CN1990403A - 无机纤维制备的方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机纤维的生产方法及系统。一种方法包括提供熔融无机可成纤的材料，从熔融材料形成基本垂直的一级丝，用氧气燃料成纤燃烧炉拉细一级丝。其它方法则包括形成含有燃烧气体、吸入空气和无机纤维的混合物，在燃烧炉里燃烧之前，利用在该方法中产生的热量，预热燃料流和/或氧化剂流。通过监测各种燃烧炉参数，控制成纤燃烧炉的火焰温度。查阅者或读者可以通过本摘要快速了解本发明主题。本摘要不用来解释或者限制权利要求书的范围或含义。
Description
技术领域
本发明主要涉及无机纤维的生产及其系统的领域，更具体为热交换及控制方法，而这些控制方法用于生产无机微纤维和其它纤维的火焰喷吹法成纤方法。
背景技术
一种用于制造细径矿物纤维的方法是火焰喷吹方法，所述细径矿物纤维例如长度不等的、通常直径范围大约是0.2微米到7.0微米的玻璃纤维。此方法中，在一种由电或者气体火焰加热的坩埚或熔炉中装有熔化的可成纤的材料，例如玻璃批材料或者是预成型的大理石，这些成纤材料从喷丝头上的大量的喷丝孔中熔融拉伸出来，形成连续的一级丝。经牵引辊牵引，连续的一级丝从加热的坩埚或熔炉中进入高温及高能的气体火焰中，进一步拉细连续的一级丝，并且由连续的一级丝形成长度短、直径细的纤维，所述牵引辊用于供给连续的一级丝。这些拉细燃烧炉有非常高的气体流速，使得在一级丝被加热的同时拉伸一级丝，以便使其直径减小。由于拉细后长丝在低于玻璃熔点的温度下冷却，因此在拉细气流的作用下，这些长丝断裂形成预定长度范围的短纤，该长度范围取决于操作参数和拉细部位的结构。有大量凹槽的长丝导丝器引导和支撑连续的一级丝进入火焰，从而连续的一级丝能够在特定的位置进入火焰中，从而避免长丝被火焰不利地吹散。这样，制备出了不同长度的细径纤维，通常这种纤维被收集起来以形成纤维毯，在该纤维毯内纤维方向是随机取向的。
能量消耗不断增加，因此需要找到矿物纤维制备中降低燃料量的方法。高速的拉细气流带入周围的较冷空气。这种低能量、低速的冷空气与拉细气流混合，从而稀释了拉细气流，并降低了拉细气流的温度及速度。不受限制的稀释的气流削弱了拉细设备对纤维细化的能力(即增加了材料过滤及绝缘的能力)。因此，为了补偿稀释带来的不足，需要更多的气体燃烧产生更高的温度。成纤方法操作人员已经采取在拉细部位的外部包一层覆盖物以限制稀释，这通过限制对所述部位的周围的接近而限制了稀释空气的进入。同时覆盖物也维持了里面的热量，从而提高了拉细区域的温度。覆盖物上设有几个开口，以便允许限定数量的稀释空气被拉细气流有利地带入。来自至少一个开口的稀释空气可以配有预热器，该预热器用从拉细燃烧炉中得来的废气热量，来加热稀释空气。通过调节拉细气流中心线上下的吸入的空气量，可以在覆盖物内部调节气流的位置。吸入的空气气流可以涉及引起混合气流的动荡，使得一级丝在拉细区域中形成弯曲的路径，从而增加了每根一级丝暴露在拉细部位热量中的时间，从而促进了纤维的细化(即减少了纤维的直径)。
尽管现有技术有着某些优势，但是仍然需要改进矿物成纤方法中的能量效率的问题。因为玻璃窑炉、钢鼓风炉、旋转熔炉中需要大量能量，同时考虑限制NOx和SOx排放的要求，在这些工业中的操作人员已经利用富氧的空气来减少能量的消耗和排放。这些方法通常温度很高(至少有820℃，1500)。在大熔炉中非常高的温度的方法下，火焰和熔炉热区域里长时间残留的氧及氮分子有利于形成NOx。事实证明，利用纯氧气(大约含有90％或以上的O2)代替空气做氧化剂，可以成功减少NOx的排放达90％，这是因为所有的氮气都被去除掉了。然而，用基本纯的氧气代替空气增加了火焰温度，因此在大熔炉中产生了氮气及氧气高活性的区域，使得NOx的形成也成比例地增加，即使和空气燃烧相比在整体上来说是减少的。上述工业中利用再生和换热式燃烧炉来重新回收高温废气中的一些热量。再生玻璃窑炉用热的燃烧气体(否则会被排放到空气中)来加热中间传热材料，例如用于塔中的陶瓷球。一般采用两个塔，一个塔被燃烧气体加热，而另一个塔具有在那里流过的空气，以便在进入燃烧炉之前预热燃烧空气。循环切换使用两个塔。换热式窑炉则是用冷空气和燃烧气体之间的热交换来预热燃烧空气。除了预热空气外，商业等级的氧气及富氧的空气也可以通过特别设计的热交换器(利用一种或多种热交换流体，例如惰性气体)采用直接或间接热交换来预热。然而，尽管这些技术常被使用，可是没有一种技术被应用在矿物成纤方法及系统中。这可能由于多种原因中的任一原因引起。不论是应用的领域不同，还是熔融材料的特性及设备的不同(纤维相对于大的熔融材料池，拉细纤维的燃烧炉的使用相对于熔融的燃烧炉的使用)，均导致了要解决的不同问题的产生，然而许多工业(包括浮法玻璃纤维及无机纤维工业)共同的目标都是降低能耗。由于矿物纤维的最终用途取决于纤维的物理性能，例如它们分散于液体及浆体的能力，或者它们作为过滤及绝缘介质的能力等，生产者并不注重为了减少一小部分能量使用生产出可接受的纤维而去改变一种方法。
因为这个原因，这在成纤技术中是一个进步，即减少矿物成纤方法中对能量使用的大量需求，从而使降低能耗更具吸引力，特别是在高性能纤维及使用纤维的产品，比如，过滤及绝缘产品的纤维的物理性能可接受或高于可接受范围的情况下。
发明内容
根据本发明，描述了能够意料不到地制备出比先前已知的成纤方法及系统具有更高性能的纤维的方法和系统。通过控制燃烧炉中火焰温度和/或其他氧气燃料成纤燃烧炉的操作参数，本发明的方法和系统可生产出具有高出平均强度及长度的无机纤维，同时与不用富氧的氧化剂而使用通常的空气燃料的成纤燃烧炉相比，减少或去除了渣球。在某些实施例中，比如氧气不可用，或者可利用但太贵的情况下，该方法和系统用辅助热源比如电阻元件，烧煤产生的高压蒸汽等预热空气和/或者燃料。本发明方法和系统的一个目的是提高离开燃烧炉的燃烧气体或者火焰的温度。能量经济学告诉我们，可以利用替代物来取代氧气。当采用的富氧的氧化剂时，可以采用热回收技术，因为氧气燃料的火焰温度高于空气燃料的火焰温度。
