CN87100744A - 熔化玻璃配合料之类物料的燃烧器设计 - Google Patents

熔化玻璃配合料之类物料的燃烧器设计 Download PDF

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Abstract

一种加热物料的多出口燃烧器，喷嘴沿燃烧器纵向伸出的部分配置，此纵向伸出的部分大体上平行于料面。燃烧气体和燃料在各自的喷嘴处混合以产生许多火焰沿擦过的方向被引导到料面上。

Description

本发明涉及燃烧器，具体涉及多喷嘴的燃烧器结构。
连续的玻璃熔化方法通常需将堆积的配合料熔化成熔融玻璃液流配合料保持在一种池式熔化炉中，并供给热量一直到该料被熔化成一池熔融的玻璃液流。熔化池中通常包含了大量的熔融玻璃，以便在排出玻璃进行成形操作之前有足够的停留时间停留在熔融玻璃的液流状态，从而达到一定的均匀程度。这些在池式熔窑中的再循环液流可能导致不能充分地利用热能。传统的高架辐射加热是不充分的，因为该辐射能只有部分射向要被熔化的配合料。
作为上面叙述的传统池式玻璃熔化炉的替代物，Kunkle和Matesa的美国专利No    4381934公开了一种强化配合料液化的方法，在这种方法中大量的配合料可以在相当小的液化容器内被液化。这种方法只产生相当少量的高温废气，特别是在应用强化热源的时候。废气中的热量也可以被回收并被用来直接加热进入液化容器的配合料流，从而改进方法总的热效率。
在加热配合料使其液化时，最好用燃烧器在炉中露出的配合料上实现最大火焰覆盖从而有效地利用热量。为了像在美国专利No    4381934中公开的那样有效地加热在加热容器中的配合料层而配置燃烧器时，有若干要考虑的因素。当燃烧器的火焰太接近配合料层时，火焰的冲击可能使料层变得不稳定。因而料层可能下坍到容器中，引起料层厚度不规则，形成不希望的产品。另外，由此而产生的涡流可能导致在燃烧器排出气流中带走的粉尘量增加。另一个要考虑的因素是，火焰不应该直接对着配合料层的上部区域，因为高热可能对附近的耐火材料产生有害作用。另外，如果燃烧器火焰必须移动一段过长的距离后才能加热壁的话，则热效率便损失了。
为了更有效地加热配合料层，可以配置另外的燃烧器，使在加热容器中沿配合料层具有更好的火焰分布。虽然这产生了较好的火焰覆盖，但是这样一种可供选择的方法，由于需要额外的燃烧器硬件和相应的工具、维修以及冷却条件，从而使加热方法复杂化了。
作为一种可供选择的方式，可以应用具有多喷嘴的单个燃烧器以减少燃烧器的数目，而同时维持有效的火焰分布。单个燃烧器便可将燃烧器火焰扩散到配合料层上而不增加额外的工具或维修费。多喷头燃烧器可以配置在料层的附近，其喷嘴可被设置成使燃烧器火焰以擦过的方式作用在配合料层上而不是直接指向料层。由此得到的多火焰擦过式燃烧器可以将热量分布在配合料层之上，而同时减小了由于火焰碰击在料层上而产生的涡流。
多出口燃烧器可以将其加热火焰分布到料层上使传输到配合料上的热量达到最大，而同时减少了火焰对配合料和周围的耐火层的直接冲击，这一点是有利的。
Shephard的美国专利No    3127156说明了一种火焰位置可控的燃烧器。许多同心管将氧气流、空气流、燃料流和水沿燃烧器的长度分开。有两个环形通道用于通过冷却燃烧器的水。在环形通道中的隔壁保证了水从一个入口接头进入，沿一侧流过燃烧器的长度，然后沿燃烧器的另一侧转到出口接头。此燃烧器在燃烧器的顶端有一个单一的火焰出口。
Love等的美国专利No3515529说明了一种用于蓄热式玻璃熔化炉的侧面放出的燃烧器。冷却液体被引入到一个与燃烧器长度相同的室中。燃烧器用液体燃料，例如用加压的燃料油，不用引入压缩空气作雾化手段。此燃烧器只有一个出口，火焰从燃烧器的侧边射出。
Daman等的美国专利No    4391581说明了一种将燃料注入已被加热的燃烧空气通道中的燃烧器，该燃烧空气通道将格子砖同蓄热式玻璃熔化炉的部件连接起来。一根单一的中心管将例如天然气这种燃料引导通过水冷夹套，然后从一个唯一的喷嘴喷入到空气通道隧道水流通过水冷夹套冷却成角度的尖端部分。
