CN107143872A - 一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀和换向燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀及换向燃烧控制方法，包括壳体，在壳体内壁上设有燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口；壳体内套装一嵌有磁体的柱体；壳体的两端分别设有密封盲板，密封盲板的中轴线上设有一轴承，密封盲板外侧的轴承上设有一嵌有若干块外部磁体的可沿轴承自由转动的外部驱动盘，所述外部磁体与内部磁体的磁极方向与壳体的轴线方向一致。该换向燃烧控制阀可以减少工程中的阀门、管件数量，且可减少一半DCS控制节点数量；可以实现换向控制机构的轻量化、简单化，能够直接节约工程建设成本和空间，也能够有效减少后续使用中的检修工作量；还可减少燃烧系统的泄露点，提高安全性。

Description

一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀和换向燃烧控制 方法

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，特别是涉及一种在玻璃窑炉或热熔窑炉中使用的用于换向燃烧的控制阀、换向燃烧控制方法及使用该控制阀的玻璃窑炉或热熔窑炉。

背景技术

上个世纪末，英国Hotwork Development公司和British Gas公司合作开发推出了一种新型的蓄热式燃烧技术——燃料换向蓄热式燃烧技术，该技术近几十年以来在玻璃窑炉，特别是浮法玻璃熔窑上广泛应用。

浮法玻璃熔窑属于浅池横焰池窑，主要包括投料端、长形窑池、熔窑煊体、两侧蓄热室、流道等，其结构为：熔窑煊体位于窑池上方、为燃料提供燃烧空间，投料端和流道分别位于窑池两端，蓄热室位于窑池两侧，蓄热室采用耐火材料做成的格子砖作为蓄热体。该燃料换向蓄热式燃烧技术利用窑池两侧蓄热室蓄热，回收85％以上的烟气废热，并用这些热量加热空气、返回炉中助燃，极大减少了燃料消耗。浮法玻璃熔窑进行换向燃烧的工作原理为：窑池相对的两侧均设置燃烧器和蓄热室，一侧的助燃空气经蓄热室加热后进入熔窑，助燃同一侧燃烧器喷射的燃料，使燃料在熔窑中燃烧，烟气排至另一侧蓄热室，燃烧一定时间后，燃烧产生的烟气携带的废热充分加热了另一侧的蓄热室并排出，助燃空气和燃料则分别从另一侧的蓄热室和燃烧器进入窑池助燃和燃烧。如此以固定的时间为周期、两侧燃烧器轮流交替开启，进行有规律地换向燃烧。由于燃料换向蓄热式燃烧可以回收烟气余热、节约能源，因此，除应用于玻璃制造外，还可广泛应用于水泥制造、冶炼铝等行业中使用的热熔窑炉。

为了实现换向燃烧，在生产线上靠近玻璃窑炉或热熔窑炉的一端设置由换向控制室和换向控制阀门组成的换向控制阀组，换向控制阀组的核心是两个换向控制阀门，通过生产线上的分布式控制系统控制两个换向控制阀门按照一定时间间隔有规律的开启或者关闭，从而控制燃料输送管路的启闭使窑炉两侧的燃烧器轮流点火，进而实现换向燃烧。换向控制阀组的数量根据窑炉中小炉的数量来决定，每一对小炉对应设置两套换向控制阀组。

由于每对小炉的燃烧控制系统上分设两套换向控制阀组，即需要配置双份换向控制阀门、管件，也需要两个DCS控制节点，才能实现换向燃烧，增加了建设成本和系统复杂性。此外，换向控制阀门是由执行机构通过阀杆向阀芯传动，实现开启和关断，在正常工况下，换向控制阀门须频繁进行启闭动作，阀杆处的密封结构长时间工作容易发生闭合不严，从而造成燃料泄露，严重影响换向燃烧效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种结构简单且不易发生泄漏的玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，包括一中空的圆柱状壳体，在壳体内壁上设有燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口；壳体内套装一嵌有若干块内部磁体的柱体，柱体内设有一内部通道，内部通道可将燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口中的任意两个连通；壳体的两端分别设有用来密封壳体内部的密封盲板，密封盲板的中轴线上设有一轴承，密封盲板外侧的轴承上设有一嵌有若干块外部磁体的可沿轴承自由转动的外部驱动盘，所述外部磁体与内部磁体的磁极方向与壳体的轴线方向一致。

