CN105731763B

CN105731763B - 排管浸没燃烧法及其喷管浸没燃烧器

Info

Publication number: CN105731763B
Application number: CN201610063188.3A
Authority: CN
Inventors: 徐林波
Original assignee: Taizhou Diou Electrical Appliance Co ltd
Current assignee: TAIZHOU DIOU ELECTRICAL APPLIANCE Co.,Ltd.
Priority date: 2016-01-30
Filing date: 2016-01-30
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2036-01-30
Also published as: CN105731763A

Abstract

一种排管浸没燃烧法及其喷管浸没燃烧器，其特征是：在熔窑底部，横躺铺设至少一对并排放置的喷管，组合构成喷管浸没燃烧器；在喷管壁上，开设有至少一排流体喷孔，喷孔向上或相对成角度设置；其中一支喷管喷出燃料，另一支喷管喷出助燃剂，喷出的燃料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气，并将热量传给周围的熔液，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉。

Description

排管浸没燃烧法及其喷管浸没燃烧器

技术领域

一种浸没燃烧方法及其燃烧器。

背景技术

按其工作原理，可以将燃烧器（包括浸没燃烧器）定义为是一种将物质通过燃烧这一化学反应方式转化热能的一种设备，即将空气与燃料通过预混装置按适当比例混兑喷出，以使其充分燃烧。

目前，用燃料连续熔制玻璃液均采用表面加热的方法。它有着几个难以克服的缺点：一是热效率较低，热损耗严重；二是熔化率较低；三是熔化池燃烧空间的燃气温度高、流速大，对窑炉耐火材料侵蚀较快，降低了窑炉使用寿命。为了节省能源、减少排放和降低成本并提高窑炉使用寿命，国内外都在探索更有效的加热方法代替表面加热，例如浸没燃烧和电极加热。

但是，迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器从窑底插入窑内，使燃烧的废气以高温高速直接喷入熔池玻璃液中，搅动着玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。

这种方法不仅可使燃烧气体的热量被玻璃液充分吸收，热损失小，熔化率高，节能效果十分显著（国外介绍浸没燃烧方法的熔化率可达9~10吨/平方米·日，每公斤玻璃液热耗在1000千卡以下）。而且由于高温气体翻腾，对玻璃液起搅拌作用，使池内的玻璃液更均匀。又由于离开玻璃液的废气温度基本和熔池中表面玻璃液的温度相同，因而降低了熔窑空间的温度，延长了窑炉的使用寿命。

浸没燃烧方法有许多优点，因此包括中国在内的美、日、法、俄等国都先后进行了深入的研究和试验，但到目前为止均未在大规模工业应用上获得成功。

其原因在于，这种传统浸没燃烧的方法有着难以解决的问题： 1、澄清问题：在向玻璃液中喷入燃气和空气混合物时(燃烧产物)，喷嘴的作业条件比较困难，只有混合气体耗量大大超过用空气或蒸汽鼓抱时，熔制才会正常进行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻腾，使玻璃液呈泡沫状，自身的微小气体夹杂物显著增多，因此，使玻璃液澄清很困难。 2、燃料问题：在熔体中吸留或夹杂的灰泡成分主要是未参加反应的不活泼气体，也就是燃料燃烧过程中释放出的氮，如：用天然气一空气混合气体的浸没燃烧喷嘴所产生的燃烧产物中，含氮量超过70%，而一般的燃烧方法则允许在燃烧产物中的含氮量不超过30%，对于平板玻璃，则最好不超过10%(重量)。因此，这也是气体夹杂物多的主要原因。用纯氧燃烧工艺可有效解决上述两个问题，但带来的问题是，火焰温度过高，喷嘴蚀损过快，又无法补偿或更换。 3、燃烧器问题：由于燃烧器是浸没在熔体中的，其质量、安放位置以及操作控制都比以往要求严格，否则，一旦燃烧发生故障，使玻璃液进人其内固化，则不能继续使用。另外，当玻璃液达到一定深度时，喷嘴的冲力不够，火焰则不进玻璃液，而从旁边耐火材料喷出。秦皇岛玻璃研究院在试验中就遇到过这种情况。缩小喷嘴直径可解决上述问题，但又会造成燃烧热量不足的问题。 4、耐火材料问题：由于玻璃液在窑内剧烈翻腾，上部结构空间会被飞溅出来的玻璃液所冲刷，一般的硅砖和铬砖适应不了这种熔窑的需要。当在池底设置多个燃烧喷嘴时，也会削弱耐火材料的强度。另外，如在熔液中燃烧天然气(为供入窑内总量的7-10%),会使热交换大大加强。过多地提高直接在熔窑中燃烧的天然气量，耐火材料受蚀严重。 5、玻璃液粘度、气源压力和流量的波动，对混合气体压力和喷速的影响很大，使其难以长期恒定地保持在玻璃液中燃烧，极易造成脱火或回火现象。 6、最为关键的问题是：由于受材料限制，燃烧器(尤其是喷火嘴)极易损耗、寿命较短，而且既无法补偿也难以更换。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种排管浸没燃烧法及其喷管浸没燃烧器，其特征是：在熔窑底部，横躺铺设至少一对并排放置的喷管，组合构成喷管浸没燃烧器；在喷管壁上，开设有至少一排流体喷孔，喷孔向上或相对成角度设置；其中一支喷管喷出燃料，另一支喷管喷出助燃剂，喷出的燃料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气，并将热量传给周围的熔液，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。