本发明的第一个方面是制备纤维的方法，一种方法包括：
(a)提供熔融的无机可成纤化的材料；
(b)从熔融材料形成一个或多个基本垂直的一级丝；和
(c)利用氧气燃料燃烧炉的火焰拉细一级丝。
如果没有氧气或者富氧的氧化剂，可以利用热回收技术(回收会在该过程中损耗的一些热量)，或者通过使用辅助加热装置，来预热进入燃烧炉中的空气或燃料，从而提高火焰温度。本发明的方法包括那些方法，其中氧气燃料燃烧炉产生热的燃烧气体或火焰喷射，来拉细一级丝。燃烧气体结合在拉细纤维中吸入的空气形成混合物，基本上所有的拉细无机纤维被从该混合物中分离出来，形成包括燃烧气体和被吸入的多余空气的废气流。本发明的方法包括那些方法，其中燃料和/或一种或多种氧化剂被至少一部分废气流交换的热量预热。本发明的其它方法则是那些方法，其中预热包括与包括燃烧气体、吸入空气和无机纤维的混合物的至少一部分交换热量，该过程在一个圆柱的或其他形状的、位于燃烧炉下游的纤维收集室中进行，在这里吸入的空气或输送的空气用来冷却纤维。本发明的方法包括那些方法，其中主氧化剂(例如空气)和燃料在进入燃烧炉燃烧之前预混合，而富氧的辅助氧化剂也用于氧气燃料燃烧炉中。本发明其它方法则包括那些方法，其中主氧化剂和燃料在燃烧炉中原位混合。主氧化剂可以是空气，富氧的空气，也可以是工业级氧气。本发明方法包括那些方法，其中辅氧化剂通过吸附或者膜方法注入燃烧炉，这里辅氧化剂可以是任意等级的氧气，例如低温制备的工业级氧气。主氧化剂可以在和燃烧炉里的燃料燃烧之前进行压缩。比如，主氧化剂可能是空气，预热包括压缩空气之前与至少一部分混合物交换热量。辅助氧化剂可以在压缩主氧化剂之前或之后注入到主氧化剂中。同样，主氧化剂可能是空气，预热可包括在压缩空气之前与至少一部分废气流交换热量。本发明的其它方法则是那些方法，其中辅氧化剂在压缩主氧化剂之前或之后注入主氧化剂中。本发明的其它方法还有那些方法，其中在燃烧炉中燃料燃烧之前，辅氧化剂与主氧化剂结合形成第三种氧化剂。这第三种氧化剂在与燃料燃烧之前，可以像任意一种燃料一样被预热。本发明还有一种可选的方法是，在燃烧气体吸入空气到收集室之前，将辅氧化剂喷入燃烧炉产生的燃烧气体里。
本发明的所有方法实施例可以通过一种或多种控制器控制。例如，成纤燃烧炉的火焰温度可以通过监控以下一个或多个参数得以控制：燃料的速度、一种或多种氧化剂的速度、燃料的质量流量、一种或多种氧化剂的质量流量、燃料的内能、燃料进入燃烧炉时的温度、氧化剂进入燃烧炉时的温度、废气的温度、氧化剂进入燃烧炉时的压力、氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、燃烧比、及其结合。本发明的其它方法则采用一种热交换流体，例如无机且基本惰性的气体，如氮气、氩气、氦气、不可燃烧的氢氦混合气体等。热交换流体首先从废气流或包括燃烧气体、吸入空气、纤维的混合物中获取热量，然后在一个或多个热交换器中将热量交换给燃料、主氧化剂、辅氧化剂或第三氧化剂的一种或多种。
本发明的另一方面是系统，一种系统包括：
(a)组件，包括熔融无机可成纤材料的容器和用于从熔融材料形成基本垂直一级丝的喷丝头；和
(b)用于拉细一级丝的氧气燃料燃烧炉。
本发明的某些系统包括热回收和辅助加热装置，如果富氧的氧化剂不可用，则采用所述热回收和辅助加热装置来预热空气和/或燃料。本发明系统包括用来压缩主氧化剂的压缩器，和将富氧的辅氧化剂注入燃烧炉或主氧化剂中的系统，典型的是用管子或者管子之间的环形套筒里放有冷冻剂的双层壁管。本发明的其它系统包括那些系统，其中使用气体对气体的热交换器，该热交换器适用在废气流与燃料流、主氧化剂流、辅氧化剂流或主辅氧化剂混合物流之间交换热量。本发明的某些系统包括采用气体对气体的热交换器，该热交换器适用于废气流与燃料流、主氧化剂流、或者燃料与主氧化剂的混合物流之间交换热量。本发明的实施例系统包括能接收一种或多种以下输入参数的燃烧控制器：燃料的速度、一种或多种氧化剂的速度、燃料的质量流量、一种或多种氧化剂的质量流量、燃料的内能、燃料进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的压力、氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、氧化率、废气的温度、或者其组合，并根据一种或多种输入参数，运用控制算法来控制燃烧温度。
下面根据附图的简单说明、本发明的详细描述以及随后的权利要求来使本发明的方法及系统更加清楚。
附图说明
本发明的目的和特点可以通过以下简单描述和附图获得：
图1是可以从本发明所代表的改进中获得益处的现有技术的成纤方法的方法流程示意图；
图2至图5是本发明四个非限制性系统和方法的方块示意图；
图6是现有技术的成纤燃烧炉的透视图；
图7是图6经过改进包含非冷却辅氧化剂注射系统的燃烧炉透视图；
图8是图7沿8-8方向燃烧炉的剖面图；
图9是图6经过改进包含了用来注射辅氧化剂或燃料的气体冷却注射器的成纤燃烧炉透视图；
图10是图9沿10-10方向气体冷却注射器的剖面图；
图11是图6经过改进包含了用来注射辅氧化剂或燃料的液体冷却注射器的成纤燃烧炉透视图；
图12是图11沿12-12方向液体冷却注射器的剖面图；
图13是本发明中喷嘴式混合燃料/氧化剂的燃烧炉的平面图；
图14是图13中燃烧炉的端视图，图15是图13中燃烧炉某些尺寸示意图；
图16是本发明燃烧方法控制设计的方块示意图。
需要指出的是，这些附图并不是完全按照比例画的，而且仅表示本发明的典型实施例，因此，不认为是对本发明范围的限制，因为，本发明还可以允许其它的等效实施例。
具体实施方式
在下面的描述中，会阐述大量的细节，用以理解本发明。但是对于本领域技术人员来说，本发明没有这些细节仍然可以实施，那些对所述的实施例进行各种改进和变形都是可能的。