所述燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口的截面积相等且在壳体上以轴对称的方式设置。

所述内部通道的两个端面与燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口的截面形状和面积均相同。

所述柱体为实心，无缝套装在壳体内，内部通道为设在柱体内部的一通孔且通孔的两端均在柱体的侧面上；优选的，内部磁体与内部通道在柱体内没有重叠。

所述外部驱动盘与密封盲板相距0.5-1.0mm。

所述内部磁体和外部磁体以密封盲板为对称设置，均为钕铁硼稀土磁铁且大小相同。

第二方面，本发明还提供一种玻璃窑炉，包括窑池、设置在窑池两侧的小炉和蓄热室，还包括上述换向燃烧控制阀。

第三方面，本发明还提供一种热熔窑炉，包括窑池、设置在窑池两侧的小炉和蓄热室，还包括上述换向燃烧控制阀。

第四方面，本发明提供一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制方法，使用上述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，外部驱动盘绕轴承旋转，外部磁体在磁力作用下使内部磁体转动，同时带动柱体旋转，将燃料进口与第一燃料出口连通；一定时间后，转动外部驱动盘，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；一定时间后，继续转动外部驱动盘，将燃料进口与第二燃料出口连通；一定时间后，反方向转动外部驱动盘，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；一定时间后，继续反方向转动外部驱动盘，将燃料进口与第一燃料出口连通；循环往复，完成窑炉的换向燃烧。

包括以下步骤：

(1)、控制外部驱动盘绕轴承旋转，在外部磁体和内部磁体的相互磁力作用下外部驱动盘带动柱体旋转，燃料进口与第一燃料出口连通，同时将第二燃料出口密封，此位置为初始位置，此时只向与第一燃料出口连接的燃烧器供给燃料；

(2)、一定时间后，外部驱动盘顺时针旋转，外部驱动盘带动柱体同步旋转，同时将第一燃料出口和第二燃料出口密封，切断窑炉两侧燃烧器中的燃料供给；

(3)、一定时间后，外部驱动盘继续顺时针旋转，并带动柱体同步旋转，燃料进口与第二燃料出口连通，同时将第一燃料出口密封，只向与第二燃料出口连接的燃烧器供给燃料；

(4)、一定时间后，外部驱动盘逆时针旋转，带动柱体同步旋转，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；

(5)、一定时间后，外部驱动盘继续逆时针旋转，带动柱体同步旋转，回到步骤(1)的初始位置，循环往复，完成窑炉的换向燃烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀可以减少工程中的阀门、管件数量，且可减少一半DCS控制节点数量；该换向燃烧控制阀可以实现换向控制机构的轻量化、简单化，能够直接节约工程建设成本和空间，也能够有效减少后续使用中的检修工作量。本发明的换向燃烧控制阀还可减少燃烧系统的泄露点，提高安全性。

附图说明

图1所示为本发明换向燃烧控制阀的内部剖面图；

图2所示为本发明换向燃烧控制阀的外部结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

本发明提供一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀包括：燃料进口1、第一燃料出口2、第二燃料出口3、壳体4、柱体5、内部通道6、内部磁体7、密封盲板8、轴承9、外部磁体10和外部驱动盘11。

其中，如图1所示，壳体4是一中空的圆管，以其轴线为中心在管壁上以轴对称方式开三个面积相等圆孔，分别为燃料进口1、第一燃料出口2、第二燃料出口3。

壳体4的管腔内设有一实心的柱体5，柱体5的其外轮廓呈圆柱体，并与壳体4管腔的内轮廓相同，无缝套装在壳体4内。柱体5的圆柱体侧面上设有一通孔，通孔的两端均在圆柱体的侧面上，并在柱体5内部形成一条内部通道6。通孔的横截面(即壳体4的轴线所在平面)的形状和面积均与燃料进口1、第一燃料出口2、第二燃料出口3相同；通孔的两端能够同时与燃料进口1、第一燃料出口2、第二燃料出口3中的任意两个重合，使得随着柱体5的旋转，内部通道6连通燃料进口1、第一燃料出口2和第二燃料出口3中的任意两个。内部通道6可以通过的机械加工的方式得到，为了使燃料流经内部通道的阻力最小，内部通道6的纵剖面(即与壳体4的轴线垂直的平面)最好是弧形。柱体5以其轴线为中心在圆柱体内以轴对称方式加工出三个形状相同的空间，用来镶嵌三块内部磁体7，三块内部磁体7的磁极与壳体4的轴线平行，且磁极的方向均相同(即磁极方向沿壳体4的轴线均为N极至S极或均为S极至N极)。内部磁体7与内部通道6之间在空间位置上没有重叠。

