CN111356658A - 包括易损部件的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于熔化可玻璃化材料的设备（20）的燃烧器，其包括：喷射器块（2），其包括燃烧气体分配网络（3）和至少一个喷射器（4）；以及与玻璃和/或火焰接触的板（5），该板覆盖所述喷射器块（2）并且包括与所述喷射器（4）流体连通的至少一个喷射孔（6），所述燃烧器（1）的特征在于，板（5）可拆卸地固定在喷射器块（2）上。

Description

包括易损部件的燃烧器

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃熔炉的燃烧器、集成有这种燃烧器的设备、以及这种设备的用于熔化可玻璃化材料的组合物的用途。本发明更具体地涉及用于形成平板玻璃的设备（例如浮法设备或轧制设备），还涉及用于形成瓶、小瓶类型的中空玻璃的设备，并且更具体地涉及用于形成隔热或隔音的矿棉类型的玻璃纤维或甚至所谓增强纺织玻璃丝的设备。

背景技术

可玻璃化材料一般是氧化物类型，并且一般包含按质量计至少30％的二氧化硅，例如玻璃或诸如碱性硅酸盐和/或碱土硅酸盐的硅酸盐。玻璃尤其可以是钠钙玻璃或来自由本领域技术人员通常称为“黑玻璃”的岩石。因此，术语“可玻璃化材料”和“原材料”的目的是包括获得玻璃状（或陶瓷或玻璃陶瓷）基质所需的材料，例如硅砂、岩石、高炉炉渣、以及所有添加剂（精炼添加剂）、拆建废料（包括矿物纤维）、所有可能的液体或固体燃料（可选地复合材料的塑料、有机物、煤）以及任何类型的碎玻璃。在说明书中，表述“液体玻璃”和“玻璃液”是指熔化这些可玻璃化材料的产物。

要使可玻璃化材料液化，最简单的解决方案在于使用供应有冷空气的燃烧器。但是，为了提高熔炉在最大熔化速率和热效率方面的性能，希望具有尽可能高的火焰温度。实现此目的的最常用的两种技术在于：或者通过经由由耐火材料制成的蓄热器或空气/烟气金属交换器（在玻璃工业中称为换热器）使用包含在离开熔炉的烟气中的显热来预热燃烧空气，或者使用氧气或经增加氧含量的空气作为助燃剂。本发明涉及所有这些燃烧器，且特别是使用氧气的燃烧器，由于其较高的工作温度，以及由于烟气中存在高浓度的苏打，它们遭受的腐蚀加剧。

以已知的方式，燃烧器可以或者布置在熔融玻璃的表面上方，例如在胸墙处、山墙处或拱顶处，或者布置在液体玻璃的水平下方，例如在熔炉的炉底中。这些被称为“浸没式燃烧器”。燃烧器可以包括布置成直线或环形的一个或多个喷射器。

燃烧器通常包括在下部的燃烧气体分配网络，该燃烧气体分配网络在上部连接至喷射器。

在本文中，被任意地选择以用于描述本发明的参照系在上部具有熔炉的内部，且在下部具有外部。表述“燃烧气体”表示至少一种化石燃料（例如天然气）与至少一种助燃剂（例如空气和/或氧气）的混合物。

现有技术的文献（包括专利文献WO2016120346）描述了一种燃烧器，其具有从燃烧器的表面突出的喷射器，以便在玻璃熔化室内延伸。因此，喷射器与“玻璃和/或火焰接触”，这意味着喷射器被带至与液化玻璃和/或燃烧器的火焰接触，对于露出的燃烧器是以点状的方式，或对于浸没式燃烧器是以连续的方式。在喷射器被液体玻璃挤压期间和/或在喷射压力变化期间，喷射器暴露至火焰是尤其重要的。在这种情况下，喷射器受到液体玻璃的腐蚀并受到燃烧产生的火焰和/或烟气的氧化。由此，这种喷射器的寿命不令人满意，并且导致维护成本很高。

为了至少部分地克服这些缺点，某些单件式燃烧器（例如专利文献EP2812632中所描述的）在上部包括与玻璃和/或火焰接触的板，其至少暂时地覆盖并且保护一个或多个喷射器免受上述腐蚀和/或氧化现象的影响。

