专利名称：加热玻璃窑投料的方法
技术领域：
本发明涉及一种加热玻璃窑投料的万法。
最近已注意到，在常规装有燃烧空气和燃料混合物的空气-燃料烧嘴的工业窑中，出现用烧燃料和氧混合物的氧-燃料烧嘴代替全部或部分常规空气-燃料烧嘴的情况。象那些空气-燃料烧嘴那样，通常氧-燃料烧嘴呈流体定域喷射的单一设备的形式，它常常引起温度分布的问题以及引起热量通过氧-燃料烧嘴的火焰传递到所述段的问题。
在玻璃工业中，常规用空气烧嘴操作的窑越来越多地部分或全部安装氧-燃料烧嘴。虽然新窑很容易设计成完全用氧气操作(或者按一般的方式，使用燃料和含有大于50％(体积)氧，优选大于88％(体积)氧的氧化剂的混合物)，但是现有的窑不能完全改变，也就是说简单地用氧-燃料烧嘴完全替代空气-燃料烧嘴，因为火焰的几何形状不同，这些烧嘴的燃烧效率是不同的。
因此，加热玻璃熔池的空气-燃料烧嘴照原样用氧-燃料烧嘴替代不可能不发生任何变化，氧-燃料烧嘴不能对玻璃熔池提供相同的覆盖(对于相同的功率来说)。
而且，玻璃窑通常有一些蓄热器(或换热器)，它使得在热的火焰气体从窑中排出以前从中回收热量成为可能。在端焰窑的情况下，通常有两个这样的蓄热器，它们安装在窑的上游部分，靠近将玻璃送入窑中的区段。在横焰窑的情况下，蓄热器安装在窑的每一侧。在这两种情况下，它们通过所谓的“通道”的开孔与窑相连，在端焰窑的情况下，每一蓄热器的一个通道有规则地沿窑的侧壁分布，在横焰窑的情况下，这些通道沿窑的侧壁均匀地分布。通常，燃料在用蓄热器的热量预热的空气从这些通道喷入的下方注入。
在横焰窑的情况下，形成的火焰产生的油烟通过在对面侧壁的通道排出，该侧壁也有燃料喷嘴。火焰定期反向(如每20分钟)，以便交替加热蓄热器(它预热送入窑的空气以便产生火焰，从而节省能量)。
为了用氧-燃料组合件替代空气(来自通道)和燃料(来自喷嘴)组合件，最显而易见的解决方法是将氧-燃料烧嘴装在燃料喷嘴的位置上，不再用另外的燃料喷嘴以及不再通过安装在所述喷嘴上方的通道注入空气。如此得到的氧焰长度大致等于以前产生的空气焰长度，而同时替代了空气烧嘴的功率。
这一解决方法有这样一个缺点它大大降低了火焰对玻璃熔池的覆盖。这是因为空气焰如有约1～1.5m宽，而代之的氧焰的宽度为约40cm。
为了解决覆盖降低的问题，可设想不是安装一个烧嘴，而是并排安装两个有一半功率的烧嘴。
这一解决方法的优点是火焰能更好地横向覆盖玻璃熔池，但它的主要缺点是火焰的长度缩短约40％。
为了使氧焰有空气焰同等的宽度和长度，本发明提出使用两个并排的氧-燃料烧嘴，并相对这两个烧嘴通过在两个烧嘴之间加一个喷枪并在烧嘴和喷枪之间分配氧气来实现所谓的分段燃烧。通过优选仅使60％燃料流完全燃烧所需的氧气送入烧嘴，而将其余约40％的氧气送入喷枪的方法，有可能产生与空气焰有相同长度和宽度特征的氧焰。
分段燃烧也使火焰温度下降以及使NOx生成量下降成为可能。
从WO90/12760申请书已知，通过给玻璃窑增加几个氧-燃料烧嘴，通常在窑进料段加两个氧-燃料烧嘴以及在玻璃精炼段加两个氧-燃料烧嘴以增加热能传递到玻璃上，用这种方法提高使用空气和燃料的烧嘴操作的玻璃窑的效率。
但是，这样的窑“增压”体系加到现有烧嘴上，从而使总的能量供应量增加。
在实践中，这样的解决方法不易应用，因为通常玻璃窑没有另外的通道供新的烧嘴装在窑上。
US5116399公开了一种类似的解决方法，特别是对端焰型窑(“ V或U”型火焰，端焰蓄热窑)的解决方法，其中将一个有高火焰动量(速度大于100米/秒)的氧-燃料烧嘴安装在窑的精炼段前壁上，以便提供更多的能量使玻璃熔化并借助火焰的高动量使未熔化的组分保持在熔化段中。这一方法的缺点是，高动量的火焰使未熔化的玻璃颗粒飞溅出玻璃窑，在粉尘发散污染的情况下，它是有害的。
1993年4月28日在法国里昂“Glassman Europe93”发表的题为“GLASSMAN EUROPE’93-氧燃料焰玻璃熔融器的工业经验”的工业小册子描术了对于无论横焰型或是端焰型玻璃窑(有蓄热器或换热器)的“增加”，除了窑中现有的空气/燃料烧嘴外在窑中还用了一个或多个氧-燃料烧嘴，以便提高窑的效率。
