[發明專利]一種自冷卻浸沒式燃燒器及包括該燃燒器的玻璃窯爐

有效

• 申請號: 201911310233.0
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110963673B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 閻韜;瑞米·奇亞瓦;張婷
• 申請（專利權）人: 液化空氣（中國）研發有限公司
• 主分類號: C03B5/235
• 分類號: C03B5/235;C03B5/167
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;包姝晴

本發明公開了一種自冷卻浸沒式燃燒器及包括該燃燒器的玻璃窯爐，該自冷卻浸沒式燃燒器包括第一流體管道、第二流體管道和多孔終端部件，該多孔終端部件的孔道大小、形狀及孔道分布和玻璃熔體表面張力互相配合，使玻璃熔體在操作溫度范圍內不能自由滲透入所述孔道，降低玻璃熔體進入燃燒器的噴嘴的風險。當該浸沒式燃燒器停止運行的情況下，也可以避免浸沒式燃燒器因玻璃熔體堵塞而停用。

技術領域

本發明涉及一種用于玻璃窯爐的浸沒式燃燒器，具體來說，涉及一種自冷卻浸沒式燃燒器及包括該燃燒器的玻璃窯爐。

背景技術

玻璃行業中，浸沒燃燒熔爐(Submerged Combustion Melter)可以用于將玻璃原料制成熔融玻璃，主要通過浸入熔池中的浸沒式燒嘴(Submerged Burner)，將燃料和氧化劑直接從熔體底部引入熔體中，燃料和氧化劑發生燃燒后就可以使燃燒產物從下往上通過熔體。浸沒燃燒時，火焰直接接觸玻璃熔體，傳熱效果更好；氧化劑和燃料產生的高流速燃燒產物進入玻璃熔體，以及在浸沒燃燒過程中的氣體膨脹，使得玻璃原料快速融化并產生大量湍流，熔融玻璃更容易獲得均勻的混合效果。

傳統浸沒燃燒過程中，如果使用空氣作為氧化劑來源，那么燃燒過程中釋放出來的氮作為未參加反應的不活潑氣體，容易造成玻璃熔體中吸留或夾雜灰泡成分。通常地，使用純氧作為氧化劑可有效解決灰泡吸留的問題，但隨之帶來的新問題是，純氧燃燒的火焰溫度過高，燃燒器的金屬噴嘴蝕損過快，無法補償或更換。由于浸沒燃燒器浸沒在玻璃熔體中，其質量、安放位置以及操作控制的要求都很嚴格，一旦發生故障，當區域溫度失控或燃燒器內壓力過低時，一些玻璃熔體和/或固態原材料進入浸沒燃燒器內并固化，涂覆或部分涂覆在燃燒器噴嘴的內壁上，限制了氧化劑/燃料的流量，可能導致噴嘴堵塞。另外，當玻璃熔體浸沒燃燒器的噴嘴內一定深度時，若噴嘴內燃料/氧化劑的沖力不夠，火焰就不會進入玻璃熔體，而從旁邊的耐火材料中噴出。

現有技術中對于浸沒燃燒的改進多集中在如何促進更有效的熱傳遞上。美國專利申請US2016060154A公開了一種用于浸入燃燒式熔化的燃燒器，在進入玻璃熔融物之前，燃料和氧化劑在該燃燒器內進行預混合，離開噴嘴的混合氣體被點燃產生火焰，火焰的外擴導致燃燒氣體的動量在玻璃熔融物中更水平地擴散開，降低了燃燒氣體行進穿過玻璃熔融物的垂直速度和動量，目的在于避免燃燒熱量損失到除玻璃熔融物之外的其它區域，促進浸沒燃燒系統中更有效的熱傳遞。但該燃燒器必須精確地平衡噴嘴出口的孔徑大小和各管道中的燃料、氧化劑的流率，才能使得出口處的燃燒火焰及時將熱量傳遞到玻璃熔體中，否則極易發生燃燒回燒至噴嘴和管道的內部。

美國專利US9731990B公開了一種浸沒式燃燒玻璃制造系統，包括一個或多個浸沒式燃燒器，其排放燃燒產品包括在熔化器中熔化的材料水平下的水蒸氣并在材料中產生湍流狀態，還包括流體冷卻的耐火材料和可選的金屬外殼，或金屬殼可包括冷卻劑通道。一個或多個導管將水蒸氣中的水從基本上被水飽和的耐火材料區域和/或燃燒器支撐物中排出，以提高燃燒器的使用壽命。

上述現有技術中采用的浸沒燃燒器，均需要浸沒在1000°以上高溫且腐蝕性強的熔融環境中，燃燒程度劇烈的浸沒燃燒器不僅容易發生回火，并且極易腐蝕損壞，一般會設置一個強大的冷卻系統給燃燒器降溫，從而減少或避免燃燒器損壞，若冷卻系統不可用，浸沒燃燒器中的金屬部件無法承受如此高溫，系統就會出現很高的安全風險。現有技術中采用冷卻液體冷卻的浸沒燃燒器不僅大大浪費了燃料和/或氧化劑能源，而且燃燒器內部的氣體通道很容易被堵塞，存在極大的設備故障風險和安全隱患。

有鑒于此，如何設計一種自冷卻浸沒式燃燒器及包括該燃燒器的玻璃窯爐，以消除現有技術中的上述缺陷和不足，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。

發明內容