CN1819975A - 低热容量燃气氧气助燃燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种用于玻璃成形操作的前端，其包括一条敞开通道(22)和至少一个燃烧器(44)。通道表面(46)具有至少一个燃烧器口(42)和一个在燃烧器口中相对于该通道表面以一个锐角(B)设置的燃烧器。所述表面可以在顶壁、侧壁或者端壁，并且所述燃烧器口相对于所述壁表面成一个锐角。所使用的燃烧器最好是氧气助燃燃烧器，以便减少CO2和NO2的排放。这些燃烧器更为环保并且能够降低温室气体税。

Description

低热容量燃气氧气助燃燃烧器
技术领域
本发明涉及玻璃制造工业中的成形操作，并且尤其是涉及一种用在成形操作中的前端(a front end)。进一步地说，本发明涉及一种用在玻璃成形操作中的氧气助燃前端。
背景技术
在玻璃制品的制造过程中，通过使得配合料穿过一个通常被称作熔炉的熔化炉，这些物料变为熔融的玻璃。熔融的玻璃通过一个由通道和前炉(forehearths)构成的系统从熔炉向下游传送。这种由通道和前炉构成的系统被称作“前端”。前端用作一个将熔融玻璃传送至一个或者多个制造点的管道。前端还用于在熔融玻璃抵达制造点之前对这些熔融玻璃进行冷却和调节。所述制造点被称作成形位置。各个成形位置均包括用于纤维成形操作的坩埚或用于容器成形操作的料滴切割器。坩埚或者料滴切割器一般经由前炉钢固定在前炉上。
常规的前炉带有一个燃烧系统，该燃烧系统包括大量的燃烧器20。燃烧器20用于对熔融的玻璃G进行调节，并且保持熔融玻璃G处于预期的工作温度。在图1中示出了常规前炉10的一个例子。前炉10包括一个顶部或者拱部(未示出)，一个底部(也未示出)，以及横向间隔开的侧壁16。位于熔融玻璃G液面之上的那部分前炉10由上部结构耐火材料构造而成。位于熔融玻璃G液面之下的那部分前炉10由玻璃接触耐火材料构造而成。
贯穿侧壁16钻取出大量的燃烧器口18。燃烧器口18也贯穿前炉10的上部结构钻取而成。燃烧器口18相对于侧壁16成直角钻成。燃烧器口18适合于容置燃烧器20。燃烧器口18彼此之间相隔约四至五英寸。因此，大量的燃烧器、歧管、管子、配件以及阀(未示出)与空气-燃气混合燃烧器协同工作。
在常规的燃烧系统中，空气源和燃气源均流过调节器。空气与燃气被混合并且随后通过一个管道系统流向大量的燃烧器，一般为20至100个燃烧器。这些燃烧器一般为空气-燃气混合燃烧器，使用空气作为使得燃气进行燃烧的氧化剂，来向一个通常被称作控制区域的区域提供热量。所述前端一般具有六个至六十个控制区域，各个控制区域均带有燃气安全控制和降压系统、助燃空气鼓风机以及能够在熔炉与成形位置之间对熔融玻璃G的温度进行控制的阀和调节器。
空气-燃气混合燃烧系统不仅构造成本昂贵，而且工作效率低。为了利用空气-燃气混合物加热一英尺截面的通道，空气-燃气混合燃烧系统需要使用每小时30至75立方英尺(每小时0.849至2.123立方米)的燃气。为了使得1立方英尺(0.028立方米)的天然气燃烧，需要大约10立方英尺(0.283立方米)的空气。空气必须被从室温加热到废气流的温度。能量的大约70％至85％用于将空气加热至废气的温度，只剩下能量的15％至30％作为能够用于玻璃成形操作的热量。因此，空气-燃气混合燃烧系统的燃烧效率很低。
除了具有很低的燃烧效率之外，空气-燃气混合燃烧系统是一种用于加热熔融玻璃G的低效率装置。在空气-燃气混合燃烧系统中，空气-燃气混合燃烧器的火焰温度大约达到3500°F(1926.66℃)。但是，熔融玻璃的光学性能和燃烧产物限制了会穿透熔融玻璃G的辐射能的量。这样会导致熔融玻璃G的竖直温度梯度较高。利用空气-燃气燃烧器，难以通过控制燃烧器的轮廓来控制在玻璃中的温度分布。
所需要的是这样一种前端，其通过使用一种低成本的系统降低了燃料消耗，其中所述系统利用燃气和氧气燃烧前炉。
发明概述
本发明涉及一种用于玻璃成形操作的前端。这种前端包括一条端部敞开的通道和至少一个燃烧器。所述通道具有至少一个表面。所述表面上具有至少一个燃烧器口。所述燃烧器在燃烧器口中相对于所述表面以一个锐角设置。