然而，这种单件式燃烧器具有以下缺点：机械加工复杂，并且需要大量的维护时间和成本。在实践中，当燃烧器被识别为有故障时，更换燃烧器需要完全关闭熔炉。对于操作人员而言并非没有风险的该操作显著地影响了熔化设备的生产率。实际上，一旦将燃烧器从熔炉中取出，则燃烧器的全部被更换。考虑到燃烧器的单位成本及其制造所需的时间，特别是出于大规模使用熔化设备的目的，这在维护方面构成了可造成严重阻碍的缺点。

因此，需要提供一种燃烧器，燃烧器的至少一部分具有增加的寿命，并且其维护更容易，更快且成本更低。

发明内容

本发明满足了这一需求。更具体地，在至少一个实施例中，所提出的技术涉及一种用于熔化可玻璃化材料的设备的燃烧器，包括：

•喷射器块，其包括燃烧气体分配网络和至少一个喷射器，以及

·与玻璃和/或火焰接触的板，其至少部分地覆盖所述喷射器块并且包括与所述喷射器流体连通的至少一个喷射孔，

所述燃烧器的特征在于，板可拆卸地固定在喷射器块上。

在本文中，术语“可拆卸”描述了可逆的固定，而不会损坏彼此固定的部件。相反，两个部件的彼此焊接是不可逆的。术语“置于……之上”和“在……上”旨在描述板的布置，该板至少部分地覆盖喷射器块，以保护其免受发生在熔炉内部的由液体玻璃腐蚀和/或由火焰和/或燃烧烟气氧化的现象的影响。根据特定实施例，板至少部分地覆盖喷射器块，在某种意义上，该板置于喷射器块的上部之上，但不是置于一个或多个喷射器之上。

本发明基于一种新颖的且有创造性的概念，包括提供一种燃烧器，其中，喷射器块和板是可拆卸地彼此固定的两个单独的部件。

因此，在燃烧器的维护期间，可以仅更换有故障的部件，另一部件，至于其，则是可重复使用的。通常，首先发生故障的该部件是板，因为板与液体玻璃直接接触，且因此容易受到腐蚀。然而，喷射器块的制造明显比板复杂，特别是在对燃烧气体分配网络进行机械加工方面。因此，根据本发明的燃烧器的喷射器块具有显著增加的寿命。喷射器块和板的制造也变得更容易，这两个部件是分别地制造的，并且可能通过适合于这些部件中的每一个的技术规格的不同方法来制造。换句话说，根据本发明的燃烧器具有更好的运行效率。

根据特定实施例，所述喷射器块和所述板由不同的材料制成。

鉴于将这些部件焊接在一起时遇到的困难，现有的技术偏见是反对使用由不同性质的材料制成的部件。在喷射器块和板之间实施可拆卸的固定使得可以克服这种技术偏见，在这种情况下不再出现材料的不相容性问题。因此可以使用不同的材料，这些材料适合于这些部件中的每一个的特定需求和操作条件。因此，如上所述，板通常具有不太复杂的几何形状，但是仍然要经受极端的操作条件。喷射器块本身保留在冷区中。然而，其制造在气体分配网络和喷射器的尺寸确定方面需要高程度的精确度。材料的选择还可以基于这些部件中的每一个在热应力下的预期性能。

例如，可以使用金属合金或陶瓷。

根据特定实施例，所述燃烧器是浸没式的。

浸没式燃烧器特别容易经受与由液体玻璃的腐蚀和由火焰的氧化相关联的劣化。因此，本发明的有利特征对这些燃烧器具有更显著的影响。因此，它们的维护变得不那么复杂且更经济，而其喷射器块的寿命大大增加。

根据特定实施例，所述至少一个喷射器至少部分地延伸到所述喷射孔中。

由燃烧器喷射到熔炉中的气体的正确分配是一个重要问题。已知，该标准的满足特别取决于燃烧气体进入熔化室之前所取道的一个或多个管道的形状和尺寸。关于这个问题，常识要求保持燃烧器的单件式特征。实际上，将板和喷射器块区分开将增加看到燃烧器的这两个单独的部件在热的作用下相对于彼此运动的风险。因此，在熔炉运行期间且具有相等的膨胀系数的情况下，与玻璃和/或火焰接触的板将倾向于比位于冷区的喷射器块膨胀更多。这两个组成部分的这种相对运动将特别地能够改变（一个或多个）喷射管道的形状并且对要喷射到熔炉中的燃烧气体的正确分配产生负面影响。

