CN107954591A - 一种玻璃窑炉用喷枪及基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种玻璃窑炉用喷枪及基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法，该喷枪安装在玻璃窑炉的两侧且与内部燃烧区域相连通，包括枪体和调节杆组件，枪体包括一端开口的枪室以及伸入且固定于枪室开口处的外管和从外管内穿过且伸入到枪室内的内管，调节杆组件可滑动的套装于内管上，并从枪室尾部伸出，一燃料进口设置在枪体上并与枪室内部相连通。本发明通过推拉调节杆组件使调节活塞在枪室内沿内管滑动的方式实现改变燃料喷出速度、调节火焰长度，实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域，避免中间燃烧区域持续加热，实现玻璃窑炉烟气中NOX排放浓度和排放总量的显著减少。本发明易于在以空气助燃的各种燃烧类窑炉领域推广应用。
Description
技术领域
本发明属于玻璃制造技术领域，涉及玻璃窑炉燃烧技术，具体涉及一种成本低、工艺简单、环保高效的玻璃窑炉用喷枪及基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法。
背景技术
玻璃工业是传统能源消耗型行业，燃烧过程中会产生大量的SO2、NOX以及粉尘等有害物质，排入大气中极易形成酸雨，造成环境污染。以空气为助燃介质的普通浮法玻璃窑炉，NOx产生量高达1800～3300mg/Nm3、SO2高达2000～6000mg/Nm3，烟气治理成本高；同时由于国内生产线的生产方式较为粗犷，能耗相对国外同等产能的生产线也相对偏高。最新大气排放标准GB26453-2011平板玻璃工业大气污染物排放标准要求SO2排放浓度400mg/Nm3、NOX排放浓度700mg/Nm3。
如图1所示，玻璃窑炉2内部区域一般横向分为I、II、III、IV、V、VI共六个区域，其中，区域I和区域VI距离玻璃窑炉胸墙太近，只要有火焰就会对这两个区域进行传热，因此这两个区域一般不作为燃烧区域，区域II、III、IV、V通常作为燃烧区域。现有玻璃窑炉2通常采用换向燃烧方式，换向时间一般为20-30分钟，左侧的燃烧枪4喷射燃料，燃烧火焰涉及的区域为区域II、III和IV(参见图1中(a)图)，达到换向时间时，右侧的燃烧枪4喷射燃料，燃料燃烧火焰涉及的区域为区域III、IV和V(参见图1中的(b)图)；同样，到达换向时间时，左侧的燃烧枪4又开始工作，往复进行。可以看出，两侧燃烧枪4喷射燃料产生的火焰在区域III和区域IV有重叠，这导致区域III和区域IV以及玻璃窑炉2碹顶的空气被持续加热，温度急剧升高，这部分区域空间空气中的氮气与氧气在高温下反应生成氮氧化物(NOX)的概率大大增加，最终导致了玻璃窑炉2烟气中的氮氧化物排放浓度和排放总量的显著增加。
目前一般采取玻璃窑炉烟气NOX后期治理的方法来减少氮氧化物的排放量，即对玻璃窑炉烟气中的NOX用物理和/或化学的方法进行处理，以减少NOX含量，最常用的方法的是选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)，然而无论采用选择性催化还原法，还是选择性非催化还原(SNCR)技术，在处理过程中均存在容易造成氨泄露，催化剂中毒，产生二次污染等问题。另外，长期采取这种后期治理的方法，会使得玻璃窑炉烟气治理成本居高不下，玻璃企业难以承受，从而严重影响了玻璃制造企业的产品竞争力。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种玻璃窑炉用喷枪。
本发明的上述目的是由以下技术方案来实现的：
一种玻璃窑炉用喷枪，安装在玻璃窑炉(2)的两侧且与内部燃烧区域相连通，用于替代现有玻璃窑炉(2)中的燃烧枪(4)，包括枪体，枪体包括头部为开口端的枪室(17)以及具有第一入口端(121)、第一出口端(122)的外管(12)和具有第二入口端(131)和第二出口端(132)的内管(13)，第一入口端(121)伸入并固定于枪室(17)开口端，第二入口端(131)从外管(12)内穿过且伸入到枪室(17)内，枪室(17)尾部穿设有一调节杆组件(11)，调节杆组件(11)可滑动的套装于内管(13)上，一燃料进口(16)位于第一入口端(121)和第二入口端(131)之间，且与枪室(17)内部相连通。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述外管(12)和内管(13)均为两端开口的中空管体，且外管(12)的流通截面积大于内管(13)的流通截面积。