CN104736487A - 玻璃熔融炉燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种用于玻璃熔融炉的氧气燃料燃烧器，其通常包括：用于燃料的第一(或内部)管道、用于废玻璃碎块的第二(或中间)管道、以及用于燃烧用氧气的第三(或外部)管道。第一管道、第二管道和第三管道嵌套设置，并且限定了分别用于燃料流、玻璃碎块流和氧气流的通路。玻璃碎块供给漏斗连接至第二管道，从而能够引导玻璃碎块通过漏斗进入第二管道中。在玻璃碎块颗粒离开燃烧器的位置附近并且玻璃碎块颗粒到达下方的玻璃表面之前，在几乎纯氧环境中焚化废玻璃碎块中的有机污染物。

Description

玻璃熔融炉燃烧器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2012年7月2日提交、目前待决的美国专利申请No.13/540,011的优先权，如在本文中详细阐述的那样，该美国专利申请在此全文并入以作为参考。
技术领域
本发明涉及玻璃熔融炉。特别地，本发明涉及一种氧气燃料燃烧器，该氧气燃料燃烧器在将熔融的废玻璃碎块放置在下方的玻璃表面上之前焚化废玻璃碎块上的有机污染物。
背景技术
已知的是，任何玻璃制造过程均会产生废玻璃碎块。这种废玻璃碎块必须在废碴填埋中处理掉或者加工以重新采用作为原材料。
废玻璃碎块通常包含有机污染物，如不移除的话则所述有机污染物将影响最终玻璃产品的质量。然而，重新利用废玻璃碎块作为原材料较为复杂。在玻璃容器行业中，例如，通过将玻璃碎块的温度升高至650摄氏度以上来移除这些有机污染物。类似地，连续长丝玻璃纤维行业通过研磨并且加热废玻璃至650摄氏度以上来从其处理过程中收集和处理废玻璃。本领域中的技术人员将理解到的是，将废玻璃碎块加热到至少650摄氏度有助于确保在重新利用废玻璃碎块之前焚化所有的有机污染物。
重新利用废玻璃碎块作为原材料也是昂贵的。事实上，在玻璃制造过程中最大的费用之一是在重新采用废玻璃碎块作为原材料之前从废玻璃碎块移除有机材料。
在这样的背景下，原材料成本增大，用于绝热的玻璃棉的产量增大，并且环境条例使得填埋处理也较不可行。
发明内容
因此，需要减少与在玻璃制造过程中重新利用废玻璃碎块有关的复杂性和花费。
本发明的一个目的是提供一种燃烧器，所述燃烧器允许花费较少地重新利用废玻璃碎块。
本发明的另一目的是提供一种燃烧器，所述燃烧器允许重新利用废玻璃碎块的较不复杂的方法。
本发明的又一目的是提供一种重新利用废玻璃碎块的环境友好且经济的方法。
本发明的再一目的是提供一种燃烧器，所述燃烧器能够用于在重新利用或不重新利用废玻璃碎块的情况下熔融玻璃。
在本文中公开了一种燃烧器，所述燃烧器包括：第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕所述第二管道；以及玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，所述漏斗出口被联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。在本发明的一些实施例中，第一管道、第二管道和第三管道中的一个或更多个是同心地布置的。例如，第一管道、第二管道和第三管道全部都能够同心地布置。
可选地，燃烧器包括定位在漏斗出口近侧的进料控制模块。通常，进料控制模块围绕第一管道，并且进料控制模块沿第一管道的位置可调节，从而使得进料控制模块和漏斗壁之间的间隙尺寸可调节。进料控制模块还能够包括多个气体喷射口以协助分散废玻璃碎块。
还可预期的是，第二管道能够包括连接玻璃碎块通道和氧气通道的多个孔口。在本发明的一些实施例中，这些孔口按照螺旋图案布置，以引导(如果有的话)废玻璃碎块的螺旋流移动通过第二管道。