尽管有这种现有的技术偏见，但是使用根据本发明的燃烧器（其中喷射器至少部分地延伸到喷射孔中）使得可以获得并保持喷射器与板的喷射孔的令人满意的对准，同时允许在生产喷射器和/或喷射孔时采用更大的公差。换句话说，熔炉内的燃烧气体的喷射控制变得更容易。

根据特定实施例，所述板借助于以下各者固定在喷射器块上：

•牺牲螺丝螺栓（vis-boulon sacrificiel）的组装和/或

•螺丝丝锥的组装和/或

•铆钉和/或

•销。

因此，可拆卸固定装置可以可选地是牺牲型的。

根据特定实施例，所述板包括至少一个平面片材，该平面片材围绕一个或多个喷射器限定周边。

在说明书中，描述片材的术语“平面”应在裸眼可见的宏观尺度上解释，并且不限于表面状态或（换句话说）特定纹理。

该片材旨在保护喷射器块，同时允许燃烧气体的正确分配。这种片材面临显著的氧化风险，这是因为考虑到其紧邻火焰的定位。

因此，根据该特定特征的燃烧器提供了与板的其余部分无关地更换片材的可能性，从而限制了维护成本，同时增加了板的总体寿命。单独考虑的该片材在机械加工上也不太复杂，并且提供了在其设计时根据诸如抗氧化性、热容、热膨胀系数、规模成本等标准选择专门适于其实施的材料的可能性。

根据特定实施例，所述至少一个喷射器在片材上方形成突起。

使用这样的突起允许最佳地控制燃烧气体的混合和分配中所涉及的参数。实际上，熔炉中的气体的分配、喷射和燃烧中所涉及的所有部件都是喷射器块的组成部分。因此，可以更好地控制由这些气体燃烧产生的火焰。

尽管存在关于突起与液体玻璃接触的脆弱性的现有技术偏见，但是令人惊奇地观察到，仍然可以保护突起免受在板的表面上可能发生的腐蚀/氧化而引起的劣化。这样，即使在设备运转时，喷射器及其突起仍保持在冷区，一方面是由于当燃烧气体被冷喷射到熔炉中时由燃烧气体所提供的冷却，且另一方面是由于火焰基部对于液体玻璃和/或燃烧产生的气体的暴露性较弱。

根据具体实施例，所述板包括从所述片材上升的实心外围侧部。

这些外围侧部允许通过保护火焰免于被压坏和被吹而确保玻璃流中火焰的稳定性。

因此，与片材相比，它们更容易受到液体玻璃和/或气体的腐蚀，但是较少遭受由火焰氧化的风险。

因此，根据该特定特征的燃烧器提供了与板的其余部分无关地更换外围侧部的可能性，从而限制了维护成本，同时增加了板的总体寿命。单独考虑的外围侧部在机械加工上也不太复杂，并且提供了在其设计时根据诸如抗腐蚀和/或抗氧化性、热容、热膨胀系数、规模成本等标准选择专门适于其实施的材料的可能性。

根据特定实施例，外围侧部可拆卸地固定到喷射器块的上表面，并且所述片材嵌入在外围侧部和喷射器块的上表面之间。

通过嵌入而将片材固定到板的外围侧部以及固定到喷射器块的上表面允许使该片材的拆卸和维护更加容易。

根据特定实施例，所述板（且优选地所述片材）包括从其上表面突出的齿。

这些齿尤其允许稳定紧邻喷射器且因此紧邻火焰在燃烧器的表面处形成的固化玻璃层。

根据特定实施例，所述燃烧器在喷射器块与板之间的界面处包括导热膏层。

该导热膏可以例如基于硅树脂、陶瓷和/或金属颗粒。

因此，可以增加这两个部分之间的热传递，特别是为了使用喷射器块对板进行冷却。

根据特定实施例，每个喷射器包括圆柱形混合室，其具有排出孔，燃料供应管道和助燃剂供应管道在引起燃料和助燃剂相对于圆柱包络面的切向流动的方向上在圆柱包络面处通向混合室中。

气体（燃料/助燃剂）喷射到混合室的方向非常重要。实际上，已经注意到，优选的是避免沿径向方向的喷射，这会导致混合室内的强烈紊流并导致火焰不稳定。出于这个原因，燃料和助燃剂的喷射必须沿切向方向进行，气体混合物的切向流动会产生规则的涡流。