本文中运用了大量的短语、词源、词语搭配及多字表达方式，特别是在权利要求中，不受名词和动词的限制。意思不只是通过名词、动词或单个词语表达出来。通过多种方式来表达语言的内容。发明的概念的存在和各种表达方法随语言文化的不同而不同。例如，德语中化合物通常被写成形容词-名词的复合形式，在拉丁语中则写成名词-前置词-名词的复合形式及衍生形式。对于高质量的专利来说，声明中包含短语、词源和词语搭配是必要的，用以将表达缩减成概念性内容，所有可能与内容(无论一种语言还是交叉语言)一致概念上词语的结合包含在已用过的短语中。
本发明阐述了无机材料成纤方法和系统。尽管本发明并不限制在所谓的“微纤”产品方法和系统中，仍然可以在开始定义这个术语。这里，“微纤”被定义为平均直径范围大约是0.05到3.5微米的纤维，更典型的是从大约0.1到1.0微米。本发明的方法和系统制备出的微纤长径比至少约5∶1，更多的是从约3000∶1到10∶1。微纤的长径比通常是约10∶1到2000∶1。微纤的平均长度和直径可以通过控制燃烧方法控制，辅助地通过控制混合物和熔融成纤无机材料的流量加以控制。一般说来，本发明的方法和系统制备出的微纤平均长度少于大约0.05英寸。通常的微纤平均长度范围在大约1到500微米之间，更多的是在约10到300微米之间，最多的是在约25到50微米之间。确定一批微纤的平均直径和长度的程序，本领域技术人员都已经了解，在这里就不赘述。
“成纤”除非特别标注，都用于动词，成纤是指使用本发明改进的热吹方法，由相对连续的一级丝形成短纤(可以是微纤，也可以不是微纤)的过程，该过程中，热的燃烧气体拉细一级丝，吸入空气用于冷却拉细纤维，使拉细的一级丝断裂成短纤。
假如说安全、减少能量消耗、产品产量、纤维的物理性能，是我们主要考虑的问题，那么我们需要在现有的设备上进行相当大的改进，这在本技术领域中将是一个进步，即，改进现有的成纤系统和方法，增加安全性、能量率、产量和质量，或者设计新的系统，通过增加能量率和产品销售，使得投资很快收回。本发明正是基于以上目的提供了方法和系统。
现在参考附图，图1是可以从本发明的系统和方法获得益处的现有技术的空气燃料成纤方法的方法流程示意图。玻璃球被传送到分配料斗102中，然后进入加热釜104中，然后加热釜104熔融玻璃球形成熔融的玻璃。玻璃球可以使用分配支管传输到供给料斗102，并传到多个加热釜104中，到达加热釜104的速度是釜温和辊子110rpm的函数。加热釜104可以是大理石釜，典型的是由金属圆筒组成，其中在圆筒侧壁上有用预混合天然气燃烧炉来加热的外壳。大理石釜104底部由金属合金制成，上面有许多直径大约为0.05到0.5英寸的孔洞，直径的大小由所制备的玻璃纤维决定，熔融的玻璃通过这些孔洞形成一级丝106(图中只画了一根一级丝)。一级丝106经过辊子112和114及纤维引导装置113和114，被拉伸通过一个热遮板108。遮板108可以在大理石釜104底部和第一组棍子110上部之间延伸，用以控制一级丝的冷却速度。目的是保持一级丝温度足够高，又不至于烫坏辊垫材料。除了热遮板以外，热源，例如红外光源，也可以放在辊子110和112的前面或者后面的空间内。
成纤燃烧炉116的作用在于，产生在本发明系统和方法里的受到控制的温度、速度和氧化情况的热火焰。要制备出的玻璃纤维产品是以下的函数：玻璃的质量流量、初生玻璃纤维直径、燃烧炉116所产生的火焰的温度、燃烧炉116中狭孔的尺寸和压力、产品代码纤维直径。用氧气或者富氧的空气作为成纤燃烧炉的氧化剂的好处有：有利于增加纤维的拉伸强度的较高的成纤火焰、较长的纤维、减少或去除渣球、放松方法控制从而避免产生渣球。减少湿度的波动，从而可以减少纤维质量的差异性。
在图1中所描述的现有技术方法及本发明的系统和方法中，由圆柱形斜道组成的收集室118收集短纤，同时吸入空气到室118内，从而快速冷却熔融的纤维。短纤传送到收集室118的较大部分，其远离燃烧炉的一端有一个用以收集短纤的纤维卷绕鼓120，和一个用于去除短纤的辅助纤维卷绕设备122，例如真空管道或辊子。卷绕鼓120是一个典型的多孔的钢圆筒，圆筒上有一层过滤物质，使得收集的短纤在鼓120里负压的作用下，很容易固定到圆筒的外表面。燃烧气体、任何微粒和多余的空气(现有技术方法中的，本发明的系统和方法中还有多余的氧气)通过鼓120和管道124，在抽风机128的作用下到达微粒去除装置126。热交换器130用来冷却排出的气体，最后气体从136口排到大气中。在用空气燃料燃烧的现有技术系统和方法中，冷空气132用于冷却排出的气体，最后变成热度不高的暖空气134，这种暖空气很大程度上不能用于热回收。然而，本发明采用氧气燃料燃烧产生了较高的温度，这种热量可以回收用于很多地方，下面会详细介绍。
根据利用氧气燃料成纤燃烧炉时产生较高的成纤燃烧炉火焰温度(从大约2200到3200，对比用空气燃料产生的火焰温度只有1900)，热回收和能量的节省是可行的。图2至图5是本发明四个非限制性系统和方法的方块示意图。图2说明了系统和方法实施例100的方法过程：热废气流用来预热燃料、主氧化剂(比如空气)、和/或辅助氧化剂(比如氧气或者富氧的空气)。实施例100包括一个或多个成纤燃烧炉2，一个收集装置4，一个纤维分离装置6和一个热交换器8。成纤燃烧炉2利用主氧化剂PO燃烧燃料F，燃料F通过管道10，12和/或者14到达燃烧炉2，主氧化剂PO通过管道16和/或18到达燃烧炉，并可以通过管道20和/或22接收辅助氧化剂SO。燃烧气体通过管道24离开燃烧炉2，但是本发明不被这样限制，因为燃烧炉2和收集室4之间没有足够的空间。空气26被吸入收集室4，用来拉细从燃烧炉2出来的一级丝。空气26可以是周围的空气，也可以不是周围的空气，例如冷冻的空气或是加热的空气。包含有燃烧气体、吸入空气和纤维的混合物通过管道28离开收集室4，到达纤维分离装置6。尽管图中所示混合物通过管道28转移到纤维分离装置6，本发明不受其所限，这仅仅说明了混合物通过所述系统移动的大致方向。纤维分离装置用已知的方法将流28分离为纤维流30和热的废气流32。热的废气32在交换器8中将一部分热量交换给燃料流、主氧化剂流、辅氧化剂流中的一种或多种，然后以被冷却的废气流34的形式排出。在本发明的某些实施例里，热的废气流可能分离成为多个流进入热交换器8中。类似地，冷废气流34可以是从热交换器8排出的多股冷废气的组合。详细的取决于工程师所挑选的热交换器8的特定热转换负荷和设计。如图2所示，可以使用适当的阀门来控制全部，一部分或是没有气体通过的热交换器8。如果超过两种以上的燃料、主氧化剂、辅氧化剂要从热废气流中获得热量，热交换器将被设计成分开的单元，或是只具有合适间隔或是垫圈的一个单元等等，用以防止氧化剂和燃料，或是主氧化剂和辅氧化剂不像预期那样充分混合。其它装置也可以加入该系统和方法中，比如气流32中加个微粒回收装置。另外，图中没有显示固体材料的流向，系统还可以包括纤维母料的储料罐，例如供给料斗、大理石釜、保持热量的装置、一级丝导引装置和辊子等，本领域普通技术人员对此都有相当的了解，这里就不详细解释了。