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述外管(12)靠近第一出口端(122)的位置四周间隔布置有多个等长的内管定位销(14)以固定连接内管(13)。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述调节杆组件(11)包括一调节活塞(112)，调节活塞(112)为圆环结构，其可滑动的套装于内管(13)的第二入口端(131)，且调节活塞(112)的内圆周与内管(13)的外壁相接触，调节活塞(112)的外圆周上设有凹槽用以容纳一O形圈(15)，O形圈(15)与枪室(17)的内壁相接触。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述调节活塞(112)的宽度小于燃料进口(16)的直径。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述调节杆组件(11)还包括连接至调节活塞(112)上的连接架(113)以及固定于连接架(113)上的推杆(111)，推杆(111)可滑动的穿套于枪室(17)尾部设有的通孔中，并与该通孔紧密接触。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述连接架(113)为圆凳结构，圆形凳面直径小于调节活塞(112)的外圆环直径，圆形凳面四周间隔固定多个凳腿，连接架(113)通过凳腿固定于调节活塞(112)的端面上。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述推杆(111)为圆柱形机构，固定于连接架(113)的凳面上，推杆(111)的端部设有一推板，推板伸出枪室(17)。
上述玻璃窑炉用喷枪中，所述调节杆组件(11)的控制方式为人工手动方式，或者为自动控制方式，另设控制器和执行机构，执行机构为与调节杆组件(11)的推杆(111)连接的气缸、液压缸或电机。
本发明还提供了一种基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法，该方法采用上述喷枪控制燃料供给，从而实现玻璃窑炉的燃烧区域的交替加热，包括以下步骤：
步骤一：向玻璃窑炉(2)左侧的喷枪(1)加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向后拉，使得调节活塞(112)沿内管(13)向后滑动，越过燃料进口(16)，燃料从外管(12)的出口端喷出至燃烧区域II，使得火焰末梢覆盖燃烧区域II达15分钟；
步骤二：第一次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向前推，使得调节活塞(112)沿内管(13)向前滑动，越过燃料进口(16)，燃料从内管(13)的出口端喷出至燃烧区域IV，使得火焰末梢覆盖燃烧区域IV达15分钟；
步骤三：第二次换向，向玻璃窑炉左侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向前推，使得调节活塞(112)沿内管(13)向前滑动，越过燃料进口(16)，燃料从内管(13)的出口端喷出至燃烧区域III，使得火焰末梢覆盖燃烧区域III达15分钟；
步骤四：第三次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向后拉，使得调节活塞(112)沿内管(13)向后滑动，越过燃料进口(16)，燃料从外管(12)的出口端喷出至燃烧区域V，使得火焰末梢覆盖燃烧区域V达15分钟，返回步骤一。
采用以上方案，本发明具有以下技术效果：本发明通过推拉调节杆组件使调节活塞在枪室内滑动的方式实现改变燃料喷出速度、调节火焰长度，结构简单，使用方便；本发明通过喷枪改变燃料供给的方式来改变燃料喷出速度的变化，实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域，避免中间燃烧区域持续加热，从而实现玻璃窑炉烟气中NOX排放浓度和排放总量的显著减少，既节约了能耗又减少了对环境的污染。本发明生产工艺简单稳定，改造简单，投资少，易于在以空气助燃的各种燃烧类窑炉领域推广应用。
附图说明
图1是现有玻璃窑炉内部区域分布及燃烧结构示意图；
图2是本发明提供的玻璃窑炉燃烧结构示意图；
图3是本发明喷枪的主视图；
图4是本发明喷枪的纵向剖切图；
图5是图3中沿A-A线截取的截面图；
图6为调节杆组件的结构示意图；
图7是本发明喷枪的仰视图。
图中附图标记表示为：
1：喷枪，11：调节杆组件，111：推杆，112：调节活塞，113：连接架；12：外管，121：第一入口端，122：第一出口端；13：内管，131：第二入口端，132：第二出口端；14：内管定位销，15：O形圈，16：燃料进口,17：枪室；
