[发明专利]燃料气体和氧气燃烧器

说明书

本发明题为燃料气体和氧气燃烧器。本公开提供了一种同轴燃料和氧气管道装置，该同轴燃料和氧气管道装置可包括燃料管道和氧气管道，其中该燃料管道包含在该氧气管道内，并且该氧气管道包括连续的并且沿该氧气管道的长度不存在直径变化的内径。该燃料管道可包括连续的并且沿该燃气管道的长度不存在直径变化的内径。排放块体包括发散区段以及相对于燃料管道和氧气管道形成最终出口的排放口。排放块体被构造成具有可有利于消除再循环的条件的两个角度，其中这两个角度与燃烧产物的膨胀速率匹配，以在从最终出口的整个最终排放过程中保持正压。

技术领域

实施方案整体涉及玻璃熔炉。实施方案还涉及用于玻璃熔炉前炉的氧气燃料气体燃烧器。

背景技术

在玻璃的生产中，玻璃熔炉中的熔融原料可首先形成熔融的玻璃。该熔融的玻璃可在到达其中玻璃可被赋予期望形状的模塑区(或成型机)之前通过前炉以实现温度均匀性和所需特性，例如粘度。前炉通常包括长耐熔内衬的通道。在前炉中，可安装并利用多个燃烧器沿着通道的长度供给热量以使玻璃保持在非常特定的温度分布下。典型的前炉可包含数十或甚至数百个燃烧器。由于燃烧器数量众多，具有需要非常少维护的燃烧器是极其有益的。

由于前炉中熔融玻璃的高温，存在于流动通道中的物质诸如玻璃、硼、硫等的挥发可能大量发生。这些挥发的物质可在存在于前炉内的任何冷却器表面上重新冷凝。由于在燃烧器内持续流动的燃料和氧化剂的冷却作用，燃烧器的外表面可以是一个这样相对低温的表面。

玻璃熔炉的氧气燃料燃烧在过去30年中已被广泛采用。与其它技术相比，氧气燃烧提供最大量的N0x减少。氧气燃料燃烧的这一优点和许多其他优点已导致其被工业广泛采用。前炉中的氧气燃料燃烧是该技术的自然扩展。

前炉环境在影响燃烧器设计的一些关键领域与熔炉不同。首先，前炉的功能是在熔融玻璃行进到下一个操作时保持熔融玻璃温度，因此通过每个燃烧器的体积流量相比于熔炉燃烧器小得多。这就形成了前炉中更为平静的大气环境。其次，燃烧器非常靠近熔融玻璃的自由表面定位。低流量和紧邻熔融玻璃这两个差异可产生使得前炉燃烧器和块体特别容易受到玻璃蒸气再冷凝的影响的环境。

玻璃熔炉气氛中存在显著量的玻璃蒸气，其中浓度越来越接近熔融的玻璃。如果使填充有玻璃蒸气的该熔炉气氛与足够冷的表面接触，则其可冷凝并逐渐积聚在该表面上。由于前炉燃烧器中燃烧产物的体积小，因此排放块体和喷嘴的设计对于避免该问题变得至关重要。

氧气燃料前炉燃烧器块体的常规设计在热面上具有宽的排放喉道，以保持块体远离高温火焰。常规设计也具有高燃料气体速度。这两个特性可促成炉气再循环到燃烧器块体中。通过过快过宽地打开排放喉道，可产生其中不存在燃烧产物的空隙，并且这可吸入熔炉气氛。过高的燃料速度可能抽吸熔炉气氛。

图1示出了根据现有技术氧气燃料前炉装置的CFD(计算流体动力学)结果10，其展示了由上述两种特性引起的再循环模式。注意，首字母缩略词CFD和术语“计算流体动力学”涉及流体力学以及使用数值分析和数据结构来分析和解决涉及流体流动的问题。CFD可涉及流体的自由流流动的模拟以及流体(例如，液体和气体)与由边界条件限定的表面的相互作用。

图1所示的CFD结果10表明，随着熔炉气氛被吸入，存在的玻璃蒸气凝结在离热的前炉较远的块体和燃烧器的冷却器部分上。这些玻璃沉积物可导致超出正常设计的快速混合，这在氧气燃料燃烧器中可导致块体和燃烧器尖端中高于预期的温度。

图2示出了根据现有技术氧气燃料前炉装置的由玻璃积聚引起的热燃烧器尖端的图像20。图3示出了根据现有技术氧气燃料前炉装置的燃烧器尖端上的玻璃积聚的图像30。图4示出了根据现有技术氧气燃料前炉装置的燃烧器块体上的玻璃积聚的图像40。因此，图1至图4展示了玻璃积聚和后续过热的各种条件。