的氧-燃料喷燃器组件100。前炉815中的玻璃优选保持在均匀温度处。成形装备807将玻璃转变成期望的产品，例如容器或纤维。
示例
本发明的某些方面由以下示例示出。这些示例不限制所附权利要求的范围。
示例1
此示例评价燃料喷嘴孔口几何结构对从具有圆柱形预燃烧器的图1中的喷燃器组件产生的火焰的影响，圆柱形预燃烧器使用图6-11中显示的燃料喷嘴孔口。在配备有各个燃料喷嘴孔口的同时，喷燃器在单喷燃器测试模式中，在耐火材料衬里箱中以20000 Btu/h的燃烧速率燃烧。这个示例的喷燃器测试使用了为6的圆柱形预燃烧器长度/直径(L/D)。在下面的表1中显示评价结果。
表1
这些单喷燃器燃烧测试的结果显示，如果孔口具有1.8或更小的纵横比，则改变燃料喷嘴孔口几何结构对这个喷燃器产生的火焰没有影响。但是，如果燃料喷嘴孔口具有大于1.8的纵横比，则火焰的长度缩短。在高纵横比的喷嘴孔口的两个不同的燃料/氧速度比下，观察到这个火焰缩短作用，这表明火焰长度的变化受喷嘴孔口几何结构而非燃料速度与氧速度的比控制。
示例2
示例2是对在耐火材料衬里箱中呈单喷燃器构造和多喷燃器构造的用圆形燃料喷嘴孔口(对称)燃烧的喷燃器和用槽口形(非圆形)燃料喷嘴孔口(在图6-7中显示)燃烧的喷燃器的火焰特性的评价。对于这些测试，圆柱形预燃烧器L/D为6。在表2(下面)中给出了可见火焰长度。与单喷燃器构造相比，当喷燃器在多喷燃器构造中燃烧时，两个燃料喷嘴孔口几何结构的可见火焰长度都缩短。在单喷燃器燃烧构造和多喷燃器燃烧构造两者中，非圆形喷嘴孔口几何结构比对称喷嘴孔口几何结构产生更短的火焰。在多喷燃器构造中测试两个不同的燃烧速率。在两个燃烧速率下，非圆形喷嘴孔口几何结构比对称喷嘴孔口几何结构产生更短的火焰。预燃烧器几何结构会影响由这个喷燃器产生的可见火焰的长度。由具有非圆形喷嘴孔口(其具有扩口预燃烧器)的喷燃器产生的可见火焰比由具有非圆形喷嘴孔口(其具有圆柱形预燃烧器)的喷燃器产生的可见火焰更长。实际上，由非圆形喷嘴/扩口形预燃烧器构造产生的可见火焰的长度可比得上由圆形喷嘴/圆柱形预燃烧器构造产生的可见火焰长度。
表2
示例3
示例3是对离燃烧图6和7的对称和非圆形燃料喷嘴孔口的喷燃器的预燃烧器出口的各种距离处的预燃烧器壁的温度的评价(TC1最接近预燃烧器出口，TC2比TC1离预燃烧器出口更远，而TC3离预燃烧器出口最远)。在以15000 Btu/小时每喷燃器燃烧通往耐火材料衬里箱中的四个喷燃器达4.75小时，以实现热平衡之后，记录温度。底板温度范围是从在耐火材料衬里箱中以规则间隔放置且置于耐火材料衬里箱的底板上方的一英寸高度处的四个热电偶记录到的最高和最低温度之间的差。底板温度表示熔融材料温度。在下面的表3中显示了评价结果。
表3
表3显示，通过使用这个4喷燃器燃烧构造，由对称喷嘴孔口喷燃器和非圆形喷嘴孔口喷燃器产生的火焰沿着箱的底板产生相同的温度分布，如针对两个测试所记录的相似的底板热电偶范围所证明的那样。针对两个测试沿着预燃烧器壁所记录的温度是不同的。出乎意料地，非圆形喷嘴火焰的预燃烧器壁温度总是低于对称喷嘴的预燃烧器壁温度。甚至更令人惊讶的是，两种类型的火焰之间的预燃烧器壁温差在离预燃烧器出口最远的点处最大，在该点处，来自室的辐射的影响最小。非圆形喷嘴喷燃器意欲通过加强燃料和氧化剂之间的混合来产生较短的火焰。这个加强的混合有望在预燃烧器内部产生不合适的高温。在实践中，与具有较低水平的燃料和氧化剂混合的喷嘴相比，对于促进混合的喷嘴，预燃烧器壁温度实际上更低。降低的预燃烧器温度对于非圆形喷嘴喷燃器是显著的优点，因为较低的温度会使较冷操作的喷燃器的使用寿命更长。
示例4
