CN1902439B - 用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统、以及用于该系统的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

用于玻璃熔化炉中诸如石油焦炭等的粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，包括玻璃熔化区域且与作为热交换器并排布置的一对密封蓄热室连接的多个燃烧器，燃烧器布置在与炉子的玻璃熔化区域相连的一系列通道中。该系统包括用于通过每个燃烧器供给粉碎燃料以熔化玻璃原料的装置。炉子中燃料燃烧过程产生的废气排出被控制，以便保持废气洁净并减少来自燃料的诸如SOx、NOx和颗粒等杂质的排出。蓄热室选择诸如镁、锆-硅-铝或氧化镁和锆硅酸盐等的耐火材料制造，以便抵消在玻璃熔化室中燃料燃烧过程产生的侵蚀和腐蚀效应。也提供用于进给石油焦炭的燃烧器，该燃烧器包括同时混合一次空气和粉碎燃料一空气混合物以燃烧粉碎燃料的装置。

Description

用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统、以及用于该系统的燃烧器
本申请是2003年6月20日提交的美国专利申请No.10/601167的部分继续申请，美国专利申请No.10/601167又是2001年3月23日提交、现已放弃的美国专利申请No.09/816254的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，特别是一种用于玻璃熔化炉中粉碎石油焦炭进料和燃烧的方法和系统以及用于该系统中的燃烧器。
背景技术
依赖于产品的最终特性并也考虑熔化和精炼过程的热效率，在各种不同炉子中并采用各种类型的燃料完成熔化玻璃。单元熔化炉被用于熔化玻璃(采用气体燃料)，这些炉子沿炉子的侧边具有几个燃烧器，整个单元看上去像是一个密封的盒子，其中烟囱可以放置在进料装置的起点或在炉子的最末端，这意味着，在下游。然而，玻璃离开高温运行的炉子存在着巨大的热损失。在2500，对于天然气加热炉废气中的热量占到输入热量的62％。
为了利用废气的余热，出现了名为蓄热式炉的更复杂和昂贵的设计。众所周知，为了操作蓄热式玻璃熔化炉，多个气体燃烧器与一对并排放置的密封蓄热器连接。每个蓄热器具有下气室、在下气室上面的耐火材料结构和在耐火材料结构之上的上气室。每个蓄热器分别具有连接各自上气室和炉子的熔化精炼室的通道。燃烧器被布置为可燃烧诸如天然气、液体石油、燃油或其它气体或液体燃料等适合用于玻璃熔化炉的燃料，从而提供热量用于熔化并精炼在室中的玻璃制造原料。熔化精炼室在一端装入玻璃制造原料，因此在该端有原料预热室，并在其另一端具有浇铸分配器，它包括一系列通道，通过这些通道熔化的玻璃从熔化精炼室中流出。
燃烧器可以采用许多可能的配置来安装，例如直孔口配置、侧孔口配置或下孔口配置。在燃烧循环期间，燃料，例如天然气从燃烧器进给到来自每一个蓄热器的预热空气的输入气流中，生成的火焰和该火焰的燃烧产物横过熔化玻璃的表面扩展，并传递热量到熔化精炼室中的玻璃。
在运行时，蓄热器在助燃空气和废热循环之间交替循环。依赖于具体的炉子，每20分钟或30分钟，火焰通道反向。每一个蓄热器的目的是存储废热，这就允许更大的热效率并且对于冷空气可以有更高的火焰温度。
为了运行玻璃熔化炉，通过在小炉口和该结构的顶部测量当前的氧气量和可燃物料的量而控制进给到燃烧器的燃料和供给的助燃空气，以便确保在熔化室内或在沿熔化室的各点，所进给的助燃空气少于所提供的燃料完全燃烧所需要的量。
在以前，用于熔化玻璃的燃料是来自于石油蒸馏的燃油。很多年都使用这种燃料，但是环境管理的严格促使减少燃油的使用，由于这类油含有来自于石油原油的诸如硫、钒、镍和其它一些重金属等的杂质。这类燃油产生诸如SOx、NOx和颗粒等的污染物质。最近，玻璃工业使用天然气作为清洁燃料。天然气中不含有来自蒸馏的石油残渣的液流中的所有的重金属和硫。然而天然气所产生的高温会显著地产生比其它污染物质更多的NOx。在这个意义上，为了开发用于燃烧天然气的低NOx燃烧器做了很多努力。另外，开发了各类技术用于阻止N0x形成。一个例子是Oxy-燃料技术，它使用氧气替代空气用于燃烧过程。这个技术的不便之处是需要单元熔化炉，以及由于需要防止漏气而特别预备耐火材料。使用氧气也产生高温火焰，但由于没有氮气，NOx的产生急剧减少。
Oxy-燃料过程的另一个不便之处是氧气本身的成本。为了使其更廉价，需要在炉子旁配置制氧设施以便通过熔化过程进给所需氧气。
然而连续盘旋向上的成本(主要是天然气)迫使主要的浮法玻璃制造厂对每车平板玻璃增加“额外费用”。今年天然气价格上升超过120％(仅在墨西哥或其它地方)，远远高于先前的估计。
玻璃工业内部人士的一致共识是经销商将被迫密切注视这些新的“额外费用”，并极有可能被迫将额外费用向下转嫁。
考虑到当前工艺，本发明涉及应用不同的技术以减少熔化成本，为了以环境清洁的方式用于玻璃生产，使用诸如石油焦炭等的来自蒸馏塔的石油残渣的固体燃料。
有关燃油和天然气这类燃料的主要不同是该物质的物理状态，燃油是液相，天然气是气相，而例如石油焦炭是固体。由于它们都来自原油蒸馏塔的残渣，燃油和石油焦炭具有同样种类的杂质。主要不同是每一种中所含杂质的量。在称为延迟型、液态和灵活的三类不同的过程中生产石油焦炭。为了从残渣中去掉大部分残留的挥发物，来自蒸馏过程的残渣被放置到罐中，然后被加热到900
Figure 048400422_1
到1000
Figure 048400422_2
大约36小时。挥发物从焦化罐的顶部排出，且在罐中的残留物质是由大约90％的碳和其余来自所用原油的所有杂质组成的硬岩石。岩石使用液压钻机和水泵从罐中排出。
石油焦炭典型的成分如下：碳大约90％，氢大约3％，氮大约从2％到4％，氧大约2％，硫大约从0.05％到6％，其它大约1％。
焦炭的使用
石油固体燃料早已使用在水泥和蒸汽发电工业。根据the PaceConsultants Inc.，在1999年用于水泥和发电的石油焦炭分别在40％和14％。
在两个工业中，石油焦炭的燃烧被用于直接燃烧系统，在该系统中燃料燃烧所产生的氛围直接接触产品。在水泥生产中，为了提供产品所需要的热分布需要回转炉。在该回转炉中，形成熔化水泥的外壳以避免燃烧气体和火焰与回转炉的耐火材料的直接接触，从而避免其侵蚀。在这种情况下，锻烧产物(水泥)吸收燃烧气体，以避免回转炉中的钒、SO3和NOx的腐蚀和磨损影响。
然而，由于高的硫含量和钒，因为对耐火材料结构的负面影响和环境问题，使用石油焦炭作为燃料在玻璃工业中不常见。
耐火材料的问题
玻璃工业使用几种耐火材料，大部分被用于完成不同功能，由于矿物燃料所含杂质，不仅仅是热状态还有耐化学腐蚀性和机械侵蚀。
使用矿物燃料作为主要的能源表示炉子中加入了燃料中所含的不同种类的重金属，诸如五氧化二钒、氧化铁、氧化铬、钴等等。在燃烧过程中，由于金属氧化物的低的蒸气压和熔化炉的高温，大部分重金属蒸发。