上述喷管由两层或多层套管套装构成。

最内层喷管为调径通气管，在其径向上开设有数个（也可以只有一个）直径不等的喷孔，它们各自沿喷管轴向排成一排。

喷管轴向上同一排的喷孔，其直径可以相同或不同。靠近池壁的喷孔，其直径应小一些，以减小熔液对池壁的冲刷。

套装在上述调径通气管外管壁上的套管为阀管，它与其内侧的调径通气管紧密滑动连接；将它们相对旋转，便可使调径通气管上直径不等的喷孔分别与阀管的喷孔连通或不通，以达到更换喷管时开关喷气孔和改变喷气孔直径、从而改变流速和流量的目的。

在阀管的外壁上，可紧密套装一层保护管（也可以不装），它与阀管相对固定，喷孔相对应。

通过旋转调节喷管的相对喷射角度，可调节改善燃料与助燃剂的混合状况以及高温烟气的向上喷射强度。

上述调径通气管和阀管可用耐热钢制作，保护管用耐火材料（如刚玉等）制作。

为了提高其使用寿命，也可对喷管采取气冷或水冷保护措施。

上述喷管能够在密封情况下，很容易从窑炉两侧抽出，并可更换其中的各层套管。

当窑炉较宽时，可将喷管分为两段。

上述喷管可铺设在窑底耐火材料的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。

上述喷管浸没燃烧器设置在熔池底部。根据熔化面积大小和每个喷管浸没燃烧器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需喷管浸没燃烧器的安装数量和安装位置。可根据燃烧效果决定每个喷管的喷孔直径、喷孔角度和其流体的流量和压力等。

上述喷管的喷孔直径可从几毫米至几十毫米不等。

上述喷管也可以鼓泡方式喷出燃气和助燃剂，或仅仅鼓出压缩空气，作为传统的鼓泡器使用。相当于传统的鼓泡器，这种喷管具有容易更换、喷孔直径可调、制造成本低、安装使用方便等优点。

上述助燃气可以是压缩空气、富氧或纯氧气体；燃气可以是天然气、煤气、液化石油气等。

其它浸没燃烧器相比，这种喷管浸没燃烧器的有益之处在于：1、结构简单，制造容易，使用方便；2、便于更换，使用寿命长； 3、安全可靠，燃烧完全；4、熔化效率高，熔液均化效果好；5、对耐火材料的侵蚀小；6、高温烟气在熔液和原料配合料层中的换热时间长，热利用率高；7、适合于纯氧高温燃烧，不仅可以熔化高熔点物料，而且烟气量大为减少；8、有利于熔液的澄清和均化；9、对于节能减排具有十分重大的经济和社会效益。

附图说明

图1是上述喷管的轴向剖面构造图。

图2是上述喷管的径向剖面构造图。

图3是上述喷管浸没燃烧器的工作原理图。

图4是上述喷管浸没燃烧器在窑炉上安装位置的立体示意图。

图中1. 调径通气管，1a.喷孔，1b.管腔，2. 阀管，2a. 阀管喷孔，3. 保护管，3a.保护管喷孔，4. 窑底耐火材料，5. 熔液，6.燃料，6a. 高温烟气，6b. 助燃剂，7. 原料配合料层，8. 池壁。

