CN212800119U - 一种玻璃窑炉用燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种玻璃窑炉用燃烧系统，炉内包括两组水平且对称设置的侧烧喷枪，炉内还包括两组对应设在每组所述侧烧喷枪上方且与竖直方向夹角θ为10°‑30°的顶烧喷枪该燃烧系统。该燃烧系统使得火焰末梢达到设定燃烧区域，全部火焰既覆盖整个燃烧区域又不交叉从而避免中心区域持续加热，可保证窑炉内温度持续分布均匀，从而实现玻璃窑炉烟气中NO_X排放浓度和排放总量的显著减少，既节约了能耗又减少了对环境的污染。本实用新型提供的玻璃窑炉用燃烧系统，其结构设计巧妙、性能稳定，对现有窑炉的改造简单，投资少，易于在以空气为助燃气体的各种燃烧类窑炉中推广应用。

Description

一种玻璃窑炉用燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及玻璃制造技术领域，特别是涉及一种玻璃窑炉用燃烧系统。

背景技术

玻璃工业是高能耗、高污染行业，每年消耗的燃料达数十亿吨标准煤，且燃烧过程中会产生大量的SO₂、NO_X以及粉尘等有害物质，排入大气极易形成酸雨，造成环境污染。以空气为助燃气体的普通浮法玻璃窑炉，NO_x产生量高达1800～3300mg/m³、SO₂产生量高达2000～6000mg/m³。而最新大气排放标准《GB26453-2011平板玻璃工业大气污染物排放标准》中要求SO₂排放浓度不高于400mg/m³、NO_X排放浓度不高于700mg/m³。目前排放达标主要采用末端治理的方式，长期采取这种后期治理的方法，会使玻璃窑炉烟气治理成本居高不下，玻璃企业难以承受，从而严重影响了玻璃制造企业的产品竞争力。

目前用于生产耐高温玻璃的窑炉，如生产超白玻璃、高硼硅玻璃、中铝玻璃、高铝玻璃、微晶玻璃、玻璃纤维和光学玻璃的窑炉中的燃烧系统，在炉内会水平对称设置两组燃烧喷枪，两组燃烧喷枪的枪头相对，枪尾接入炉外的燃料。两组喷枪工作时通常采用单组燃烧和换向燃烧方式，炉内有火焰的一侧为正常燃烧侧，无火焰的一侧为烟气产生侧，一般20-30min左右换向一次，在此期间烟气产生侧没有火焰燃烧，会导致窑炉两侧存在明显温度差。另一方面，每次换向时会有10-20s火焰燃烧间隙，为了弥补这10-20s内没有火焰造成的玻璃液的温降，保证玻璃液的温度稳定，现有做法是换向后迅速增加燃烧喷枪的燃料量，然而这样会导致换向后窑炉温度急剧升高，同时中心区域持续加热，使窑炉温度分布不均匀，还会使NO_X排放浓度和排放总量增加。可见，这种结构的燃烧系统使得玻璃窑炉内温度分布不均匀，正常燃烧侧温度高，烟气产生侧温度低，不利于玻璃的熔化和澄清，使得生产出的玻璃产品质量差、缺陷多，玻璃产品的成品率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种能使玻璃窑炉内温度分布均匀的燃烧系统，炉内包括两组水平且对称设置的侧烧喷枪，炉内还包括两组对应设在每组所述侧烧喷枪上方且与竖直方向夹角θ为10°-30°的顶烧喷枪。

所述顶烧喷枪在水平方向距侧烧喷枪0.8-1.3m。

所述顶烧喷枪在纵深方向上位于相邻两侧烧喷枪之间。

所述顶烧喷枪在纵深方向上位于相邻两侧烧喷枪的中点。

所述侧烧喷枪排列在一条直线上，一组所述顶烧喷枪排列在与侧烧喷枪平行的一条直线上。

一组所述顶烧喷枪与邻近一组侧烧喷枪中，每个顶烧喷枪和每个侧烧喷枪间隔设置且沿折线形排列。

两组顶烧喷枪对称设置。

还包括设于炉外的控制器，该控制器分别与每组喷枪的启闭阀电连接，控制同侧的所述顶烧喷枪与侧烧喷枪的开启周期完全不重叠，且不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪的开启周期完全重叠。

