CN113748303A - 烧制陶瓷制品的装置和燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种用于烧制陶瓷制品(T)的工业装置(30)；该装置(30)包括设置有至少一个侧壁(31)的隧道窑(2)、烧制室(3)和被构造成沿输送路径(P)输送多个陶瓷制品(T)的输送系统；该装置(30)包括至少一个燃烧器(1)，该燃烧器设置有第一管状排放元件(9)、第二管状排放元件(14)和用于存在于烧制室(3)中的气体的抽吸元件(15)；该抽吸元件(15)布置在烧制室(3)内的第一管状排放元件(9)和第二管状排放元件(14)之间。

Description

烧制陶瓷制品的装置和燃烧器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年3月11日提交的意大利专利申请No.102019000003481的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于烧制陶瓷制品的装置和燃烧器。特别地，本发明在陶瓷制品的烧制以获得瓷砖中发现了有利的但非排他性的应用，在下面的描述中将对其进行明确引用，但不会因为此引用丧失通用性。
背景技术
为获得瓷砖而烧制陶瓷制品通常在隧道窑中进行，隧道窑由两个相对的壁和屋顶界定。这些窑通常由两个串联的燃烧器加热，每个燃烧器都布置在隧道的一侧。
使用甲烷操作的燃烧器通常放置在隧道的侧壁的不同高度上并面向相对的壁。
陶瓷制品烧制循环的设计非常精确并且需要：从窑的入口开始加热陶瓷制品，将陶瓷制品保持在预定温度下的烧制室内，并在陶瓷制品到达窑的出口之前以受控的方式冷却它们。
陶瓷制品通常在由一系列陶瓷辊组成的大型输送机上运输。因此，重要的是确保烧制室内的温度在整个窑宽度上是均匀的。
为此，开发了不同类型的工业燃烧器，以及燃烧器在复杂装置内的不同布置，以便在烧制室内获得越来越恒定的温度。
然而，特别是在非常大的隧道窑中，不同纵向截面的温度分布通常不均匀，因此隧道的中心处的温度较高，而靠近侧壁的温度较低。
这种温度均匀性的缺乏不可避免地导致靠近隧道壁移动的陶瓷制品的烧制缺陷。特别地，所述缺陷可以是尺寸缺陷和形状缺陷，例如缺乏平整度。结果，生产浪费增加。
窑的中心和靠近侧壁的区域之间的这种差异通常是由于在烧制室内循环的烟气在靠近壁的地方减慢的事实，从而降低了所述烟气的运动的湍流，因此，还有热交换系数。
文献文件DE 4014693公开了一种在陶瓷工业中使用的类型的隧道炉，该隧道炉具有安装在燃烧室的壁中的燃烧器。燃烧器通过装配有控制阀的管道供应燃料。
文献EP 3155320公开了一种用于工业炉的燃烧器，该燃烧器可以安装在包括一个烧制室的炉中，并且包括主管状体，该主管状体设置有用于燃料的进入的至少一个第一端口、用于助燃剂的进入的至少一个第二端口、和设置有面向烧制室的出口的端部喷嘴、以及用于触发燃料-助燃剂混合物的燃烧的元件。燃烧器还包括至少一个管，该管适于收集存在于烧制室内的气体的一部分并在端部喷嘴的出口处传输所述气体的一部分。
文献US 5934206公开了一种用于实践合成气生成的部分氧化过程的装置。
本发明的目的是提供一种装置和燃烧器，该装置和燃烧器被设计成至少部分地克服现有技术的缺点，同时便宜且易于制造。
发明内容
根据本发明，提供了根据所附独立权利要求并且优选地根据直接或间接从属于独立权利要求的从属权利要求中的任一项的用于烧制陶瓷制品的装置和燃烧器。
所附权利要求描述了本发明的优选实施例并且形成了说明书的组成部分。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，附图示出了本发明的一些非限制性实施例，其中：
-图1是根据本发明的装置的横截面正视图；
-图2是图1的装置的一部分的示意性平面图；
-图3是图1的装置的一部分的示意性透视图；
-图4是图3的部分的横截面正视图；
