CN111072257A - 一种马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器、玻璃窑炉及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器、玻璃窑炉及燃烧方法，包括燃烧器体，所述燃烧器体包括燃气外腔和套装在燃气外腔内的燃气内腔，燃气外腔和燃气内腔的尾部均密封，头部均为敞口，燃气外腔尾部设有燃气总入口，燃气内腔上设有与燃气外腔相连通的内腔燃气入口；还包括用来调节燃气外腔的截面开放率的调节组件。本发明的马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器实现了长短火焰结合的分阶段双火焰的燃烧方式，延缓了燃气与助燃空气的反应速度，减缓燃气的剧烈燃烧程度，避免了火焰空间局部高温。同时，减少了过剩空气，降低了空气过剩系数，达到减少氮氧化物生成的目的。

Description

一种马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器、玻璃窑炉及燃烧方法

技术领域

本发明涉及玻璃窑炉燃烧技术领域，特别是涉及一种可减少氮氧化物排放的马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，设有该燃烧器的马蹄焰玻璃窑炉，及用该燃烧器进行燃烧的方法。

背景技术

我国日用玻璃工业进入高速发展时期，现已发展成为世界日用玻璃制品生产大国。日用玻璃生产因其具有天然矿物资源消耗大、能耗高、生产过程中有污染等基本特征，在面对日趋强化的资源环境约束下，需要在玻璃制品产量和质量不断提高的同时，保证环保与节能。

现有马蹄焰玻璃窑炉为提高玻璃液的熔化速度，使用的燃烧器如图4所示，为单火焰燃烧器，包括一外管41，和套装在外管内的内管42。燃气从外管41的燃气入口41a进入燃烧器内，压缩空气从内管42的压缩空气入口42a进入燃烧器内，两种气体分别由燃气出口41b和压缩空气出口42b喷出，并在喷出时与助燃空气混合完成燃烧；内管42和外管41相对独立，即内管42中的助燃气与外管41中的燃气在燃烧器内不发生接触。进入燃烧器的燃气和压缩空气的流速由窑炉外部的气体提供装置控制。这种燃烧器的燃烧方式一般是短焰燃烧。短焰燃烧可集中火焰热量，形成高温以达到增强熔化能力的目的，但是热量的集中，通常使用较多的助燃空气(因为助燃空气越多，与燃料反应越快，火焰行程也就越短，热量也就越集中，助燃空气的流速一般在18-22m/s)。这就会造成空气过剩系数过大(一般为1.1-1.3，而合理的空气过剩系数为1.05-1.1)。由于现有的单火焰燃烧器短焰燃烧方式在燃烧初期就与高速高温且过剩的助燃空气发生剧烈反应，在产生高温短火焰的同时，还导致了大量氮氧化物的生成。同时，随着窑炉规模的不断扩大，现有的单火焰燃烧器短焰燃烧方式不能满足窑炉空间长度上的热量要求，直接影响熔化效率及产量。

为了防止烟气中大量的氮氧化物气体排入大气，造成环境污染，玻璃企业一般采取在窑炉末端增设烟气治理设备，通过物理和/或化学的方法来处理氮氧化物，减少其排放。然而末端烟气治理设备投资及运行成本高，对企业来说是一项较大的投资及经济负担，长期运行会严重影响玻璃企业的产品竞争力。

为了解决氮氧化物排放的问题，已公开的技术基本上都是采用氧气替代空气作为助燃介质，从而减少燃烧过程中氮氧化物的产生。如公开号为CN102923933A和CN1557750A的专利文献是针对横火焰玻璃熔窑，使用氧气作为助燃介质的燃烧方式；由于横火焰玻璃熔窑与马蹄焰玻璃熔窑在结构上差别很大，且生产玻璃的品种不同，对火焰、温度等工艺参数要求均不同，因此其中的燃烧方式不适用于马蹄焰玻璃熔窑。公开号为CN106316076A的专利文献虽是在马蹄焰玻璃熔窑中使用，但也是采用氧气替换空气作为助燃介质的燃烧方式，但其相对工艺复杂，操作难度大，成本也会提升，不适合应用于现役的马蹄焰玻璃窑炉中。

