排管浸没燃烧法及其套管浸没燃烧器的制造方法
【专利摘要】一种排管浸没燃烧法及其套管浸没燃烧器，其特征是：在熔窑窑池底部，横跨两侧池壁砖，铺设数排套管浸没燃烧器，这种套管浸没燃烧器至少由内管1、套管2组成，可在套管2外侧设置保护管3，以防套管2被侵蚀；内管1的外径小于套管2内径，因此在内管1外壁与套管2内壁之间构成空腔2a，在内管1的管壁上设有一排喷嘴1b，它同时穿过套管2和套管3的管壁；在喷嘴1b两侧（或一侧）的套管2管壁上设有一排喷嘴2b；所有喷嘴1b的内腔均与内管1的内腔1a相通，并与空腔2a隔断；喷嘴2b的内腔均与空腔2a相通，并与内腔1a隔断；其中喷嘴1b和喷嘴2b喷出两种不同的流体，其中一种为燃料，另一种为助燃剂；喷出的燃料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气。
【专利说明】
排管浸没燃烧法及其套管浸没燃烧器
技术领域
[0001 ] —种浸没燃烧方法及其燃烧器。【背景技术】
[0002]按其工作原理，可以将燃烧器(包括浸没燃烧器)定义为是一种将物质通过燃烧这一化学反应方式转化热能的一种设备，即将空气与燃料通过预混装置按适当比例混兑喷出，以使其充分燃烧。
[0003]目前，用燃料连续熔制玻璃液均采用表面加热的方法。它有着几个难以克服的缺点:一是热效率较低，热损耗严重;二是熔化率较低;三是熔化池燃烧空间的燃气温度高、流速大，对窑炉耐火材料侵蚀较快，降低了窑炉使用寿命。为了节省能源、减少排放和降低成本并提高窑炉使用寿命，国内外都在探索更有效的加热方法代替表面加热，例如浸没燃烧和电极加热。
[0004]但是，迄今为止，所谓浸没燃烧是将气态燃料燃烧器从窑底插入窑内，使燃烧的废气以高温高速直接喷入熔池玻璃液中，搅动着玻璃液，并将大部分热量传给玻璃液和配合料，使玻璃料迅速熔化。
[0005]这种方法不仅可使燃烧气体的热量被玻璃液充分吸收，热损失小，熔化率高，节能效果十分显著(国外介绍浸没燃烧方法的熔化率可达9?10吨/平方米?日，每公斤玻璃液热耗在1000千卡以下)。而且由于高温气体翻腾，对玻璃液起搅拌作用，使池内的玻璃液更均匀。又由于离开玻璃液的废气温度基本和熔池中表面玻璃液的温度相同，因而降低了熔窑空间的温度，延长了窑炉的使用寿命。
[0006]浸没燃烧方法有许多优点，因此包括中国在内的美、日、法、俄等国都先后进行了深入的研究和试验，但到目前为止均未在大规模工业应用上获得成功。
[0007]其原因在于，这种传统浸没燃烧的方法有着难以解决的问题:1、澄清问题:在向玻璃液中喷入燃气和空气混合物时(燃烧产物)，喷嘴的作业条件比较困难，只有混合气体耗量大大超过用空气或蒸汽鼓抱时，熔制才会正常进行。由于玻璃液的激烈鼓泡翻腾，使玻璃液呈泡沫状，自身的微小气体夹杂物显著增多，因此，使玻璃液澄清很困难。2、燃料问题:在熔体中吸留或夹杂的灰泡成分主要是未参加反应的不活泼气体，也就是燃料燃烧过程中释放出的氮，如:用天然气一空气混合气体的浸没燃烧喷嘴所产生的燃烧产物中，含氮量超过70%，而一般的燃烧方法则允许在燃烧产物中的含氮量不超过30%，对于平板玻璃，则最好不超过10%(重量)。因此，这也是气体夹杂物多的主要原因。用纯氧燃烧工艺可有效解决上述两个问题，但带来的问题是，火焰温度过高，喷嘴蚀损过快，又无法补偿或更换。3、 燃烧器问题:由于燃烧器是浸没在熔体中的，其质量、安放位置以及操作控制都比以往要求严格，否则，一旦燃烧发生故障，使玻璃液进人其内固化，则不能继续使用。另外，当玻璃液达到一定深度时，喷嘴的冲力不够，火焰则不进玻璃液，而从旁边耐火材料喷出。秦皇岛玻璃研究院在试验中就遇到过这种情况。缩小喷嘴直径可解决上述问题，但又会造成燃烧热量不足的问题。4、耐火材料问题:由于玻璃液在窑内剧烈翻腾，上部结构空间会被飞溅出来的玻璃液所冲刷，一般的硅砖和铬砖适应不了这种熔窑的需要。当在池底设置多个燃烧喷嘴时，也会削弱耐火材料的强度。另外，如在熔液中燃烧天然气(为供入窑内总量的7-10%)，会使热交换大大加强。过多地提高直接在熔窑中燃烧的天然气量，耐火材料受蚀严重。5、玻璃液粘度、气源压力和流量的波动，对混合气体压力和喷速的影响很大，使其难以长期恒定地保持在玻璃液中燃烧，极易造成脱火或回火现象。6、最为关键的问题是:由于受材料限制，燃烧器(尤其是喷火嘴)极易损耗、寿命较短，而且既无法补偿也难以更换。所以尽管经过长期的研究和试验，却难以投入实际应用。