每组燃烧喷枪燃料管路上设有流量阀，不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪燃料管路上设总流量阀，所述控制器分别与每组燃烧喷枪的流量阀和总流量阀电连接，调节所述侧烧喷枪与顶烧喷枪的总燃烧用量为263-305Nm³/h，顶烧喷枪的燃料用量不低于20Nm³/h。

所述顶烧喷枪的燃料用量为20-100Nm³/h。

本实用新型提供的玻璃窑炉用燃烧系统包括两组水平相对且对称设置的燃烧喷枪，还包括在这两组燃烧喷枪上方对应设置的与这两组燃烧喷枪具有一定夹角θ的燃烧喷枪。该燃烧系统工作时，水平的燃烧喷枪与对侧上方的燃烧喷枪同时开启，水平的燃烧喷枪对玻璃窑炉内本侧玻璃液加热，上方的燃烧喷枪对玻璃窑炉内对侧的玻璃液进行加热，使得窑炉内温度保持一致或者接近，同时使得两侧的玻璃液温度差尽量减小，玻璃窑炉内温度分布均匀，经过换向后对侧采用水平燃烧喷枪燃烧，本侧采用上方燃烧喷枪燃烧，同样可以保持玻璃窑炉内温度的稳定。本实用新型的燃烧系统通过增设带有一定角度的燃烧喷枪来改变加热玻璃液的方式，通过调整喷枪的角度，使得火焰末梢达到设定燃烧区域，全部火焰既覆盖整个燃烧区域又不交叉从而避免中心区域持续加热，另一方面，本实用新型由于每次燃烧都能消除两侧温度差，换向燃烧时无需加大燃料用量，可保证窑炉内温度持续分布均匀，从而实现玻璃窑炉烟气中NO_X排放浓度和排放总量的显著减少，既节约了能耗又减少了对环境的污染。本实用新型提供的玻璃窑炉用燃烧系统，其结构设计巧妙、性能稳定，对现有窑炉的改造简单，投资少，易于在以空气为助燃气体的各种燃烧类窑炉中推广应用。

附图说明

图1所示为本实用新型玻璃窑炉用燃烧系统的正视结构示意图；

图2所示为本实用新型玻璃窑炉用燃烧系统的俯视结构示意图；

图3所示为本实用新型玻璃窑炉用燃烧系统中的燃料控制系统的结构示意图；

图中，1蓄热室，2小炉，3侧烧喷枪，4火焰空间，5碹顶，6顶烧喷枪，7玻璃液面。

具体实施方式

现有空气助燃玻璃窑炉用燃烧系统只包括两组水平相对且对称设置的燃烧喷枪，该燃烧喷枪的枪头均朝向玻璃熔化池的玻璃液面。燃烧喷枪通常采用换向燃烧方式，即先开启一侧的燃烧喷枪(作为正常燃烧侧)，关闭另一侧的燃烧喷枪(此时该位置玻璃液上部没有火焰覆盖，作为无火焰燃烧侧)，对玻璃熔化池进行加热一段时间；然后换向，即：关闭这一侧的燃烧喷枪，开启另一侧的燃烧喷枪，如此反复，一般加热20-30min左右换向一次；正常燃烧侧负责加热玻璃液，无火焰燃烧侧负责将正常燃烧侧燃烧产生的燃烧产物排出玻璃窑炉，因此也称“烟气产生侧”。即：该玻璃窑炉的燃烧系统燃烧时，由本侧蓄热室预热到一定温度(一般小于1000℃)的空气经小炉排至玻璃窑炉内，和燃烧系统的喷枪喷出的燃料在火焰空间相遇，燃烧产生高温，燃烧产物(即烟气)进入对侧的蓄热室后经烟道排出，蓄热室的格子砖将烟气中的热量储存下来，烟气排至烟道后，用于助燃的空气进入蓄热室，蓄热室的格子砖将烟气中收集到的热量用于预热助燃空气，预热后的空气经小炉排至玻璃窑炉内，和燃料在火焰空间相遇，燃烧产生高温，如此循环。