示例4是在单喷燃器测试构造中，圆柱形预燃烧器L/D对预燃烧器壁温度的影响的评价，其中，L是圆柱形预燃烧器的长度，而D是圆柱形预燃烧器的直径(在图2和3中显示)。在下面的表4中显示评价结果。L/D对火焰特性的影响随燃烧速率和喷嘴孔口类型而改变。大体上，以及不希望受任何理论或说明的约束，较小的L/D会产生较低动量的火焰，以及较高的火焰亮度。对称喷嘴孔口的火焰动量低会在预燃烧器上产生热点，因为相信动量低的火焰倾向于使其本身定向成在预燃烧器出口处朝向箱的顶部，从而导致部分火焰冲击。对称喷嘴孔口典型地采用大于3且小于7的预燃烧器L/D来产生火焰，而不使预燃烧器过热。非圆形喷嘴孔口与对称喷嘴孔口类似地起作用，L/D范围为大约3至小于7，以抑制以及在大多数情况下防止预燃烧器过热。具有旋涡发生器的非圆形喷嘴需要L/D较小的圆柱形预燃烧器，因为旋涡发生器引起的流传播可在L/D较大的预燃烧器上产生热点。具有旋涡发生器的喷嘴典型地采用L/D为大约1至大约3的圆柱形预燃烧器。当预燃烧器出口横截面不对称时，大约3至小于7的对称喷嘴孔口L/D值可用于具有旋涡发生器的非圆形喷嘴。不对称出口横截面为流传播提供空间，而且在L/D较大时减少(如果不消除)火焰冲击。为了保持有利的火焰动量，不对称出口横截面面积典型地为不对称喷嘴孔口的面积的大约100倍。
表4
*具有不对称出口横截面的预燃烧器
示例5
示例5是在一定范围的燃烧速率、壁间距离，以及单喷燃器燃烧构造或双喷燃器燃烧构造下，对在燃烧具有圆柱形预燃烧器的不同的燃料喷嘴孔口几何结构的喷燃器的耐火材料衬里箱内部的各种位置处记录到的温度的评价。壁间距离是块面和箱的相对壁之间的距离。相对底板温度是在与喷燃器相对的壁处，在箱的底板上方1英寸处测得的温度。相对壁温度是在与预燃烧器中心线相同的高度处，与喷燃器相对的壁的温度。相对壁温度会引起火焰冲击。相对壁减相对底板温度可提供对喷燃器构造的温度分布的均一性的指示。
表5
*双喷燃器燃烧构造
表5显示当用单个喷燃器或两个喷燃器加热箱时，耐火材料衬里箱中的相对底板温度和相对壁温度随燃料喷嘴孔口几何结构和燃烧速率而改变。在中等燃烧速率下，与对称燃料喷嘴孔口相比，非圆形燃料喷嘴孔口的一个作用由以下事实展示，即，非圆形喷嘴测试总是显示比对称喷嘴测试更低的相对壁温度。对称喷嘴和非圆形喷嘴之间的ΔT的减小在较高的燃烧速率下更突出(在3.7 Nm3/小时天然气下，为58℃)。如果底板温度对应于熔融材料温度，则这表明在其中最大燃烧速率由室或分配导管的宽度规定的应用中，具有非圆形燃料喷嘴孔口的喷燃器的最大燃烧速率显著地高于具有对称燃料喷嘴孔口的喷燃器的最大燃烧速率。狭窄通道宽度典型地表示，当火焰冲击使相对壁耐火材料温度上升到其最大工作值时，达到最大燃烧速率。与现有技术喷燃器相比，较短的火焰长度使得本发明能够实现更高的熔融材料温度，或更高的成品生产率。
在中等燃烧速率下，与对称燃料喷嘴孔口相比，非圆形燃料喷嘴孔口的优点在于，非圆形喷嘴测试总是显示更低的相对壁减相对底板温度。与具有圆形喷嘴的喷燃器相比，在具有非圆形喷嘴的喷燃器的箱的内部的更均匀的温度分布有望使熔融材料温度更均匀。因此，本发明的喷燃器提供与现有技术喷燃器相比有所改进的产品品质。
示例6
示例6是在不同的燃烧速率下，以及同时燃烧单个喷燃器或两个喷燃器时，当用具有不同的燃料喷嘴孔口几何结构的喷燃器加热箱时，对耐火材料衬里箱中的温度的评价。
表6
表6显示箱中的四个底板热电偶的底板温度范围(最高温度减最低温度)随喷燃器燃烧的数量、燃烧速率和燃料喷嘴孔口而改变。底板温度范围是从在耐火材料衬里箱中以规则间隔放置且置于耐火材料衬里箱的底板上方一英寸的高度处的四个热电偶记录到的最高温度和最低温度之间的差。底板温度表示熔融材料温度。再一次，非圆形喷嘴喷燃器测试显示比对称喷嘴喷燃器更低的底板温度范围，作用在较高的燃烧速率下更突出。在中等燃烧速率下，与对称燃料喷嘴孔口喷燃器相比，这是由非圆形燃料喷嘴孔口喷燃器产生的加热空间的优秀的温度均一性的另一个示例。非圆形喷嘴喷燃器比对称喷嘴喷燃器产生更均匀的温度分布有望使熔融材料温度更均匀。因此，本发明的喷燃器提供显著优于现有技术喷燃器的成品品质改进。