2：玻璃窑炉，3：玻璃液，4：燃烧枪，5：火焰；
具体实施方式
现有玻璃窑炉通常采用换向燃烧方式，换向时间比较长(一般20-30分钟)，燃烧过程中火焰重叠区域持续加热，温度急剧升高，导致玻璃窑炉烟气中的NOX排放浓度和排放总量的显著增加，若采用后处理的方法来降低烟气中的NOX排放，存在投资高、运行成本高、催化剂容易中毒等缺点，针对上述问题，本发明提供一种玻璃窑炉用喷枪及基于喷枪的玻璃熔炉燃烧方法，该燃烧方法通过喷枪改变燃料供给的方式来改变燃料喷出速度，实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域，避免中间燃烧区域持续加热，从而实现玻璃窑炉烟气中NOX排放浓度和排放总量的显著减少。
下面结合附图及实施例对本发明玻璃窑炉用喷枪及基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法进行详细说明。
图2示出了本发明所采用的玻璃窑炉燃烧方法。为了克服图1所示的现有燃烧方式火焰重叠区域持续加热的缺陷，本发明将玻璃窑炉2中的燃烧区域II、III、IV和V分别交替加热，如图2所示，左右两侧火焰末梢交替覆盖区域II(参见图2的(a)图)、区域IV(参见图2的(b)图)、区域III(参见图2的(c)图)和区域V(参见图2的(d)图)，且换向时间缩短至15分钟，即在1小时的完整换火周期内实现两次长焰和两次短焰，火焰的覆盖面积和火焰方向均间歇性变化，降低中间区域III和IV的火焰加热时间，从而降低玻璃窑炉2中间高温区域温度，降低高温区域的NOX生成。
为了执行上述玻璃窑炉燃烧方法，本发明提供一种玻璃窑炉用喷枪1，喷枪1代替现有玻璃窑炉中的燃烧枪4，安装在玻璃窑炉2的两侧且与内部燃烧区域相连通，喷枪1通过其内部结构的动作来改变燃料喷出速度的变化从而实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域。
喷枪1的具体结构参见图3至图7，喷枪1包括枪体和调节杆组件11，枪体包括一端开口的枪室17以及伸入且固定于枪室17开口处的外管12和从外管12内穿过且伸入到枪室17内的内管13，枪室17为中空圆筒结构，枪室17的开口端为头部，枪室17尾部中间位置开设有一通孔，用于穿设调节杆组件11，枪室17中部连接燃料进口16，燃料进口16与枪室17内部相连通；外管12和内管13均为两端开口的中空管体，且外管12的流通截面积大于内管13的流通截面积，外管12连接至枪室17头部开口端的一端为第一入口端121，外管12相对的另一开口端为第一出口端122，外管12靠近出口端处的位置四周间隔布置有多个等长的内管定位销14，用于连接和固定内管13；同样，内管13伸入到枪室17的开口端为第二入口端131，内管13相对的另一开口端为第二出口端132，调节杆组件11穿套于内管13的第二入口端131处。
图6所示的实施例中，调节杆组件11包括调节活塞112、连接至调节活塞112上的连接架113以及固定于连接架113上的推杆111，调节活塞112为圆环结构，连接架113为圆凳结构，圆凳结构的圆形凳面直径小于调节活塞112的外圆环直径，圆形凳面四周间隔固定多个凳腿，连接架113通过凳腿固定于圆环结构的端面上；推杆111为圆柱形结构，固定于连接架113的凳面上，推杆111的端部设置有圆形推板，便于推拉调节杆组件11。安装时，调节活塞112可滑动的套装于内管13的第二入口端131，且调节活塞112的内圆周与内管13的外壁接触，调节活塞112的外圆周上设有凹槽用以容纳一O形圈15，O形圈15接触枪室17的内壁；推杆111可滑动的穿套于枪室17的尾部通孔中，并与该通孔紧密接触以防止气体燃料从该通孔中泄漏，推杆111的圆形推板伸出到枪室17的外部，推拉推杆111的圆形推板可带动调节活塞112沿内管13滑动，为了保证调节活塞112在滑动过程不至于堵塞燃料进口16，要求调节活塞112的宽度小于燃料进口16的直径。
上述调节杆组件11的执行机构可以是气缸、液压缸或电机，也可以通过手动方式进行推拉操作，因此调节杆组件的控制可以是人工控制或采用控制器自动控制。