图3描述了实施例200，在这个实施例中，利用纤维、燃烧气体和吸入空气混合物的热量，来预热燃料、主氧化剂和/或辅氧化剂。各个实施例中将使用相同的附图标记来表示相同的组成。实施例200也包括一个或者多个成纤燃烧炉2，收集装置4和纤维分离装置6组成，不同的是，图2中的实施例100中的热交换器8在实施例200中由一个或者多个热交换器9A和9B取代，如图3所示包括热交换器的外壳。燃料F由管道36进入热交换器9A，预热后的燃料从管道38返回并进入燃烧炉2。同样，或者可选择的，主氧化剂从管道40进入热交换器9A，预热后的主氧化剂从管道42返回进入燃烧炉2；而辅氧化剂从管道44进入热交换器9B，预热后的辅氧化剂从管道46返回进入燃烧炉2。
本发明的某些实施例，没有给出附图，可以结合图2和图3的实施例100和实施例200。例如，主氧化剂可以在图2所示的热废气交换器中预热，然而燃料则可以在图3所示的热交换器装置中预热。本发明考虑了所有不同的系统和方法以及它们的等效系统和方法。
图4和图5描述了两个非限制性的实施例，其中中间热交换流体可以用于从热流中接受热量，再将热量中的一些传给燃料和氧化剂流。图4描述了实施例300，这个实施例300有些类似于图2的实施例100，但是，热的废气流33进入热交换器50，将一部分热量传给了通过管道13进入热交换器50的冷热传递流体。变热后的热传递流体通过管道11离开热交换器50，进入另一个热交换器52，继续将热量传给分别由管道54，58，62进入另一个热交换器52的燃料、主氧化剂和辅氧化剂。为了清楚表达，这里没有标出各种阀门，但是本领域技术人员知道在给定的操作中，任一气体流(燃料、主氧化剂、辅氧化剂)的全部，部分需要预热，或根本不需要预热。例如，未经预热的燃料、主氧化剂和辅氧化剂分别从管道56，60，64直接进入燃烧炉2。另外，热交换器50和52可以是一个单元组成，或是多个单元组成，还可以按照特殊要求进行串联或并联。管道根据特殊步骤、热交换量、产品配额等进行增减。这里没有标出安全调节阀门，但是许多管道中应该包含这种阀门，例如传输加热的热传递流体的管道13。
图5描述了有些类似于图2的实施例200的实施例400。然而，从热交换器9A和9B里燃烧气体、吸入气体和纤维获得热量的热交换流体15，进入热交换器53，以预热冷的燃料流66，主氧化剂流70和/或辅氧化剂流74。冷的热传递流体通过管道17离开热交换器，并返回到热交换器9A和9B，从而完成一个循环。再一次声明，虽然图中没有标出各种阀门，但是本领域技术人员知道，在任何给定的操作中，任一气体流(燃料、主氧化剂、辅氧化剂)的全部，部分需要预热，或根本不需要预热。同样，未经预热的燃料、主氧化剂和辅氧化剂分别从管道68，72，76直接进入燃烧炉2。另外，热交换器53，9A和9B可以是一个单元组成，或是多个单元组成，还可以按照特殊要求进行串联或并联。这里没有标出安全调节阀门，但是许多管道中应该包含这种阀门，例如传输加热的热传递流体的管道17。
热传递流体可以是任意具有起到或者改变后能够起到热交换功能的气体、液体和气液混合物。气态热传递流体可以是惰性无机气体，例如，氮气、氩气和氦气，惰性有机气体，例如氟代物，氯代物和氟氯碳化物，包括全氟形式，例如四氟甲烷，六氟丁烷，四氟乙烯等，也可以是惰性气体和一小部分非惰性气体例如氢气的混合气体。热传递流体还可以是有机、无机及它们混合的惰性液体，例如盐溶液，乙二醇溶液等。其他可能的热传递流体包括水蒸气，二氧化碳，或者它们与氮气的混合物。
可以设想到将图4与图5的方法和系统相结合，根据需要，甚至可以将图2至图5的方法和系统相结合。更多热传递装置增加了资金的投入，但同时也弥补了能量损耗。为了确定最经济有效的方法和系统，本发明列出了详细而常规的计算公式。
图16是本发明一个非限制燃烧方法控制设计的方块示意图。主控制器78如图所示，但是本发明不限制在这里，本发明还可以用其它控制器的组合。控制器可以选择PI控制器，也可以是PID控制器(包含任何可知或可预知的变量)，控制器计算出测量值与一系列记录了一个或多个控制因素的点之间的差值。控制器可以计算出连续或不连续的差值结果。本发明的其他可能的设置包括：控制器包含更多详细的控制方法，例如，前馈、级联控制、内反馈回路、模型预测控制、神经网络以及卡尔曼过滤技术。在图16中，标有数字80-87的直线和方块代表传感器，例如，用于以下参数的传感器，这些仅仅是示例：
-80＝Vfuel，燃料进入燃烧炉时的速度；
-81＝VPO，主氧化剂进入燃烧炉时的速度；
-82＝VSO，辅氧化剂进入燃烧炉时的速度；
-83＝Mfuel，燃料进入燃烧炉时的质量流量；
-84＝MPO，主氧化剂进入燃烧炉时的质量流量；
-85＝Tfuel，燃料进入燃烧炉时的温度；
-87＝TPO，主氧化剂进入燃烧炉时的温度；
-88＝PPO，主氧化剂进入燃烧炉时的压力；
-89＝HPO；主氧化剂的湿度。
标有数字88-95的直线和方块分别仅示意性地代表记录下列参数的输出量的控制信号和促动器，这些仅仅是示例：
-88＝Vfuel，燃料进入燃烧炉时的速度；
-89＝VPO，主氧化剂进入燃烧炉时的速度；