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明提供了一种排管浸没燃烧法及其套管浸没燃烧器，其特征是:在熔窑窑池底部，横跨两侧池壁砖，铺设数排套管串联式浸没燃烧器，这种套管串联式浸没燃烧器至少由内管1、套管2组成，可在套管2外侧设置保护管3,以防套管2被侵蚀；内管1的外径小于套管2内径，因此在内管1外壁与套管2内壁之间构成空腔2a，在内管1的管壁上设有一排喷嘴lb，它同时穿过套管2和套管3(如果设有套管3的话)的管壁;在喷嘴lb两侧 (或一侧)的套管2管壁上设有一排喷嘴2b;所有喷嘴lb的内腔均与内管1的内腔la相通，并与空腔2a隔断；喷嘴2b的内腔均与空腔2a相通，并与内腔la隔断;其中喷嘴lb和喷嘴2b喷出 (或鼓出)两种不同的流体，其中一种为燃料，另一种为助燃剂;喷出的燃料和助燃剂在熔液 5内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气6,并将热量传给周围的熔液5,从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层7，熔液5内的燃烧烟气6经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉;燃烧烟气6中未完全燃烧的燃气，在熔液5表面以及原料配合料层7中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热;随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。
[0009]上述喷嘴lb和喷嘴2b的截面几何形状可以是扁平的缝、圆孔或其它形状。
[0010]上述喷嘴lb和喷嘴2b可以伸出或不伸出最外侧套管。[〇〇11]上述内管1和套管2可用耐热钢制作，保护管3用耐火材料(如刚玉等)制作。
[0012]为了提高其使用寿命，也可对内管1和套管2采取气冷或水冷保护措施。
[0013]上述套管浸没燃烧器能够在密封情况下，很容易从窑炉两侧抽出，并可更换其中的各层套管。
[0014]当窑炉较宽时，可将套管浸没燃烧器分为两段。
[0015]上述套管浸没燃烧器可铺设在窑底耐火材料的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。
[0016]上述套管浸没燃烧器设置在熔池底部。根据熔化面积大小和每个套管浸没燃烧器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需套管浸没燃烧器的安装数量和安装位置。 可根据燃烧效果决定每个喷嘴lb和喷嘴2b喷口面积、喷口角度和其流体的流量和压力等。
[0017]上述助燃剂可以是压缩空气、富氧或纯氧气体;燃料可以是天然气、煤气、液化石油气等。
[0018]与其它浸没燃烧器相比，这种套管浸没燃烧器的有益之处在于:1、结构简单，制造容易，使用方便;2、便于更换，使用寿命长；3、安全可靠，燃烧完全;4、熔化效率高，熔液均化效果好;5、对耐火材料的侵蚀小;6、高温烟气在熔液和原料配合料层中的换热时间长，热利用率高;7、适合于纯氧高温燃烧，不仅可以熔化高熔点物料，而且烟气量大为减少;8、有利于熔液的澄清和均化;9、对于节能减排具有十分重大的经济和社会效益。【附图说明】
[0019]图1是上述套管浸没燃烧器的A-A(轴向)剖面构造图。
[0020]图2是上述套管浸没燃烧器的径向剖面构造图。[0021 ]图3是上述套管浸没燃烧器的B-B剖面构造图。[〇〇22]图4是上述套管浸没燃烧器的工作原理图。
[0023]图5是上述套管浸没燃烧器在窑炉上安装位置的立体示意图。
[0024]图中1.内管，la.内腔，lb.喷嘴，2.套管，2a.空腔，2b.喷嘴，3.保护管，4.窑底耐火材料，5.熔液，6.高温烟气，7.原料配合料层，8.池壁。【具体实施方式】
[0025]图1、图2和图3中，这种套管串联式浸没燃烧器至少由内管1、套管2组成，可在套管 2外侧设置保护管3,以防套管2被侵蚀；内管1的外径小于套管2内径，因此在内管1外壁与套管2内壁之间构成空腔2a，在内管1的管壁上设有一排喷嘴lb，它同时穿过套管2和套管3(如果设有套管3的话)的管壁;在喷嘴lb两侧(或一侧)的套管2管壁上设有一排喷嘴2b;所有喷嘴lb的内腔均与内管1的内腔la相通，并与空腔2a隔断;喷嘴2b的内腔均与空腔2a相通，并与内腔la隔断。