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，第一方面，提供一种可减少氮氧化物排放的马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，包括燃烧器体，所述燃烧器体包括燃气外腔和套装在燃气外腔内的燃气内腔，燃气外腔和燃气内腔的尾部均密封，头部均为敞口，燃气外腔尾部设有燃气总入口，燃气内腔上设有与燃气外腔相连通的内腔燃气入口；

还包括调节组件，用来调节燃气外腔的截面开放率；

优选的，所述燃气内腔比燃气外腔的截面积小。

所述截面开放率为40％-60％。

所述调节组件包括一套装在燃气内腔外表面的节流球，节流球尾端与一调节杆的一端相连，调节杆的另一端通过螺纹与一设在所述燃烧器外部的调节手轮相连；节流球的头部外轮廓与一设在燃气外腔内的节流底座的内表面相配合。

所述节流底座设在燃气外腔的中部。

所述在燃气内腔内部还设有密封组件，密封组件设在燃气内腔尾端与内腔燃气入口之间的位置。

所述内腔燃气入口与燃气总入口相对设置。

所述燃气总入口与燃气外腔之间有45°的夹角。

第二方面，本发明提供一种马蹄焰玻璃窑炉，包括窑体和安装在窑体上的燃烧器，所述燃烧器为上述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器。

第三方面，本发明提供一种马蹄焰玻璃窑炉用燃烧方法，使用上述燃烧器，将燃气通入所述燃烧器后，调节所述调节组件，使得燃气外腔的截面积开放率为40％-60％；同时从所述马蹄焰玻璃窑炉上设置的助燃气入口通入流速为8-10m/s的助燃空气，燃气与助燃空气在所述马蹄焰玻璃窑炉内混合并燃烧。

包括以下过程：

(1)、由燃气总入口将燃气通入所述燃烧器的燃气外腔中，调节所述调节组件中节流球与节流底座的间隙：间隙越大，火焰越短；间隙越小，火焰越长；控制燃气外腔的截面积开放率为40％-60％，使得燃气内腔的燃气由燃气内腔出口以较快速度喷出，燃气外腔的燃气由燃气外腔出口以较慢速度喷出；

(2)、助燃空气由所述马蹄焰玻璃窑炉上设置的助燃气入口通入窑炉内部，流速为8-10m/s；

(3)、过程(1)喷出的燃气与过程(2)通入的助燃空气在窑炉内混合，燃气内腔的燃气燃烧形成长火焰，燃气外腔的燃气燃烧形成短火焰，同时进行分阶段双火焰燃烧。

本发明提供的马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器中内腔和外腔均通入燃气，且燃气内腔比燃气外腔的截面积小，燃烧器上设置调节组件，调整内腔和外腔中燃气的流速，使得内腔喷出长火焰，外腔喷出短火焰，实现了长短火焰结合的分阶段双火焰的燃烧方式；其中长火焰起到在纵向上增大燃烧面积、扩大热辐射范围的作用，短火焰起到保持横向热辐射面积的作用。长火焰在空间上还能使燃气与空气反应的面积增大,减缓燃气的剧烈燃烧程度，同时热量不集中在局部，避免了火焰空间局部高温。不仅如此，助燃空气的注入流速也可降低，减少了过剩空气，降低了空气过剩系数，达到减少氮氧化物生成的目的。

此外，本发明的燃烧器可通过调节组件对火焰整体长度进行调节，实现对火焰空间的精确控制，从而精准控制燃气与助燃空气的反应速度，同时保证纵向热辐射范围和横向热辐射面积,以达到较理想的熔化状态。使用本发明燃烧器，通过双火焰燃烧，使得燃料在空间上实现分阶段燃烧，氮氧化物的减排效果明显，工艺简单，投资少，对现有窑炉的改造小，易于应用于现有的马蹄焰窑炉。

附图说明

图1所示为现有马蹄焰玻璃窑炉燃烧器的火焰空间示意图；

图2所示为本发明马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器的火焰空间示意图；

图3所示为本发明马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器的纵向剖切图；

图4所示为现有马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器的纵向剖切图。

具体实施方式

现有技术中的马蹄焰玻璃窑炉燃烧器为了集中热量以加强玻璃液的熔化率，采用短焰燃烧方式。然而，短焰燃烧过程会造成火焰空间局部高温及过大的空气过剩系数，这是造成大量氮氧化物生成的主要原因；同时，随着窑炉规模的不断扩大，短焰燃烧产生的热量不能满足窑炉空间纵向深度上的热量分布要求，热量不能覆盖大部窑炉熔化面积而直接影响熔化效率，也就导致产量跟不上。