-90＝Mfuel，燃料进入燃烧炉时的质量流量；
-91＝MSO，辅氧化剂进入燃烧炉时的质量流量；
-92＝Tfuel，燃料进入燃烧炉时的温度；
-93＝TPO，主氧化剂进入燃烧炉时的温度；
-94＝PSO，辅氧化剂进入燃烧炉时的压力；
-95＝MEFF(或MHTF)，热废气质量流量(或热传递流体)。
还可以包括作为输入量的其它参数，例如纤维直径和/或长度的期望值96，燃烧炉的几何形状97和燃烧比98。
“控制”这个术语用做及物动词，意为通过比较标准值和期望值进行验证或调节。控制可以是闭环控制、反馈控制、前馈控制、级联控制、模型预测控制、自适应控制、启发控制或者它们的组合。“控制器”则意为一种装置，其至少用来实时或非实时地从传感器或监测器中接受输入信号，再将命令直接传送给燃烧炉控制部件及其它可以接收命令的内部装置。一个控制器可以从人或者可访问数据库(比如关联数据库)接收输入信号，发送数据通过数据库或数据中心，发送信息并接收可读显示器上的输入信息。控制器还可以分开、合并一个或多个软件应用模型，同时可以监控数据库与一个或多个软件应用模型之间的相互作用。
短语“PID控制器”是指使用成比例的、积分的和微分的特征的控制器。在某些情况下，可能不能使用微分模式或者它的影响显著降低，所以可以认为控制器是一个PI控制器。控制领域的的技术人员还公认PI和PID控制器的现有变化取决于离散化是如何完成的。PI、PID和其它控制器的这些已知的或者能预测的变化也在本发明范围内。
本发明的系统和方法用到的控制器根据其具体情况而有所变化。一种PID控制器可以数学表达为方程式1：
u(t)＝Kp[e(t)+1/Ti·∫e(t)dt+Td·è(t)] (1)
其中，
∫为积分符号；
è(t)为时间的导数；
u(t)是控制器输出量，例如可以为燃烧炉的火焰温度；
e(t)为测量(实时)值与期望值的差值；
Td是描述算法中微分部分的常数(微分部分可能被滤掉以避免得到高频)；
Ti是用来描述算法中积分部分的常量；
Kp是比例增益常数。
在s-面(拉普拉斯)中，PID控制器可以表达为方程式2：
Hr(s)＝Kp[1+1/Tis+Tds/(1+Tfs)] (2)
其中，s为s-面中的变量；
Tf是用来描述算法中微分部分的滤掉部分常数。
为了离散化，可以使用多种转换，并且一些常数可能有用，也可能没有用。例如，Tf常数在某些情况下可能不需要使用，但是在其它情况下可能特别有用。作为一个离散化例子，可以使用Z转换，这意味着通过使用(方程3)的形式的梯形模型将算法中的积分部分近似：
s＝(1-z-1)/T (3)
用欧拉模型(方程式4)近似公式中的微分部分：
s＝2/T·(1-z-1)/(1+z-1) (4)
其中，T是取样时间。
然后，最终的离散模型可能直接使用在燃烧过程中或者燃烧炉控制算法中。使用其它转换得到的另外的离散模型在本发明中也是可用的，并且这些模型对本领域普通控制技师或工程师都是显而易见的。
控制器可以利用模型预测控制(MPC)。MPC是一种先进的用于多元输入/多元输出(MIMO)系统的多元控制方法。可以在网址www.che.utexas.edu/～qin/cpcv/cpcv14.html中查看工业模型预测控制的综述。为了对处于怀疑中的方法的未来特性进行优化，MPC计算了调节操纵变量的顺序。在每个控制时间k，通过使用受控体系的模型，MPC解决了动态最佳化问题，使得在预测范围n内使未来特性(在时间k+1，k+2，...，k+n)最优化。在时间k+1，k+2，...时，再次执行最优化。MPC可以使用任何衍生的目标函数，例如二次型性能目标等等，包括操纵变量和量度的权重函数。在方法和/或体系的显模型中描述了要控制的方法和/或体系的动态学，该模型可以通过数学建模获得或者从真实的方法和/或体系的测试数据中估算。为了测定要控制的体系和/或方法的某些动态学的一些技术包括阶梯响应模型、脉冲响应模型和其它的线性的或者非线性的模型。经常地，精确的模型是不需要的。输入和输出约束可以归入界定问题，所以要预见和预防未来的约束妨害，例如硬件约束，软件约束、设定点约束、漏斗约束、资金回收约束等等。要明确地陈述MPC控制计划的稳定性可能很难，并且在本发明的某些实施例中，可能必须使用非线性的MPC。在不同体系的所谓高级控制中，PID控制可以用在强的单变量回路，其相互作用极小或者没有问题，而对于强的相互连接的回路，可以使用MPC的一个或多个网络，或者其它的多元控制结构。此外，计算时间的因素可能是一个限制因素。某些实施例可以使用非线性的MPC。
如果使用前馈算法，从最普遍的意义上来看，它将成为特殊任务，这意味着为了要解决的任务，它将被特别设计。这个特别设计在设计上可能很困难，但是通过使用更常规的算法，例如具有给定的增益常数和时间常数的一阶或者二阶滤波器可以获得很多。
图6是现有技术成纤燃烧炉150的透视图，该燃烧炉具有：不锈钢或其它金属材料的外壳152，界定燃烧槽156和燃烧室158的耐火燃烧炉体154。空气燃料混合支管160，162将空气和燃料，通常为天然气，送至燃烧室158中。支管160，162通过凸缘166上的安装孔164(一般为四个)安装在燃烧炉体154上。
图7是通过图6在本发明中经过改进包含一个非冷却辅氧化剂注射系统的成纤燃烧炉透视图，图8是图7沿8-8方向燃烧炉的剖面图。燃烧炉170包含两个辅氧化剂支管172和174，它们可以是不锈钢管或者其它合金管，每根支管上都有一系列孔，里面接收相应数量的陶瓷管176，辅氧化剂正是通过陶瓷管176进入燃烧室158的。
在本发明的成纤燃烧炉的操作中，无机一级丝经过导向装置及辊子进入成纤燃烧炉产生的火焰中。无机材料，例如玻璃的质量流量是如下的函数：一级丝直径，燃烧炉中火焰温度，燃烧炉的几何形状，例如燃烧炉的槽尺寸，燃烧炉里的压力，及产品代码纤维直径。方法操作条件一般不是独立的值，而是有一定相互关联。增加氧气量的氧化剂/燃料成纤方法明显不同于传统的空气燃料成纤方法。基本原理是用单独氧气源代替一部分空气在燃烧炉里进行燃烧操作。总的燃烧比可能不变。在气体已经穿过火焰止动器安全装置后，燃料和富氧的氧化剂将在燃烧炉的燃烧室内进行混合过程。燃烧气体的火焰温度可以通过改变氧化剂中的空气与氧气比进行控制。根据本发明的系统和方法，燃烧1600scfh天然气的标准燃烧炉，可以将0到大约400scfh的氧气与适当的空气流一起安全地喷射到燃烧炉内。