[0026]图4中，其中喷嘴lb和喷嘴2b喷出(或鼓出)两种不同的流体，其中一种为燃料，另一种为助燃剂;喷出的燃料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气，并将热量传给周围的熔液，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉;燃烧烟气中未完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧， 并给原料配合料加热；随着原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。
[0027]上述喷嘴lb和喷嘴2b的截面几何形状可以是扁平的缝、圆孔或其它形状。
[0028]上述喷嘴lb和喷嘴2b可以伸出或不伸出最外侧套管。[〇〇29]上述内管1和套管2可用耐热钢制作，保护管3用耐火材料(如刚玉等)制作。
[0030]图5中，上述套管串联式浸没燃烧器能够在密封情况下，很容易从窑炉两侧抽出， 并可更换其中的各层套管。[0031 ]当窑炉较宽时，可将套管串联式浸没燃烧器分为两段。
[0032]上述套管串联式浸没燃烧器可铺设在窑底耐火材料的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。
[0033]上述套管串联式浸没燃烧器设置在熔池底部。根据熔化面积大小和每个套管串联式浸没燃烧器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需套管串联式浸没燃烧器的安装数量和安装位置。可根据燃烧效果决定每个喷嘴lb和喷嘴2b喷口面积、喷口角度和其流体的流量和压力等。
【主权项】
1.一种排管浸没燃烧法及其套管浸没燃烧器，其特征是:在熔窑窑池底部，横跨两侧池 壁砖，铺设数排套管浸没燃烧器，这种套管浸没燃烧器至少由内管1、套管2组成，可在套管2 外侧设置保护管3,以防套管2被侵蚀；内管1的外径小于套管2内径，因此在内管1外壁与套 管2内壁之间构成空腔2a，在内管1的管壁上设有一排喷嘴lb，它同时穿过套管2和套管3的 管壁;在喷嘴lb两侧(或一侧)的套管2管壁上设有一排喷嘴2b;所有喷嘴lb的内腔均与内管 1的内腔la相通，并与空腔2a隔断；喷嘴2b的内腔均与空腔2a相通，并与内腔la隔断;其中喷 嘴lb和喷嘴2b喷出(或鼓出)两种不同的流体，其中一种为燃料，另一种为助燃剂;喷出的燃 料和助燃剂在熔液内上升过程中相遇、混合并发生燃烧反应，生成高温烟气，并将热量传给 周围的熔液，从而达到熔化和均化物料的目的；在熔液上表面，始终覆盖有一层待熔的原料 配合料层，熔液内的燃烧烟气经此料层逸出，并通过与料层换热降温后排掉;燃烧烟气中未 完全燃烧的燃气，在熔液表面以及原料配合料层中遇氧气燃烧，并给原料配合料加热;随着 原料配合料层底层不断熔化，顶层不断铺上新料层，熔窑便能够连续生产出所需要的熔液。2.根据权利要求1所述的一种套管浸没燃烧器，其特征是:上述喷嘴lb和喷嘴2b的截面 几何形状是扁平的缝、圆孔或其它形状。3.根据权利要求1所述的一种套管浸没燃烧器，其特征是:上述喷嘴lb和喷嘴2b的截面 几何形状是圆孔。4.根据权利要求1所述的一种排管浸没燃烧法，其特征是:上述套管浸没燃烧器能够在 密封情况下，从窑炉两侧抽出，并更换其中的各层套管。5.根据权利要求1所述的一种排管浸没燃烧法，其特征是:当窑炉较宽时，将套管浸没 燃烧器分为两段。6.根据权利要求1所述的一种排管浸没燃烧法，其特征是:上述套管浸没燃烧器可铺设 在窑底耐火材料的凹槽内，以防熔液流动造成其变形或受损。7.根据权利要求1所述的一种排管浸没燃烧法，其特征是:上述套管浸没燃烧器设置在 熔池底部。8.根据权利要求1所述的一种排管浸没燃烧法，其特征是:根据熔化面积大小和每个套 管浸没燃烧器产生的热强度，以及熔化工艺的需要，来决定所需套管浸没燃烧器的安装数 量和安装位置。9.根据权利要求1所述的一种套管浸没燃烧器，其特征是:根据燃烧效果决定每个喷嘴 lb和喷嘴2b喷口面积、喷口角度和其流体的流量和压力等。
【文档编号】C03B5/235GK105967498SQ201610075858
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】徐林波
【申请人】徐林波