示例7
示例7是对不同的燃料喷嘴孔口几何结构和不同数量的喷燃器的火焰特性的评价。
加工和测试具有不同大小的旋涡发生器的两个喷嘴，以确定在以低速燃烧时，由这个喷嘴孔口几何结构产生的流型式是否将产生进入约束空间(例如预燃烧器)中的扁平火焰。针对由这些喷嘴产生的火焰，设计特殊喷燃器块来产生预燃烧器，以允许火焰传播，以及提供从喷燃器的圆柱形到热面处的预燃烧器开口的非圆柱形横截面的平滑过渡。表7显示产生的火焰随燃料喷嘴孔口类型而改变的结果。
槽口形喷嘴和加工有小型三角凸块(槽口具有小型三角凸块的)的槽口形喷嘴两者都展现轴线翻转。火焰的长轴在与喷嘴孔口的长轴相反的方向上。轴线翻转是出乎意料的，因为Zaman针对这些孔口几何结构所报告的高速冷流结果未经受轴线翻转。关于这个示例的三角槽口形喷嘴构造布置成类似于Zaman的文章“Axis Switching and Spreading ofan Asymmetric Jet: The Role of Coherent Structure Dynamics(不对称射流的轴线转换和传播：凝聚结构动力特性的作用)”中公开的“凸块”。加工有较大的三角凸块的三角槽口形喷嘴(槽口带有大型三角凸块)未展现轴线翻转。所有火焰都展现一定程度的不对称性，这与扁平火焰所提供的较高的火焰覆盖一致。
表7
*宽度/高度是可见火焰的宽度和高度；
对于所有孔口，D1/D2>2；
**最窄间隙在喷嘴中的最窄开口处测得。
虽然已经参照某些实施例来描述本发明，但本领域技术人员将理解，可作出各种改变，而且等效物可代替本发明的元件，而不偏离本发明的范围。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适于本发明的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (19)

1.一种氧-燃料喷燃器组件，包括：
具有喷嘴孔口的第一管道，所述喷嘴孔口具有大于或等于大约2.0的纵横比D1/D2，所述第一管道布置成和设置成提供第一流体流，所述第一流体流为可燃燃料；
至少一个第二管道，其布置成和设置成提供沿周向围绕所述第一流体流的第二气体流，所述第二气体流是氧；以及
预燃烧器，其布置成和设置成接收所述第一流体流和所述第二气体流，其中，产生氧-燃料火焰，所述预燃烧器具有大于或等于大约2.0且小于大约6.0的长度与直径比；
其中，所述喷嘴孔口的几何结构和所述第一管道的横截面几何结构是不同的。
2.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷嘴孔口具有大于或等于大约3.0的纵横比D1/D2。
3.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷燃器组件具有大约0.5MMBtu/小时至大约2.0 MMBtu /小时的燃烧范围。
4.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述第二管道延伸大于所述第一管道的距离，并且形成所述预燃烧器的一部分。
5.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷嘴孔口的几何结构是长方形，而所述第一管道的横截面几何结构是圆形。
6.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷嘴孔口的几何结构包括两个半圆。
7.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷嘴孔口包括旋涡发生器。
