[发明专利]浸没燃烧熔化器和用于其的燃烧器

说明书

一种浸没燃烧熔化器和用于其的燃烧器。燃烧器可以包括第一管和与第一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封的远端，其具有开口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器在第一管的密封远端中还包括第一气体端口(第一气体端口供给第一气体)，燃烧器在第二管的远端中还包括第二气体端口(第二气体端口向环状空间供给第二气体)，并且燃烧器在第一管和第二管的近端包括喷嘴。喷嘴具有N个第一气体出口和M个第二气体出口，从而N个第一气体出口将第一气体或第二气体供给进入到燃烧器外部的熔融玻璃环境，以及M个第二气体出口将第二气体或第一气体供给进入到燃烧器外部的熔融玻璃环境，从而使得第一气体和第二气体在熔融玻璃环境中混合在一起并燃烧。

本申请要求2013年6月13日提交的美国申请第61/834581号的优先权，其全文通过引用结合于此。

技术背景

在常规玻璃熔化器中，燃烧器位于熔化器中的玻璃材料(例如，玻璃批料材料和之后熔化的玻璃材料，或者统称为“玻璃熔体”)的表面的上方，并且燃烧器被向下导向到玻璃熔体的顶表面。为了增加玻璃熔化器的热效率，燃烧器还可位于玻璃熔体的表面的下方，并且生火进入玻璃熔体中，在这种情况下，被称作浸没燃烧熔化或者浸没燃烧熔化器(SCM)。

图1是常规SCM设备71的示意图，其具有含玻璃熔体的熔池74的熔化室72。参见图1，熔化室72包括进料端口76，用于将玻璃批料材料从漏斗75进料到熔化室72中。提供的批料材料可以是液态、粒状或者粉末形式。熔化室72还包括排出端口78，废气可以通过该排出端口78离开熔化室72。熔化设备71还可包括通过出口或者流动通道82与熔化室72相连的调理室80。来自熔池74的熔融材料从熔化室72经由流动通道82流到调理室80，然后离开熔化设备71。可以在熔化室72的底部壁88中形成一个或多个孔口86，由此燃烧器10可以将火焰注入到玻璃熔体的熔池74中。在替代布置中，可以在熔化室72的一个或多个侧壁90中提供孔口86，和/或孔口86可以相对于熔化室72的壁是垂直或者倾斜的。

在SCM设备中，火焰和燃烧产物(例如，二氧化碳和水，仅举例而言)移动通过玻璃熔体并与玻璃熔体直接接触，将热量直接转移到玻璃熔体，导致比常规玻璃熔体更为有效的热传导到玻璃熔体。相比于常规玻璃熔化器，在SCM设备中，可以将来自燃烧的更多能量传输到玻璃熔体。此外，在SCM设备中，移动通过玻璃熔体的火焰以及燃烧产物还可对玻璃熔体进行搅动和混合，从而能够在不使用常规玻璃熔化器中通常需要的机械混合器的情况下对玻璃熔体进行混合。在没有机械混合器(例如混合叶片)的帮助下，玻璃材料表面上存在的燃烧器和火焰也不会使得常规玻璃熔化器中的玻璃熔体发生明显搅拌。在常规玻璃熔化器中使用此类机械混合器是有问题的。例如，由于玻璃熔体的高温和腐蚀特性的结果，玻璃熔化器中的机械混合器具有短的使用寿命，并且其替换是昂贵的。随着常规玻璃熔化器中的机械混合器的劣化，来自混合器的材料可能对玻璃熔体造成污染。

发明内容

本发明一般地涉及浸没燃烧熔化。更具体地，本发明涉及用于浸没燃烧熔化的燃烧器，其采用了产生炬状火焰的喷嘴。相比于不使用常规机械混合器的常规玻璃熔化器，根据本发明的实施方式，示例性浸没燃烧熔化设备能够使得玻璃熔体在更小体积和更短时间内发生熔化和均匀化。相比于常规玻璃熔化器，此类SCM设备的改善的热传输和较小的尺寸还可降低能耗和资本成本。

一些实施方式包括用于浸没燃烧熔化器的燃烧器。燃烧器可以包括第一管和与第一管同轴的第二管，所述第一管具有密封远端，所述第二管具有部分密封的远端，其具有开口来接纳第一管，其中，在第一管和第二管之间限定了环状空间。燃烧器在第一管的密封远端中还可包括第一气体端口(第一气体端口供给第一气体)，燃烧器在第二管的远端中还可包括第二气体端口(第二气体端口向环状空间供给第二气体)，并且燃烧器在第一管和第二管的近端包括喷嘴。喷嘴可以具有N个第一气体出口和M个第二气体出口，从而N个第一气体出口将第一气体或第二气体供给进入到燃烧器外部的熔融玻璃环境，以及M个第二气体出口将第二气体或第一气体供给进入到燃烧器外部的熔融玻璃环境，从而使得第一气体和第二气体在熔融玻璃环境中混合在一起并燃烧。