图9为将图6中的纤维化燃烧炉改进以包含气体冷却的喷射器的透视图，该喷射器可以用于喷射辅氧化剂，或者改进后可以喷射燃料。图10是沿着图9中的10-10面、在燃烧炉900中使用的喷射器1000的横截面视图。燃烧炉900包括图6现有技术的燃烧炉实施例150中的金属外壳152、耐火燃烧炉体154、156以及空气燃料混合支管160和162，此外，燃烧炉900还包括如图10所示的由金属的矩形外部管子180组成的喷射器1000，以及安放在外部矩形管180内的相似但稍小的矩形管子184。内部的矩形管180和内部的矩形管184界定了一个体积，冷却气体可以通过入口188和189进入该体积，并且可以通过出口190和191离开。燃料或者辅氧化剂可以通过支管181和182喷射，这些支管可以是不锈钢的或者其它合金金属管。为了喷射燃料或者辅氧化剂，多个孔186可以均匀地安装在管子181的底部以及管子182的顶部附近。因为管子181和182处于热的燃烧气体中，所以要提供冷却。可以使用螺栓或其它的紧固件192将喷射器1200紧固在燃烧炉1100内。按照需要，在其它的实施例中，可以配有比两个更多或者更少的气体冷却剂入口和出口，而且这些可选择的实施例也在本发明范围内。
图11为将图6中的纤维化燃烧炉改进以包含液体冷却的喷射器的透视图，该喷射器可以用于喷射辅氧化剂，或者改进后可以喷射燃料。图12是沿着图11中的12-12面的、用于燃烧炉1100的液体冷却的喷射器1200的横截面视图。除了液体进口和出口以外，燃烧炉1100和喷射器1200与图9、图10中的燃烧炉900和气体冷却的喷射器1000相似，燃烧炉1100和喷射器1200仅需配有一个入口和一个出口。使用超过一个液体冷却剂入口以及超过一个液体冷却剂出口的实施例也在本发明的范围内，但是由于液体的较好的冷却效果，在所有情况下可能不需如此。
图13是本发明中喷嘴式混合燃料/氧化剂的燃烧炉1300的平面图，图14是图13中燃烧炉的端视图。在燃烧炉1300中，富氧的氧化剂和燃料分别被引导流过分开的多个管道206和207，所述管道在独立的喷嘴214终止。富氧的氧化剂入口202供给室或支管204，所述室或支管204然后供给管道206。类似地，燃料入口210供给燃料室或支管212，所述燃料室或支管212引导燃料通过管道207。燃料然后在喷嘴214处燃烧。引导燃烧气体产物通过由耐火隔板208界定的狭槽，接着到达无机一级丝处，以进行纤维化过程。氧化剂管道206和燃料管道207的数量可以在很宽范围内变动，但是通常氧化剂管道的数量范围约为50～150，而燃料管道207的数量范围约为25～75。管道的长度LOX和Lf的范围大约为3～10英寸，而直径约为1/32～0.5英寸。管道之间的距离可以是均匀的，并等于大约一个管道的直径，也可以将管道紧挨着放置。燃料和氧化剂入口可以是不锈钢管，也可以是其它合金管道。正像图15中看到的那样，这种特殊的燃烧炉构造与预先混合槽形燃烧炉一样都产生了宽扁的用于成纤的火焰。槽156的宽W大约为3到36英寸，槽高H大约为0.05到1英寸。深度D则为大约0.5到5英寸，这取决于所要求的支撑强度。
成纤燃烧炉和注射器是本发明方法和系统的重要方面，在申请人的同时申请的共同待审批的专利申请(申请系列号为11/314,436)中，被要求保护。
根据本发明，引入燃烧炉的燃料和氧化剂或者通过独立的管道进入燃烧炉组件，或者被预先混合。根据本发明，术语“燃料”指可燃烧的混合物，该混合物包括占有绝大比例的甲烷、天然气、液化天热气、丙烷、雾化石油等(可以气态，也可以液态)。本发明采用的燃料可以包含一小部分的非燃料(包括氧化剂)，其目的是预混合燃料和氧化剂或者雾化液体燃料。根据本发明，术语“氧化剂”则是指至少含有50％的摩尔浓度的氧气的气体。这样的氧化剂包括富氧的空气(包括的氧气的体积比至少50％以上)，例如由低温空气分离工厂得到的“工业级”纯氧气(99.5％)，或是非纯氧气(氧气的体积比为大约90％或以上)，该非纯氧气可以由例如真空旋转吸附方法或者膜渗透法得到。
燃烧系统所用的燃料和氧化剂的总量是这样的：氧气流量是理想化学计量氧气流量(为获得燃料的完全燃烧所需的氧气流量)的大约0.9至1.2倍。换句话说，燃烧比在0.9到1.2之间。
燃料气体在不同燃烧炉中的速度取决于所用燃烧炉的几何形状，一般为至少大约15m/s。燃料流速的上限主要取决于希望的拉细纤维几何形状和燃烧炉的几何形状；如果燃料流速太慢，火焰温度也可能太低，不能充分纤维化，这不是希望得到的；如果燃料流速太高，导致火焰过大而烧到下游设备或者造成浪费，这些都不是我们所希望的。
另外，本发明通过燃料和/或氧化剂气体的辅助注射形成稳定的火焰。氧化剂流体的注入可以通过燃料、主氧化剂(通常是空气)和辅氧化剂的预先混合气体，在使用无冷却注射器、气体冷却注射器或者液体冷却注射器的情况下完成，如参考附图所述。在气体冷却或者液体冷却燃烧炉里注入辅氧化剂(例如工业氧气)时，图10中孔186的直径尺寸与图8非冷却注射器中管道176的直径尺寸，要保证辅氧化剂在流量为400标准立方英尺/小时(scfh)的情况下，流速不超过大约200英尺/秒(ft/sec)。燃烧炉的内部压力应该不超过大约10磅/平方英寸(psig)。
本发明的系统和方法意图替代现有成纤燃烧炉的空气燃料燃烧系统，和/或用作新型燃烧炉的主要能量源。
适合用作燃烧炉中耐火主体的原料为熔融氧化锆(ZrO2)、熔铸氧化铝-氧化锆-二氧化硅(AZS，alumina-zirconia-silica)、重结合的AZS、或者熔铸氧化铝(Al2O3)。在其它参数中，特殊原料的选择是由要制造的无机纤维的化学性质和类型决定的。