本发明的一个目的是提供一种多出口的燃烧器，以便将燃烧器的火焰散布到配合料层上，得到更好的热量分布。外套筒中装有燃料导管和包含气体的氧气导管，这些导管与套筒等长。导管上的开口使燃料和气体在沿着燃烧器长度的混合室中混合起来。在混合室上的喷嘴将产生的火焰引导到预定的方向。装在套筒中的并和燃烧器的长度相等的冷却套管使冷却剂在套筒中循环冷却燃烧器。在本发明的一个实施例中，燃烧器的第一部分确定燃烧器在加热容器中的位置，而燃烧器的第二部分包括燃烧器喷嘴。这两部分可以是相互有角度偏离的。
在本发明中说明的多喷嘴燃烧器将火焰扩散到料面上，使得比单出口燃烧器更能进行有效的加热。这些喷嘴被配置在燃烧器纵向延伸的部分上，此延伸的部分可以伸向任何一个方向。因此，燃烧器可以符合它加热的料面。例如，如果料面是弯曲的，则延伸的部分可以大体上平行于此料面，因此多个喷嘴可以更均匀地分配燃烧器火焰。另外，在本发明中的燃烧器喷嘴可以配置成使火焰沿擦过的方向分布在料面上而不是直接地指向料面，从而减小火焰的碰击，并在加热时保持料面的稳定性。因为本发明的燃料器可以代替若干个单出口燃烧器并具有有效的热量分布，所以部件以及有关的维修比较少，检查燃烧器的要求减少了，加热装置也简化了。
本发明的另一个目的是，提供一种加热围绕中心炉腔的料面用的多火焰氧/燃料燃烧器。燃烧器的细长部分伸入到炉腔中，而沿此部分间隔设置的喷嘴则将燃烧器火焰导向表面。
图1是液化容器的等距切开图，该液化容器带有本发明最佳实施例的燃烧器，为清楚起见，有些部分已被舍去。
图2是图1所示燃烧器最佳实施例的横切面图，图中示出了气体、燃料、冷却导管和喷嘴配置。
图3是图2所示燃烧器实施例的顶视图。
图4是沿图2的4-4线切开的横切面图，图中示出了气体、燃料和冷却导管，以及喷嘴配置。
图5是图2所示燃烧器最佳实施例喷嘴部分的底视图。
图6是另一燃烧器实施例的横切面图。
图7是又一燃烧器实施例的类似于图4的横切面图，图中示出了多方向的喷嘴配置。
图8是图7所示燃烧器的侧面图，示出了各种喷嘴位置。
图9是再一种燃烧器实施例的类似于图4的横切面图。
图10和11是另一种燃烧器配置的侧面图，这种燃烧器配置靠近被加热的表面，示出了各种燃烧器火焰构形。
图12是又一种燃烧器配置的等距图。
本发明如像所提出的一样，最好用在由Kunkle提出的美国专利No4381934所说明的熔化法中，但也可以用在任何其它使用气体燃烧器这种热源的加热或熔化法中，在这些方法中，热量在被碰击的配合料上的分布是最重要的。
在美国专利No.4381934中叙述的配合料液化法中，配合料被堆积在这样一种液化容器中，此容器适合于在相当小的空间内将很强的热量加到配合料上，因而迅速地将配合料转变为液体状态，该美国专利由于被引用，因此这里包含了其说明。
图1举例说明了一液化容器10，该容器类似于在Heithoff等提出的美国专利No.4496387中公开的那种容器，此专利由于被引用，因此这里也包括了其说明。可以用钢制造的转筒12被支承在一个圆形的框架14上，此框架14被安装在许多支承滚柱16和定位滚柱18上，以便可以绕一根大体符合于转筒12中心线的垂直轴转动。低于转筒12的配合料出口装置20包含具有中心开口24的出料孔22。在转筒12的上面装有顶盖26，它可以由框架28来支承。顶盖26至少有一个用于插入燃烧器32的开口30。在最佳实施例中，顶盖26有用于插入许多燃烧器的许多开口，顶盖是用陶瓷耐火材料作的，但是也可以用其它耐高温材料，例如用耐高温钢。
如图1所示，在液化容器10中，尚未熔化的配合料稳定层34被保持在转筒12的壁上，环绕中心炉腔，燃烧在此空穴中进行。燃烧器32的火焰36使配合料34的表面部分38变成液体并往下流动，通过出口装置20的底部开口24。液化的配合料然后流出液化容器10，被收集到在液化容器10下面的一个容器（图中未示出）中，以便按需要进行进一步加工。废气可以向下通过底部开口24排出，或者向上通过顶盖26上的开口并进入排气出口40排出。