由于来自矿物燃料的高的硫含量，从炉子中出来的废气，诸如硫的废气的化学特性主要为酸性。五氧化二钒也表现为酸性。因为该氧化物在气体状态时的酸性行为，氧化钒是碱性耐火材料破坏源的一种。众所周知，五氧化二钒与氧化钙在1275℃强烈反应形成硅酸二钙。
硅酸二钙继续破坏形成镁硅钙石相，然后形成钙镁橄榄石，最后形成镁橄榄石，镁橄榄石与五氧化二钒反应形成低熔点的三钙镁钒酸盐。
为了避免产生继续与五氧化二钒反应直到耐火材料失效的硅酸二钙，减少对碱性耐火材料破坏的唯一途径是减少在主要的碱性耐火材料中的氧化钙的数量。
另一方面，使用石油焦炭的主要问题与高的硫和钒含量有关，它们对炉子中的耐火材料结构有负面影响。耐火材料最重要的特征要求是在持续时间内能经受住暴露于升高的温度中。另外，它必须能经受温度突变，抵御熔化玻璃侵蚀、气体的腐蚀和空气中的颗粒的磨削力。
钒对耐火材料的影响不同的文章都有研究，例如，Roy W.Brown和Karl H.Sandmeyer在1978年11月和12月出版的玻璃工业杂志第一部分和第二部分“钒酸钠对上部结构耐火材料的影响”一文。在该文章中，研究者测试了不同熔注成形耐火材料，集中在克服在常用于玻璃熔炉的上部构造中的诸如钒-氧化锆-硅(AZS)、α-β氧化铝、α氧化铝和β氧化铝等的流动铸型组合物中的钒的侵蚀。
J.R.Mclaren和H.M.Richardson在文章“五氧化二钒对硅酸铝的作用”中描述了一系列试验，在这些试验中，锥形变形施加到一组来自砖的研磨样品上，铝含量为73％、42％和9％，每个样品都包含单独的或与氧化钠或氧化钙组合的五氧化二钒的掺合混合物。
结果的讨论集中在五氧化二钒的作用上：五氧化二钒与氧化钠的作用以及五氧化二钒与氧化钙的作用。他们结论如下：
1、高达1700℃的温度，莫来石抵御五氧化二钒的作用。
2、没有证据显示形成五氧化二钒和铝或五氧化二钒和硅的晶体组合物或固溶物。
3、在铝硅酸盐耐火材料通过石油灰分的渣化期间，五氧化二钒有可能作为矿化剂，但它不是主要的渣化剂。
4、低温熔化组合物形成在五氧化二钒和氧化钠或氧化钙之间，特别是前者。
5、在钠或钙钒酸盐和铝-硅之间的反应中，硅高的砖比铝高的砖容易形成低熔点渣。
T.S.Busby和M.Carter在1979年4月的玻璃工艺第20卷上的“SO3、Na2SO4和V2O5对基本耐火材料的胶结矿物质的影响”一文中，在600℃到1400℃之间的硫气氛中，添加或不添加Na2SO4和V2O5的情况下，测试了许多碱性耐火材料的胶结矿物质尖晶石和硅。发现在这些矿物质中一些MgO或CaO转化成硫酸盐。存在Na2SO4和V2O5时，反应速率增加。他们的结果显示如果被使用在废气中存在硫的炉子中，在碱性耐火材料中的CaO和MgO能转化成硫酸盐。钙硫酸盐的形成发生在1400℃以下，镁硫酸盐的形成发生在大约1100℃以下。
然而，如上所述，在玻璃熔化炉中钒对耐火材料的影响产生了很大的难题，还没有完全解决。
石油焦炭和环境
使用石油焦炭的另一个问题与环境有关。石油焦炭的燃烧所产生的高含量的硫以及镍和钒等的金属对环境提出挑战。然而，已经有减少或对硫含量高(重量超过5％)的石油焦炭脱硫的研究。例如，1983年6月21日所公布的Charles P.Goforth的美国专利No.4389388涉及石油焦炭脱硫。石油焦炭被加工以减少硫含量。研磨后的焦炭粉在加压状态下与热的氢接触，滞留大约2到60秒的时间。脱硫的焦炭适合于冶金或电极使用。
1989年8月15日授予Rolf Hauk的美国专利No.4857284涉及从还原性的竖炉的废气中去除硫的过程。在这个专利中描述了一种通过从用于铁矿石的还原性竖炉的废气中吸收至少部分废气，用于去除含在气体组合物中的硫的新过程。废气最初在煤气涤气器中被清洁，然后冷却。之后脱硫，在此期间，吸硫材料由还原性竖炉所产生的部分海绵铁而组成。脱硫在30℃到60℃的温度范围内最有利于发生。优选地，在从高炉煤气分离出的CO2上执行，高炉煤气部分作为输出气体。
1990年1月16日授予Arturo Lazcano-Navarro等人的美国专利No.4894122涉及用于从以最初硫含量大于大约重量5％的焦炭颗粒形式存在的石油蒸馏的残渣脱硫的过程。脱硫通过连续电热法受到影响，该方法基于多个顺序连接的流化床，焦炭颗粒被连续引入到该流化床中。焦炭颗粒脱硫所必须的热量，通过提供一对延伸到流化的焦炭颗粒中的电极并传送电流穿过电解和流化的焦炭颗粒，通过在每一个流化床上使用焦炭颗粒作为电阻而获得。最后一个流化床没有电极被用于在硫的水平减少到重量大约小于1％时冷却脱硫的焦炭颗粒。
1993年11月9日授予Richard B.Greenwalt的美国专利No.5259864涉及用于处置包含石油焦炭和硫以及重金属的不符合环境要求的材料方法，以及提供用于制造铁水或钢的预制品和熔炉燃气发生器中的还原性气体的过程的燃料的方法，该燃气发生器具有上部燃料装料端、还原气体排出端、下部熔化金属和渣子收集端以及提供用于装入铁质材料到熔炉燃气发生器中的入口的装置；在上部燃料装料端引入石油焦炭到熔炉燃气发生器中，吹含氧气体到石油焦炭中以便从石油焦炭至少形成焦炭颗粒的一次流化床；通过入口装置引入铁质材料到熔炉燃气发生器中，反应石油焦炭、氧气和颗粒化的铁质材料以便燃烧石油焦炭的主要部分以产生包含来自石油焦炭燃烧的重金属的还原性气体和熔化铁或钢的预制品以及包含来自石油焦炭燃烧的硫的渣子。
在玻璃工业中考虑的另一个因素是控制环境，主要是空气污染。从玻璃厂所排放的全部颗粒污染物和气体污染物中，熔化炉占超过99％。从玻璃熔化炉的燃烧废气主要由二氧化碳、氮、水蒸气、氧化硫和氧化氮组成。熔化炉释放的废气主要由燃料产生的燃烧气体和从熔化炉蒸发的气体组成，后者又依赖于发生在该时间的化学反应。完全来自火焰加热炉的炉子气体的比例占整个气体容积的3％到5％。
在燃烧废气中污染空气组分所占的比例取决于燃烧燃料的种类、其热值、助燃空气的温度、燃烧器设计、火焰组成以及额外的空气供给。玻璃熔化炉的废气中的硫化物来源于所使用的熔炉，也来源于熔化炉。
包括这些金属氧化物和氢氧化物的挥发在内的各种机理都被提出。不论怎样，众所周知的是实际颗粒物质的化学分析的结果是超过70％的材料是钠组合物，大约10％到15％是钙组合物，其余主要是镁、铁、硅和铝。
在玻璃熔化炉中的另一个重要考虑是SO2的排放。SO2的排放是原料和燃料中带入的硫的作用。在炉子加热期间，诸如在升高到生产水平以后，大量SO2释放出。SO2的排放率从大约每吨熔化玻璃2.5磅到每吨5磅的范围。对于用天然气熔化，在排放中的SO2的浓度通常在100ppm到300ppm范围。当使用高硫燃料时，对于燃料中每增加1％的硫，每吨玻璃接近4磅SO2。
另一方面，许多作者(Zeldovich，J.The oxidation of Nitrogen inCombustion and explosions.Acta.Physionchem.21(4)1946；Edward，J.B.Combustion：The formation and emissions of trace species.Annarbor Science Publishers，1974.p-39)描述和研究了作为燃烧过程产物的NOx的形成.这些被公认并且被the Emission Standards Division，Office of Air Quality Planning and Standards，USEPA，认可。在其关于“NOx Emissions from glass manufacturing”的报告中包括Zeldvich关于均匀NOx的形成和Edwards的经验估计的介绍。Zeldvich推导出作为高温燃烧过程产物的NO和NO2的形成的速率是恒定的。