在使用了热传递流体的本发明实施例中，热中间流体可以通过热交换器壁传热间接地将热量传给氧化剂或者燃料，或者一部分热中间流体通过与氧化剂或燃料混合直接交换热量。大多数情况下，如果是间接传热，那么热交换器会更经济更安全，换句话说，使用中间流体不与氧化剂或燃料混合的热交换器，但是，需要指出的是，交换热量的两种机理都在本发明的范围内。另外，中间流体可以被热废气用刚才提到的两种机理加热。
在某些实施例中，传热的主要装置包括一个或多个热交换器，所述热交换器可以是陶瓷热交换器(工业知名的陶瓷交换器)，也可以是金属热交换器(进一步提到的金属交换器)。本发明系统中传热的主要装置是双壳辐射交换器。本发明的预热装置可以采用陶瓷热交换器或者金属热交换器，也可以采用再生装置(即被热中间流体加热，被氧化剂和燃料冷却，从而使氧化剂和燃料变热)，或者两种方法结合。对被热的中间流体加热并被氧化剂或燃料流冷却而交替进行的再生装置的情况，需要两个装有惰性介质(例如陶瓷球或者鹅卵石)的容器。一个容器用于再生模式，在该容器里陶瓷球，鹅卵石或其它惰性介质被热中间流体加热，而另一个容器在操作模式中用于与燃料和氧化剂接触，以便将热介质中的热传给燃料和氧化剂，按照具体情况而定。然后在适当的时间切换气体进入容器的流动。
根据本发明的某种系统和方法，热中间流体与燃料、氧化剂在平行预热装置中交换热量，即，热中间流体分为两个支流，一个支流与燃料在第一燃烧炉预热装置中交换热量，第二个支流与氧化剂在第二燃烧炉预热装置中交换热量。可选择的，为了安全起见，通常采用热中间流体先与氧化剂在一个或多个氧化剂预热器中交换热量，然后再与燃料在串联的交换器中的一个或多个燃料预热器中交换热量。
在其它示意性的实施例中，燃料、氧化剂、热中间流体的路径可以由燃烧炉体上的孔洞决定，这是燃烧炉技术中的已知技术。
当中间流体为空气时，燃烧的氧化剂为氧气，当氧气供给被切断时，热空气引导流入燃烧炉中，则热空气可以有利地用作燃烧氧化剂。
必须理解，通过对本发明的描述可知，本发明的系统和方法并不限于燃料和氧化剂与中间流体在中间流体的温度下交换热量。在一些实施例中，优选的是，热中间流体先与氧化剂接触使得热中间流体具有较低的温度，接着这个具有较低温度的中间流体再与燃料交换热量。而且，正像前面所述，在某些实施例中，考虑到热中间流体能与氧化剂，燃料或它们的混合体混合。
尽管本发明只详细描述了一些示意性的实施例，但是本领域普通技术人员在该示意性的实施例的基础上将易于进行许多可能的改进，且不会偏离本发明的新颖教导和优点。相应的，所有这些改进将被包括在由随后的权利要求所定义的本发明的范围内。在所述权利要求中，没有35U.S.C.§112第6款允许的装置加功能的形式的条款，除非“装置用于”与所关联的功能一起被清楚地引用。“装置用于”条款倾向适用于覆盖此处所描述的执行所引用的功能的结构，不仅结构上等效，而且具有等效的结构。
Claims (35)
1.一种方法，包括：
(a)提供熔融无机可成纤材料；
(b)从所述熔融材料形成一根或多根基本垂直的一级丝；和
(c)利用氧气燃料燃烧炉的火焰拉细一级丝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成包括燃烧气体、吸入空气和无机纤维的混合物，从所述混合物中分离基本上所有的无机纤维，以便形成废气流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过与废气流中的至少一部分交换热量，来预热燃料和/或氧化剂流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，预热包括与所述混合物的至少一部分交换热量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主氧化剂和燃料在燃烧炉中燃烧之前预混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主氧化剂和燃料在燃烧炉中原位混合。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，主氧化剂可以是空气、富氧的空气、或者工业级氧气。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，包括将辅氧化剂注入燃烧炉中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，辅氧化剂是工业级氧气。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在燃料在燃烧炉里燃烧之前，压缩主氧化剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，主氧化剂是空气，所述方法包括：在压缩空气之前，通过与包括燃烧气体、吸入空气和无机纤维的混合物的至少一部分交换热量，以预热至少一部分空气。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括在压缩主氧化剂之后，将辅氧化剂注入主氧化剂中。
13.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，包括在燃料在燃烧炉里燃烧之前，压缩主氧化剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，主氧化剂是空气，所述方法包括在压缩空气之前，通过与燃烧炉燃烧气体的至少一部分交换热量，以预热至少一部分空气。
15.根据权利要求13中所述的方法，其特征在于，包括在压缩主氧化剂之后，将辅氧化剂注入主氧化剂中。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在燃料在燃烧炉中燃烧之前，将辅氧化剂与主氧化剂混合，以便形成第三种氧化剂。
17.根据权利要求16中所述的方法，其特征在于，包括在燃料和第三种氧化剂燃烧之前，预热第三种氧化剂和/或燃料。
