专利名称：氧化燃料燃烧器在玻璃熔炉中的循环化学计量变化的制作方法
氧化燃料燃烧器在玻璃熔炉中的循环化学计量变化本发明涉及在玻璃熔窑中的燃烧阶段以减少NOx的形成。社会和法律的关注要求减少NOx的含量。利用氧来实现上述目的是一种减少所述含量的选项。为了更全面地了解本发明的实施例，可参考在对实施例的描述中所结合的下列附图，其中
图1是示出本发明的一个实施例的系统的示意图；以及图2是示出本发明实施例的系统的另一示意图。本发明的炉子和系统的实施例减少在玻璃熔炉中形成的NOx的量，例如马蹄焰蓄热窑实施例。系统和炉子的实施例提供部分地用氧来点燃窑炉和减少NOx含量的有效装置。参见图1和2，示出总地标为附图标记10的本发明窑炉，该窑炉具有本发明所使用系统的一个实施例。窑炉10包括外墙12，该外墙12构造和设置成提供内部燃烧室14。进料机16，18连接于窑炉10以与燃烧室14连通，以将玻璃形成原料或其它批料 (未展示)馈送至窑炉10、尤其是燃烧室14。窑炉10的下游端包括通常称作炉喉的卸料口 11或窑炉端部，在此取出熔融玻璃。 设置一对燃烧器20，22，用以在窑炉10的下游端工作。燃烧器20可以是使用油或气体燃料的氧化燃料燃烧器。燃烧器20可作为富燃料燃烧器工作，即作为使用过量燃料的燃烧器工作；或作为氧化燃烧器，即作为使用过量氧(O2)的燃烧器工作。燃烧器22也设置在窑炉 10的下游端，例如如图所示设置在炉墙12的相对侧，使得燃烧器22的释放物与燃烧器20 对准。燃烧器22也可使用油或气体燃料工作，并且也可以是以富燃料或贫燃料/氧化模式工作(如上文对燃烧器20的限定)。两种燃烧器20、22都被构造和设置成循环工作。艮口， 燃烧器20、22可交替地作为富燃料燃烧器或氧化燃烧器工作。在窑炉10的相对于卸料口 11的端部处，设置有一对总地标为MJ6的蓄热器。每一个蓄热器对，26均与相对应端口连接，每个端口均与燃烧室14连通。即，蓄热器M连接于端口 24A。蓄热器洸连接于端口 26A。蓄热器对，26在端口 24A，26A处具有燃料喷入器 (未展示)，这些燃料喷入器按熔化应用要求而喷入油或气体燃料。在端口 24A，26A处的箭头表明相对于它们相关联的蓄热器和端口的流动，以及窑炉10的工作过程。在工作时(即不包括每个蓄热器MJ6从排放模式转变到点燃所需的短程时间， 反之亦然)，蓄热器24，26之一是处在点燃模式(在点燃端口)，而蓄热器24，26的另一是处在排放模式(在排放端口)。每一个端口 24A，26A均装备有燃料喷入器(未展示)，这些燃料喷入器仅在端口中的相应端口之一处在点燃模式时工作。当处于点燃模式时，燃烧空气流过蓄热器并被预热，以便获得实现窑炉10有效工作的高燃烧温度。预热的空气流过点燃端口并进入燃烧室14，在此，该预热空气与来自点燃端口燃料喷入器的燃料发生反应，形成火焰。火焰对窑炉结构和待熔融的玻璃(未展示)进行加热。热窑炉废气通过排放端口进入第二蓄热器，并通过废气的流通加热第二蓄热器。在10-30分钟之后(更典型地是15-25 分钟)，通过端口的气流反向，以便燃烧空气此时流过预热蓄热器(即先前排放的那个蓄热器)和热炉窑废气通过热耗尽的蓄热器(即先前燃烧的那个蓄热器)流出，以回收能量损
失。 更详细地，如图1所示，在工作过程中，从进料机16，18如箭头17所示向窑炉10的燃烧室14馈送玻璃形成原料，蓄热器M在端口 24A处的燃烧器产生火焰进入燃烧室14以熔化进料。当在端口 24A处的燃烧器启动时，在点燃端口 24A处于工作的时间阶段，燃烧器 20在富燃料模式下工作。对于蓄热器M，通常示出燃烧轨迹25或原始火焰。与此同时，燃烧器22在贫燃料或氧化模式下工作，以便尽可能完全地燃烧剩余的任何燃料，而该剩余燃料源自富燃料燃烧器20和端口 24A处燃烧器的任何不完全燃烧。此后，通过蓄热器沈的端口 ^A除去燃烧产物流27。在工艺过程如下文参见图2描述而反转前，此工艺过程将持续约15-25分钟。参见图2，此时如图1所述的工作过程已历经了选定的时间段、例如20分钟，蓄热器沈现在设定成工作在点燃模式，而蓄热器M现在设定成工作在排放模式。