最后，在正常的操作状态下，火焰被适当调节并且炉子不需要可燃空气，在排放中发现非常少的CO或其它来自矿物燃料不完全燃烧的残渣。这类气体浓度将小于100ppm，若生产率小于0.2％/吨，可能低于50ppm。合适的燃烧建立后，这些污染物的控制是简单的。
减少气体排放的处理技术必须限制燃烧燃料和原料的适当选择、以及炉子设计和运行。1991年10月1日授予Michael Buxel等人的美国专利No.5054210描述了用于净化废气的方法和仪器，特别是通过在通过气体蒸气横向流动接触的粒状的含碳材料的重力流移动床上的多极吸附和催化反应用于废气脱硫和从废气去除NOx，参考气体路径最少两个移动床被顺序布置，以便涉及用于处置包含石油焦炭和硫以及重金属的不符合环境要求的材料方法，以去除NOx去除发生在第二个或任何下游的流动床上。来自工业炉的大量废气必须被净化，净化受氧化硫浓度大幅变化的含气夹层的形成逆向地影响。由于在作为NOx去除的反应物的氨被加入之前离开第一移动床并具有局部二氧化硫浓度梯度的预净化的废气受到重复混合，这一缺点被消除。
1997年6月3日授予Jeng-Syan等人的美国专利No.5636240涉及使用在炉子的废气出口的用于玻璃熔化炉的空气污染控制过程和仪器，包括废气穿过喷雾型中和塔以便通过喷淋吸收剂(NaOH)减少废气的混浊来去除废气中的硫化物，并且采用气动粉末进料装置在喷雾型中和塔和布袋收尘室之间的通道中周期地进给烟灰或氢氧化钙以便维持布袋收尘室中的过滤袋的正常功能。
用于粉碎燃料的燃烧器
最后，粉碎的或粉末石油焦炭的燃烧必须考虑特殊类型的燃烧器设计。通常，点火能量被供给到可燃烧的燃料-空气混合物用于点燃燃烧器火焰。开发了一些燃烧器系统以便和煤炭一样燃烧石油焦炭的粉末燃料。
1983年9月1日所公布的Uwe Wiedmann等人的PCT专利申请PCT/EP83/00036描述了用于粉碎的、气态和/或液态燃料的燃烧器。该燃烧器具有点燃室，该点燃室具有打开的壁并具有旋转系统，以及连接到其上的排出管。在室壁的中心，布置有用于燃料喷射进入的排出管的入口，以及围绕在所述入口周围用于所产生的助燃空气的涡流进入的空气供给，在点燃室内，热循环气流混合燃料喷射并加热后者到着火点。供给到点燃室的空气涡流的量仅仅是所需助燃空气的一部分。在室壁和排出管之间的区域配备有第二空气进入管，通过该进入管另一部分助燃空气可以被引入到点燃室中，所述部分助燃空气全部或部分地与燃料喷射混合。参与到点燃室内的助燃空气部分对燃料喷射混合物(由此燃烧点燃和起燃)的总量被调节以便不超过总的所需助燃空气的50％。通过所有这些措施的结合，提供一种燃烧器，特别是适用于工业过程的热量产生的燃烧器，并且采用细长形式的燃烧室时在中间的并且可变的功率比的情况下还具有稳定的点燃以产生火焰，并因此具有颗粒的低径向偏转。
1983年11月1日授予Akira Izuha等人的美国专利No.4412810涉及能以稳定状态执行燃烧的粉碎煤粉燃烧器，作为燃烧产物产生的NOx、CO以及未燃烧的碳的总量减少。
1985年7月30日授予William H.Sayler的美国专利No.4531461涉及用于粉碎和燃烧诸如煤炭和其它矿物燃料等的固体燃料，并燃烧悬浮在空气气流中的此类粉碎燃料的系统，主要与诸如使用在热石膏加工锅和冶炼炉中的那些工业炉连接在一起。
1986年7月29日授予Klaus Grethe的美国专利No.4602575涉及在具有强的内循环区燃烧器火焰中燃烧石油焦炭粉末的方法。石油焦炭粉末供给到强的循环区区域内，该区域用于提供被燃烧的石油焦炭粉末的点火能量。然而，该专利描述到，依赖于原油所经受的处理的种类，石油焦炭可能含有诸如钒等的有害物质，钒在蒸气发生器中的燃烧期间不仅产生腐蚀性组合物，而且当它们随废气离开蒸气发生器时还严重污染环境。建议在使用这种燃烧器时，通过增加的空气添加粘合钒的添加剂到燃烧中能大大避免这些负面影响和危害的发生。
1990年5月15日授予Dennis R.Lennon等人的美国专利No.4924784阐明了对另一种煤粉燃烧器的研究，它涉及在用于“蒸汽锅炉和类似物”的燃烧器中粉碎的溶剂精制的煤粉的燃烧。
最后，1998年11月3日授予Hideaki Ohta等人的美国专利No.5829367涉及一种用于燃烧具有高浓度和低浓度两类粉碎煤粉混合物的燃烧器，该燃烧器具有被减少的燃烧器面部的高度且整个燃烧器简化。使用了用于蒸汽锅炉和化学工业锅炉的燃烧器。
如上所述，开发集中在控制石油焦炭的污染，这些集中在石油焦炭的脱硫和去杂质。
另一方面，尽管石油焦炭已经用于其它工业，在一些情况下，该产品吸收污染气体，以及钒对炉子的侵蚀和磨损的影响(见水泥工业)。
在每种情况中，污染问题和其解决依赖于每种工业。每种工业和每种炉子具有不同的热特性和污染物问题，耐火材料的类型也影响能量消耗和产品质量，也影响炉子结构和产物。
提议的解决方案
尽管以上所述，在玻璃工业中目前还没有考虑燃烧石油焦炭以溶化玻璃原料，因为考虑到上述诸如污染以及高硫和钒含量等的对炉子中的耐火材料的结构有负面影响并且也带来环境的严重问题的所有因素。
考虑上述所有过程，本发明涉及使用一种来自石油蒸馏残渣(石油焦炭)的低成本的固体燃料，以便以环境清洁的方式生产商业用玻璃，减少玻璃熔化炉的耐火材料损坏的危险并减少空气中污染物的排放。如相关工艺中所述，该固体燃料不考虑使用于引起前面所述问题的玻璃材料的熔化。
为了本发明的使用，开发了用于石油焦炭进料和燃烧的燃烧设备以便有效燃烧。本发明也考虑了排放控制系统，它紧接着炉子放置以便净化废气，避免来自燃料的诸如SOx、NOx和颗粒等的杂质的排放。通过整合所开发的设备、选择合适的设备和系统的配置，就可能使用低成本燃料生产商用玻璃并产生满足环境要求的废气。
从上面可以看出，本发明在于设计放置在单个过程中的几个系统，以便在侧孔口类型的玻璃熔化炉中生产商业玻璃。因此，在侧孔口类型的玻璃熔化炉中，包含碳、硫、氮、钒、铁和镍等的粉碎燃料被燃烧用于熔化玻璃原料以便生产玻璃板或容器。供给粉碎燃料的装置被送进至少一个通过所述玻璃熔化炉的玻璃熔化区域的多个第一和第二侧孔口中的每个布置的燃烧器中，用于在玻璃熔化周期期间燃烧粉碎燃料，所述玻璃熔化炉包括在玻璃熔化炉的蓄热室中用于抵御熔化玻璃的侵蚀、燃烧气体的腐蚀和在炉子中所述粉碎燃料的燃烧所引起的空气中的颗粒的磨削力的耐火材料装置。最后，完成了用于在玻璃熔化炉的粉碎燃料燃烧后在废气出口控制空气污染的装置，所述用于控制空气污染的装置减少了空气中的硫、氮、钒、铁和镍的组合物的排放。
另外，为了减少或避免对氧化镁的可能破坏，要求具有至少98％的氧化镁，其中形成耐火材料的原料的纯度减少了在材料中出现的氧化钙的量并推迟了熔化相的形成。为了具有被氧化镁包裹的杂质，该耐火材料必须在高温烧结以便在主体材料中产生陶瓷接合剂。