本发明为了解决现有燃烧器既产生大量NO_x，又影响熔化效率这两个技术问题，提供了一种采用减缓助燃空气流速结合双火焰燃烧方式的马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器。该燃烧方式通过本发明燃烧器特有的燃气供给方式实现燃气空间上的分阶段燃烧，形成短加长的火焰形式；同时降低助燃空气流速，减缓燃气与助燃空气的反应，从而避免燃气的剧烈燃烧，避免了火焰空间局部高温，且燃气与空气充分燃烧，降低了空气过剩系数，避开了产生NO_x的两个重要因素，从而在生产过程中实现低氮减排的目的。

本发明提供马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，一种实施方式如图3所示，包括燃烧器体和调节组件。其中，

燃烧器体包括内腔和外腔，内腔套装在外腔内。外腔通入燃气作为燃气外腔4，内腔也通入燃气作为燃气内腔5，燃气内腔5与燃气外腔4同轴且套装在燃气外腔4内部，燃气内腔5比燃气外腔4的截面积小。燃气内腔5的尾端密封，燃气外腔4的尾端(以燃气喷出方向为头，以燃气进入方向为尾)与燃气内腔5尾部的外表面密封连接，使得燃气外腔4的尾端也密封。燃气外腔4和燃气内腔5的头部通入玻璃窑炉且为敞口端，分别作为燃气外腔出口11和燃气内腔出口12将燃气喷入玻璃窑炉。燃气外腔4的尾部设有燃气总入口9，燃气总入口与燃气外腔4之间有45°夹角，使得燃气以45°夹角进入燃气外腔4。燃气内腔5尾部的侧壁上设有内腔燃气入口10，将燃气内腔5和燃气外腔4连通，燃气只能由燃气总入口9先进入燃气外腔4，再由内腔燃气入口10进入燃气内腔5。内腔燃气入口10为2-4个长条形孔，位置正对燃气总入口9

为了避免燃气内腔5在燃气外腔4内发生位移，同时保证燃气内腔5与燃气外腔4的中心线始终一致，在燃气内腔5和燃气外腔4之间还设有固定销8。固定销8为若干等长的圆棍，一端设置在燃气内腔5的外表面，另一端设置在燃气外腔4对应位置的内表面；一般设置4个，且相邻两个固定销8的夹角均相同；固定销8优选设置在燃气内腔5的头部。

调节组件用于调节燃气外腔的流通面积(即燃气外腔的截面积)，包括调节杆2、调节手轮1、节流球6和节流底座7。节流底座7设在燃气外腔4内部的中部，其内表面优选内锥台形状。节流球6套装在燃气内腔5的外表面，其头部的外轮廓与节流底座7的内表面轮廓一致，节流球6头部的外轮廓优选为两个内锥台底对扣型，节流球6的头部与节流底座7相配合，两者之间的间隙可调节，也就是说：当节流头6全部退出节流底座7时，燃气外腔的流通面全部开放，流通面积为1，即燃气外腔的截面积开放率为100％，燃气外腔4中的燃气无阻碍地全部从燃气外腔出口11喷出，无燃气进入燃气内腔；当节流头6全部塞入节流底座7内时，燃气外腔的流通面被全部堵住，流通面积为0，即燃气外腔的截面积开放率为0％，燃气外腔4中的燃气被阻断，无法从燃气外腔出口11喷出，全部进入燃气内腔，由燃气内腔出口12喷出。可见，节流头6和节流底座7之间的间隙大小决定了燃气外腔的流通面积，本申请中用截面积开放率来表示。燃气内腔5内设有调节杆2，调节杆2与燃气内腔5的中心轴平行。调节杆2的头部与节流球6的尾端相连，调节杆2的尾部与调节手轮1通过螺纹相连，旋转调节手轮1可使调节杆2在燃烧器内前后移动，同时带动节流球6前后移动，使得节流球6与节流底座7之间的间隙发生变化，对燃气外腔4流通面积起到调节作用，从燃气外腔4通过的燃气量和流速发生变化，达到控制火焰长短的目的。即：通过转动调节手轮，使得调节杆前移或后退，从而带动节流球在燃气外腔的节流底座中移动，使得燃气外腔的进气量发生变化：如调节杆后移，带动节流球从节流底座中滑出，间隙增大，增加了燃气外腔的通气量，降低了燃气内腔的通气量，短火焰增多，长火焰减少；调节杆前移，带动节流球填塞在节流底座中，间隙缩小，降低了燃气外腔的通气量，增加了燃气内腔的通气量，短火焰减少，长火焰增多；通过调节燃气外腔的流通面积，调节火焰的长短。