18.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过与至少一部分废气流交换热量，来预热辅氧化剂。
19.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，包括通过燃烧炉和辅氧化剂一起形成火焰切割。
20.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，包括通过监测以下中的一个或多个参数，来控制燃烧炉火焰温度：燃料速度、主氧化剂速度、燃料质量流量、主氧化剂质量流量、燃料内能、燃料进入燃烧炉的温度、主氧化剂进入燃烧炉的温度、主氧化剂进入燃烧炉的压力、主氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、氧化率、或者其组合。
21.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预热包括至少一部分混合物与热传递流体交换热量，以便形成热的热传递流体，并在热的热传递流体与燃料和/或主氧化剂之间交换热量。
22.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预热包括在至少一部分废气流与热传递流体之间交换热量，以便形成热的热传递流体，并在热的热传递流体与燃料和/或主氧化剂之间交换热量。
23.一种方法，包括：
(a)提供熔融无机可成纤材料；
(b)从熔融材料形成一根或多根基本垂直的一级丝；
(c)用燃烧炉中的火焰拉细一级丝；和
(d)在进入燃烧炉之前，预热氧化剂和燃料中的任意一种或两种。
24.一种方法，包括：
(a)提供用电或气体火焰加热的釜或熔炉，所述釜或熔炉包含熔融玻璃；
(b)从喷丝头上大量的喷丝孔中拉伸玻璃的连续的一级丝，连续的一级丝经牵引辊从加热的釜或熔炉中拉伸出；
(c)将连续的一级丝供给到燃烧气体的喷射火焰中，该喷射火焰来自燃烧燃料和富氧的氧化剂的氧气燃料燃烧炉，燃烧炉产生火焰，该火焰具有足够的火焰温度及能量，以形成拉细的一级丝；
(d)在玻璃的熔点下，利用吸入的空气冷却拉细的一级丝，使得拉细的一级丝断裂，形成具有预定长度及直径范围的纤维；和
(e)收集纤维，同时从纤维中分离出包括燃烧气体和吸入空气的废气流。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，氧化剂可以为富氧的空气、或者工业级氧气。
26.根据权利要求24中所述的方法，其特征在于，包括将富氧的辅氧化剂注入燃烧炉中。
27.根据权利要求书24中所述的方法，其特征在于，包括通过监测以下的一个或多个参数，来控制燃烧温度：火焰温度、燃料速度、氧化剂速度、燃料质量流量、氧化剂质量流量、燃料内能、燃料进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的压力、氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、氧化率、或者其组合。
28.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，燃烧炉在压力大约为10到100oz水柱范围内工作。
29.一种系统，包括：
(a)组件，该组件包括熔融无机可成纤材料的容器和用于从熔融材料形成基本垂直的一级丝的喷丝头；和
(b)氧气燃料燃烧炉，该氧气燃料燃烧炉适合产生火焰，并拉细基本垂直的一级丝。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述的系统包括压缩机，用来压缩氧化剂。
31.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述的系统包括将富氧的辅氧化剂注入燃烧炉或者主氧化剂中的装置。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述的系统包括热交换器，用以在燃料在燃烧炉里燃烧之前，使用在拉细一级丝期间产生的热量，预热燃料和/或主氧化剂和/或辅氧化剂，其中热交换器是气体-气体的热交换器，该气体-气体的热交换器适用于在混合物中的气态部分与下列之间进行热交换：燃料流、主氧化剂流、辅氧化剂流、和主氧化剂和辅氧化剂的混合物流。
33.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述的系统包括接收以下输入参数的燃烧控制器：火焰温度、燃料速度、氧化剂速度、燃料质量流量、氧化剂质量流量、燃料内能、燃料进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的压力、氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、氧化率、和其组合，并基于这些输入参数中的一个或多个，采用控制算法来控制火焰温度。
34.一种系统，包括：
(a)组件，该组件包括熔融无机可成纤材料的容器和从熔融材料形成基本垂直的一级丝的喷丝头；
(b)适合产生火焰的燃烧炉，所述火焰拉细基本垂直的一级丝；和
(c)用于在进入燃烧炉之前预热氧化剂和燃料中的任一种或两种的装置。
35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于，所述的系统包括接收以下输入参数的控制器：火焰温度、燃料速度、氧化剂速度、燃料质量流量、氧化剂质量流量、燃料内能、燃料进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的温度、氧化剂进入燃烧炉的压力、氧化剂的湿度、燃烧炉的几何形状、氧化率、和其组合，并基于这些输入参数中的一个或多个，采用控制算法来控制火焰温度。
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