8.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述预燃烧器具有入口区段和出口区段，所述入口区段具有恒定直径的圆柱形几何结构，而所述出口区段具有沿竖向定向的椭圆形横截面几何结构。
9.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述预燃烧器具有入口区段和出口区段，所述入口区段具有恒定直径的圆柱形几何结构，而所述出口区段具有沿水平定向的椭圆形横截面几何结构。
10.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷燃器组件具有小于大约250000 Btu/小时的燃烧范围。
11.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述喷燃器组件具有大约12000Btu/小时至大约250000 Btu /小时的燃烧范围。
12.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述预燃烧器具有包括大于2.0的纵横比D1'/D2'的横截面几何结构。
13.根据权利要求1所述的喷燃器组件，其特征在于，所述第一管道的喷嘴的纵横比D1/D2大于或等于大约3.0且小于大约5.0。
14.一种氧-燃料燃烧系统，包括：
至少一个氧-燃料喷燃器组件，包括：
具有喷嘴孔口的第一管道，所述喷嘴孔口具有大于或等于大约2的纵横比D1/D2，所述第一管道布置成和设置成提供第一流体流，所述第一流体流是可燃燃料；
至少一个第二管道，其布置成和设置成提供沿周向围绕所述第一流体流的第二气体流，所述第二气体流是氧；以及
预燃烧器，其布置成和设置成接收所述第一流体流和第二气体流，其中，产生氧-燃料火焰，所述预燃烧器具有大于或等于大约2.0且小于大约6.0的长度与直径比；
其中，所述喷嘴孔口的几何结构和所述第一管道的横截面几何结构是不同的；以及
包括封闭空间的燃烧区，所述封闭空间布置成和设置成接收待加热的材料。
15.根据权利要求14所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧区包括玻璃熔炉，所述玻璃熔炉包括熔化区和前炉，其中，所述氧-燃料喷燃器位于所述前炉中，并且定位成使火焰延伸到所述前炉中。
16.根据权利要求14所述的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧区包括包含熔化区和导管的玻璃熔炉，其中，所述氧-燃料喷燃器位于所述导管中，并且定位成使火焰延伸到所述导管中。
17.一种用于产生扁平氧-燃料火焰的方法，包括：
提供氧-燃料喷燃器组件，包括第一管道、至少一个第二管道和预燃烧器；
使第一流体流流入所述第一管道且流过喷嘴孔口，所述喷嘴孔口具有大于或等于大约2.0的纵横比D1/D2，所述第一流体流是可燃燃料；以及
使第二气体流沿周向围绕所述第一流体流流入所述至少一个第二管道，所述第二气体流是氧；
利用所述第一流体流和所述第二气体流在预燃烧器中形成氧-燃料火焰，所述预燃烧器具有大于或等于大约2.0且小于大约6.0的长度与直径比；
其中，所述喷嘴孔口的几何结构和所述第一管道的横截面几何结构是不同的。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预燃烧器具有不对称的出口横截面，以及其中，所述预燃烧器出口的长轴与气体流传播的方向对齐。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述扁平氧-燃料火焰用来加热玻璃。
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