[發明專利]燃料氣體和氧氣燃燒器

在審

• 申請號: 202011093611.7
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112745012A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 約書亞·J·韋弗;柯蒂斯·L·泰勒;馬雷克·朔勒;布蘭得利·M·萊特
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: C03B5/235
• 分類號: C03B5/235
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 代易寧;王麗輝

本發明題為燃料氣體和氧氣燃燒器。本公開提供了一種同軸燃料和氧氣管道裝置，該同軸燃料和氧氣管道裝置可包括燃料管道和氧氣管道，其中該燃料管道包含在該氧氣管道內，并且該氧氣管道包括連續的并且沿該氧氣管道的長度不存在直徑變化的內徑。該燃料管道可包括連續的并且沿該燃氣管道的長度不存在直徑變化的內徑。排放塊體包括發散區段以及相對于燃料管道和氧氣管道形成最終出口的排放口。排放塊體被構造成具有可有利于消除再循環的條件的兩個角度，其中這兩個角度與燃燒產物的膨脹速率匹配，以在從最終出口的整個最終排放過程中保持正壓。

技術領域

實施方案整體涉及玻璃熔爐。實施方案還涉及用于玻璃熔爐前爐的氧氣燃料氣體燃燒器。

背景技術

在玻璃的生產中，玻璃熔爐中的熔融原料可首先形成熔融的玻璃。該熔融的玻璃可在到達其中玻璃可被賦予期望形狀的模塑區(或成型機)之前通過前爐以實現溫度均勻性和所需特性，例如粘度。前爐通常包括長耐熔內襯的通道。在前爐中，可安裝并利用多個燃燒器沿著通道的長度供給熱量以使玻璃保持在非常特定的溫度分布下。典型的前爐可包含數十或甚至數百個燃燒器。由于燃燒器數量眾多，具有需要非常少維護的燃燒器是極其有益的。

由于前爐中熔融玻璃的高溫，存在于流動通道中的物質諸如玻璃、硼、硫等的揮發可能大量發生。這些揮發的物質可在存在于前爐內的任何冷卻器表面上重新冷凝。由于在燃燒器內持續流動的燃料和氧化劑的冷卻作用，燃燒器的外表面可以是一個這樣相對低溫的表面。

玻璃熔爐的氧氣燃料燃燒在過去30年中已被廣泛采用。與其它技術相比，氧氣燃燒提供最大量的N0x減少。氧氣燃料燃燒的這一優點和許多其他優點已導致其被工業廣泛采用。前爐中的氧氣燃料燃燒是該技術的自然擴展。

前爐環境在影響燃燒器設計的一些關鍵領域與熔爐不同。首先，前爐的功能是在熔融玻璃行進到下一個操作時保持熔融玻璃溫度，因此通過每個燃燒器的體積流量相比于熔爐燃燒器小得多。這就形成了前爐中更為平靜的大氣環境。其次，燃燒器非常靠近熔融玻璃的自由表面定位。低流量和緊鄰熔融玻璃這兩個差異可產生使得前爐燃燒器和塊體特別容易受到玻璃蒸氣再冷凝的影響的環境。

玻璃熔爐氣氛中存在顯著量的玻璃蒸氣，其中濃度越來越接近熔融的玻璃。如果使填充有玻璃蒸氣的該熔爐氣氛與足夠冷的表面接觸，則其可冷凝并逐漸積聚在該表面上。由于前爐燃燒器中燃燒產物的體積小，因此排放塊體和噴嘴的設計對于避免該問題變得至關重要。

氧氣燃料前爐燃燒器塊體的常規設計在熱面上具有寬的排放喉道，以保持塊體遠離高溫火焰。常規設計也具有高燃料氣體速度。這兩個特性可促成爐氣再循環到燃燒器塊體中。通過過快過寬地打開排放喉道，可產生其中不存在燃燒產物的空隙，并且這可吸入熔爐氣氛。過高的燃料速度可能抽吸熔爐氣氛。

圖1示出了根據現有技術氧氣燃料前爐裝置的CFD(計算流體動力學)結果10，其展示了由上述兩種特性引起的再循環模式。注意，首字母縮略詞CFD和術語“計算流體動力學”涉及流體力學以及使用數值分析和數據結構來分析和解決涉及流體流動的問題。CFD可涉及流體的自由流流動的模擬以及流體(例如，液體和氣體)與由邊界條件限定的表面的相互作用。

圖1所示的CFD結果10表明，隨著熔爐氣氛被吸入，存在的玻璃蒸氣凝結在離熱的前爐較遠的塊體和燃燒器的冷卻器部分上。這些玻璃沉積物可導致超出正常設計的快速混合，這在氧氣燃料燃燒器中可導致塊體和燃燒器尖端中高于預期的溫度。

圖2示出了根據現有技術氧氣燃料前爐裝置的由玻璃積聚引起的熱燃燒器尖端的圖像20。圖3示出了根據現有技術氧氣燃料前爐裝置的燃燒器尖端上的玻璃積聚的圖像30。圖4示出了根據現有技術氧氣燃料前爐裝置的燃燒器塊體上的玻璃積聚的圖像40。因此，圖1至圖4展示了玻璃積聚和后續過熱的各種條件。