含有98％或更多氧化镁的碱性耐火材料主要用于玻璃熔化炉的顶部行的蓄热室中。能用于蓄热室或顶部砖格的另一个耐火材料的例子，其锆-硅-铝的熔化铸造材料与五氧化二钒一样也呈现酸性，减少对耐火材料的损坏影响。
基于分子动力学的分析和杂质的化学组成和形成耐火材料的化学组合物，在玻璃熔化炉内正确地选择耐火材料能减少含在矿物燃料中的杂质的影响。
发明内容
根据本发明，本发明第一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧、用于进料和燃烧粉碎石油焦炭并降低熔化玻璃成本的方法和系统。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中包含碳、硫、氮、钒、铁和镍的粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，其控制由粉碎燃料燃烧所产生的排放物，以便净化废气和减少来自粉碎燃料的诸如SOx、NOx和颗粒等的杂质排放，在玻璃熔化炉中粉碎燃料燃烧后控制减少排放。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，其中，粉碎燃料与一次空气或气体的混合物以高速被射入到每一个燃烧器中。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，它使用专用的耐火材料用于建造玻璃熔化炉的腔室，以便减少由所述粉碎燃料的燃烧所产生的侵蚀和磨损影响，特别是减少V2O5产生的影响。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，其中，粉碎燃料以燃料-空气关系为比化学计量空气量多大约16％的方式被直接进给到玻璃熔化炉中。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，它能同时以两种或三种燃料熔化。一系列燃烧器被布置在熔化室，用于分别燃烧石油焦炭、气体或燃油。
本发明的另一个目的是提供一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法和系统，其中粉碎燃料以提高的固体-空气关系通过气动装置进给。
在本发明的另一个目的中，提供一种用于使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，包括用于冷却燃烧器的附加二次气流，所述二次气流产生涡流效应以通过引入附加空气调节燃烧器的火焰，以便改进固体燃料的初始燃烧。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它能被水连续冷却，从而经受例如大约1500℃的高运行温度。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它能通过气动气流以从400kg/hr到1300kg/hr的运行范围处理固体燃料，粉碎燃料-空气的关系从1到3.25、并且传输空气的速度至少为18m/seg。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它允许在二次室中使用诸如天然气等的其它燃料，以便提高固体燃料的点火过程。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，所述燃烧器以规则形式产生通过其出口端均匀分布的火焰，且其长度是用于执行固体燃料的气动传输的空气的流动速度的函数。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它产生具有0.95高辐射率的火焰，用于在玻璃中实现有效的热传递，以便改进与诸如天然气和燃油等其它燃料相关的性能。
在本发明的另一个目的中，提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它包括两个出口端(Y型)，提供成比例的分配从而产生均匀和规律的流动，以便扩大火焰并带来玻璃中热传递的更好分布。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它使用高达1200℃的预热气流，以提高玻璃熔化炉内固体燃料的完全燃烧。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，由于粉碎燃料的火焰的绝热温度小于在相同运行状态下的气体的绝热温度，它产生少量NOx。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它产生微量水作为燃烧产物，减少了玻璃熔化炉内氢氧化钠的产生，也减少了对耐火材料的侵蚀。
本发明的另一个目的是提供一种使用在玻璃熔化炉中用于燃烧粉碎燃料的燃烧器，它被用于燃烧固体燃料，该燃料包含低浓度的灰分并具有减小的粒度(95％的颗粒小于74微米)，以产生不影响玻璃质量的快速移动的灰分。
通过下面结合附图对本发明的详细描述，本发明的这些目的和其它目的及缺点对于本领域的技术人员是明显的。
附图说明
图1是本发明的实施例的方框图，主要包括：在玻璃熔化炉的至少一个燃烧器中用于粉碎燃料进料和燃烧的系统；形成玻璃熔化炉的壁和底部并用于抵御熔化玻璃的侵蚀、燃烧气体的腐蚀和在炉子中所述粉碎燃料的燃烧所引起的空气中的颗粒的磨削力的不同形状的耐火材料装置；和用于在玻璃熔化炉的粉碎燃料燃烧后在废气出口控制空气污染的环境控制系统。
图2显示根据本发明的用于石油焦炭进料和燃烧的系统的第一实施例的另一个方框图。
图3是蓄热型玻璃熔化炉的平面图；
图4是图1所示熔化炉的纵向示意图；
图5是根据本发明的用于粉碎燃料进料和燃烧的系统的示意图；
图6是与蓄热型玻璃熔化炉结合的用于粉碎燃料进料和燃烧的系统的侧视图；
图7是根据本发明的用于粉碎燃料进料和燃烧的燃烧器的布置的详细视图；
图8是根据本发明的用于燃烧粉碎石油焦炭的燃烧器的优选实施例的侧视图，其取自图7；
图9是取自图8的正视图；
图10是图8的燃烧器的垂直截面的详细视图；
图11是取自图10的A-A线的平面图，显示具有两个排出喷嘴的燃烧器；
图12是显示具有一个排出喷嘴的第二实施例的燃烧器的另一个平面图；
图13是根据本发明的用于燃烧粉碎石油焦炭的燃烧器的第三实施例的详细的侧视图；
图14是具有一个排出喷嘴的燃烧器的第四实施例的详细的侧视图；
图15是显示图14所示燃烧器的平面图；
图16是图14的燃烧器的垂直截面的详细视图；
图17是图16所示燃烧器的截面的透视图；
图18是图17所示燃烧器的截面的分解图；
图19是具有两个排出喷嘴的燃烧器的第五实施例的详细的侧视图；
图20是图19的燃烧器的垂直截面的详细视图；以及
图21是图20所示燃烧器的截面的透视图。
具体实施方式