由于一侧燃烧喷枪开启后，该侧有火焰覆盖，该侧窑炉温度急剧升高，另一侧由于无火焰覆盖，窑炉温度升高慢，使得窑炉温度分布不均匀；为了保证玻璃液温度的稳定，就要求燃烧火焰的长度较长，超过玻璃熔化池的中心区域，这样两侧的火焰都会覆盖玻璃液中心区域，使得窑炉中心区域与窑炉周边区域的温差加大，也导致窑炉温度分布不均匀。窑炉温度分布不均匀会导致不同区域的玻璃液温差大，从而使得玻璃配合料熔融成为玻璃液后混合不均匀，从而影响玻璃的熔化质量，导致生产出的玻璃缺陷多；同时由于温差大，温度高的位置氮气和氧气发生反应的速度也加快，产生的氮氧化物的量也增多，使得NO_X排放浓度和排放总量增加。

在此基础上，本实用新型提供一种玻璃窑炉用燃烧系统，并采用该新的燃烧系统对玻璃配合料进行加热。该燃烧系统通过在已有水平方向燃烧喷枪的上方增设燃烧喷枪，上方燃烧喷枪与水平燃烧喷枪之间有夹角，同时通过调整水平燃烧喷枪和上方燃烧喷枪之间的夹角，使火焰末梢能达到设定燃烧区域，即：本侧水平燃烧喷枪和对侧上方燃烧喷枪中火焰到达的燃烧区域不交叉且能覆盖全部玻璃液液面；两侧水平燃烧喷枪中火焰到达的燃烧区域也没有交叉而避免中心区域持续加热。

以下结合具体实施例，更具体地说明本实用新型的内容，并对本实用新型作进一步阐述，但这些实施例绝非对本实用新型进行限制。

以具体的玻璃窑炉为例，阐述本实用新型提供的玻璃窑炉用燃烧系统。玻璃窑炉包括相对的侧壁(即胸墙)；设在侧壁顶部并用来连接相对侧壁，从而构成玻璃窑炉顶部的大碹(即碹顶)；以及置于窑炉内的底部，用来盛放玻璃液的熔化池。该燃烧系统除了包括设在侧壁的燃烧喷枪，还包括增设在侧壁燃烧喷枪的对侧碹顶位置的燃烧喷枪。

碹顶设置的燃烧喷枪(也叫顶烧喷枪)与燃料主管道系统连接，同时还与燃料控制系统电连接，燃烧控制系统控制燃料主管道系统向顶烧喷枪供给燃料，控制顶烧喷枪的启闭。该燃料控制系统如图3所示，包括在玻璃窑炉外设置的控制器，在每组顶烧喷枪和每组侧烧喷枪上设置的启闭阀，该控制器分别与每组喷枪的启闭阀电连接，以控制同侧的顶烧喷枪与侧烧喷枪的开启周期完全不重叠，且不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪的开启周期完全重叠。燃烧控制系统还包括在每组顶烧喷枪和每组侧烧喷枪上设置的流量阀，控制器分别与每组喷枪的流量阀电连接，不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪燃料管路上还设有总流量阀，即：左侧侧烧喷枪和右侧顶烧喷枪的管路上设有第一总流量阀，左侧顶烧喷枪和右侧侧烧喷枪的管路上设有第二总流量阀，控制器与第一总流量阀和第二总流量阀分别电连接；控制器调节不同侧的侧烧喷枪与顶烧喷枪的总燃烧用量为263-305Nm³/h，且顶烧喷枪的燃料用量不低于20Nm³/h。

顶烧喷枪旁设有小炉，小炉与助燃风机连接，助燃风机向小炉供给助燃空气。顶烧喷枪设在碹顶的两侧，水平方向上(图1中的左右方向)，距窑炉最近侧壁的距离L为0.8-1.3m；纵深方向上(图1中的垂直纸面方向，图2中的上下方向)，位于两个相邻的侧壁燃烧喷枪的中间(最好是两个相邻的侧壁燃烧喷枪连线的中点)。对同一侧来说，两支侧壁燃烧喷枪(也叫侧烧喷枪)中点的沿碹顶的延长线上设有顶烧喷枪，即：顶烧喷枪沿碹顶弧度所在的直线经过两支侧烧喷枪的中点；由于顶烧喷枪都设在两支侧烧喷枪中间位置的碹顶上，所以顶烧喷枪的数量比侧烧喷枪的数量少1个。顶烧喷枪枪头与竖直方向(即与窑炉侧壁)的夹角θ(即枪头与玻璃液面夹角的余角)为10°-30°；这是因为顶烧喷枪枪头与玻璃液的夹角会影响燃烧效果，枪头与玻璃液的夹角过大，火焰覆盖面积变小，达不到燃烧效果，夹角过小，会干扰对侧火焰，使火焰在窑炉内飘散，影响对侧火焰的燃烧效果。