燃烧器26A 开始点燃，以在燃烧室14形成火焰，并且端口 24A处的燃烧器会关闭。与此同时，燃烧器22 工作在富燃料模式(非氧化的)，而燃烧器20会转入氧化(贫燃料)模式，以便有足够的氧使得燃烧室14中任何剩余的燃烧产物燃烧。对于蓄热器沈，通常示出燃烧轨迹四或原始火焰。在蓄热器M处于排放模式下，产生来自燃烧室14的由箭头31示出的燃烧产物流。 通过蓄热器的端口 24A除去产物流31。在选定的时间段后，该工艺反转至参见图1所述的工艺。燃烧器20，22可装在胸墙上，即沿着窑炉10的与来自蓄热器MJ6的起始火焰方向平行的侧部设置，和/或在窑炉顶上。可选地，燃烧器20，22能设置在示作20A，22A的端墙15中，即相对于端口 24A，26A并且接近卸料口 11。燃烧器观，30展示了燃烧器在窑炉10顶上的大概位置。可以采用沿着炉顶成对布置的一个或多个的燃烧器观，30。燃烧器观，30将大致垂直于来自蓄热器M，26的起始火焰方向点燃，以便燃烧器观，30的氧化燃料火焰接近或成为相对应的燃烧轨迹25J9点燃，即燃烧器观燃烧成轨迹25，而燃烧器30燃烧成轨迹四。在给定的窑炉中可具有胸墙20，22和炉顶安装燃烧器观，30的组合。这具有如下优点在富燃料燃料和氧化流之间提供更佳的混合并且相应地有效发生反应。例如，在图2 中，当端口沈处在点燃模式时，来自燃烧器20和燃烧器观的富氧焰以及来自燃烧器22和燃烧器30的富燃料焰会与窑炉14内的燃烧产物流31更有效反应。这是由于氧化燃烧器 20，28和富燃料燃烧器22，30基本上彼此垂直、并且还垂直于端口 26A的燃烧器以及在窑炉 14中的主要燃烧产物流31而引入。在本发明中，在熔炉的点燃侧的任何氧化燃料燃烧器都在富燃料下工作，而在排放侧的任何氧化燃料燃烧器都在贫燃料下工作。总之，窑炉10的点燃侧会具有以富燃料方式点燃的氧化燃料燃烧器，即利用不足以完全燃烧的氧。在窑炉10的用于排放燃烧产物的相对侧、即在窑炉的排放侧，相对侧处的燃烧器利用过量的氧点燃，以使来自窑炉点燃侧的不完全燃烧的任何剩余燃料尽可能完全燃烧。蓄热器对，26和燃烧器20，22之间的循环能在例如15-25分钟的间隔内进行。氧化燃料燃烧器20，22中的至少一个会在窑炉10的点燃侧和排放侧中的各一侧上工作。这些燃烧器20，22应与排放端口 24A，26A充分地隔开，以便存在足够的时间与空
6间，用以使来自窑炉10点燃侧的过量燃料和来自窑炉10排放侧的氧化燃料燃烧器的过剩氧之间发生反应。此外，富燃料氧化燃料燃烧器可设置在窑炉10的点燃侧，以根据合适的燃烧轨迹25，四之一在窑炉10的温度范围峰值处形成富燃料混合物，即在窑炉的热点。因此，这些燃烧器20，22的合适位置大约是在从端口 24A，26A开始玻璃熔窑长度的 20% -80%之间。氧化燃料燃烧器20，22可在马蹄焰窑中设置在从端口 24A，26A开始窑炉长度的 70-80%的位置。在此位置，炉顶温度处于或接近其在窑炉10中的最大值，这通常被认为是窑炉的热点。在热点处，低密度热玻璃通常从窑炉10的底部(未展示)涌出。在热点处的玻璃池的表面(未展示)上，玻璃进一步加热并且涌出的玻璃受迫部分地朝向点燃端口 24A 和排放端口 26A流动，部分地朝向玻璃卸料口 11或炉喉流动。熔融玻璃向着点燃端口 24A 和排放端口 26A的表面移动有助于限制任何批料在所述批料已经充分地熔化之前、向着玻璃卸料口 11移动。通过保持热点来促进使得窑炉高效工作所需的玻璃池中玻璃涌出和所产生的对流。通过在热点处或附近使用氧化燃料燃烧器20，22，额外能量直接地施加至期望的热点，从而通过窑炉操作改变的点燃循环来保持热点的位置。通过保持和控制热点改善窑炉的稳定性。对于加入氧化燃料的能量来说，热点是有效的位置，这是由于该热点额外地改善或增强窑炉的燃烧室14中的自然熔化过程。然而在顶部上层结构的温度上升过高之前，会有最大量的氧化燃料能量被引入热点。