为了防止燃气流入燃气内腔5的尾端，在燃气内腔5内的尾部还设有密封组件3，密封组件3设在燃气内腔5尾端与内腔燃气入口10之间。

使用上述燃烧器，本发明还提供了一种马蹄焰玻璃窑炉的燃烧方法，为减缓助燃空气流速结合双火焰的燃烧方式，具体包括以下过程：

(1)、由燃气总入口9将燃气通入上述燃烧器中，通过调节组件中节流球与节流底座间隙的调节(控制燃气外腔4截面积开放率为40％-60％)，使燃气总量在燃气内腔4和燃气外腔5中分配；燃气内腔5的燃气由燃气内腔出口12以较快速度喷出，形成长火焰，而燃气外腔4的燃气由燃气外腔出口11以较慢速度喷出，形成短火焰；

(2)、助燃空气由窑炉内位于燃烧器上部的小炉通入窑炉内部，流速为8-10m/s；

(3)、过程(1)喷出的燃气与过程(2)通入的助燃空气在窑炉内混合，燃气内腔5的燃气燃烧形成长火焰，覆盖区域经Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可到达Ⅳ；燃气外腔4的燃气燃烧形成短火焰，覆盖区域Ⅰ、Ⅱ或Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

利用本发明燃烧器进行燃烧的工作原理为：气体燃料经燃气总入口9通入燃烧器的燃气外管4内，旋转调节手轮1，由调节杆2带动节流球6前后移动，通过调整节流球6与节流底座7之间的间隙，使一部分燃气由内腔燃气入口10进入燃气内腔5；由于通过燃气外腔4的气体燃料相对减少，加上燃气外腔4相对燃气内腔5具有较大的截面积，使得燃气通过燃气外腔出口11喷出至窑炉内部时速度相对较慢，燃料在短距离内与助燃空气反应，形成较短的火焰，其火焰覆盖区域为Ⅰ和Ⅱ或Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；同时，燃气内腔5通过的气体燃料相对增加，加上燃气内腔5比燃气外腔4的流通截面积小，使得燃气通过燃气内腔出口12喷出至窑炉内部时速度相对较快，燃料可在较远区域和助燃空气进行反应，形成较长的火焰，其火焰覆盖区域经Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可到达Ⅳ。本发明就是通过燃气在空间上的分阶段燃烧，形成短焰与长焰的叠加(外腔喷短火焰，内腔喷长火焰，产生的火焰最终是长短火焰的叠加，虽然外观看到的是长火焰形式)，避免局部热量集中；同时可以配合减少助燃空气的流速，避免了过大的空气过剩系数，达到降低氮氮化物生成的目的。

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。

实施例1

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为50％，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；氮氧化物排放浓度为1600毫克/标准立方米。

实施例2

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为40％，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；氮氧化物排放浓度为1800毫克/标准立方米。

实施例3

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为60％，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；氮氧化物排放浓度为1900毫克/标准立方米。

比较例1

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为100％，100％的燃气通过燃气外腔出口11喷入窑炉，0％的燃气通过燃气内腔出口12喷入窑炉，火焰覆盖区域为Ⅰ和Ⅱ；氮氧化物排放浓度为4000毫克/标准立方米。

比较例2

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为0％，0％的燃气通过燃气外腔出口11喷入窑炉，100％的燃气通过燃气内腔出口12喷入窑炉，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；氮氧化物排放浓度为3600毫克/标准立方米，且玻璃制品气泡增多，窑炉的后山墙烧损。

比较例3

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为75％，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；氮氧化物排放浓度为3700毫克/标准立方米。