本发明将参考具体实施例描述，其中相同部分被标为相同的数字。图1是本发明的实施例的方框图，主要包括：在玻璃熔化炉的至少一个燃烧器A中用于粉碎燃料进料和燃烧的系统，如下文所述，玻璃熔化炉是侧孔口类型；形成玻璃熔化炉的蓄热室的壁和底部的不同形状耐火材料装置B，耐火材料装置选择为至少含98％氧化镁的材料，其中形成耐火材料的原料的纯度减少了存在于材料中的氧化钙的量并推迟了熔化相的形成。该耐火材料为了具有被氧化镁包裹的杂质，该耐火材料必须在高温烧结以便在主体材料中产生陶瓷接合剂。可以被用在顶部砖格中或温度高达1350到1450℃的蓄热室中的其它材料是锆-硅-铝熔化铸造材料，与五氧化二钒一样也呈现酸性，减少对耐火材料的损坏影响。可使用的其它类型的耐火材料可以选择为：含大约80％氧化镁和大约20％硅酸锆的材料。使用的所述材料用于抵御熔化玻璃的侵蚀、燃烧气体的腐蚀和在炉子中所述粉碎燃料的燃烧所引起的空气中的颗粒的磨削力。最后，需要用于在玻璃熔化炉的粉碎燃料燃烧后在废气出口控制空气污染的环境控制系统C。
参考图2，用于粉碎燃料进料和燃烧的系统(A)被连接到每一个燃烧器48a、48b、48c、48d、48e、48f、48g和48h，以及每一个燃烧器50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g和50h，用于在玻璃熔化炉内进料和燃烧粉碎石油焦炭。用于粉碎燃料进料和燃烧的系统(A)包括：用于计量粉碎石油焦炭的计量系统(D)，和用于在玻璃熔化炉内燃烧粉碎石油焦炭的燃烧系统(E)。计量系统(D)可以通过用于进料和处理粉碎石油焦炭的系统(F)来喂料，这在工业中是众所周知的。
用于粉碎燃料进料和燃烧的系统(A)将参考图3到图5描述。例如图3和图4显示蓄热型玻璃熔化炉的示意图。该熔化炉包括熔化室10、精炼室12、调节室14、以及在精炼室12和调节室14之间的狭道16。在精炼室12的前端18处包括一系列前炉连接20，熔化玻璃通过前炉连接从精炼室取出。熔化室10的后端22包括投料口24，玻璃制造材料通过该投料口由投料器26进给。一对蓄热室28、30配备在熔化室10的两侧。蓄热室28和30配备有点火孔口32、34，用于连接每一个蓄热室28、30和熔化室10。蓄热室28、30配备有气体蓄热室36和空气蓄热室38。蓄热室36和38都被连接到下部室40上，下部室40布置为通过节气阀42朝用于废气的管道44和烟囱46连接。燃烧器48a、48b、48c、48d、48e、48f、48g和48h，以及燃烧器50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g和50h在每一个点火孔口32、34的颈部部位52、54处通过每一个孔口32、34布置以便燃烧燃料，诸如天然气、石油焦炭或其它类型的用于玻璃熔化炉的燃料。
因此，当玻璃制造材料通过投料口24进给到熔化室10的后端时，熔化的玻璃被燃烧器40a-h、50a-h熔化，向前流动直到完全熔化以便通过熔化室到调节室14。在炉子运行期间，蓄热室28、30在助燃空气和废气循环之间交替循环。依赖于具体的炉子，每20分钟或30分钟，一系列燃烧器40a-h或50a-h的火焰路径反向。因此，在每一个燃烧器40a-h、50a-h中所产生的火焰以及燃烧产生的产物经过熔化玻璃的表面，将热量传递到熔化室10和精炼室12中的玻璃。
粉碎石油焦炭的进料(F)
参考图5和图6，玻璃熔化炉中用于粉碎燃料进料和燃烧的系统(A)包括在本发明的第一实施例中的用于存储用于玻璃熔化炉中的石油焦炭或其它类型燃料的第一储料仓或储料罐56和58。储料仓56、58通过在运货列车60和储料仓56、58之间连接的第一进入管62经过货车或运货列车60喂料。第一总管62具有第一支管64、66，它们分别连接到每一个储料仓56、58，用于给每一个储料仓56、58填料。阀68、70被连接到每一个第一支管64和66以便调节每一个储料仓56、58的填料。每一个储料仓56、58通过第一排出管72并通过真空泵70的真空效应填料。第一排出管72具有第二支管74、76，与每一个储料仓56、58连接。阀78、80通过每一个第二支管74、76连接以便调节真空泵70提供的用于每一个储料仓56、58填料的真空效应。
在每一个储料仓56、58的底部，包括锥形部82、84和测量重量的焦炭进料系统86、88，用于流态化和确保粉碎焦炭恒定流出进入到第二排出管90，其中粉碎材料前进到固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7。第二排出管90包括第三支管92、94，被连接到每一个储料仓货储料罐56、58的每一个锥形部82、84的底部。阀96、98被连接到每一个第三支管92、94，以便调节到第二排出管90的粉碎石油焦炭的流动。
用于粉碎石油焦炭的计量系统(D)
参考根据本发明的计量系统(D)，粉碎石油焦炭通过第二排出管90被每一个固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7接收。第四支管100、102和104被连接到第二支管90，以便朝固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7传输第一储料仓或储料罐56和58的粉碎焦炭。每一个固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7包括第二系列储料仓或储料罐106、108、110。第二系列储料仓106、108、110包括锥形部112、114、116；测量重量的焦炭进料系统118、120、122；充气系统124、126、128；进料器130、132、134；以及用于朝燃烧器48f、48g、48h和燃烧器50f、50g和50h中的每一个排出恒流的粉碎焦炭的过滤器136、138和140，这将在下文描述。
气动空气压缩机142和储气罐144通过第二总管146连接。第一进入支管148、150、152与第二总管146连接，用于供给过滤后的空气-通过过滤器136、138和140-以便朝每一个第二系列储料仓或储料罐106、108、110的内部传输焦炭。第二总管146也包括第一回流支管154、156、158，它们与每一个充气系统124、126、128连接，用于允许焦炭朝第三排出管160、162、164充足流动。这将在下文描述。另外，第二进入管166与第二总管164连接-在储气罐144之后-第二进入管166包括与每一个储料仓或储料罐56、58上部连接的第二进入支管168、170，用于朝每一个储料仓或储料罐56、58的内部喷射空气。
每一个固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7包括第四排出管172、174、176，连接在每一个进料器130、132、134的下方。三通调节阀178、180、182通过第一路分别与第四排出管172、174、176连接，第二路与第一回流管179、181、183连接，用于朝每一个第二系列储料仓或储料罐106、108、110回流多余的粉碎焦炭，而第三路与第三排出管160、162、164连接，它们被用于朝一列与下面将描述的燃烧系统(E)有关的四通管184、186、188供给空气-燃料混合物。
燃烧系统(E)