另外，燃烧产物的流径27，31表明若在接近热点的点燃侧上、即从图1的燃烧器20引入富燃料区域的话，富燃料区域会限定在相对较短的区域中，伴随着富燃料燃烧产物在流径27，31中扫过燃烧室14。至于系统中的NOx，部分地由于缺氧而抑制NOx在富燃料区域中形成，这样如果富燃料区域的尺寸增加，则所产生的NOx最终量会减少。因此，为了减少NOx的形成，则增大富燃料区域的尺寸，这更接近点燃和排放端口 24A，26A来使用氧化燃料燃烧器20，22而实现。作为燃料有效工作所需的结果，燃烧反应在燃烧产物出口 27，31离开并进入相应的排放端口 24A，26A之前基本上全部完成。因此，在排放端口附近不会引入额外的氧化燃料能量，这是因为燃烧需要空间和时间以发生和完成。此外，遵循路径27，31的富燃料燃烧产物需要与在窑炉的相对应排放侧的富氧焰尽可能完全地混合、相互作用和反应，以便富燃料燃烧产物中过量的燃料在窑炉中尽可能地被消耗。对于这些混合等，在与端口 24A，26A 相距熔炉长度30-40%的位置是优良位置，这是因为对于防止未反应的氧化气体或富燃料燃烧产物离开窑炉10和在窑炉内放热而言，离端口 24A、26A的距离是足够的。本发明的窑炉和系统通过分段的方式利用氧化燃料燃烧器20，22、来减少例如马蹄焰窑的NOx排放量。系统不需要将昂贵的辅助NOx减少设备安装在窑炉10上。在窑炉中使用氧会进一步增加窑炉10的生产率，并且允许窑炉在主要空气燃料燃烧恶化时继续工作。使用本实施例的系统会减少NOx排放量的影响、允许更大程度地利用窑炉设备和使顾客受益，同时避免与窑炉改进或修理有关的资本支出。将燃烧器20，22从富燃料模式转换至氧化模式(贫燃料)避免开启或关闭燃烧器 20，22的需要，并且由此减少会导致故障的部件热循环，并且避免了燃烧器20，22对辅助冷却介质的需要。因此提供马蹄焰蓄热窑的实施例，包括外壳；燃烧器，燃烧器在外壳之内；第一和第二蓄热器，第一和第二蓄热器各自设置成与燃烧室相连通，且第一并且第二蓄热器各自构造和设置成在点燃模式和排放模式之间交替，在点燃模式中，在通至燃烧室的预热燃烧空气附近注入燃料，而在排放模式中，从燃烧室里除去在燃烧室中循环的热燃烧产物；第一燃烧器组件，第一燃烧器组件与燃烧室连通，以在点燃模式和排放模式中的相应一个模式中、与第一蓄热器发生相互作用；以及第二燃烧器组件，第二燃烧器组件与燃烧室连通，以在点燃模式和排放模式中的相应一个模式中、与第二蓄热器发生相互作用，其中第一蓄热器和第二蓄热器在连续的时间间隔内、在点燃模式和排放模式之间交替，以使热燃烧产物气流和废气流交替。还提供了一种方法的实施例，即在具有于点燃模式和排放模式下均可工作的第一和第二蓄热器的马蹄焰蓄热窑中，该方法包括提供第一燃烧器，该第一燃烧器适合于在第一蓄热器处于可工作模式的同时、在富燃料模式和贫燃料模式下工作；提供第二燃烧器，该第二燃烧器适合于在第二蓄热器处于可工作模式的同时、在富燃料模式和贫燃料模式下工作的；使第一蓄热器在点燃模式下工作，并且使第一燃烧器在富燃料模式下工作；使第二蓄热器在排放模式下工作，并使第二燃烧器在贫燃料模式下工作；使第一蓄热器和第二蓄热器以及第一燃烧器和第二燃烧器的可工作模式交替，其中第一蓄热器可在排放模式工作并且第一燃烧器可在贫燃料模式下工作，而第二蓄热器可在点燃模式下工作并且第二燃烧器可在富燃料模式下工作；以及使第一蓄热器和第二蓄热器以及第一燃烧器和第二燃烧器的可工作模式循环连续的时间间隔，以在第一蓄热器和第二蓄热器之间提供了循环流。又一实施例包括使第一蓄热器和第二蓄热器同时工作。可以理解的是上述的实施例仅仅示例性的，并且对于本领域技术人员而言可进行许多变化和改进，而不偏离发明的精神和范围。可以确定所有这些变化和改进包括在本文所说明和要求的实施例中。可以理解如上所述的实施例不仅可选择其一，也可相互结合。
权利要求