在另一方面中，本发明包括一种玻璃熔炉，所述玻璃熔炉包括：顶部；底部；将顶部连接至底部的第一侧壁；将顶部连接至底部的第二侧壁；将顶部连接至底部的第一端壁；将顶部连接至底部的第二端壁；以及安装至顶部的至少一个燃烧器。该至少一个燃烧器继而包括：第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕所述第二管道；以及玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，所述漏斗出口被联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。
根据本发明的玻璃熔炉还能够包括：废玻璃碎块供给系统；联接至第一管道的燃料供给源；以及联接至第三管道的氧气供给源。废玻璃碎块供给系统通常将包括废玻璃碎块进料调节器，诸如振动式进料器、旋转阀或者变速螺杆。废玻璃碎块供给系统还能够包括气动的传送系统，以传送废玻璃碎块用于通过玻璃碎块供给漏斗而引入。
理想的是，所述至少一个燃烧器凹入至安装在玻璃熔炉顶部中的对应的至少一个燃烧器模块内。还理想的是，所述至少一个燃烧器定向成相对于从玻璃熔炉顶部延伸至玻璃熔炉底部的竖直轴线侧向成约0度和约45度之间的角度。
在本文中还公开了一种在玻璃熔炉中由原始玻璃形成材料生产精炼玻璃的方法。该方法包括以下步骤：将原始玻璃形成材料引入玻璃熔炉；利用安装至玻璃熔炉顶部的至少一个燃烧器熔融原始玻璃形成材料；以及通过将废玻璃碎块引入通过至少一个燃烧器而将废玻璃碎块添加至原始玻璃形成材料中。所述至少一个燃烧器通常包括：第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕所述第二管道；以及玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，所述漏斗出口被联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。
对于一些燃烧器而言，诸如额定功率在500000千卡/小时和1250000千卡/小时之间的那些燃烧器，通过将废玻璃碎块引入通过所述至少一个燃烧器来将所述废玻璃碎块添加至原始玻璃形成材料中的步骤能够包括以约2千克/分钟的速率将废玻璃碎块送入所述至少一个燃烧器中。当然，可以预期通常基于燃烧器的尺寸所选择的其它进料速率。还可以预期的是，对废玻璃碎块通过漏斗出口流入第二管道的流动进行调节。即，废玻璃碎块进入玻璃碎块供给漏斗的速率和废玻璃碎块离开玻璃碎块供给漏斗的速率都能够根据本文教导的特定应用而调节。当然，根据本发明的燃烧器还能够在没有任何废玻璃碎块被给送通过燃烧器的情况下操作。
本发明的一个优点在于其降低了与在玻璃制造过程中重新利用废玻璃碎块相关的复杂性。
本发明的另一优点在于其降低了与在玻璃制造过程中重新利用废玻璃碎块相关的成本。
本发明的又一优点在于其提供了重新利用废玻璃碎块的环境友好的方法。
根据阅读下列说明书和权利要求以及查阅附图，本发明的前述和其它方面、特征、细节、用途和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的包括两个燃烧器的第一玻璃熔融炉的剖面端视图。
图2是根据本发明的包括一个燃烧器的第二玻璃熔融炉的剖面端视图。
图3绘出了根据本发明的燃烧器。
图4绘出了根据本发明的凹入在燃烧器模块中的燃烧器。
具体实施方式
图1和图2绘出了玻璃熔融炉100。玻璃熔融炉100包括：顶部102、底部104、第一侧壁106、第二侧壁108、第一端壁(未示出)和第二端壁(未示出)。第一侧壁106和第二侧壁108以及第一端壁和第二端壁将顶部102连接至底部104。在玻璃熔融炉100的细节对于本领域中的普通技术人员而言为常规和已知的范围内，本文将不再对所述玻璃熔融炉的细节进行进一步描述，除非其对于理解本发明而言是必须的。
图1和图2还绘出了安装在顶部102中的燃烧器1。通常，燃烧器1将凹入安装在各个燃烧器模块10中。优选地，燃烧器1基本上竖直地定向(参见图1)。然而，可以预期的是，燃烧器相对于从顶部102延伸至底部104的竖直轴线成约0度至约45度之间的侧向倾角。图2示出了该带局部倾角的燃烧器1。
在图3和图4中更详细地示出了燃烧器1。如图3和图4中所示，燃烧器1通常包括三个管道：第一管道2、第二管道3和第三管道4。燃烧器1还包括玻璃碎块供给漏斗7。