-图5是图4的横截面的示意性透视图；
-图6是根据本发明的燃烧器的一部分的示意性透视图；
-图7是图6的排放体的一部分的横截面侧视图；和
-图8是显示温度随距窑的壁的距离变化的图(横坐标为距离，纵坐标为温度)。
具体实施方式
在图1中，数字1总体上表示根据本发明的第一方面的用于烧制陶瓷制品T的燃烧器。
燃烧器1可以安装在包括烧制室3的工业窑2，特别是隧道窑中。
特别地，根据图1和图2，陶瓷制品T由输送系统4沿输送路径P输送。
更准确地说，陶瓷制品C是至少需要窑烧制的任何类型的陶瓷制品。
在图1和图2所示的非限制性实施例中，输送系统4包括一系列陶瓷辊，待烧制的未加工陶瓷制品T优选以有序的方式放置在该陶瓷辊上。
根据本文未示出的一些非限制性实施例，输送系统4包括多个陶瓷辊(如果需要，以不同速度移动以区分制品的烧制)。
根据图3、4和5，燃烧器1包括混合体5，混合体5又包括燃料供给管6、氧化剂供给罐7、火花装置8和燃烧室缸盖27。换言之，混合体5是产生空气-气体混合物所需的燃烧器的一部分，该空气-气体混合物(一旦它被点燃以获得火焰)在窑2内烧制陶瓷制品T。特别地，通过燃料供给管6引入的气体基本上是甲烷，而通过氧化剂供给管7引入的氧化剂基本上是环境空气(具有大约21％的氧气)。
燃烧器1还包括管状排放元件9，该管状排放元件被构造成由流出混合体5的流体(由燃料和氧化剂的混合物和/或其可能的燃烧组成)流过并且设置有具有开口11的端部10和与端部10相对并具有开口13的端部12，混合体5的至少一部分插入到开口11中。
根据一些非限制性实施例，混合体5通过固定元件联接到元件9。有利地，尽管不是必须的，就像在图4和图5所示的实施例中一样，固定元件是螺栓26。
在图4和图5所示的非限制性实施例中，混合体5部分地插入到排放元件9中并且部分地布置在窑2的外侧。特别地，排放元件9插入到隧道窑2的侧壁31的内部。更准确地说，排放元件9完全在侧壁31内部延伸。
燃烧器1包括管状排放元件14，该管状排放元件从元件9的端部12沿相对于端部10相反的方向延伸，即朝向烧制室3(更准确地说，烧制室3的内部)延伸。换言之，排放元件14布置在排放元件9的相对于混合体5的相对侧。
此外，燃烧器1包括抽吸元件15，该抽吸元件被构造成将存在于烧制室3内部的气体F的至少一部分带到管状排放元件14，并且设置有布置在管状排放元件9和管状排放元件14之间的多个开口16。
有利地，管状排放元件14(全部)完全位于烧制室3内部并且例如与管状排放元件9同轴。
换言之，管状排放元件14的纵向对称轴线AA与管状排放元件9的纵向对称轴线AA重合。
在图4至图6的非限制性实施例中，管状排放元件9、管状排放元件14和抽吸元件15一起形成燃烧块17，该燃烧块在图6中作为整体示意性地示出。特别地，燃烧块17的侧表面22(至少)部分地没有间隙。更特别地，燃烧块17的侧表面在未被开口16中断的部分中没有间隙。
有利地，但不是必须地，燃烧块17被制造为单件，特别是由碳化硅制成。特别地，燃烧块17的纵向对称轴线是管状排放元件9和管状排放元件14的纵向对称轴线AA。
有利地，但不是必须地，燃烧块17通过增材制造，特别是通过3D打印获得。
根据本文未示出的一些非限制性实施例，燃烧块17通过将管状排放元件9与抽吸元件15以及抽吸元件15与管状排放元件14焊接而获得。
根据本文未示出的其它非限制性实施例，燃烧块17通过借助固定系统(例如螺栓、螺钉、铆钉等)将管状排放元件9机械地联接到抽吸元件15以及将抽吸元件15机械地联接到管状排放元件14而获得。
根据进一步的非限制性实施例，燃烧块17通过压铸技术而获得。
在附图所示的非限制性实施例中，燃烧块17是中空的并且被构造成允许由混合体5产生的混合物通过。特别地，一旦燃烧被点燃，所述混合物变成火焰。
根据一些非限制性实施例，抽吸元件15包括文丘里管，并且特别地是文丘里管。