1.一种马蹄焰蓄热窑，包括外壳；燃烧室，所述燃烧室设置在所述外壳之内；进料端，所述进料端与所述燃烧室相关联；第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第二端口位于所述外壳处并且在所述进料端处与所述燃烧室相连通；出料端，所述出料端与所述燃烧室相关联并且和所述进料端隔开；第一蓄热器，所述第一蓄热器设置在所述进料端处并且与所述燃烧室通过所述第一端口相关联，所述第一蓄热器适合于在点燃模式和排放模式之间循环工作，在所述点燃模式中，在经过所述第一端口进入所述燃烧室的预热燃烧空气附近注入燃料，而在所述排放模式中，从所述燃烧室经过所述第一端口排出燃烧产物；第一氧化燃料燃烧器组件，所述第一氧化燃料燃烧器组件设置在所述进料端和所述出料端之间，并且适于在所述第一蓄热器处于循环工作的同时、在富燃料模式和贫燃料模式之间进行循环工作；第二蓄热器，所述第二蓄热器设置在所述进料端处并且与所述燃烧室通过所述第二端口相关联，所述第二蓄热器适合于在点燃模式和排放模式之间循环工作，在所述点燃模式中，在经过所述第二端口进入所述燃烧室的预热燃烧空气附近注入燃料，而在所述排放模式中，从所述燃烧室里经过所述第二端口排出燃烧产物；第二氧化燃料燃烧器组件，所述第二氧化燃料燃烧器组件设置在所述进料端和所述出料端之间，并且适于在所述第二蓄热器处于循环工作的同时、在富燃料模式和贫燃料模式之间进行循环工作；其中，所述第一氧化燃料燃烧器组件可在所述第一蓄热器处于所述点燃模式的同时、 在富燃料模式下工作一定时间间隔，以在所述燃烧室内实现富燃料燃烧和提供富燃料燃烧产物流，所述第二氧化的燃料燃烧器组件可在所述第二蓄热器处于所述点燃模式的同时、 在贫燃料模式下工作一定时间间隔，以提供额外的氧气来与所述富燃料燃烧产物流发生反应并且形成来自所述燃烧室的废气流；在所述时间间隔之后，在另一时间段内，所述第一氧化燃料燃烧器组件在贫燃料模式下工作并且所述第一蓄热器在所述排放模式下工作，而所述第二氧化燃料燃烧器组件在富燃料模式下工作并且所述第二蓄热器在所述点燃模式下工作，以反转所述燃烧室之内的所述燃烧产物流和所述废气流，从而在所述第一蓄热器和所述第二蓄热器之间进行循环。
2.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一氧化燃料燃烧器组件和所述第二氧化燃料燃烧器组件各自设置在所述外壳的相对侧壁处。
3.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一氧化燃料燃烧器组件和所述第二氧化燃料燃烧器组件各自设置在所述外壳的顶上。
4.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一氧化燃料燃烧器组件和所述第二氧化燃料燃烧器组件各自设置在所述燃烧室的出料端处。
5.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一氧化燃料燃烧器组件包括沿着所述外壳第一侧设置的、多个用以在所述燃烧室中工作的第一氧化燃料燃烧器。
6.如权利要求5所述的蓄热窑，其特征在于，所述第二氧化燃料燃烧器组件包括沿着所述外壳的相对侧设置的、多个用以在所述燃烧室中工作的第二氧化燃料燃烧器
7.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一氧化燃料燃烧器组件包括设置在所述外壳里的顶上、所述外壳的侧壁以及所述外壳的出料端中至少一处的至少一个第一氧化燃料燃烧器，以便所述第一氧化燃料燃烧器中任一个在所述外壳的燃烧室中燃烧。
8.如权利要求7所述的蓄热窑，其特征在于，所述第二氧化燃料燃烧器组件包括设置在所述外壳里的顶上、所述外壳的侧壁以及所述外壳的出料端中至少一处的至少一个第二氧化燃料燃烧器，以便所述第二氧化燃料燃烧器中任一个在所述外壳的燃烧室中燃烧。
9.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一蓄热器在所述富燃料模式下、而所述第二蓄热器在所述贫燃料模式下工作10-30分钟的时间间隔。