顶烧喷枪燃料可以选用与侧烧喷枪相同的燃料(如天然气、重油、煤焦油，石油焦粉等燃料)，也可选择柴油、液化石油气、液化天然气等作为燃料，助燃介质可选用空气、富氧空气或纯氧气体。

工作时，本侧侧壁燃烧喷枪开启的同时，对侧碹顶的燃烧喷枪也开启，燃烧一段时间后，本侧侧壁燃烧喷枪和对侧碹顶的燃烧喷枪同时关闭，对侧侧壁的燃烧喷枪和本侧碹顶的燃烧喷枪同时开启；如此循环燃烧。顶烧喷枪也同时随燃烧一起进行换向，也是20-30min左右换向一次，换向流程是先停顶烧喷枪，后停小炉，开枪顺序是先开小炉，再开顶烧喷枪。燃烧时，还是以侧烧喷枪作为玻璃液熔化的主要热量来源。侧烧喷枪的火焰区域主要覆盖本侧玻璃液的上方，对侧顶烧喷枪的火焰区域主要覆盖对侧玻璃液的上方(现有技术此位置基本是没有火焰覆盖的)。

这样燃烧时两侧都有火焰，给玻璃液提供热量，使对侧的温度与本侧燃烧的温差减小，从而使玻璃液的温度均匀；还能够保证顶烧喷枪喷出的火焰能够覆盖对侧侧烧喷枪火焰覆盖不到的位置，使得顶烧喷枪和对侧的侧烧喷枪火焰尽可能覆盖所有玻璃液面且没有重叠，保证玻璃液横向和纵向的温度稳定和均匀，避免两侧火焰之间的互相影响导致的火焰紊乱。碹顶和侧壁燃烧喷枪喷出的燃料可以相同，也可以不同。不仅如此，还需要调整碹顶和侧壁燃烧喷枪的火焰长度以配合碹顶燃烧喷枪的火焰角度，使得碹顶燃烧喷枪喷出的火焰与对侧侧壁燃烧喷枪喷出的火焰不交叉、不互相影响。本实用新型的燃烧系统同时提供两个火焰，共同加热玻璃液，使玻璃液的温度稳定和均匀。同时，通过调整碹顶和侧壁燃烧喷枪的燃料用量配合碹顶燃烧喷枪的火焰角度，使得玻璃窑炉内没有被重复加热的位置，可减少高温区面积并降低高温区温度，从而降低氮氧化物的产生量和排放量。

本实用新型燃烧系统工作时，同时处于燃烧状态下的侧烧喷枪与顶烧喷枪的总燃烧用量为263-305Nm³/h，其中顶烧喷枪的燃料用量不低于20Nm³/h。采用本实用新型的玻璃窑炉用燃烧系统后，可使玻璃窑炉的温度更均匀、玻璃液受热更均匀，同时由于窑炉中心区域的火焰减少了，中心区域的温度也有所降低，中心区域上方的碹顶温度也有所降低，减轻了火焰对碹顶的烧损，从而能延长玻璃窑炉大碹的使用寿命。

以下结合附图做进一步说明。如图1和图2所示，玻璃窑炉燃烧时，由蓄热室1预热到一定温度(一般小于1000℃)的空气经过小炉2进入玻璃窑炉内，和燃料在玻璃窑炉火焰空间4相遇，燃烧产生高温，侧烧喷枪3供给燃料，燃烧产物通过对侧的小炉进入蓄热室后经烟道排出，烟气预热蓄热室的格子砖，使之进行蓄热，换向后格子砖将蓄积到的热量传给冷空气将冷空气预热。本实用新型一个实施例是在对侧玻璃窑炉碹顶5增加顶烧喷枪6，其水平位置距离侧壁为0.8-1.3m，纵深位置处于相邻两个侧烧喷枪连线的中点，顶烧喷枪6枪头与竖直方向(即与窑炉侧壁)的夹角θ(即枪头与玻璃液面7夹角的余角)为10°-30°。