在图6和7的非限制性实施例中(其中图7示出了图6的实施例的抽吸元件15的细节)，抽吸元件15具有布置在端部12的区域中的扼流圈18。此外，抽吸元件15具有至少一个具有截锥形状的节段19，该节段由较大的基部20和较小的基部21界定。最后，管状排放元件14具有面向抽吸元件15的开口端23和面向烧制室3的中心的第二开口端24。
有利地，但不是必须地，开口16在抽吸元件15的具有截锥形状的节段19中获得。特别地，开口16(横向地)从一侧到另一侧穿过抽吸元件15的具有截锥形状的节段19。
有利地，但不是必须地，开口16至少部分地(特别地，完全地)布置在烧制室3内部。
有利地，但不是必须地，开口16具有椭圆形形状，即狭缝，并且(横向地)从一侧到另一侧穿过抽吸元件15的具有截锥形状的节段19。特别地，开口16在管状排放元件9和管状排放元件14的纵向上获得。
更特别地，具有截锥形状的节段19的较小的基部21与扼流器18重合，具有截锥形状的所述节段19的较大的基部20与开口端23重合。
有利地，但不是必须地，并且根据图3至图7，抽吸元件15包括加强肋25。由于这些肋25，排放元件14可以根据需要尽可能地延伸而不会冒燃烧块17可能在具有最小横截面的节段的区域中(即在抽吸元件15的区域中)破裂的风险。
有利地，但不是必须地，排放元件9具有圆形横截面，特别是具有恒定直径。
有利地，但不是必须地，排放元件14具有圆形横截面，特别是具有恒定直径。
有利地，但不是必须地，抽吸元件15具有圆形横截面。
有利地，但不是必须地，抽吸元件15具有圆形横截面，该圆形横截面具有基本上可变的直径。
特别地，扼流圈18的横截面TT(图7)的直径小于排放元件14的直径和排放元件9的直径的三分之二。更特别地，扼流圈18的横截面TT(图7)的直径小于排放元件14的直径和排放元件9的直径的一半。
有利地，但不是必须地，扼流器18的横截面TT(图7)的直径小于排放元件14的直径和排放元件9的直径的三分之一。特别地，扼流器18的横截面TT(图7)的直径大于排放元件14的直径和排放元件9的直径的六分之一。
扼流圈的直径相对于排放元件9的直径减小得越多，在使用中，在排放元件9内部循环的混合物的速度变化增加得越大。
有利地，但不是必须地，扼流器18的直径范围从10mm(特别地，从20mm；更特别地，从25mm)到60mm(特别地，到40mm；更特别地，到35mm)。
有利地但不是必须地，排放元件14的直径范围和排放元件9的直径范围从20mm(特别地，从40mm；更特别地，从50mm)到200mm(特别地，到120mm；更特别是100mm)。
根据本发明的第二方面，还提供了一种用于烧制陶瓷制品的工业设备。
特别参考图1和图2，根据本发明的工业装置作为一个整体用数字30表示。
根据一些非限制性实施例，陶瓷制品T在已经烧制之后是瓷砖。特别地，陶瓷制品T在进入装置时是未加工的，而在它们出来时是被烧制的。
工业装置30包括窑2，特别是隧道窑，该隧道窑设置有至少一个侧壁31，侧壁31界定烧制室3并且具有在烧制室3内侧的内表面32和在烧制室3外侧的外表面33。
工业装置30还包括输送系统4，特别是水平输送系统，该水平输送系统被构造为沿烧制室3内的输送路径P(从烧制室3的输入到输出)移动多个陶瓷制品T。
运输系统4可以是任何类型的运输系统。例如，在图1所示的非限制性实施例中，输送系统包括一系列陶瓷辊，待烧制的未加工陶瓷制品T优选以有序的方式放置在该陶瓷辊上。
特别地，隧道窑2具有两个相对的侧壁31，陶瓷制品T在侧壁31之间移动。
根据本文未示出的一些非限制性实施例，陶瓷制品可以是需要至少窑烧制的任何类型的陶瓷制品。
根据本文未示出的一些非限制性实施例，输送系统4包括多个陶瓷辊(如果需要，以不同的速度移动以区分制品的烧制)。
装置30包括燃烧器1，该燃烧器又包括管状排放元件9、管状排放元件14和用于气体F的抽吸元件15。
有利地，但不是必须地，装置30包括根据以上描述的燃烧器1。
有利地，抽吸元件15放置在排放元件9和排放元件14之间并且至少部分地(在一些非限制性情况下，甚至完全地)布置在烧制室3内部。