本发明还涉及一种前端，该前端包括一条具有一个顶部和一对侧壁的通道，其中所述顶部和侧壁均具有一个表面。至少一个燃烧器口位于至少其中一个所述表面上。所述燃烧器口相对于至少一个表面成锐角。所述燃烧器是氧气助燃燃烧器。
本发明还涉及一种前端，其包括一条具有一个顶部和侧壁的通道，其中顶部和侧壁均具有一个由耐火材料构成的上部结构表面。所述通道具有一个上游端和一个下游端。至少其中一个所述表面上具有大量的燃烧器口。这些燃烧器口相对于至少一个表面成一个锐角延伸，并且处于一个在所述上游端与下游端之间延伸且垂直于至少一个表面的平面中。氧气助燃燃烧器轴向延伸穿过对应的燃烧器口。
对于本技术领域中那些熟练人员来说，当结合附图进行阅读时，通过下面对优选实施例的详细描述，本发明的各种目的和优点将变得明了。
附图简述
图1是一个现有技术的前端中的通道的横剖俯视平面图。
图2是一个按照本发明一实施例的通道的横剖俯视平面图，其中燃烧器在通道的侧壁中交替地间隔开。
图3是一个按照本发明另一实施例的通道的横剖俯视平面图，其中燃烧器在通道的侧壁中成对地间隔开。
图4是一个按照本发明又一实施例的通道的横剖侧向正视图，其中燃烧器位于通道的顶部。
图5是一个按照本发明再一实施例的多区域通道的横剖前向正视图。
图6是一个适用于本发明的燃气-氧气燃烧器的横剖平面图。
具体实施方式
为了克服空气-燃气混合燃烧系统的缺陷，已经开发了同心型氧气-燃气混合燃烧器。一种典型的氧气-燃气燃烧系统由英格兰的BH-F(ENGINEERING)有限公司提供。这种系统使用了通常被称作氧气-燃气燃烧器的燃烧器。氧气-燃气燃烧器44使用高纯度氧气(比如，一般为90％至99％的纯度，杂质为氮气和氩气)作为氧化剂和使用矿物燃料作为可燃性碳氢化合物供给。氧气-燃气燃烧器44在点燃点或者燃烧点点燃氧气与燃气的混合物。氧气-燃气燃烧器以4至5英寸(10.16至12.7厘米)间隔设置，类似于前述空气-燃气混合燃烧器的间距。迄今为止，虽然燃气-氧气燃烧器44已经被用在玻璃熔炉中，但是尚未被用在玻璃成形操作中的通道或者前端内。
氧气-燃气燃烧器44减少了CO2和NO2的排放，使得这些燃烧器更为环保并且能够降低温室气体税。氧气-燃气燃烧器44通过减少废气流并且提供了更多能够用在玻璃成形操作中的热量而更为高效地燃烧。这是因为对氧气-燃气燃烧器而言，为了使得1立方英尺(0.028立方米)的天然气燃烧，需要较少体积的氧气(也就是说2立方英尺(0.056立方米)的氧气)。因此，废气(即用于加热氧气-燃气混合物使用后的气流)减少了约73％。由此，在氧气-燃气混合燃烧系统中大约65％的能量被用于向玻璃传递可用热量，而非用于加热诸如氮气这样的惰性气体。
除了具有较高的燃烧效率之外，氧气-燃气混合燃烧系统还是一种对熔融玻璃进行加热的更为有效的措施。氧气-燃气燃烧器44的火焰温度大约是4500°F至4800°F(2482.22℃至2648.88℃)。在该温度下，火焰和燃烧产物以熔融玻璃可以吸收的波长辐射能量。这样就在熔融玻璃的表面上提供了水平的均匀玻璃温度，并且贯穿熔融玻璃提供了竖直的均匀玻璃温度。
下面参照附图，在图2中示出了一个玻璃成形操作中的前端。该前端包括一条敞开通道和位于敞开通道下游的前炉。为了描述简化起见，所述通道和前炉将被共同描述为一条通道22。该通道22将熔融玻璃G从熔炉(未示出)传送至成形位置(未示出)。
熔融玻璃G不会与位于图4和5中所示熔融玻璃液面L上方的通道22的上部发生接触。由于用于所述上部的上部结构耐火材料无需经受熔融玻璃G的腐蚀作用，所以所述上部可以由相对不太昂贵的上部结构耐火材料构造而成，比如硅石、莫来石或者其它合适材料。
位于玻璃液面L下方的那部分通道22与熔融玻璃G发生接触，并且由更为昂贵的玻璃接触耐火材料构造而成。诸如锆石、氧化铬或者其它合适材料的陶瓷耐火材料被用作所述玻璃接触耐火材料。
通道22可以包括一个顶部或者拱部24、一个底部54以及侧壁28A。通道22具有一个上游端，总体上由30标识，和一个下游端，总体上由32标识。在通道22的下游端32处可以设置一个敞开端34。在通道22的上游端30处可以设置一个端壁36。在通道22的底部上可以设置一个或者多个接近、邻近或者靠近端壁36的玻璃孔38。所述前端中的前炉是通道22上具有端壁36并且在底部上具有玻璃孔38的部分。