具体实施方式

图1是上述喷管的轴向剖面构造图，图中，喷管由三层管套装组成。最内层喷管为调径通气管1，在其径向上开设有数个（也可以只有一个）直径不等的喷孔1a，它们各自沿喷管轴向排成一排。喷孔直径可从几毫米至几十毫米不等。

喷管轴向上同一排的喷孔1a，其直径可以相同或不同。靠近池壁的喷孔，其直径应小一些，以减小熔液对池壁的冲刷。

套装在上述调径通气管1外管壁上的套管为阀管2，它与其内侧的调径通气管1紧密滑动连接；将它们相对旋转，便可使调径通气管1上直径不等的喷孔1a分别与阀管的喷孔2a连通或不通，以达到更换喷管时开关喷气孔和改变喷气孔直径、从而改变流速和流量的目的。

在阀管2的外壁上，可紧密套装一层保护管3（也可以不装），它与阀管2相对固定，喷孔相对应。

通过旋转调节喷管的相对喷射角度，可调节改善燃料与助燃剂的混合状况以及高温烟气6a的向上喷射强度。

上述调径通气管1和阀管2可用耐热钢制作，保护管3用耐火材料（如刚玉等）制作。

图2是上述喷管的轴向剖面构造图，图中，喷管有三层管套装组成。最内层喷管为调径通气管1，在其径向上开设有数个（也可以只有一个）直径不等的喷孔1a，它们各自沿喷管轴向排成一排。喷孔直径可从几毫米至几十毫米不等。

图3 中，在熔窑底部，横躺铺设至少一对并排放置的喷管，组合构成喷管浸没燃烧器；在喷管壁上，开设有至少一排流体喷孔，喷孔向上或相对成角度设置；其中一支喷管喷出燃料6，另一支喷管喷出助燃剂6b，喷出的燃料6和助燃剂6b在熔液5内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气6a，并将热量传给周围的熔液5，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液5上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层7，熔液5内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液5表面以及原料配合料层7中遇氧气燃烧，并给原料配合料7加热；随着原料配合料层7底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。

图4中，喷管能够在密封情况下，很容易从窑炉两侧抽出，并可更换其中的各层套管。

当窑炉较宽时，可将喷管分为两段。

喷管铺设在窑底耐火材料4的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。

喷管浸没燃烧器设置在熔池底部。根据熔化面积大小和每个喷管浸没燃烧器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需喷管浸没燃烧器的安装数量和安装位置。可根据燃烧效果决定每个喷管的喷孔直径、喷孔角度和其流体的流量和压力等。

Claims

1.一种喷管浸没燃烧器，其特征是：在熔窑底部，横躺铺设至少一对并排放置的喷管，组合构成喷管浸没燃烧器；在喷管壁上，开设有至少一排流体喷孔，喷孔向上或相对成角度设置；其中一支喷管喷出燃料，另一支喷管喷出助燃剂，喷出的燃料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气，并将热量传给周围的熔液，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉；燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液；所述喷管由三层套管套装构成；三层套管的最内层喷管为调径通气管，在其径向上开设有数个直径不等的喷孔，它们各自沿喷管轴向排成一排，喷管轴向上同一排的喷孔其直径不同，靠近池壁的喷孔，其直径小一些，以减小熔液对池壁的冲刷；套装在上述调径通气管外管壁上的套管为阀管，它与其内侧的调径通气管紧密滑动连接；将它们相对旋转，便可使调径通气管上直径不等的喷孔分别与阀管的喷孔连通或不通，以达到更换喷管时开关喷气孔和改变喷气孔直径、从而改变流速和流量的目的；在上述阀管的外壁上，紧密套装一层保护管，它与阀管相对固定，喷孔相对应；通过旋转调节喷管的相对喷射角度，调节改善燃料与助燃剂的混合状况以及高温烟气的向上喷射强度。

2.根据权利要求1所述的喷管浸没燃烧器，其特征是：上述喷管在密封情况下，从窑炉两侧抽出，并更换其中的各层套管。

3.根据权利要求1所述的喷管浸没燃烧器，其特征是：当窑炉较宽时，将喷管分为两段。

4.根据权利要求1所述的喷管浸没燃烧器，其特征是：上述喷管铺设在窑底耐火材料的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。

5.根据权利要求1所述的喷管浸没燃烧器，其特征是：上述喷管以鼓泡方式鼓出压缩空气，作为传统的鼓泡器使用。