如图2所示，壳体4的管体两端安装有两片密封盲板8，壳体4被密封盲板8夹在中间，在壳体4的外侧和密封盲板8的边缘用螺栓固紧以达到密封的目的。密封盲板8和壳体4的内部形成的空间即为换向燃烧控制阀的内部，简称阀体内部，同样的，密封盲板8和壳体4外侧的空间为换向燃烧控制阀的外部，简称阀体外部。

密封盲板8上固定设一轴承9，轴承9的轴线垂直于密封盲板8，且与壳体4的轴线重合。轴承9可为深沟球轴承。轴承9上固定一外部驱动盘11。外部驱动盘11与密封盲板8平行但不接触，相距0.5-1.0mm，此间距即可满足传动效率的要求、又能避免因加工精度上的误差使外部驱动盘11碰触密封盲板8造成的磨损。由于密封盲板8固定不动，外部驱动盘11可通过轴承9相对密封盲板8自由转动。在外部驱动盘11的盘面内镶嵌三块外部磁体10。三块外部磁体10的磁极也与壳体4的轴线平行，磁极方向与内部磁体7的磁极方向均相同，且与内部磁体7的位置相对应。内部磁体7和外部磁体10均为钕铁硼稀土磁铁，规格相同，比如可为采用N40SH材料，加工成长100mm、宽60mm、厚20mm的长方体。

本发明提供的玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀的工作原理为：

柱体5和外部驱动盘11在内部磁体7与外部磁体10的磁力作用下，保持相对静止。通过控制外部驱动盘11绕轴承9旋转，外部磁体10随之发生旋转，在磁力作用下，内部磁体7也跟着外部磁体10发生旋转，从而带动柱体5旋转；转至图1所示位置时，燃料进口1与第一燃料出口2由内部通道6连通，将第二燃料出口3密封，将燃料通过燃料出口2供给燃烧器(图1和图2中箭头方向表示燃料的走向)。由于具有一定压力的燃料流体在弧形的内部通道6流动时，会对弧形通道的内壁产生一个冲击力，这个冲击力把柱体5整体推向壳体4内壁及第二燃料出口3，从而柱体5将第二燃料出口3进一步密封；壳体4可以由金属材料加工而成，柱体5为非金属材料，如可以是韧性高、耐磨性好、力学性能优的聚四氟乙烯。换向燃烧控制阀经长时间使用后如达不到密封要求，更换柱体5即可。持续一定时间后，控制外部驱动盘11顺时针旋转60°，外部驱动盘11通过外部磁体10和内部磁体7的作用带动柱体5同步旋转60°，此时第一燃料出口2和第二燃料出口3同时密封，切断向窑炉两侧燃烧器的燃料供给。持续一定时间后，外部驱动盘11继续顺时针旋转60°，柱体5同步旋转60°，燃料进口1与第二燃料出口3由内部通道6连通，将第一燃料出口2。持续一定时间后，外部驱动盘11带动柱体5同步逆时针旋转60°，此时第一燃料出口2和第二燃料出口3同时密封，切断向窑炉两侧燃烧器的燃料供给。持续一定时间后，外部驱动盘11带动柱体5再同步逆时针旋转60°，回到图1所示状态，完成一个换向燃烧周期。如此往复，实现窑炉的换向燃烧。

基于以上玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，本发明还提供一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制方法，具体包括以下步骤：

(1)、控制外部驱动盘11绕轴承9旋转，在外部磁体10和内部磁体7的相互磁力作用下外部驱动盘11带动柱体5旋转，转至图1所示位置(定义为初始位置)，燃料进口1与第一燃料出口2连通，同时将第二燃料出口3密封，只向与第一燃料出口2连接的燃烧器供给燃料；

(2)、一定时间后，外部驱动盘11顺时针旋转60°，外部驱动盘11带动柱体5同步旋转60°，同时将第一燃料出口2和第二燃料出口3密封，切断窑炉两侧燃烧器中的燃料供给；