抽吸元件15被构造成将存在于烧制室3内部的气体F的至少一部分带到排放元件14。这样，可以使用留在烧制室3内部的氧气并完成那些利用燃烧器1内部的第一通道(即一次燃烧)未完全燃烧的气体F的燃烧。此外，气体F(可假定，即使考虑到它们具有相对较高的温度的事实)有助于提高燃烧效率。
“初级燃烧”是指由燃烧块17产生的燃烧，该燃烧的火焰穿过排放元件9。
有利地，但不是必须地，抽吸元件15布置在侧壁31中的一个侧壁的内表面32的区域中。该元件15被构造成在排放元件9和排放元件14之间产生凹陷，以便将存在于烧制室3中的气体F的至少一部分带到排放元件10。特别地，在附图中所示的非限制性实施例中，通过文丘里效应产生凹陷。
根据图2所示的本发明的非限制性实施例，装置30包括沿平行于输送路径P的方向DD串联布置的多个燃烧器1。
在图1至图5的非限制性实施例中，燃烧器1通过固定元件联接到窑2的壁31。特别地，排放元件9插入侧壁31内部。
在图1的非限制性实施例中，燃烧器1沿横向(特别是，垂直)于方向DD(并且因此，横向(特别是，垂直)于输送路径P)的方向DP定向。
特别地，燃烧器1布置在窑2的壁31中的至少一个壁内部的不同高度上。
有利地，但不是必须地，燃烧器1的管状元件9被安装成至少部分地(特别地，完全地和横向地)穿过窑2的侧壁31中的一个侧壁。这样，由燃烧器1产生的火焰将直接到达窑2的烧制室3的内部。
有利地，但不是必须地，燃烧器1的管状排放元件14与管状排放元件9同轴并且基本上完全布置在烧制室3内部。
根据本文未示出的一些非限制性实施例，燃烧器8的排放元件9被安装成部分地伸入到烧制室3中。
根据附图中所示的非限制性实施例，燃烧器8具有横向于输送路径P的纵向轴线AA。特别地，轴线AA垂直于输送路径P。更特别地，轴线AA也垂直于工业隧道窑2的侧壁31。
在使用中，混合体5产生燃烧的混合物，特别是火焰，燃烧的混合物的气体流过排放元件9，排放元件9将它们引入到抽吸元件15中，抽吸元件15又将它们(连同吸入到室中的气体F一起)输送到排放元件14中。
排放元件14将火焰引入到燃烧室中。
由燃烧器1排出的燃烧产物在第一次通过排放元件9时并未完全燃烧，但由于气体F(存在于烧制室内部)通过排放元件14中的抽吸15的连续再循环，燃烧增加(完成)。
换句话说，燃烧器1通过火花装置8产生由管道6和管道7引入的气体(燃料和氧化剂)的一次燃烧，并因为它们没有完全燃烧(因此有残留的氧气)使用被抽吸元件15吸入的来自烧制室3的内部的再循环的气体F产生其二次燃烧。特别是，一次燃烧发生在排放元件9内部，二次燃烧发生在排放元件14内部。
特别地，抽吸元件15的扼流圈18确定由燃烧器1排出并流出排放元件9的气体的速度的增加。
随后，由于具有截锥形状的节段19的扩口形状，特别是发散形状，气体的速度再次降低。
气体的速度的变化利用文丘里效应决定开口16的区域中的凹陷。该凹陷又决定存在于室3内部的气体F的吸力，从而允许使用这些气体F进行二次燃烧(其中仍有中等百分比的氧气-大约10％)。
在附图中所示的非限制性实施例中，抽吸元件15决定烧制室3内部的湍流运动的增加。此外，在排放元件14内部发生的二次燃烧决定了热交换的进一步增加，特别是通过辐射，由于排放元件14的加热。结果，陶瓷制品T所经受的总热交换系数增加，并且烧制室3内的温度更均匀。
根据图4和图5中所示的有利的非限制性实施例，抽吸元件15的扼流圈18布置在窑2的壁31的内表面32的区域中。该特征允许最大化靠近窑2的壁31的内表面32存在的气体F的抽吸和再循环，这些气体是具有最小湍流并因此具有最低温度的烟气。
图8的图表显示了温度随距窑2的壁3的距离的变化；该图是通过实验得到的。
特别地，纵坐标轴表示正在被烧制的陶瓷制品T的温度，并且横坐标轴表示距壁3的距离。用虚线SB表示的温度变化是具有标准的燃烧器的装置中的一个，而用实线IB表示的温度变化是根据本发明的装置1的非限制性实施例中的一个。