第一或内部管道2限定了用于燃料的通路；因此，第一管道2的入口和出口在本文中分别被称为“燃料入口”和“燃料出口”。燃料入口被联接至燃料供给源。
第二或中间管道3限定了用于废玻璃碎块的通路；因此，第二管道3的入口和出口在本文中分别被称为“玻璃碎块入口”和“玻璃碎块出口”。如图3和图4所示，第二管道3至少部分地围绕第一管道2，从而使得用于废玻璃碎块的通路包括由第一管道2和第二管道3限定的环形区域。在本发明的一些实施例中，玻璃碎块出口延伸超过燃料出口。
第三或外部管道4限定了用于燃烧用氧气的通路；因此，第三管道4的入口和出口在本文中分别被称为“氧气入口”和“氧气出口”。如图3和图4所示，第三管道4至少部分地围绕第二管道3，从而使得用于燃烧用氧气的通路包括由第二管道3和第三管道4限定的环形区域。在本发明的一些实施例中，第二管道3和第三管道4在它们下端处共同终止。
燃烧用氧气从联接至氧气供给源的氧气供给管12进入腔5。腔5环绕第三管道3，这有助于诱使均匀气流沿着第三管道3向下流动。
还可预期的是，第二管道3可以包括多个孔口6，从而使得在玻璃碎块通路和氧气通路之间具有一些通路。孔口6提供了气力以帮助通过第二管道3的废玻璃碎块分散。孔口6优选布置成在流动通过第二管道3的废玻璃碎块中形成螺旋流。因此，孔口6能够按照螺旋图案布置。
在一些实施例中，第一管道2、第二管道3和第三管道4是同心地布置的。然而，第一管道2、第二管道3和第三管道4中的一个或更多个非同心地布置也处于本发明的精神和范围内。
玻璃碎块供给漏斗7还包括入口和出口，在本文中分别被称为“漏斗入口”和“漏斗出口”。玻璃碎块供给漏斗7被联接至第二管道3，从而使得在重力影响下，通过漏斗引入的玻璃碎块通过漏斗出口并且进入第二管道3中。
玻璃碎块供给漏斗7还能够包括定位在漏斗出口附近的进料控制模块8。进料控制模块8能够操作以控制废玻璃碎块从玻璃碎块供给漏斗7进入第二管道3中的速率。因此，在本发明的一些实施例中，进料控制模块可调节地安装在第一管道2上，以允许改变玻璃碎块供给漏斗7的斜壁和进料控制模块8之间的间隙尺寸。
还可预期的是，进料控制模块8可以包括位于其下表面上的一个或更多个气体喷射口9。喷射口9对着玻璃碎块入口吹气，并且帮助阻止废玻璃碎块桥接。在将切碎的玻璃纤维送入第二管道3时这是尤为理想的，所述玻璃纤维可具有达100：1的高径比。喷射口9还有助于废玻璃碎块中的螺旋流进入第二管道3中。氧气能够经由安装在氧气供给管12上的针阀被供给至气体喷射口9。
图3和图4还绘出了废玻璃碎块供给系统14。废玻璃碎块供给系统14包括废玻璃碎块进料调节器11，诸如振动式进料器、旋转阀、变速螺杆、或者能够以受控的恒定速率输送废玻璃碎块的任何其它合适的机构。废玻璃碎块供给系统还能够包括气动的废玻璃碎块传送系统。气动传送系统(例如，抽吸系统或压力系统)的细节对于本领域中的普通技术人员而言是熟知的并且将会被理解。
例如，能够以约2千克/分钟的速率向额定功率在约500000千卡/小时和1250000千卡/小时之间的燃烧器给送废玻璃碎块。按照这个速率，单个燃烧器1每天能够将几乎三吨废玻璃碎块返回至玻璃熔融炉100。当然，能够以甚至更高的速率将废玻璃碎块给送到更高功率的燃烧器，这也处于本发明的精神和范围内。
在使用过程中，将原始玻璃形成材料引入玻璃熔融炉100中并且使用至少一个燃烧器1熔融所述原始玻璃形成材料。通过将废玻璃碎块引入通过至少一个燃烧器1来将其添加至原始玻璃形成材料中。例如，能够将粉状的废玻璃碎块投入到玻璃碎块供给漏斗7中，在所述玻璃碎块供给漏斗处，在重力影响下所述粉状的废玻璃碎块下降并进入第二管道3中。通过由离开相应管道2和管道4的加压的燃料流和氧气流而施加在第二管道3的抽吸力，也有助于废玻璃碎块流动通过第二管道3。
理想的是，控制燃料和氧气的速率以提供基本层状的气流，该层状气流将在漂浮于玻璃表面上的玻璃形成原材料的表面上燃烧并且撞击在所述玻璃形成原材料的表面上。还理想的是，形成螺旋的气体流以维持更紧密的火焰柱，这有助于阻止玻璃的熔融颗粒从下降的火焰柱散布开。第二管道3中的(玻璃碎块颗粒和一些氧气的)螺旋流呈圆筒形幕帘形式，所述圆筒形幕帘形式将离开第三管道4的氧气与离开第一管道2的燃料分离开。这种分离形成了分段燃烧形式，并且还有助于阻止熔融玻璃在燃烧器模块10的出口表面上或所述出口表面附近形成。