根据特定实施例，所述喷射器块包括冷却系统，该冷却系统优选地包括管道网络，该管道网络适于冷却流体在燃烧器内部的循环。

本发明还涉及一种用于组装/拆卸如上所述的燃烧器的方法。

本发明还涉及一种用于熔化可玻璃化材料的组合物的设备，其特征在于，其包括至少一个熔化室，该熔化室配备有至少一个如上所述的燃烧器，优选地为浸没式燃烧器。

如在本文中所描述的，根据本发明的燃烧器提供的技术优点还涉及一种集成有这种燃烧器的用于熔化可玻璃化材料的设备。这种燃烧器的使用使得可以提高设备的生产率，并且显著减少了为了更换燃烧器而发生熔炉停机的情况。

本发明还涉及如上所述的设备的用于熔化可玻璃化材料的组合物的用途。

附图说明

在下文中，参考附图描述本发明的其他特征和优点，其中：

·图1是根据本发明的特定实施例的浸没式燃烧器的剖视示意图；

·图2是如由图1所示的燃烧器的分解示意图；

·图3是根据本发明的特定实施例的包括环形喷射器的浸没式燃烧器的透视图；

·图4是表示根据本发明的特定实施例的用于熔化可玻璃化材料的设备的图。

在各个附图中相同的附图标记表示相似或相同的元件。

具体实施方式

本发明涉及一种用于熔化可玻璃化材料的设备20的燃烧器1。该燃烧器1包括喷射器块2，喷射器块2包括燃烧气体分配网络3和至少一个喷射器4。这种燃烧器1还包括与玻璃和/或火焰接触的板5，该板5覆盖喷射器块2并且设置有与喷射器4流体连通的至少一个喷射孔6。特别地，板5可拆卸地固定在喷射器块2上。

根据本发明的燃烧器1的喷射器块2具有显著增加的寿命。此外，喷射器块2和板5的制造变得更容易，这两个部件是分别地制造的，并且可能由不同的材料和/或使用不同的方法制成。

图1示意性地示出了根据本发明的特定实施例的浸没式燃烧器1的横截面。根据替代实施例，燃烧器1也可以是露出型的。然而，应该指出的是，浸没式燃烧器1特别地受益于本发明提供的技术优点，这是因为其长时间受到由液体玻璃的腐蚀现象和由火焰的氧化现象。

该燃烧器1包括在下部的喷射器块2和在上部的板5，板5覆盖喷射器块2。

关于喷射器块2，图1的截面平面穿过喷射器4，该喷射器4包括圆柱形混合室10，该圆柱形混合室10通向与板5的喷射孔6同轴的排出孔11。位于截面平面内的助燃剂供应管道13和位于截面平面外的燃料供应管道12通向混合室10中。燃料供应管道12和助燃剂供应管道13分别将混合室连接到位于喷射器块2下部中的燃料入口管道121和助燃剂入口管道131。管道9允许使冷却液体在燃烧器1内部循环并在其几乎整个长度上走过燃烧器1。

喷射器块2由不锈钢制成。根据替代实施例，喷射器块2由适合于该工业应用的另外的已知材料形成。

如图1和图2所示，并且根据下面描述的实施例，板5由水平片材7和实心旁侧部8的组装组成，该水平片材7旨在布置在喷射孔6附近，实心旁侧部8从片材7的端部开始呈阶梯或台阶形状延伸。该片材7还包括从其上表面突出的齿14。这些齿14主要用于稳定紧邻喷射器11并因此紧邻所产生的火焰在燃烧器的表面处形成的固化玻璃层。

应当注意，根据替代实施例，板5是单件式。由此，其具有制造/维护更加复杂的缺点。

回到喷射器块2，喷射器块2包括适于通过喷射孔6从片材7突出的多个突起。使用这些突起使得可以保持板5的喷射孔6与其各自的喷射器4的令人满意的对准，以及保持对燃烧气体的混合和分配中所涉及的参数的最佳控制。因此，可以更有效地控制由这些气体燃烧产生的火焰。

如在本文中已经指出并示出的，板5可拆卸地固定到喷射器块2。该固定由螺丝15和对应的丝锥的组装来确保。片材7通过在喷射器块2的上表面与实心旁侧部8的下部之间的嵌入而被固定。根据替代实施例，该片材7通过任何已知类型的可拆卸固定装置直接固定到喷射器块2。此外，片材7还可以通过任何已知类型的固定（无论是否为可拆卸的）直接固定到旁侧部8。