侧壁28均限定出一个表面40。这些表面40上具有至少一个燃烧器口42。燃烧器口42可以利用耐火材料用空心钻(a refractory coredrill)在现有技术前端中的上部结构耐火材料上钻取而成。新型前端可以利用其中形成有燃烧器口42的嵌入式燃烧器砖构造而成。燃烧器44被设置在燃烧器口42中。在本发明的优选实施例中，设置有大量的燃烧器口42，并且在各个燃烧器口42中设置有一个燃烧器44。燃烧器44最好是氧气助燃燃烧器，其中氧气(高纯度)和燃气在点火点或者燃烧点进行混合。也就是说，所述燃烧器使用了作为氧化剂的氧气和用于提供可燃性碳氢化合物的矿物燃料。这种燃烧器对于本技术领域中的普通技术人员来说是公知的。
燃烧器44被设置在玻璃液面L(图4和5中示出)的上方。燃烧器44位于一个垂直于表面40的平面(例如一个基本上水平的平面)中，并且相对于表面40成一个锐角。如图2中所示，燃烧器44以相对于表面40成约5度至约85度之间的角度指向通道22的下游端32。替代性地，如图3中所示，燃烧器44可以相对于表面40成约95度至约175度之间的角度指向通道22的上游端30。
参照图2，燃烧器44可以交错或者交替地间隔开，从而使得处于相对侧壁28中的燃烧器44横向或者竖向偏置，或者没有相互对齐。氧气助燃燃烧器的火焰温度大约为4200°F至5200°F(2315.55℃至2871.11℃)。利用燃气和氧气的流动对火焰进行控制，从而使得火焰不会直接接触侧壁28。尽管火焰不会直接接触侧壁28，但是侧壁28仍旧通过来自于火焰的对流或者辐射而被加热。这种辐射热量足以合适地对熔融玻璃G进行调节，并且保持熔融玻璃G处于预期温度，却不会由于将通道22暴露在过高温度下而损害通道22的整体性。利用本发明中的前炉，燃烧器44可以以约1英尺(0.304米)至约5英尺(1.524米)的间距间隔开，并且向玻璃提供足够的热量。
可以在端壁36上设置一个燃烧器口43，以便用作排气燃烧器口或者支撑另外一个燃烧器44，来提供额外的热量对熔融玻璃G进行调节或者保持熔融玻璃G处于预期温度。
本发明的另外一个实施例在图3中示出。在图3中，燃烧器44成对设置。在本发明的该实施例中，对置的燃烧器44一般不会交错或者交替间隔开。对置的燃烧器44可以横向或者竖向对齐，以便提供更为均匀的热量分布。
在本发明中，燃烧器44可以被设置成使得对置燃烧器44的火焰相互作用，来朝向通道22的侧壁28反射。还可以以成约0度至约20度之间的角度使得燃烧器44向下倾斜。
如图4中所示，通道22可以具有一个由该通道22的顶部24限定出的表面46。此表面46上具有至少一个燃烧器口42。燃烧器44被设置在燃烧器口42中。在本发明的优选实施例中，设置有大量的燃烧器口42并且在各个燃烧器口42中均设置有一个燃烧器44。燃烧器44最好是氧气助燃燃烧器。
燃烧器44可以被设置在一个垂直于表面46的平面(例如一个基本上竖直的平面)中，并且相对于表面46成一个锐角B。在本发明的一个实施例中，如图4中所示，燃烧器44以相对于表面46成约5度至约85度之间的角度指向通道22的上游端30。替代性地，类似于在图3中示出的燃烧器44，燃烧器44可以以相对于表面46成约95度至约175度之间的角度B指向通道22的下游端32。
如附图中所示，可以在通道22的端壁36上设置一个孔43。孔43可以被用作通道22的排气孔。在本发明的另一实施例中，孔43可以是一个用于支撑另外一个燃烧器44的燃烧器口。尽管，如图4中所示，位于端壁36上的燃烧器口43中的燃烧器44可以相对于顶部表面46以约15度的角度A设置，但是其它角度也可以适用于实施本发明。例如，如果燃烧器口43处于端壁36上，那么燃烧器44可以相对于端壁36处于从约5度至约90度(或者水平)范围内的任意角度B。当燃烧器口43处于端壁36与顶部表面46的交界处时，燃烧器44可以相对于端壁36处于从约5度至约85度之间的任意角度B。