由于燃料供给和氧气供给均被加压，但是玻璃碎块供给却未加压，因此流动通过第三管道4的氧气将趋于朝向第二管道3溃陷，并且因而围绕离开第一管道2的燃料。因此，在燃烧发生时，在几乎纯氧环境中加热玻璃碎块颗粒，从而在熔融的玻璃碎块散布至位于下方的炉料或玻璃表面上之前快速焚化表面污染物。而且，通过第三管道4的氧气流阻止玻璃碎块颗粒向外散布开，而上述螺旋流有助于保持燃烧区域更紧密，从而改善了燃烧。
虽然上文已经以一定的详细程度描述了本发明的一些实施例，但是本领域中的技术人员能够对所公开的实施例进行多种变形而不脱离本发明的精神和范围。
例如，能够使用一个以上的燃烧器1，以增大返回至玻璃熔融处理过程的废玻璃碎块量。
作为另一实例，由于仅熔融废玻璃碎块和将废玻璃碎块返回至玻璃熔融炉100，因此燃烧器1可以位于顶部102中的任意位置处(例如，在熔融区域上方和/或精炼区域上方)。
还应当理解的是，即使在废玻璃碎块没有被引导通过氧气燃料燃烧器时，本文中所公开和描述的氧气燃料燃烧器也能够操作以用于熔融玻璃。
有利地，根据本发明的氧气燃料燃烧器不需要在将废玻璃碎块引入燃烧器1之前使废玻璃碎块研磨成粉末或完全干燥。这对于在卷绕设备下收集的纤维状废玻璃而言尤为有利。潮湿的废玻璃能够在潮湿时就切碎、气动地传送至收集料斗，然后通过气动真空装置再传送至位于燃烧器1附近的小进料斗，在所述小进料斗处已切碎的纤维将在玻璃熔融炉100的顶部102上方的高温环境中得以干燥。由于仅需一级切碎，而无需进行进一步干燥和尺寸减小，因此本发明降低了处理成本、时间和复杂性。
所有的方向参照(例如上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、顶部、底部、之上、之下、竖直、水平、顺时针和逆时针)皆仅仅出于识别目的以协助阅读者理解本发明，而并不形成尤其是针对本发明的位置、定向或使用的限制。连结参照(例如附接、联接、连接等)应当更广义地理解，并且可以在元件的连接之间包含中间部件以及在各元件之间可相对移动。因此，连结参照并非必须推断出两个元件直接连接并且彼此固定。
预期的是，上述说明书中包含的所有要素或随附附图中示出的所有要素均应当理解为仅仅是示意性的，而非限制性的。可以对细节或结构进行改变而不脱离如在随附权利要求中所限定的本发明的精神。

Claims (20)

1.一种燃烧器，所述燃烧器包括：
第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；
第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；
第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕第二管道；以及
玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，所述漏斗出口被联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述第一管道、第二管道和第三管道中的一个或更多个是同心地布置的。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其中，所有第一管道、第二管道和第三管道都是同心地布置的。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，所述燃烧器还包括定位在漏斗出口近侧的进料控制模块。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其中：
所述进料控制模块围绕第一管道；以及
所述进料控制模块沿第一管道的位置可调节，从而使得进料控制模块和漏斗壁之间的间隙尺寸可调节。