虽然在本发明中没有限制，但是如图2、3、4和5所示的燃烧器32最好具有L形的构形，并沿其伸出的腿部44设置许多喷嘴42。如下面将要讨论的那样，伸出的腿部44提供了需要的燃烧器火焰36的分布。现在具体参考图2，燃烧器32还包括围绕着导管52具有端板48和50的外套管46、燃烧气导管54和燃料导管56，构成一个利用导管52使进入燃烧器32的冷却剂流动的室。应当说明，下面提到的燃烧气是指纯氧气和含有气体的氧气，还包括能够和燃料一起支持燃烧的任何其它气体。为了保护燃烧器32不受到加热容器10的高温环境的损害，冷却剂通过入口58进入到燃烧器32，然后通过导管52的整个长度，从开口端60流出，冷却剂虽然没有限定用水但最好用水。冷却剂充满外层套管46，在其间流过，从出口62流出燃烧器32。燃烧气体和燃料通过入口64和66进入燃烧器32，在流通时分别利用导管54和56保持分开。端板68和70密封了这些导管的端部，使燃烧气体和燃料同流到出口62的冷却剂隔开。参考图4和图5，在气体导管54上的开口72和在燃料导管56上的开口74使气体和燃料在喷嘴42处混合。每一根管76在喷嘴42处形成气体/燃料混合物的混合室并将该混合物引到需要的方向。因为燃烧器32受到通过导管52和套管46循环的冷却剂冷却，所以所有的焊接装配和其它接头或附属部件都是不漏水的。由于高温和腐蚀环境，燃烧器的部件最好是不锈钢的，但也可以是任何其它类型的材料，只要这种材料能在那种环境中长时间工作。
在最佳实施例中，如图4所示，导管54和56是矩形的，有共同的壁板78，但是应当清楚，也可以应用其它构形的导管。例如，对于熟悉这种技术的人很明显，一对其切面壁靠壁放置的矩形管和其它类似的构形将是同等的结构。虽然图5所示的开口72和74是矩形的，但这种开口可以是任何形状和大小，例如，圆形，椭圆形和端部为曲线的矩形等，只要这种形状和大小能提供需要的气体/燃料混合物和火焰特性。另外，在任何一个喷嘴处的开口72和74不一定都要同样的大小和构形，再之，这种开口也可随一个个的喷嘴而改变。
应当明白，在本发明的说明中包括了其它的燃料、气体和冷却剂配置。例如，图6示出了一种矩形套管146，该套管环绕着燃烧气导管154和燃料导管156，导管154和156横切面一般是圆形的。在气体导管154和燃料导管156中的开口172和174分别使气体和燃料在混合区域176处混合。隔板80将套管146隔开并提供了冷却剂的入口通路82和冷却剂的出口通路84，冷却剂流过这些通路冷却了燃烧器32。
如图4所示，管子76结合开口72和74的大小和构形将决定燃烧器32的火焰36的扩散角A。管子76可以改变为例如圆锥切面，从而进一步改变扩散角。虽然在本发明中没有限制，但是扩散角最好在大约10至15°之间。此扩散角集中了燃烧器的火焰36并将此火焰更好地引导到配合料层上，从而使整个火焰更靠近配合料34的料面38上，更有效地加热配合料。
如图1所示的燃烧器配置举例说明了火焰的复盖区域如何被引导，使得火焰36与配合料34成一锐角扩散到配合料34的表面部分38上。因为燃烧器火焰和料面部分38之间的角度是从90°开始递减的，所以火焰沿料面通过，而不是直接和料面相碰击。因为有更多的料面是直接暴露于火焰36的而又不影响配合料34的稳定性所以这种配置能有效地将热量传输送给配合料使其液化。
图7类似于图4示出了一种燃烧器32的横切面，除喷嘴42以外还示出了第二喷嘴86。喷嘴42和86彼此大约成直角，但也可以成任何要求的适合的角度以得到希望的燃烧器构形。套管46除开额外的燃料导管88以外，还包封了导管52、54和56。在燃料导管88上的开口90和气体导管56上的附加开口92通到喷嘴886的管段94上。很明显，作为替换，导管54和88可以作燃烧气体导管，而导管56可以作为燃料导管。喷嘴可以按图8的左手部分所示成对地配置成组，或者按8的右手部分所示进行交错配置。这种多喷嘴配置可以用在任何希望的燃烧器构形中。