10.如权利要求9所述的蓄热窑，其特征在于，所述第二蓄热器在所述富燃料模式下、 而所述第一蓄热器在所述贫燃料模式下工作另一段10-30分钟的时间间隔。
11.如权利要求1所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一蓄热器和所述第二蓄热器适合于在所述点燃模式和所述排放模式之间按顺序交替。
12.—种马蹄焰蓄热窑，包括外壳；燃烧器，所述燃烧器在所述外壳之内；第一和第二蓄热器，所述第一和第二蓄热器各自设置成与所述燃烧室相连通，且所述第一并且第二蓄热器各自构造和设置成在点燃模式和排放模式之间交替，在所述点燃模式中，在通至所述燃烧室的预热燃烧空气附近注入燃料，而在所述排放模式中，从所述燃烧室里除去在所述燃烧室中循环的热燃烧产物；第一燃烧器组件，所述第一燃烧器组件与所述燃烧室连通，以在所述点燃模式和所述排放模式中的相应一个模式中、与所述第一蓄热器发生相互作用； 以及第二燃烧器组件，所述第二燃烧器组件与所述燃烧室连通，以在所述点燃模式和所述排放模式中的相应一个模式中、与所述第二蓄热器发生相互作用，其中所述第一蓄热器和所述第二蓄热器在连续的时间间隔内、在所述点燃模式和所述排放模式之间交替，以使所述热燃烧产物气流和所述废气流交替。
13.如权利要求12所述的蓄热窑，其特征在于，所述第一燃烧器组件包括设置在所述窑炉的顶上或侧壁中至少一处的至少一个氧化燃料燃烧器，而所述第二燃烧器组件包括设置在所述窑炉的顶上或侧壁中至少一处的另外的至少一个氧化燃料燃烧器。
14.如权利要求13所述的蓄热窑，其特征在于，进一步包括与所述燃烧室连通的、在所述外壳出料端附近的第三燃烧器组件。
15.如权利要求14所述的蓄热窑，其特征在于，所述第三燃烧器组件包括至少一个氧化燃料燃烧器。
16.在一种具有在点燃模式和排放模式下均可工作的第一和第二蓄热器的马蹄焰蓄热窑中，提供一种方法，所述方法包括提供第一燃烧器，所述第一燃烧器适合于在所述第一蓄热器处于可工作模式的同时、 在富燃料模式和贫燃料模式下工作；提供第二燃烧器，所述第二燃烧器适合于在所述第二蓄热器处于可工作模式的同时、 在富燃料模式和贫燃料模式下工作的；使所述第一蓄热器在所述点燃模式下工作，并且使所述第一燃烧器在所述富燃料模式下工作；使所述第二蓄热器在所述排放模式下工作，并使所述第二燃烧器在所述贫燃料模式下工作；使所述第一蓄热器和所述第二蓄热器以及所述第一燃烧器和所述第二燃烧器的可工作模式交替，其中所述第一蓄热器可在所述排放模式工作并且所述第一燃烧器可在所述贫燃料模式下工作，而所述第二蓄热器可在所述点燃模式下工作并且所述第二燃烧器可在所述富燃料模式下工作；以及使所述第一蓄热器和所述第二蓄热器以及所述第一燃烧器和所述第二燃烧器的可工作模式循环连续的时间间隔，以在所述第一蓄热器和所述第二蓄热器之间提供了循环流。
17.如权利要求16所述的蓄热窑，其特征在于，进一步包括提供来自所述蓄热窑的顶上和侧壁中的至少一处的至少一个氧化燃料燃烧火焰，以和所述第一蓄热器和所述第二蓄热器中的至少一个共同作用。
18.如权利要求16所述的蓄热窑，其特征在于，所述可工作模式相隔一定时间间隔交替。
19.如权利要求18所述的蓄热窑，其特征在于，所述时间间隔是从10-30分钟。
20.如权利要求16所述的蓄热窑，其特征在于，使所述第一蓄热器和所述第二蓄热器同时工作。
全文摘要
一种马蹄焰蓄热窑，包括外壳；燃烧室，该燃烧室在外壳之内；第一和第二蓄热器，该第一和第二蓄热器均设置成与燃烧室相连通；以及第一和第二燃烧器组件，该第一和第二燃烧器分别适合于和第一、第二蓄热器中相应蓄热器同时在富燃料和贫燃料的模式下工作，且第一和第二蓄热器均构造和设置成在点燃模式和排放模式之间交替，以使燃烧产物在燃烧室中循环。
文档编号C03B5/235GK102369165SQ201080014166
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月30日
发明者A·P·理查德森 申请人:琳德股份公司