6.根据权利要求4所述的燃烧器，其中，所述进料控制模块包括多个气体喷射口。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述第二管道包括连接玻璃碎块通路和氧气通路的多个孔口。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，所述第二管道中的多个孔口按照螺旋图案布置。
9.一种玻璃熔炉，所述玻璃熔炉包括：
顶部；
底部；
第一侧壁，所述第一侧壁将顶部连接至底部；
第二侧壁，所述第二侧壁将顶部连接至底部；
第一端壁，所述第一端壁将顶部连接至底部；
第二端壁，所述第二端壁将顶部连接至底部；以及
安装至所述顶部的至少一个燃烧器，所述至少一个燃烧器包括：
第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；
第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；
第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕第二管道；以及
玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，所述漏斗出口联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。
10.根据权利要求9所述的玻璃熔炉，所述玻璃熔炉还包括：
废玻璃碎块供给系统；
燃料供给源，所述燃料供给源联接至第一管道；以及
氧气供给源，所述氧气供给源联接至第三管道。
11.根据权利要求10所述的玻璃熔炉，其中，所述废玻璃碎块供给系统包括废玻璃碎块进料调节器。
12.根据权利要求11所述的玻璃熔炉，其中，所述废玻璃碎块进料调节器包括振动式进料器。
13.根据权利要求11所述的玻璃熔炉，其中，所述废玻璃碎块进料调节器包括旋转阀。
14.根据权利要求11所述的玻璃熔炉，其中，所述废玻璃碎块进料调节器包括变速螺杆。
15.根据权利要求10所述的玻璃熔炉，其中，所述废玻璃碎块供给系统包括气动的废玻璃碎块传送系统。
16.根据权利要求9所述的玻璃熔炉，所述玻璃熔炉还包括安装在玻璃熔炉顶部的至少一个燃烧器模块，其中，所述至少一个燃烧器凹入在所述至少一个燃烧器模块中。
17.根据权利要求9所述的玻璃熔炉，其中，所述至少一个燃烧器被定向成相对于从玻璃熔炉顶部延伸至玻璃熔炉底部的竖直轴线侧向成约0度和约45度之间的角度。
18.一种在玻璃熔炉中由原始玻璃形成材料生产精炼玻璃的方法，所述方法包括：
将原始玻璃形成材料引入玻璃熔炉中；
利用安装在玻璃熔炉顶部的至少一个燃烧器熔融原始玻璃形成材料；以及
通过将废玻璃碎块引入通过所述至少一个燃烧器，将所述废玻璃碎块添加至原始玻璃形成材料中，
其中，所述至少一个燃烧器包括：
第一管道，所述第一管道具有燃料入口和燃料出口并且在所述燃料入口和燃料出口之间限定了燃料通路；
第二管道，所述第二管道具有玻璃碎块入口和玻璃碎块出口并且在所述玻璃碎块入口和玻璃碎块出口之间限定了玻璃碎块通道，其中，所述第二管道至少部分地围绕第一管道；
第三管道，所述第三管道具有氧气入口和氧气出口并且在所述氧气入口和氧气出口之间限定了氧气通路，其中，所述第三管道至少部分地围绕第二管道；以及
玻璃碎块供给漏斗，所述玻璃碎块供给漏斗具有漏斗入口和漏斗出口，其中，漏斗出口联接至玻璃碎块入口，从而使得通过漏斗入口引入的玻璃碎块经过漏斗出口并且进入第二管道中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过将废玻璃碎块引入通过所述至少一个燃烧器来将所述废玻璃碎块添加至原始玻璃形成材料中的步骤包括以约2千克/分钟的速率将废玻璃碎块送入所述至少一个燃烧器中。
20.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括对废玻璃碎块通过漏斗出口流入第二管道的流动进行调节。
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