参考图9，可以将另一燃料导管或气体导管加入到燃烧器32上，以便围绕燃烧器的四周提供额外的喷嘴位置。具体讲，冷却剂导管52穿过一对气体导管54和一对燃料导管56。在气体导管上的开口72和在燃料导管上的开口74使气体和燃料在喷嘴42处混合。
由图2至图5所示的燃烧器内部结构也可以用于其它的，比如由图10和图11所示的那些燃烧器构形，但并不限于这些构形。除开如图2所示使喷嘴42沿腿部分44成水平排列以外，如果需要，还可使喷嘴42彼此垂直地间隔开，以大体上符合于配合料34露出的表面。如果加热操作允许，喷嘴42还可以被调整，使其将火焰36直接喷在配合料面上。作为一种替换，具体参考图11，喷嘴42也可在与燃烧器32的纵轴成非垂直的方向将火焰36导向料面。另外，可以增加喷嘴86或者改变喷口的间距以达到需要的燃烧器构形的变化。
再参考图11，在料层的稳定性是重要考虑因素的熔化装置中，燃烧器32各个喷口的火焰大小可被改变，使得只有较少的火焰直接碰击在料壁的上部分，而较大的火焰则沿其下部擦过，因此保持了料壁的稳定性。
应当清楚，采用本发明燃烧器和喷嘴设计的其它燃烧器构形也可适用于任何的加热或熔化操作。因为喷嘴42是沿燃烧器32的大体纵向延伸部分定位的，例如图2中所示的腿部44，所以延伸部分可以是任何要求达到充分和有效加热的构形。例如在前面讨论的熔化法中，在容器10中可以应用一种完全的环形燃烧器以提供一种连续的帘式火焰擦过料面。即燃烧器32可以有许多如图12所示的伸出部分。即从主部件100的一个端上的公共轴筒98向外伸出的96部分，可用一个单一的中心气体和燃料源加热更多的区域。另外，96部分可以从轴筒98上在不同的水平位置向外伸出以形成多喷嘴多级燃烧器。
这里叙述和举例说明的本发明的形式代表例证性的最佳实施例的说明上。在不违背下面权利要求中所确定的本发明的要点情况下当然可以进行各种改变。

Claims (38)

1、一种熔化配合料的燃烧器包括：第一纵向延伸的通过燃料的导管、第二纵向延伸的通过燃烧气体的导管和连接装置，上述第一导管具有第一开口；上述第二导管具有第二开口；装置将上述第一和第二开口连接起来以混合上述的燃料和气体。
2、如权利要求1所述的燃烧器还包括许多沿着上述第一和第二导管分开配置的第一和第二开口，而其中上述的连接装置包括沿上述导管分开配置的混合室以混合上述的燃料和气体。
3、如权利要求2所述的燃烧器，其中，上述的燃料混合室包括从上述导管延伸出去的管部分，以便将火焰引导到预定的方向，该火焰是由在每个上述混合室中上述燃料和气体的结合而产生的。
4、如权利要求3所述的燃烧器，其中上述混合室是沿上述燃烧器的圆周间隔开配置的。
5、如权利要求2所述的燃烧器包括一根通过燃料的第三导管，上述第三导管具有第三开口，上述第二导管具有第四开口，此燃烧器还包括另外的连接装置，使上述第三和第四开口相连接以混合上述的燃料和气体。
6、如权利要求2所述的燃烧器包括一根通过燃烧气体的第三导管，上述第三导管具有第三开口，上述第二导管具有第四开口，此燃烧器还包括另外的连接装置，使上述第三和第四开口相连接以混合上述的燃料和气体。
7、如权利要求2所述的燃烧器，其中，上述第一和第二开口的大小或形状都可变动。
8、如权利要求2所述的燃烧器，其中上述第一导管一般平行于并靠近上述第二导管。
9、如权利要求2所述的燃烧器，其中，上述第一和第二导管各自包含第一部分和第二部分，在其中，每一根上述导管的上述第二部分同上述各自导管的上述第一部分有角度偏离，而且上述的混合室是沿上述导管的上述第二部分配置的。
10、如权利要求2所述的性烧器，其中，上述燃烧器包括许多燃料导管和许多气体导管，而且还包括供燃料导管和供气导管，在其中，每根上述燃料导管和上述气体导管的一端部分别被连接到上述供燃料导管上，或上述供气导管上，以便将燃料或气体从上述供燃料导管，或上述供气导管送入到每一根上述燃料导管，或每一根气体导管管。
11、如权利要求2所述的燃烧器，其中，上述燃烧气体是含氧气体。
12、如权利要求2所述的燃烧器还包括控制上述燃烧器温度的装置。