比较例4

使用本发明燃烧器在一座160吨/日的马蹄焰窑炉中进行燃烧，助燃空气进窑炉的流速为10m/s，燃气外腔4截面积开放率为25％，火焰覆盖区域为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ；氮氧化物排放浓度为2000毫克/标准立方米，且玻璃制品气泡增多。

现有的160吨/日的马蹄焰窑炉，其氮氧化物排放浓度为4000毫克/标准立方米。以上实施例和比较例可见，使用本发明燃烧器进行燃烧可在保证玻璃制品成品率的前提下，显著降低氮氧化物的排放浓度。此外，燃气外腔的截面积开放率并不是随意选择的，过高会使氮氧化物的排放浓度升高，过低虽然也会降低氮氧化物的排放浓度，但制得的玻璃制品中气泡增多，成品率降低，甚至烧损窑炉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明方法通过内外腔长短焰的叠加，避免火焰空间上的局部热量集中及过大的空气过剩系数，氮氧化物排放浓度显著降低。

(2)本发明方法通过本发明燃烧器特有的结构：设置燃气内外腔，外腔流通截面积大于内腔流通截面积，燃气量和压力一定情况下，调节内外腔燃气流量，使得燃气在空间上分阶段燃烧，形成短加长的火焰形式，且整体火焰长短可调节，对火焰空间精确控制，有利于玻璃熔化及玻璃熔窑温度的稳定。

(3)本发明燃烧器结构简单；只需替换现有燃烧器，设备投资少；使用方便，不停炉便可以替换安装。

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)

1.一种马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，包括燃烧器体，其特征在于，所述燃烧器体包括燃气外腔和套装在燃气外腔内的燃气内腔，燃气外腔和燃气内腔的尾部均密封，头部均为敞口，燃气外腔尾部设有燃气总入口，燃气内腔上设有与燃气外腔相连通的内腔燃气入口；

还包括调节组件，用来调节燃气外腔的截面开放率；

优选的，所述燃气内腔比燃气外腔的截面积小。

2.根据权利要求1所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述截面开放率为40％-60％。

3.根据权利要求1或2所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述调节组件包括一套装在燃气内腔外表面的节流球，节流球尾端与一调节杆的一端相连，调节杆的另一端通过螺纹与一设在所述燃烧器外部的调节手轮相连；节流球的头部外轮廓与一设在燃气外腔内的节流底座的内表面相配合。

4.根据权利要求3所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述节流底座设在燃气外腔的中部。

5.根据权利要求1-4任一所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述在燃气内腔内部还设有密封组件，密封组件设在燃气内腔尾端与内腔燃气入口之间。

6.根据权利要求1-5任一所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述内腔燃气入口的位置与燃气总入口相对。

7.根据权利要求1-6任一所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，所述燃气总入口与燃气外腔之间有45°的夹角。

8.一种马蹄焰玻璃窑炉，包括窑体和安装在窑体上的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器为权利要求1-7任一所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器。

9.一种马蹄焰玻璃窑炉的燃烧方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述马蹄焰玻璃窑炉用燃烧器，其特征在于，将燃气通入所述燃烧器后，调节所述调节组件，使得燃气外腔的截面积开放率为40％-60％；同时从所述马蹄焰玻璃窑炉上设置的助燃气入口通入流速为8-10m/s的助燃空气，燃气与助燃空气在所述马蹄焰玻璃窑炉内混合并燃烧。

10.根据权利要求9所述燃烧方法，其特征在于，包括以下过程：

(1)、由燃气总入口将燃气通入所述燃烧器的燃气外腔中，调节所述调节组件中节流球与节流底座的间隙：间隙越大，火焰越短；间隙越小，火焰越长；控制燃气外腔的截面积开放率为40％-60％，使得燃气内腔的燃气由燃气内腔出口以较快速度喷出，燃气外腔的燃气由燃气外腔出口以较慢速度喷出；

(2)、助燃空气由所述马蹄焰玻璃窑炉上设置的助燃气入口通入窑炉内部，流速为8-10m/s；

(3)、过程(1)喷出的燃气与过程(2)通入的助燃空气在窑炉内混合，燃气内腔的燃气燃烧形成长火焰，燃气外腔的燃气燃烧形成短火焰，同时进行分阶段双火焰燃烧。

Images