以上部件按照上述连接方法组装成发明玻璃窑炉用喷枪，如图4所示，组装时，外管12的第一入口端121伸入到枪室17内的长度短于燃料进口16与枪室17头部之间的距离，即外管12的第一入口端121位于燃料进口16的左侧(参见图4)；内管13的第二入口端131伸入到枪室17内的长于燃料进口16与枪室17头部之间的距离,即内管13的第二入口端131位于燃料进口16的右侧(参见图4)；使用时，调节活塞112的默认位置在燃料进口16处，此时，通入燃料进口16的一定压力(通常为0.2Mpa至1Mpa之间)的气体燃料，可以同时从外管12和内管13喷出，此时，与现有单管喷枪具有相同的效果，可实现图1中火焰燃烧形式。当推杆111向后拉时，带动调节活塞112向后滑动越过燃料进口16，O形圈15将内管13密封，气体燃料只能从外管12喷出，当推杆111向前推时，带动调节活塞112向前滑动越过燃料进口16，O形圈将外管12密封，气体燃料只能从内管13喷出；由于外管12和内管13流通截面积不同，在相同气体压力及流量情况下，导致燃料从外管12或内管13喷出的初始速度不同，因而产生的火焰长度不同，燃料从内管13喷出时，火焰较长，可形成如图2中的(b)和(c)中的火焰形式；燃料从外管12喷出时，火焰较短，可形成如图2中的(a)和(d)中的火焰形式。
本发明基于上述玻璃窑炉用喷枪实施上述玻璃窑炉燃烧方法，针对同一燃料供应源，该方法能够通过上述喷枪控制燃料供给，通过改变燃料喷出速度的变化从而实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域。具体的，在燃料压力、供应量相同的情况下，由于喷枪1的内管13和外管12具有不同的流通截面积，内管13流通截面积较小，内管13中的燃料具有更高的喷出初始速度，从而保证燃料可以喷到玻璃窑炉中较远的燃烧区域；而外管12流通截面积较大，外管12中的燃料被喷到玻璃窑炉较近的燃烧区域，因此在合适气体压力情况下，通过控制燃料喷出的管路不同，以达到精确控制燃烧区域的交替加热。
本发明基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法，包括以下步骤：
步骤一：向玻璃窑炉左侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件11向后拉，使得调节活塞112沿内管13向后滑动，越过燃料进口16，燃料从外管12的第一出口端122喷出至燃烧区域II，使得火焰末梢覆盖燃烧区域II达15分钟(参见图2中的(a)图)；
步骤二：第一次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件11向前推，使得调节活塞112沿内管13向前滑动，越过燃料进口16，燃料从内管13的第二出口端132喷出至燃烧区域IV，使得火焰末梢覆盖燃烧区域IV达15分钟(参见图2中的(b)图)；
步骤三：第二次换向，向玻璃窑炉左侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件11向前推，使得调节活塞112沿内管13向前滑动，越过燃料进口16，燃料从内管13的第二出口端132喷出至燃烧区域III，使得火焰末梢覆盖燃烧区域III达15分钟(参见图2中的(c)图)；
步骤四：第三次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件11向后拉，使得调节活塞112沿内管13向后滑动，越过燃料进口16，燃料从外管12的第一出口端122喷出至燃烧区域V，使得火焰末梢覆盖燃烧区域V达15分钟(参见图2中的(d)图)。
重复上述步骤一至步骤四以实现本发明玻璃窑炉燃烧方法。显然，上述方法步骤顺序并不限于上述顺序，只要基于相同的构思，实现火焰的覆盖面积和火焰方向均间歇性变化，进而火焰末梢交替达到特定燃烧区域，避免中间燃烧区域持续加热，则该方法即落入本发明保护范围。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明方法将现有换火周期缩短至15分钟，通过控制喷枪内部结构变化改变燃料供给方式，从而改变燃料的喷出速度以火焰末梢交替达到特定燃烧区域，即喷枪1的内管13和外管12具有不同的流通截面积，针对同一燃料源在燃料供应量和压力一定的情况下，通过改变调节杆组件11的调节活塞112的位置选择由内管13或外管12将燃料喷出至玻璃窑炉内的特定燃烧区域，以达到精确控制交替加热燃烧区域的目的，有利于玻璃熔化及玻璃熔窑温度的稳定。
(2)本发明方法通过改变燃料喷出速度，实现火焰末梢交替达到特定燃烧区域，避免中间燃烧区域持续加热，从而实现玻璃窑炉烟气中NOX排放浓度和排放总量的显著减少，NOX的排放浓度可降低20-30％，总能耗降低1.5-3.5％，既节约了能耗又减少了对环境的污染。
(3)本发明玻璃窑炉用喷枪1结构简单，使用方便，只需要该喷枪替换现有玻璃熔窑的燃烧枪4，设备投资少，在热态下便可以进行改造，可以实现不停炉安装，降低NOX排放的效果明显，且本发明方法生产工艺简单稳定，易于推广应用。
本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开内容。
Claims (10)