13、如权利要求12所述的燃烧器，其中，上述控制装置包括外套管、冷却剂流入导管和冷却剂出口，外套管包封上述的导管;冷却剂流入导管在上述外套管之内，引导冷却剂沿上述燃烧器的长度流动，其中，上述冷却剂流过上述流入导管，在上述冷却剂导管的开口处流出，使冷却剂充满上述外套管，然后上述冷却剂从上述冷却剂出口流出上述燃烧器。
14、如权利要求3所述的燃烧器，其中，上述第一和第二导管各自包含第一部分和第二部分，在其中，每一根上述导管的上述第二部分同上述各自导管的上述第一部分有角度偏离，而且上述的混合室是沿上述导管的上述第二部分配置的。
15、如权利要求14所述的燃烧器，其中第一和第二开口的大小或形状都可改变。
16、如权利要求15所述的燃烧器还包括控制上述燃烧器温度的装置。
17、如权利要求16所述的燃烧器，其中，上述控制装置包括外套管、冷却剂流入导管和冷却剂出口，外套管包封上述导管;冷却剂流入导管在上述外套管之内，引导冷却剂沿上述燃烧器的长度流动其中，上述冷却剂流过上述流入导管，在上述冷却剂导管的开口处流出，使冷却剂充满上述外套管，然后上述冷却剂从上述冷却剂出口流出上述燃烧器。
18、加热配合料面用的多火焰燃烧气体/燃料的燃烧器包括：包封燃料导管和燃烧气体导管的细长部件和混合上述燃料和气体的装置，该细长部件沿上述表面延伸，该装置在上述细长部件的喷嘴部分的选定位置混合上述的燃料和气体，并将从上述喷嘴部分产生的火焰引导到预定的方向。
19、如权利要求18所述的燃烧器，其中，上述燃烧器的上述火焰这样被引向到料面，使得火焰擦过上述料面。
20、如权利要求19所述的燃烧器，其中，上述细长部件包括将上述喷嘴部分放置在紧邻上述料面地方的定位部分。
21、如权利要求20所述的燃烧器，其中，上述喷嘴部分基本上平行于上述料面的一部分。
22、如权利要求21所述的燃烧器，其中，上述喷嘴部分同上述细长部件的上部定位部分有角度偏离。
23、如权利要求22所述的燃烧器，其中，上述喷嘴部分垂直于上述细长部件的上述定位部份。
24、如权利要求18所述的燃烧器，上述配合料面围成中心炉腔，炉腔周围有大体为圆筒形的容器、顶盖和出口，上述配合料面被处理成沿上述容器壁，上述出口使上述已被加热的配合料流出上述炉腔，其中上述细长的部件还包括贯穿上述顶盖部分的定位部分，上述喷嘴部分同上述定位部分成倾斜排列。
25、如权利要求24所述的燃烧器，其中，上述第二部分在上述中心炉腔中基本上平行于配合料面。
26、如权利要求18所述的燃烧器，其中，上述燃烧气是含氧气体。
27、如权利要求18所述的燃烧器还包括控制上述燃烧器温度的装置。
28、加热配合料面的方法包括沿上述料面定位燃烧器的纵向伸出的部分;将从上述纵向伸出部分发出的许多火焰引向上述料面。
29、如权利要求28所述的方法还包括调整上述燃烧器的上述纵向伸出部分大体平行于上述料面的步骤。
30、如权利要求28所述的方法还包括下列步骤：将燃料通过在上述燃烧器的上述纵向伸出部分内的第一导管;将燃烧气体通过上述燃烧器的上述纵向伸出部分内的第二导管;使上述燃料和气体沿上述燃烧器的上述部分在选定的位置混合。
31、如权利要求30所述的方法，其中，上述引导火焰这一步骤包括使上述的火焰擦到上述的料面上。
32、如权利要求31所述的方法，其中，料面的加热使上述配合料液化，而且上述的料面是倾斜的。
33、如权利要求32所述的方法，其中，上述倾斜的料面围成一个炉腔，而且包括送入补充的配合料到上述的面上和从上述的料面上排出已液化料的步骤。
34、如权利要求33所述的方法还包括使上述炉腔转动的步骤。
35、如权利要求34所述的方法还包括使上述燃料和燃烧气体通过位于上述炉腔上面的固定顶盖的步骤。
36、如权利要求35所述的方法，其中，上述配合料是玻璃配合料。
37、如权利要求28所述的方法还包括改变上述火焰的大小或方向的步骤。
38、如权利要求28所述的方法还包括控制上述燃烧器温度的步骤。
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