[發明專利]用于前爐燃燒的氧氣

在審

• 申請號: 202080075355.0
• 申請日: 2020-10-01
• 公開（公告）號: CN114641458A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: W·小林;A·塔斯卡;R·K·納特;小林尚;J·帕德爾;A·W·弗朗西斯;G·庫爾卡尼
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: C03B5/235
• 分類號: C03B5/235;C03B7/06
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 徐舒

通過用較少數量的空氣?燃料噴射器和氧氣噴射器替換空氣?燃料燃燒器來改善在玻璃制造設施的前爐中進行的燃燒的效率。

技術領域

本發明涉及玻璃和玻璃產品的制造，并且更具體地涉及被稱為前爐的玻璃制造系統的部分。

背景技術

玻璃的制造通常包括在爐中將玻璃形成原料熔融在一起，所述玻璃形成原料可包括二氧化硅和/或堿金屬和堿土金屬的一種或多種氧化物、氫氧化物和/或硅酸鹽(諸如蘇打灰等)(稱為“批料”)和/或爐中的玻璃片(稱為“碎玻璃”)。然后，來自爐的熔融玻璃流動通過被稱為前爐系統(下文關于圖1所述的)的耐火通道的網絡，到成型機器，其中玻璃隨后被形成為期望的產品，諸如餐具或玻璃纖維。前爐系統的主要目的是將熔融玻璃保持在目標溫度，以便控制玻璃在其到達成型機器之前的粘度。前爐系統中的條件還需要確保熔融玻璃的粘度和溫度在流動玻璃流的整個體積中在一個窄的范圍內是均勻的(優選地處于均勻水平)，這對于通過前爐通道的玻璃的恒定流量以及成型機器有效操作而言是重要的。

玻璃前爐系統通常配有使預混的空氣-燃料混合物燃燒的燃燒器(稱為空氣燃燒系統)，所述預混的空氣-燃料混合物垂直于玻璃流燃燒(如下文關于圖2所述的)。由于通過空氣和燃料的燃燒形成的氣體混合物(被稱為煙道氣)的高流速，空氣燃燒系統的特征通常在于低能量效率。通常，超過50％的來自空氣燃燒系統中的燃燒的總熱能通過離開該空氣燃燒系統的煙道氣損失。用氧基燃料替換在玻璃前爐系統中燃燒的空氣-燃料(即，燃料與含有40％最高達100％氧氣的氣態氧化劑的燃燒)將預期導致煙道氣流速顯著降低，這直接導致燃料節省，因為需要燃燒更少的燃料來向熔融玻璃提供期望的熱傳遞。理論上，通過用100％氧基燃料燃燒替換空氣燃料燃燒，基本上用氧氣完全替換空氣，實現最高的燃料節省，但由于安裝100％氧基燃料燃燒系統的高成本，這可能不是最經濟的方法。然而，與空氣-燃料系統相比，在40％氧氣富集(燃燒的氣態氧化劑中氧氣的平均百分比)下，可實現介于50％和60％之間的燃燒節省，在100％氧基燃料燃燒的情況下，理論最大燃料節省介于55％和75％之間。超過40％氧氣富集，燃料節省趨于平緩。即，隨著氧氣富集的百分比增加，氧氣的消耗增加，但是燃料節省基本上變平，這使得具有高初始成本的100％氧基燃料燃燒的前爐系統的經濟性不那么引人注目。

除了在前爐系統中實施氧基燃料燃燒的有限的燃料節省和成本以外，100％氧基燃料系統的另一缺點是前爐系統中每個單獨燃燒器的氣體的低流速。玻璃前爐系統中的燃燒空間通常被分為單獨的區。這些區中的每一個都改裝有以約100mm至120mm間隔開的成排的小燃燒器(通常由低等級不銹鋼制成)。前爐燃燒器塊通常容納多個燃燒器，通常是三個或四個燃燒器。根據區的長度，前爐的每個燃燒區可具有在任何位置處的20至50個燃燒器。用100％氧基燃料燃燒替換空氣燃料燃燒將使從燃燒器到燃燒區中的氣體流速降低大約80％。

這些離開燃燒器的降低的流速可導致燃燒器過熱，并且可導致嚴重的焦炭形成，從而導致燃燒器故障。防止在燃燒器的出口端部處的噴嘴尖端上堆積沉積物是一個重要的工藝要求，尤其是當不使用蓋板將前爐系統的燃燒空間與熔融玻璃隔開時。噴嘴上的焦炭或可冷凝蒸汽的沉積物可使氣體射流的方向偏轉，并經常導致火焰偏轉/撞擊或局部熱點。因此，需要仔細設計燃燒器端口和噴嘴以及燃料和氧氣流，以防止噴嘴過熱和在噴嘴尖端處形成沉積物。當氣態燃料含有高級烴，諸如乙烷、丙烷和丁烷時，燃料裂化和焦炭堆積的問題是特別嚴重的。

因此，對采用空氣燃燒系統與100％氧基燃料燃燒系統的現有前爐系統進行改裝不那么具有吸引力，這是出于先前提及的原因并且還因為其可能導致增加的資本支出和增加的維護成本，因為可能需要重新設計和定期維修燃燒器和燃燒器塊以去除不希望的焦炭和其他冷凝物的沉積物。

發明內容

本發明避免了前爐系統中的100％氧基燃料燃燒的前述缺點，同時意料不到地提供了其他優點。

本發明可用于若干不同類型的前爐系統，并且具有可在每種類型的前爐系統內實施的若干不同的方式。