根据其他替代实施例，旁侧部8到喷射器块2的可拆卸的固定可以通过螺丝螺栓型的组装或任何其他已知的可拆卸固定装置来实施，而无论是否涉及拆卸固定装置时的破坏。应当注意的是，无论选择哪种固定装置，在组装/拆卸之后，喷射器块4和板5的完整性都得以保留。

根据替代实施例，并且如图3所示，燃烧器包括从熔化室21的壁21a突出的环形型的喷射器4。由喷射器4穿过的壁21a可替代地是熔化室的底部或其侧壁之一。圆柱形的喷射器4由也是圆柱形的板5覆盖，喷射器4通过两个螺丝15可拆卸地固定到该板5。根据该构造，板5的喷射孔6定位在喷射器4的排出孔11的延长部分中。

根据特定实施例，本发明涉及一种如在本文中所述的燃烧器1的组装/拆卸方法，组装方法包括以下步骤：

·将片材7安置在喷射器块2的上表面上，

·将旁侧部8安置在片材7的外周上，并且

·通过与相应的丝锥配合的螺丝15将旁侧部8可逆地固连到喷射器块2。

拆卸方法在于以相反的顺序执行这些连续的步骤。

根据特定实施例，并且如图4所示，本发明涉及一种用于熔化可玻璃化材料的设备20，其包括熔化室21。可玻璃化材料通过装料器22进入到熔化室21中。熔化室21在底部处包括例如上述的浸没式燃烧器1。玻璃液23的高度由所获得的液体玻璃流过的溢流口24的位置确定。熔化室21包括由内部管道9的系统走过的金属壁，冷却液体在该内部管道中循环。壁的主动冷却导致形成固化玻璃层25，该固化玻璃层25使金属壁与玻璃液隔离。

根据具体实施例，本发明涉及这种设备的用于熔化可玻璃化材料的组合物的用途，特别是用于形成瓶、小瓶类型的中空玻璃、隔热或隔音的矿棉类型的玻璃纤维或者所谓增强纺织玻璃丝的用途。

Claims (16)

1.一种用于熔化可玻璃化材料的设备（20）的燃烧器（1），包括：

·喷射器块（2），其包括燃烧气体分配网络（3）和至少一个喷射器（4），以及

·与玻璃和/或火焰接触的板（5），其至少部分地覆盖所述喷射器块（2）并且包括与所述喷射器（4）流体连通的至少一个喷射孔（6），

所述燃烧器（1）的特征在于，板（5）可拆卸地固定在喷射器块（2）上。

2.根据权利要求1所述的燃烧器（1），其特征在于，所述喷射器块（2）和所述板（5）由不同的材料制成。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述燃烧器是浸没式的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述至少一个喷射器（4）至少部分地延伸到所述喷射孔（6）中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述板（5）借助于以下各者固定在所述喷射器块（2）上：

•牺牲螺丝螺栓的组装和/或

•螺丝丝锥的组装和/或

•铆钉和/或

•销。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述板（5）包括至少一个平面片材（7），其围绕一个或多个喷射器（4）限定周边。

7.根据权利要求6所述的燃烧器（1），其特征在于，所述至少一个喷射器（4）在所述片材（7）上方形成突起。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述板（5）包括从所述板（7）上升的实心外围侧部（8）。

9.根据权利要求8所述的燃烧器（1），其特征在于，外围侧部（8）可拆卸地固定到喷射器块的上表面，并且在于，所述片材（7）嵌入在外围侧部（8）和喷射器块（2）的上表面之间。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述板（5）并且优选地所述片材（7）包括从其上表面突出的齿。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述燃烧器在喷射器块（2）与板（5）之间的界面处包括导热膏层。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，每个喷射器包括圆柱形混合室（10），其具有排出孔（11），燃料供应管道（12）和助燃剂供应管道（13）在引起燃料和助燃剂相对于圆柱包络面的切向流动的方向上在圆柱包络面处通向混合室中。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的燃烧器（1），其特征在于，所述喷射器块包括冷却系统，所述冷却系统优选地包括管道网络，所述管道网络适于冷却流体在所述燃烧器内部的循环。

14.一种用于组装/拆卸根据权利要求1至13中任一项所述的燃烧器（1）的方法。

15.一种用于熔化可玻璃化材料的组合物的设备（20），其特征在于，其包括至少一个熔化室（21），所述熔化室（21）配备有至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的燃烧器（1），优选地为浸没式燃烧器。

16.根据权利要求15所述的设备（20）的用于熔化可玻璃化材料的组合物的用途。

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