本发明的又一实施例在图5中示出。按照本发明该实施例的通道22是一条具有中间冷却通道48和相向对置燃烧器44的混合通道。尽管所示出的燃烧器44被设置在通道22的顶部24中，但是燃烧器44也可以被设置在侧壁28中。本发明的该实施例适用于需要进行某种程度冷却的更宽燃烧区域，比如在玻璃容器成形操作中。这种操作一般使用至少5英尺(1.5米)宽的通道。
如图6中所示，可以用在本发明中的一种燃烧器设计是管式燃烧器中的导管。氧气供给气流56被送入导管66内。天然气供给气流58被送入在氧气供给导管66中心处的燃烧器导管68内。导管66和68可以是同心导管，其中内侧的天然气供给导管68延伸超出外侧的氧气供给导管66的远端。燃烧器砖60可以由任何高温耐火材料制成，比如莫来石。燃烧器砖60具有一个中心钻孔，用以容置天然气供给导管68和氧气供给导管66，并且可以包含一个圆锥形出口部分，以容许燃烧气体发生膨胀。优选的燃烧器砖容许燃烧气体低流量，并且容许将燃烧器44插入通道的顶部中。所述导管设计的导管能够对氧气和燃气进行受控混合，以防止在喷嘴处和燃烧器砖中出现高温。燃料流量范围为25000至150000btu(英国热量单位)(2.6×106-1.6×107焦耳)。
燃料导管68被定位成防止燃料和氧气发生直接混合。燃烧器44沿着通道发出小的高温火焰。
在本发明的各个前述实施例中，燃烧器44可以被设置成使得燃烧器火焰不会伸出到顶部24或者侧壁28。此外，燃烧器44还必须分隔开且火焰适中，从而使得在通道22的内部不会聚积过多热量。这样就避免了顶部24、侧壁和/或燃烧器喷嘴的过热现象，否则会对耐火材料或者燃烧器44造成损坏。
在本发明的各个前述实施例中，燃烧器44可以由高温镍-铬-钼-铌合金制成，比如能够从纽约州新哈特福德市(New Hartford)的Special Metals公司获得的INCONEL合金。合适的INCONEL合金包括600、601、617、625、625LCF、706、718、725、725HS、SPF、X-750、MA754、783、792以及HX镍铬合金。镍-铬-钼-铌合金对氧化、还原环境、腐蚀环境、高温环境具有良好的抵抗能力，并且具有抗驰豫能力和良好的机械性能。其它合适的燃烧器材料包括高温不锈钢，比如能够从密执安州Temperance市的Rolled Alloys获得的RA410、RA410S、RA17-4、RA304、RA316、RA321、RA347、RAM303、RA304以及RA316。
在本发明的各个前述实施例中，对于各个燃烧器44来说，氧气流量最好是约20至200立方英尺(0.566至5.663立方米)每小时。任何需要这种流量以便完全燃烧的燃气均适用于实施本发明。氧气需求一般与所使用的燃气无关。
本发明中的前端由于使用了较少的燃烧器、较少的阀、较少的配件以及少量的相关歧管和管子，所以具有优越性。燃烧更为高效，因此消耗的燃料更少。由此，燃料管的尺寸得以缩小。与供送空气相比，用于供给氧气的管尺寸明显缩小。安装成本也得以降低。
按照专利法规的规定，已经在本发明的优选实施例中对本发明的原理和工作方式进行了解释和例证。但是，必须明白的是，在不脱离本发明的实质或者范围的条件下，可以以除了具体解释和例证之外的方式实施本发明。
在前面已经在总体上并且针对具体实施例对本申请中的发明进行了描述。尽管已经以被认为是优选实施例的方式对本发明进行了叙述，但是在总体公开的内容之中，可以选择对于本技术领域中那些熟练人员来说公知的各种替代性实施例。除了所附权利要求中的列举之外，本发明不受其它形式的限制。

Claims (23)

1.一种用于玻璃成形操作的前端，该前端包括：
一条通道(22)，其包括一个具有至少一个燃烧器口(42)的表面(46)；和
至少一个燃烧器(44)，其相对于所述表面以一个锐角(B)设置。
2.如权利要求1中所述的前端，其特征在于，所述至少一个燃烧器(44)位于一个垂直于所述表面的平面(P)中。
3.如权利要求2中所述的前端，其特征在于，所述表面具有一个上游端和一个下游端，并且所述平面在所述上游端与下游端之间延伸。
4.如权利要求1中所述的前端，其特征在于，所述表面由一种耐火材料上部结构限定而成。