参考燃烧系统(E)，它通过四通管184、186、188的第一路被连接到每一个固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7。四通管与每一个固体燃料计量系统SD-5、SD-6和SD-7的每一个第三排出管160、162、164连接。第二路分别与第四排出管190、192、194连接，用于朝燃烧器48h、48g、48f进给供给的空气-燃料混合物。四通管184、186、188的第三路被连接到第五排出管196、198、200，用于朝燃烧器50h、50g、50f进给空气-燃料混合物；四通管184、186、188的第四路分别被连接到第二回流管202、204、206，用于朝每一个第二系列储料仓或储料罐106、108、110回流多余的粉碎焦炭。在四通管184、186和188的连接部位与第四排出管190、192、194之间、与第五排出管196、198、200之间以及与第二回流管202、204、206之间，四通管184、186、188具有球阀208A到208C、210A到210C和212A到212C。
因此采用这种方式，在熔化炉运行期间，燃烧器48a-h或50a-h在燃烧和非燃烧周期之间交替循环。依赖于具体的炉子，每20分钟或30分钟，一系列燃烧器40a-h或50a-h的火焰路径反向。通过第三排出管160、162、164到达的空气-燃料混合物通过四通管184、186和188以及球阀208A到108C、210A到210C、212A到212C被调节，用于在燃烧器40a-h和50a-h之间交替喷射空气-燃料混合物。当在燃烧器40a-h和50a-h之间的交替运行周期被执行时，许多空气-燃料通过第二回流管202、204、206回流到第二系列储料仓或储料罐106、108、110。
通过第三排出管160、162、164供给的供给空气被用于传输石油焦炭，并用于引起朝每一个燃烧器40a-h和50a-h的喷嘴高速喷射焦炭。供给空气通过第三总管216由气动供气鼓风机214供给。
第四排出管218、220、222与第三总管216和第三排出管160、162、164连接，用于维持被供给到燃烧器40a-h和50a-h的提高的燃料-空气混合物的关系。
为了实现燃烧器40a-h和50a-h的燃烧周期，每一个燃烧器40a-h或50a-h被单独进给空气-燃料混合物。混合物将通过每一个燃烧器40a-h或50a-h的内管供给，并将到达分配室以便被分配到每一个燃烧器40a-h或50a-h的不同喷嘴上。
为了增加流动和在每一个燃烧器40a-h或50a-h中预热的助燃空气和粉碎燃料的混合物的紊流，一次空气从一次空气鼓风机224喷射，它通过每一个燃烧器40a-h或50a-h的喷嘴在压力下供给。因此，燃烧器40a-h或50a-h的运行将采用提高的固体-空气关系以及采用一次空气占化学计量空气量接近4％的关系通过气动传输喷射焦炭。
第六排出管226和第七排出管228与一次空气鼓风机224连接。第六排出管226与第五支管230、232、234连接并且第七排出管228与第六支管236、238、240连接。第五和第六支管230、232、234、236、238、240中的每个的出口端以直接方式与每一个燃烧器40a-h或50a-h连接。在每一个第五和第六支管230、232、234、236、238、240的中的一次空气的流动单独被一列第一手套滑阀242、第一球阀244和第二手套滑阀246调节。
另外，第六排出管226包括第七排出管248、250、252，它们分别与第五排出管196、198、200连接。并且，第七排出管228包括第六排出管254、256、258，它们分别与第四排出管190、192、194连接。每一个第六和第七排出管248、250、252、254、256、258具有止回阀260和球阀262。
通过上述布置，一次空气鼓风机224将通过第六排出管226和第七排出管228以及每一个第五和第六支管230、232、234、236、238、230供给一次空气到燃烧器48f-h(左侧燃烧器)或燃烧器50f-h。在每一个燃烧器48f-h或燃烧器50f-h运行期间，鼓风机224将运行以提供最大的气流，同时最小气流将通过每一个第六和第七排出管248、250、252、254、256、258提供给不运行的燃烧器48f-h或燃烧器50f-h以确保更好的冷却条件。
尽管以三个燃烧器48f、48g、48h和燃烧器50f、50g和50h为基础对本发明进行了描述，应该理解到在本发明中所描述的系统可应用于所有的燃烧器48a-h和50a-h。
在本发明的另一个实施例中，玻璃的熔化采用两或三种燃料，例如，在图3中，燃烧器48a-48d和50a-50d能被进给粉碎燃料，例如石油焦炭；并且燃烧器48e-48h和50e-50h能被进给气体或燃油。在本发明的第三实施例中，燃烧器48a-48d和50a-50d能被进给粉碎燃料，例如石油焦炭；燃烧器48e-48f和50e-50f能被进给气体；燃烧器48g-48h和50g-50h能被进给燃油。考虑了在当前已经存在于使用气体或燃油作为主要燃料用于熔化玻璃的玻璃熔化炉中这些组合，并且所述气体和燃油的行为在现有技术中是众所周知的。
粉碎燃料燃烧器
另外，为了让粉碎石油焦炭好燃烧，设计了专用的燃烧器与用于进料和燃烧玻璃熔化炉中的粉碎燃料的系统一起使用。由于粉碎燃料的火焰的绝热温度(在大约1900℃到2000℃之间)小于在相同运行状态下的气体的绝热温度，所述燃烧器产生少量NOx，并产生不影响玻璃质量的快速移动的灰分。
图7到图12显示了根据本发明的用于粉碎燃料进料和燃烧的燃烧器(48f)的详细视图。粉碎燃料燃烧器(48f)包括由外管266、中间管268和内管270构成的主体264(图10)，这些管子彼此同心设置。外管266在上端部272处封闭(图9)。第一室276形成在外管266和中间管268所限定的空间内。外管266具有进入管278和排出管280(图8)，通过这些管冷却水被引入到第一室276，用于冷却燃烧器(48f)。中间管268和内管270延伸超出外管266的上端部272。
在燃烧器48f的上部，空气进入管282以倾斜的形式环绕中间管268连接，以便与第六支管236连接(见图7)，用于引入一次空气气流或天然气到形成在内管270和中间管268所限定的空间内的第二室284中。第二室284用于从空气进入管236(图7)引导一次空气或天然气，并传输到燃烧器48f的下端部。在第二室284的一次空气气流通过一列第一手套滑阀242、第一球阀244和第二手套滑阀246调节。
以同样的方式，二次空气和粉碎石油焦炭的混合物被引入到内管270的上端部286中并被传输到燃烧器48f的下端部。内管270的上端部286分别与第四排出管194连接，用于朝所述燃烧器48f进给供给的粉碎的燃料-二次空气的混合物。因此，当一次空气以及二次空气和粉碎石油焦炭的混合物到达燃烧器48f的下端部时，一次空气或天然气以及粉碎的燃料-二次空气的混合物混合，以便点燃燃烧过程，这将在下文描述。
参考图10到图12，它们显示了根据本发明的用于粉碎燃料进料和燃烧的燃烧器(48f)的实施例的详细视图。
燃烧器(48f)(图10)基本上包括由外管266、中间管268和内管270(图10)构成的主体264，这些管彼此同心设置。第一室276形成在外管266和中间管268所限定的空间内。外管266具有进入管278和排出管280，通过这些管子冷却水被引入到第一室276，用于冷却燃烧器(48f)。