该燃烧系统工作时，为了防止火焰和本侧火焰相重合，调整同时处于燃烧状态下的侧烧喷枪与顶烧喷枪的总燃烧用量为263-305Nm³/h，其中顶烧喷枪的燃料用量不低于20Nm³/h，侧烧喷枪的燃料用量在保持原有用量范围内(尽量保持原有窑炉配置)以火焰不超过玻璃液中心区域为限。

顶烧喷枪6的燃料可以选用与燃烧相同(如天然气、重油、煤焦油，石油焦粉等燃料)，也可选择柴油、液化石油气、液化天然气等作为燃料，助燃介质可选用空气、富氧空气或纯氧气体，顶烧喷枪也同时随燃烧一起进行换向，也是20-30min左右换向一次，换向流程是先停顶烧喷枪，后停侧烧喷枪，开枪顺序是先开侧烧喷枪，再开顶烧喷枪。

对玻璃窑炉内不同位置的温度进行检测，由于玻璃窑炉内玻璃配合料的加料口位于窑炉一端的侧壁上，熔化完成后玻璃液的出口位于窑炉另一端的侧壁上，玻璃液出口与加料口位于相对的侧壁上，侧壁燃烧喷枪沿加料口端至玻璃液出口端依次设置，以加料口端的侧壁燃烧喷枪为1#，玻璃液出口端的侧壁燃烧喷枪为7#，其它侧壁燃烧喷枪在1#和7#之间顺序分布，每个侧壁燃烧喷枪处的温度情况见表1。

表1本实用新型玻璃窑炉温度内变化情况

由表1的结果可知，使用本实用新型的燃烧系统后，玻璃窑炉内不同位置(距左侧壁、右侧壁2m处，大碹中点)的温度差降低了，说明窑炉内温度保持一致或者接近，表明玻璃液的温度差也会减小，玻璃窑炉内温度分布均匀，保持玻璃窑炉内温度的稳定。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的内容。

Claims (9)

1.一种玻璃窑炉用燃烧系统，炉内包括两组水平且对称设置的侧烧喷枪，其特征在于，炉内还包括两组对应设在每组所述侧烧喷枪上方且与竖直方向夹角θ为10°-30°的顶烧喷枪。

2.根据权利要求1所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，所述顶烧喷枪在水平方向距侧烧喷枪0.8-1.3m。

3.根据权利要求2所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，所述顶烧喷枪在纵深方向上位于相邻两侧烧喷枪之间。

4.根据权利要求3所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，所述顶烧喷枪在纵深方向上位于相邻两侧烧喷枪的中点。

5.根据权利要求4所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，所述侧烧喷枪排列在一条直线上，一组所述顶烧喷枪排列在与侧烧喷枪平行的一条直线上。

6.根据权利要求5所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，一组所述顶烧喷枪与邻近一组侧烧喷枪中，每个顶烧喷枪和每个侧烧喷枪间隔设置且沿折线形排列。

7.根据权利要求6所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，两组顶烧喷枪对称设置。

8.根据权利要求1-7任一所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，还包括设于炉外的控制器，该控制器分别与每组喷枪的启闭阀电连接，控制同侧的所述顶烧喷枪与侧烧喷枪的开启周期完全不重叠，且不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪的开启周期完全重叠。

9.根据权利要求8所述玻璃窑炉用燃烧系统，其特征在于，每组燃烧喷枪燃料管路上设有流量阀，不同侧的顶烧喷枪和侧烧喷枪燃料管路上设总流量阀，所述控制器分别与每组燃烧喷枪的流量阀和总流量阀电连接，调节所述侧烧喷枪与顶烧喷枪的总燃烧用量为263-305Nm³/h，顶烧喷枪的燃料用量不低于20Nm³/h。

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