因此，很明显，使用根据本发明的装置1，可以获得沿着窑2的烧制室3的宽度的更大的温度均匀性。特别地，由于抽吸元件15产生的湍流和靠近所述壁3的排放元件14提供的辐照的贡献，接近全部3的温度显著增加；另一方面，由于使用了排放元件14，因此与传统情况相比，窑中心处的温度更高，这允许燃烧块17到达窑2内部的更深处。因此，与传统解决方案相比，从所述排放元件14出来的火焰在更深的地方发出。
应该指出的是，靠近燃烧器1的排放口的温度峰值(至少部分地)变平。
尽管以上描述的本发明特别参考了精确的示例，但本发明不限于所述示例，因为本发明的保护范围扩展到所附权利要求涵盖的所有那些变体、改变或简化，例如燃烧室缸盖27、燃烧块17、并且特别是抽吸元件15的不同的几何形状，抽吸靠近壁3的气体F的不同方法，燃烧器8在装置1内部的不同布置(关于位置和关于对齐这两方面)、不同的运输系统4等。
以上描述的装置和燃烧器具有许多优点。
首先，与包括更多部件的现有技术解决方案相比，燃烧器1的制造和组装方式更简单。
此外，考虑到烧制室3中的几何形状和穿透度，燃烧器1可以容易地安装为标准结构的替代(改进)。
此外，排放元件14在室3的内部的存在和抽吸元件15靠近壁31的内表面32的存在而不是在壁31内部的存在避免了与壁31本身过热相关的问题，壁31本身通常由砖石制成，这将导致燃烧块17过热并可能破裂和/或混合体5(通常由金属制成)的过热，这反过来又会给操作员带来燃烧的风险和显著的能量分散。此外，不存在由沉积物的形成和由在侧壁31的砖石内部再循环的气体的可能的冷凝物产生的障碍物引起的问题。
最后，与现有技术解决方案相比，分散的降低、燃烧的增加(获得的至少50％的烟气的再循环，允许使用氧化剂(利用再循环的气体F中存在的残余氧气)的还原进行调整)和烧制室3内部的温度的均匀性的增加决定了对于根据本发明的装置30和燃烧器1需要将较少量的气体(通常是甲烷)引入到燃烧器中以保持给定温度。

Claims (15)

1.一种用于烧制陶瓷制品的燃烧器(1)，所述燃烧器可以安装在包括烧制室(3)的工业窑(2)中；
燃烧器(1)，所述燃烧器包括：混合体(5)；输送燃料的管道(6)；输送氧化剂的管道(7)；用于启动燃烧的火花装置(8)；第一管状排放元件(9)，所述第一管状排放元件被构造为被流出混合体(5)的流体流过并且设置有第一端(10)和与所述有第一端相对的第二端(12)，所述混合体(5)的至少一部分插入到所述第一端中；
所述燃烧器(1)的特征在于，它包括第二管状排放元件(14)，所述第二管状排放元件从在相对于所述第一端(10)的相对侧的第二端延伸；和抽吸元件(15)，所述抽吸元件被构造为将存在于所述烧制室(3)内的气体(F)的至少一部分带到所述第二管状排放元件(14)并且设置有一个或多个开口(16)，所述一个或多个开口布置在所述第一管状排放元件和所述第二管状排放元件(14)之间；
所述燃烧器(1)以使得所述抽吸元件(15)被构造为至少部分地布置在所述烧制室(3)内部这样的方式构造；
其中，所述抽吸元件(15)具有布置在所述第二端(12)的区域中的扼流圈(18)；所述抽吸元件(15)具有至少一个具有截锥形状的节段(19)，所述节段由较大的基部(20)和较小的基部(21)定界；
所述第二管状排放元件(14)具有面向所述抽吸元件(15)的第一开口端(23)和面向所述烧制室(3)的内部的第二开口端(24)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，并且所述燃烧器(1)以使得所述第二管状排放元件(14)被构造为完全布置在所述烧制室(3)内部并且例如与所述第一管状排放元件(9)同轴这样的方式构造；例如，所述第一管状排放元件(9)、所述第二管状排放元件(14)和所述抽吸元件(15)形成燃烧块(17)，所述燃烧块具有至少部分没有间隙的侧表面(22)。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器(1)，其中，所述第一管状排放元件(9)、所述第二管状排放元件(14)和所述抽吸元件(15)形成燃烧块(17)，所述燃烧块被制造为单件，特别是由碳化硅制成。