用于引入一次空气气流或天然气的第二室284形成在内管270和中间管268所限定的空间内。第二室284用于从空气进入管236(图7)引导一次空气或天然气，并传输到燃烧器48f的下端部。以同样的方式，二次空气和粉碎石油焦炭的混合物被引入到内管270的上端部286中，并被生产到燃烧器48f的下端部。
参考图10到图12，燃烧器(48f)的下端部274包括流量分配器286，用于同时接收和分配一次空气或气体以及二次空气-粉碎燃料。流量分配器286(图11)连接在燃烧器(48f)的下端部274下方，并包括限定用于接收二次空气-粉碎燃料的混合物的第一分配室290的主体288；用于接收一次空气或气体的气流的第二分配室292；环绕第一分配室290的一部分和第二分配室292的一部分的第三室294，通过该处冷却水被引入到第三室294中用于冷却燃烧器(48f)。第一室290被限定在半球形的壁296内。半球形壁296通过上半部分形成与内管270的下端连接的第一内环形套筒298和与中间管268的下端连接的中间环形套筒330，限定二次室342，一次空气或气体通过二次室产生流动。
流量分配器286也包括排出端302，位于相对于主体288的半球形壁296为90°的位置，以使一次空气或气体以及二次空气-粉碎燃料混合物的气流从垂直流动偏离到纵向流动。排出端302包括通道304(图10和图12)，该通道纵向形成在主体286中，连接第一分配室290和所述主体286的外周边。通道304由第一内环形部306形成，粉碎的燃料-二次空气混合物穿过该通道流动。第一环形截面306内部形成为截头圆锥形，在每一个通道的前部其直径变小。第二中间环形部308环绕第一内环形部，一次空气或气体通过其产生流动。第一内环形部306和第二中间环形部308限定了用于接收喷嘴310的入口，该喷嘴用于在玻璃熔化炉的室内同时混合一次空气或气体以及二次空气-粉碎石油焦炭的混合物。最后，主体288的外围和第二中间环形部308限定了第三室294，以产生流动水用于冷却燃烧器(48f)
参考喷嘴310，它包括圆柱形头部312和位于头部312后部的圆柱件314。圆柱件314包括中心孔316和至少多个孔318，它横向横穿圆柱件314的外围。圆柱件314被引入到由第一内环形部306和第二中间环形部308所限定的入口中，在第二室292中形成一个封闭部。当圆柱件314引入到所述入口中时，多个孔318位于与第二室292重合的位置，用于允许一次空气或气体的出射流流出流量分配器286。第一环形凹口320限定在第一内环形部306与圆柱件314的内部之间，用于使一次空气或气体的气流朝流量分配器286的前部偏离。
在燃烧器的第三实施例中(图11)，流量分配器286显示为具有相对于主体288位于90°位置的两个排出端322、324。喷嘴326、328由每一个排出端322、324引入。排出端322、324的位置相对于纵向轴线330相互相隔大约从10°到大约20°的角度。
根据图8和图10中显示的燃烧器(48f)，一次空气通过空气进入管282进入，并引入一次空气或气体的气流进入形成在由内管270和中间管268所限定的空间内的第二室284中，然后，一次空气或气体的气流继续穿过第二分配室342，通过喷嘴310或326和328的多个孔318排出。
同时，二次空气和粉碎石油焦炭的混合物通过内管270被引入到上端部286中，并被传输到第一分配室290中，并且从该部分混合物流入流量分配器286的通道304中。混合物通过通道304在轴线方向被进给并引入到玻璃熔化炉的室中。一次空气或气体以及二次空气和粉碎石油焦炭的混合物同时在喷嘴310或喷嘴326和328的出口燃烧。
冷却水通过第一室276和第三室294被连续引入，用于冷却燃烧器。
考虑图13，它显示了根据本发明的用于石油焦炭进料和燃烧的燃烧器的详细视图。在第三实施例中，显示在图13中的燃烧器48(f)包括扩大的锥形部366，它从所述燃烧器48(f)的主体上的第一部分368到第二部分370均匀地减少。所述第二部分370被连接到燃烧器48(f)下部的流量分配器376。在这种情况下，由于在燃烧器内从大直径372到小直径374的减小，空气或气体以及粉碎混合物的速度增加。流量分配器376具有弯曲-类似于90°弯头(图16)一所述流量分配器被连接到燃烧器48(f)的下部，以便将粉碎固体燃料-二次空气混合物和一次气流的轨迹从垂直流动逐渐改变到纵向流动，并使喷嘴378中的粉碎燃料-二次混合物的出射流均匀，这将在下面描述。喷嘴378被连接到流量分配器376的出口端。所述喷嘴378包括粉碎燃料-二次空气混合物通过其流动的中心孔379，以及与形成在内管270和中间管268之间的第二室292重合的一系列孔380，以允许一次空气或气体的出射流流出流量分配器376。与第二连接室292重合的一系列孔380可以相对于粉碎燃料-空气混合物的出射流平行的关系被布置。在第二实施例中(图18)，孔380成角向位置形成在所述喷嘴378中，以便给一次空气并因此给所述粉碎燃料-空气混合物提供涡流效应。按照这种方式，一次空气和粉碎燃料-二次空气混合物到达燃烧器(48f)的下端部，它们在喷嘴378的出口端被混合以便在玻璃熔化炉内点燃燃烧过程。这一布置具有从400kg/hr到1300kg/hr的操作范围，且粉碎燃料-空气的关系从1到3.25，并且传输空气的速度至少为18m/seg。另外，燃烧器使用大约1200℃的预热空气，以改进在熔化炉内的粉碎燃料的完全燃烧。
图14、15、16、17和18显示本发明的燃烧器(48f)的第四实施例。其中，短锥形部382形成在燃烧器(48f)的下端部，以便均匀地减小内管270、中间管268和外管266的直径。流量分配器376(图16)具有90°弯头的形式，以使粉碎固体燃料-二次空气混合物和一次空气的流动轨迹从垂直流动改变到水平流动。流量分配器376包括外圆柱体384、中间圆柱体386和内圆柱体388，它们相互同心布置，所述流量分配器376被分别连接到主体264的内管270、中间管268和外管266的下端。在外壁384和中间壁386之间所限定的空间界定了室390，冷却水流过该室。同样，在中间壁386和内壁388之间所限定的空间界定了室392，以接收从第二室284(图14)供给的一次空气或气体的气流，以便在喷嘴378的出口端与粉碎燃料-二次空气混合物混合。
最后，图19、20和21显示燃烧器48f的第五实施例。其中，流量分配器376分叉为两个排出端394、396。在这种情况下，排出端394、396相互角向间隔大约10°到大约20°的角度。喷嘴398、400位于每一个排出端394、396。排出端394、396提供成比例的分配从而产生均匀并规律的流动，以便扩大火焰并因此带来玻璃中热传递的更好分布。
根据上面所述，一种用于玻璃熔化炉中粉碎燃料进料和燃烧的方法，玻璃熔化炉是这种类型，其包括衬有耐火材料的玻璃熔化区域、以及与玻璃熔化炉中的密封蓄热室相连的多个燃烧器，蓄热室作为热交换器，该方法包括：