(3)、一定时间后，外部驱动盘11继续顺时针旋转60°，并带动柱体5同步旋转60°，燃料进口1与第二燃料出口3连通，同时将第一燃料出口2密封，只向与第二燃料出口3连接的燃烧器供给燃料；

(4)、一定时间后，外部驱动盘11逆时针旋转60°，带动柱体5同步旋转，将第一燃料出口2和第二燃料出口3密封；

(5)、一定时间后，外部驱动盘11继续逆时针旋转60°，带动柱体5同步旋转，回到步骤(1)的初始位置，如此循环，完成窑炉的换向燃烧。

本发明提供的玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀通过磁力作用、无接触地传递扭矩，完成外部驱动盘11和阀体内部的柱体5同步旋转，使燃料封闭在壳体4内部与密封盲板8组成的空间内，即阀体内部，从而达到无泄漏换向控制的目的，彻底解决阀杆的轴封泄漏问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。

Claims (10)

1.一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，包括一中空的圆柱状壳体，在壳体内壁上设有燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口；壳体内套装一嵌有若干块内部磁体的柱体，柱体内设有一内部通道，内部通道可将燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口中的任意两个连通；壳体的两端分别设有用来密封壳体内部的密封盲板，密封盲板的中轴线上设有一轴承，密封盲板外侧的轴承上设有一嵌有若干块外部磁体的可沿轴承自由转动的外部驱动盘，所述外部磁体与内部磁体的磁极方向与壳体的轴线方向一致。

2.根据权利要求1所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，所述燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口的截面积相等且在壳体上以轴对称的方式设置。

3.根据权利要求2所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，所述内部通道的两个端面与燃料进口、第一燃料出口和第二燃料出口的截面形状和面积均相同。

4.根据权利要求1-3任一所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，所述柱体为实心，无缝套装在壳体内，内部通道为设在柱体内部的一通孔且通孔的两端均在柱体的侧面上；优选的，内部磁体与内部通道在柱体内没有重叠。

5.根据权利要求1-4任一所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，所述外部驱动盘与密封盲板相距0.5-1.0mm。

6.根据权利要求1-5任一所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，其特征在于，所述内部磁体和外部磁体以密封盲板为对称设置，均为钕铁硼稀土磁铁且大小相同。

7.一种玻璃窑炉，包括窑池、设置在窑池两侧的小炉和蓄热室，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述换向燃烧控制阀。

8.一种热熔窑炉，包括窑池、设置在窑池两侧的小炉和蓄热室，其特征在于，还包括权利要求1-6任一所述换向燃烧控制阀。

9.一种玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一所述玻璃窑炉或热熔窑炉用换向燃烧控制阀，外部驱动盘绕轴承旋转，外部磁体在磁力作用下使内部磁体转动，同时带动柱体旋转，将燃料进口与第一燃料出口连通；一定时间后，转动外部驱动盘，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；一定时间后，继续转动外部驱动盘，将燃料进口与第二燃料出口连通；一定时间后，反方向转动外部驱动盘，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；一定时间后，继续反方向转动外部驱动盘，将燃料进口与第一燃料出口连通；循环往复，完成窑炉的换向燃烧。

10.根据权利要求9所述换向燃烧控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、控制外部驱动盘绕轴承旋转，在外部磁体和内部磁体的相互磁力作用下外部驱动盘带动柱体旋转，燃料进口与第一燃料出口连通，同时将第二燃料出口密封，此位置为初始位置，此时只向与第一燃料出口连接的燃烧器供给燃料；

(2)、一定时间后，外部驱动盘顺时针旋转，外部驱动盘带动柱体同步旋转，同时将第一燃料出口和第二燃料出口密封，切断窑炉两侧燃烧器中的燃料供给；

(3)、一定时间后，外部驱动盘继续顺时针旋转，并带动柱体同步旋转，燃料进口与第二燃料出口连通，同时将第一燃料出口密封，只向与第二燃料出口连接的燃烧器供给燃料；

(4)、一定时间后，外部驱动盘逆时针旋转，带动柱体同步旋转，将第一燃料出口和第二燃料出口密封；

(5)、一定时间后，外部驱动盘继续逆时针旋转，带动柱体同步旋转，回到步骤(1)的初始位置，循环往复，完成窑炉的换向燃烧。