5.如权利要求1中所述的前端，其特征在于，所述表面由所述通道的顶部限定而成。
6.如权利要求1中所述的前端，还包括一个具有至少一个燃烧器口(42)的第二表面(36)，并且至少一个其它燃烧器(44)位于所述至少一个燃烧器口中，所述表面由侧壁(40)限定而成。
7.如权利要求6中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器相对于至少一个其它燃烧器(44)横向偏置。
8.如权利要求6中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器与至少一个其它燃烧器(44)横向对齐。
9.如权利要求1中所述的前端，其特征在于，所述至少一个燃烧器是氧气助燃燃烧器。
10.一种用于玻璃成形操作的前端，该前端包括：
一条通道(22)，其具有一个顶部和一对侧壁(28)，顶部和侧壁(28)均具有一个表面(46)，所述通道还具有至少一个位于所述表面的至少一个上的燃烧器口(42)；和
至少一个位于所述至少一个燃烧器口中的氧气助燃燃烧器(44)，所述至少一个燃烧器相对于所述至少一个表面成一个锐角。
11.如权利要求10中所述的前端，其特征在于，所述至少一个燃烧器口位于所述通道的所述顶部的所述表面上。
12.如权利要求10中所述的前端，还包括至少一个其它燃烧器口(42)，其中所述燃烧器口位于各个所述侧壁的所述表面上。
13.如权利要求12中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口相互横向偏置。
14.如权利要求12中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口相互横向对齐。
15.一种用于玻璃成形操作的前端，该前端包括：
一条通道(22)，其具有顶部(24)和侧壁(28)，顶部(24)和侧壁(28)均具有一个由耐火材料构成的上部结构表面(46)，所述通道具有一个上游端和一个下游端，所述表面中的至少一个上具有多个燃烧器口(42)；和
多个氧气助燃燃烧器(44)，各个燃烧器均延伸穿过燃烧器口，从而使得所述燃烧器相对于至少一个表面成一个锐角延伸，并且使得所述燃烧器处于一个在所述上游端与下游端之间延伸且垂直于所述至少一个表面的平面中。
16.如权利要求15中所述的前端，其特征在于，所述通道还包括一个端壁(36)和一个底部(50)，所述端壁具有一个由耐火材料构成的上部结构表面和至少一个位于该端壁中的燃烧器口(43)，在所述通道的底部上具有接近所述端壁的至少一个玻璃孔(38)。
17.如权利要求16中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口处于所述通道的所述顶部的所述表面上。
18.如权利要求17中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器中之一处于所述端壁上的至少一个燃烧器口中，所述燃烧器指向所述通道的上游端。
19.如权利要求18中所述的前端，其特征在于，处于所述端壁中的至少一个燃烧器口中的燃烧器相对于所述端壁成一个约5度至约90度范围内的角度。
20.如权利要求15中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口处于所述通道的侧壁表面上。
21.如权利要求20中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口处于所述侧壁中之一上，但是没有与处于所述侧壁中另外一个上的燃烧器口横向对齐。
22.如权利要求20中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口处于所述侧壁中之一上，并且与处于所述侧壁中另外一个上的燃烧器口横向对齐。
23.如权利要求15中所述的前端，其特征在于，所述燃烧器口以约0.3米至约1.5米的间距间隔开。
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