供给包括确定的碳和硫、氮、钒、铁和镍或其混合物的杂质材料到与所述玻璃熔化炉的密封蓄热室相连的每个所述燃烧器，所述粉碎燃料以燃料-空气关系为比化学计量空气量多大约16％的方式被直接进给到炉子中；
通过在所述熔化炉熔化区域的每个所述燃烧器燃烧所述粉碎燃料，给每个燃烧器提供火焰，以在用于熔化玻璃的所述熔化区域执行燃烧过程；
采用环境控制装置控制所述粉碎燃料的燃烧所产生的碳和杂质材料的排放，所述环境控制装置位于所述玻璃熔化炉的废气出口，以便净化废气并减少来自粉碎燃料的诸如SOx、NOx和颗粒等杂质的排放，在玻璃熔化炉中的粉碎燃料的燃烧期间或之后执行所述控制减少排放；和
通过耐火材料装置消除粉碎燃料在玻璃熔化炉内的侵蚀和磨损效应，所述玻璃熔化炉由所述耐火材料装置构造而成，以控制在所述炉子内由所述粉碎燃料的燃烧所产生的所述侵蚀和磨损效应。
该方法还包括步骤：
朝一系列分配装置进给粉碎燃料材料；
使粉碎燃料材料在一系列分配装置中流态化；
使流态化的粉碎燃料材料从一系列分配装置排出到至少一个总管；
使流态化的粉碎燃料与一次空气的第一气流混合，以朝总管排出粉碎燃料的恒定流；
在至少两个分配管中分配流态化粉碎燃料和一次空气的混合物，以便以交替运行周期通过两个分配管中的每一个提供燃料-一次空气的混合物；
从两个分配管中的每一个向熔化炉的第一系列燃烧器和第二系列燃烧器供给燃料-空气混合物，用于在燃烧和非燃烧周期之间以交替操作周期操作所述第一和第二燃烧器；和
通过第一和第二燃烧器中的每个同时供给第二气流，以便通过每个燃烧器维持更好的燃烧周期；
其中，通过第一和第二燃烧器中的每个供给第二气流的步骤包括通过每个燃烧器同时提供流态化的粉碎燃料和第一空气的内部流、以及第二气流的外部流。
环境控制
最后，在玻璃熔化炉中的粉碎燃料燃烧进行以后，用于减少和控制空气污染和大气中的硫、氮、钒、铁和镍的组合物的排放的装置被布置在管道44的端部，并与用于废气排放的烟囱46连接。根据本发明的污染控制系统适用于玻璃熔化炉的废气出口。
为了控制污染物的排放，静电集尘器被证明在消除玻璃熔化炉的颗粒物质方面很管用。玻璃熔化炉的细小的颗粒物质对静电集尘器毫无问题。
在除了颗粒物质外SO2需要被去除的情况下，干或部分湿的涤气器是静电集尘器或纤维织网过滤器很好的补充。实际上，在强酸性气体的状态下，需要涤气器以较少腐蚀气体的浓度。在使用新燃料的情况下，需要涤气器降低SO2含量。它不仅仅用于防止腐蚀而对系统有益，它也降低废气的温度并从而减少气体体积。
干洗涤(喷射干的反应粉末)和半湿的洗涤将发生在静电集尘器的上游的大反应室中。在干和湿的洗涤中，洗涤材料将包括Na2CO3、Ca(OH)2、NaHCO3和其它材料。反应材料的产物是玻璃制造过程的基本成分，并因此通常在这一方面可循环利用。经验规律是，对于燃料中每1％的硫，每吨熔化玻璃将产生大约4磅的SO2。因此，例如对于高硫燃料将会有大量干废物，例如NaSO4。废物量将随俘获率和可回收材料的量而变化，但数量巨大。对于以高硫燃料运行的平炉，每天可达5吨废物。
使用NaHCO3和半湿Na2CO的洗涤性能水平从50％到90％变化。温度控制对于所有洗涤非常重要，洗涤材料的目标反应温度从250℃到400℃的范围。
湿涤气器具有无限多的形状、尺寸和用途。与玻璃制造相关的两个主要的用途是被设计用于收集气体(SO2)、以及被设计用来俘获颗粒物质。
上面，描述了用于在玻璃熔化炉的至少一个燃烧器中进料和燃烧粉碎燃料的系统，对于本领域技术人员而言，很显然可以进行很多其它特征或改进，这些都被认为在下面的权利要求所确定的范围内。

Claims (6)

1.一种用于玻璃熔化炉中燃烧粉碎燃料的燃烧器，包括：
主体，所述主体包括外管、中间管和内管，所述外管、中间管和内管彼此同心布置，所述外管和所述中间管形成第一室，所述外管包括用于引入冷却流体和用于在所述第一室内循环冷却流体以冷却燃烧器的进入管和排出管；所述中间管包括用于将空气或气体的第一气流引入第二室中的第一进入口，所述第二室被限定在所述内管和所述中间管之间；所述内管包括用于引入粉碎燃料-空气混合物的气流通过所述内管的第二进入口；
具有入口端、并且与所述主体的下端对齐连接的流量分配装置，所述流量分配装置具有弯曲部，以便均匀地改变所述粉碎燃料-空气混合物以及空气或气体的所述气流的流动轨迹，所述流量分配装置包括外圆柱体、中间圆柱体和内圆柱体，所述外圆柱体和所述中间圆柱体限定了第一连接室，用于循环所述主体的冷却流体以冷却流量分配装置；所述内圆柱体和所述中间圆柱体限定了第二连接室，用于接收所述主体的所述第二室的空气或气体的第一气流、并用于改变所述主体的所述第二室的空气或气体的第一气流的流动轨迹；以及主流体室用于接收粉碎燃料-空气的混合物、并用于将粉碎燃料-空气的混合物传输到所述流量分配装置的至少一个出口端，以便在玻璃熔化炉的燃烧区与空气或气体的第一气流混合；以及
通过所述流量分配装置的每个所述出口端连接的至少一个排出喷嘴，所述排出喷嘴包括与主流体室重合的中心孔，用于允许粉碎燃料-空气混合物排出，所述排出喷嘴还包括与第二连接室重合地设置的多个孔，以便允许空气或气体的第一气流和所述粉碎燃料-空气混合物在所述流量分配装置的出口端同时被混合，从而在玻璃熔化炉的所述燃烧区域产生火焰；其中，所述排出喷嘴还包括：头部、连接在所述头部后部的圆柱件，所述圆柱件包括具有在头部前面的较小直径的截头圆锥形的中心孔、形成在所述圆柱件周边的至少一个孔，所述至少一个孔绕圆柱件的周边横向地形成，以便提供在第二接收室与所述排出喷嘴的中心孔之间的连通；
其中，所述主体包括圆锥形部分，所述圆锥形部分在所述燃烧器的主体上从大直径到小直径均匀地减小，所述圆锥形部分的小直径一端与所述流量分配装置连接，以增大空气或气体的第一气流以及所述粉碎燃料-空气混合物的速度。
2.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，形成在所述圆柱件周边的至少一个孔相对于圆柱件以垂直形式形成。
3.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，形成在所述圆柱件周边的至少一个孔以从0到15度的角度切向地形成，以便产生绕着粉碎燃料-空气混合物的空气或气体的第一气流的涡流效应。
4.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述流量分配装置的排出端相互间隔10°到20°的角度。
5.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述圆锥形部分是扩大的圆锥形部分，所述扩大的圆锥形部分在所述燃烧器的主体上从大直径到小直径均匀地减小，所述圆锥形部分的小直径一端与所述流量分配装置连接，以增大空气或气体的第一气流以及所述粉碎燃料-空气混合物的速度。
6.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，与第二连接室重合地设置的、并且形成在所述圆柱件周边的至少一个孔成角度地形成，以便给空气或气体的第一气流以及给所述粉碎燃料-空气混合物提供涡流效应。
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