4.根据权利要求2或3所述的燃烧器(1)，其中，所述燃烧块(17)通过增材制造，特别是3D打印获得。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，其中，所述抽吸元件(15)包括文丘里管。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，其中，所述开口(16)延伸穿过所述抽吸元件(15)(例如，它们具有椭圆形形状并且纵向布置到所述第一管状排放元件(9)和所述第二管状排放元件(14))；具有截锥形状的所述节段(19)的较小的基部(21)与所述扼流圈(18)重合；具有截锥形状的所述节段(19)的较大的基部(20)与所述第一开口端(23)重合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，其中，所述抽吸元件(15)包括加强肋(25)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，其中，所述扼流圈(18)的直径小于所述第一管状排放元件(9)和/或所述第二管状排放元件(14)的直径的三分之二；特别地，其中，所述扼流圈(18)的直径小于所述第一管状排放元件(9)和/或所述第二管状排放元件(14)的直径的一半。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，其中，所述开口(16)在所述抽吸元件(15)的具有截锥形状的节段(19)上获得；特别地，所述开口从一侧到另一侧穿过所述抽吸元件(15)的具有截锥形状的节段(19)。
10.一种用于烧制陶瓷制品的工业装置(30)，包括：设置有至少一个侧壁(31)的隧道窑(2)，其至少部分地界定烧制室(3)并且具有在烧制室(3)的内侧的内表面(32)和在烧制室(3)的外侧的外表面(33)；输送系统(4)，所述输送系统被构造成在烧制室(3)内沿输送路径(P)输送多个陶瓷制品(T)；以及至少一个根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)。
11.根据权利要求10所述的装置(30)，其中，所述抽吸元件(15)布置在所述侧壁(31)的内表面(32)的区域中；抽吸元件(15)被构造成在第一排放元件(9)和第二排放元件(14)之间产生凹陷，以便将存在于烧制室(3)中的气体(F)的至少一部分带到所述第二排放元件(14)。
12.根据权利要求10或11所述的装置(30)，包括沿平行于所述输送路径(P)的方向(DD)串联布置的多个燃烧器。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置(30)，其中，所述至少一个燃烧器(1)的第一管状排放元件(9)至少部分地(特别地，完全地)延伸穿过(特别地，横向于)窑(2)的侧壁(31)；燃烧器(1)的第二管状排放元件(14)与第一管状排放元件(9)基本上同轴并且基本上完全布置在烧制室(3)内。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置(30)，其中，所述至少一个燃烧器(1)的第一管状排放元件(9)被安装成部分地突出到所述烧制室(3)中。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置(30)，其中，所述燃烧器(1)具有横向于(特别地，垂直于)所述输送路径(P)的纵向轴线(AA)，例如垂直于工业窑(2)的所述壁。
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