1.一种玻璃窑炉用喷枪，安装在玻璃窑炉(2)的两侧且与内部燃烧区域相连通，用于替代现有玻璃窑炉(2)中的燃烧枪(4)，其特征在于，包括枪体，枪体包括头部为开口端的枪室(17)以及具有第一入口端(121)、第一出口端(122)的外管(12)和具有第二入口端(131)和第二出口端(132)的内管(13)，第一入口端(121)伸入并固定于枪室(17)开口端，第二入口端(131)从外管(12)内穿过且伸入到枪室(17)内，枪室(17)尾部穿设有一调节杆组件(11)，调节杆组件(11)可滑动的套装于内管(13)上，一燃料进口(16)位于第一入口端(121)和第二入口端(131)之间，且与枪室(17)内部相连通。
2.根据权利要求1所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述外管(12)和内管(13)均为两端开口的中空管体，且外管(12)的流通截面积大于内管(13)的流通截面积。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述外管(12)靠近第一出口端(122)的位置四周间隔布置有多个等长的内管定位销(14)以固定连接内管(13)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述调节杆组件(11)包括一调节活塞(112)，调节活塞(112)为圆环结构，其可滑动的套装于内管(13)的第二入口端(131)，且调节活塞(112)的内圆周与内管(13)的外壁相接触，调节活塞(112)的外圆周上设有凹槽用以容纳一O形圈(15)，O形圈(15)与枪室(17)的内壁相接触。
5.根据权利要求4所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述调节活塞(112)的宽度小于燃料进口(16)的直径。
6.根据权利要求4或5所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述调节杆组件(11)还包括连接至调节活塞(112)上的连接架(113)以及固定于连接架(113)上的推杆(111)，推杆(111)可滑动的穿套于枪室(17)尾部设有的通孔中，并与该通孔紧密接触。
7.根据权利要求6所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述连接架(113)为圆凳结构，圆形凳面直径小于调节活塞(112)的外圆环直径，圆形凳面四周间隔固定多个凳腿，连接架(113)通过凳腿固定于调节活塞(112)的端面上。
8.根据权利要求7所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述推杆(111)为圆柱形机构，固定于连接架(113)的凳面上，推杆(111)的端部设有一推板，推板伸出枪室(17)。
9.根据权利要求1至8任一项所述的玻璃窑炉用喷枪，其特征在于，所述调节杆组件(11)的控制方式为人工手动方式，或者为自动控制方式，另设控制器和执行机构，执行机构为与调节杆组件(11)的推杆(111)连接的气缸、液压缸或电机。
10.一种基于喷枪的玻璃窑炉燃烧方法，所述喷枪为权利要求1至9任一项所述的玻璃窑炉用喷枪，包括以下步骤：
步骤一：向玻璃窑炉(2)左侧的喷枪(1)加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向后拉，使得调节活塞(112)沿内管(13)向后滑动，越过燃料进口(16)，燃料从外管(12)的出口端喷出至燃烧区域II，使得火焰末梢覆盖燃烧区域II达15分钟；
步骤二：第一次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向前推，使得调节活塞(112)沿内管(13)向前滑动，越过燃料进口(16)，燃料从内管(13)的出口端喷出至燃烧区域IV，使得火焰末梢覆盖燃烧区域IV达15分钟；
步骤三：第二次换向，向玻璃窑炉左侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向前推，使得调节活塞(112)沿内管(13)向前滑动，越过燃料进口(16)，燃料从内管(13)的出口端喷出至燃烧区域III，使得火焰末梢覆盖燃烧区域III达15分钟；
步骤四：第三次换向，向玻璃窑炉右侧的喷枪1加入一定压力的气体燃料，同时将调节杆组件(11)向后拉，使得调节活塞(112)沿内管(13)向后滑动，越过燃料进口(16)，燃料从外管(12)的出口端喷出至燃烧区域V，使得火焰末梢覆盖燃烧区域V达15分钟，返回步骤一。
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