上述所有专利都涉及用另外的氧-燃料烧嘴来提高玻璃窑，设想用氧-燃料烧嘴来增加传递给玻璃的能量。但是，它们中没有一个涉及用氧-燃料烧嘴来替代空气-燃料烧嘴以及没有一个涉及为了得到有优良效率并降低燃料消耗的玻璃窑所解决的各种问题。
本发明的目的是提供一种加热玻璃窑的方法，其中至少一个烧嘴安装在窑壁上以便加热玻璃熔池，该法的特征在于，至少一个由第一烧嘴和第二烧嘴构成的组合件安装在窑的一壁上，彼此距离至少等于约3m，燃料气和含有至少50％(体积)氧的氧化气体供给烧嘴；一个氧气喷枪安装在第一烧嘴和第二烧嘴之间，第一烧嘴、第二烧嘴和喷枪构成燃烧组合件；将大约30至约80％(体积)氧化气体送入喷枪，而将约20至约70％(体积)氧化气体按基本上相等的比例送到第一烧嘴和第二烧嘴，以便使燃料和氧化气体产生延迟燃烧，并与未将氧化气体送入喷枪得到的火焰长度相比显著延长了火焰长度。
优选的是，将约30至约70％(体积)氧化气体送入喷枪，其余的送入燃烧嘴。
一般来说，本发明的方法使用两个氧-燃料烧嘴，而在两烧嘴之间安有一个氧气喷枪，该法可用作调节氧-燃料烧嘴火焰的几何形状(长度和宽度)的方法，以便模拟或替代空气-燃料烧嘴火焰。当喷枪中的氧流速趋于零时，火焰的长度变短；当该流速为零时，火焰长度达到最小值。但是，注入喷枪的气体在0至约30％(体积)氧时，火焰的长度较短，变化不大；而当约30％(体积)氧注入喷枪时，火焰明显变长。
相比，喷枪中氧的数量越多，火焰的长度越长，在分开喷入燃料/氧化剂/燃料的情况下得到最长的长度，也就是说，100％的氧化剂注入喷枪。
但是，已观测到，在这种情况下，火焰的亮度明显低于空气火焰的亮度或明显低于使用两个相邻的氧-燃料烧嘴而没有氧注入喷枪时得到的火焰亮度。但是，火焰的亮度(与油烟生成有关)直接与从火焰辐射传递到玻璃熔池有关，通常用户希望得到至少象用氧-燃料烧嘴而没有氧注入喷枪时得到的火焰一样亮度的火焰。为此，已观测到按本发明的方法，将注入喷枪的氧限制到至多80％(体积)，优选至多70％(体积)是必要的，以便得到足够明亮的火焰，因此得到象空气火焰一样大的辐射功率的火焰。
在端口型或端焰型玻璃窑的情况下，也就是说在窑的端壁安装有空气注入通道和在玻璃熔池上方有环形火焰，优选将送到燃烧组合件的氧气总体积的约50至约80％(体积)氧，优选50～70％(体积)氧送入喷枪，以便得到长度足以达到精炼段的火焰。当然，在上述条件下产生的环形火焰优选用补充注入的氧得到，通常用喷枪或用氧-燃料烧嘴，它安装在油烟通过上述由氧-燃料烧嘴和氧气喷枪形成的燃烧体系处通道对面的通道排出之前窑中的某处。
在横焰型窑的情况下，其中蓄热器安装在窑的侧面，有侧通道进入窑中，这时通过注入全部燃料燃烧所需总氧量的30～80％(体积)氧，优选30～70％(体积)氧可使火焰达到适合的亮度。
优选的是，氧气喷枪的末端与氧-燃料烧嘴的末端基本上成一线，优选间隔相等距离。
但是，视希望在熔池上方产生的气氛类型(氧化气氛或还原气氛)而定，喷枪可相对于氧-燃料烧嘴面向下(氧化气氛)或向上(还原气氛)移动。
如果用D表示烧嘴末端(如果为圆柱形烧嘴时为中心)之间的距离，而用d表示氧气喷枪和由两个通常彼此基本上平行排列的氧气-燃料烧嘴确定的面之间距离，那么为了得到可接受的分段燃烧必须满足以下的不等式(对于D/d比)2≤D/d≤20
在这里使用的术语“氧”通常表示含有至少50％(体积)氧，优选至少88％(体积)氧氧化气体，特别是包括由称为PSA(变压吸附)、VSA(真空切换吸附)等的吸附型氧气生产装置得到的氧气。
根据本发明优选的实施方案，喷枪这样排列，以致喷枪的轴基本上在烧嘴轴之间的一半处，使它们成小于约10°的角，优选由两个烧嘴和一个喷枪形成的燃烧体系的两烧嘴轴之间的距离在0.4～2m之间，它与窑的类型有关。
根据本发明的另一特征，烧嘴的轴或喷枪的轴相对于水平面的夹角为±25°，优选±20°。
根据本发明的另一方面，氧的喷射速率，特别是在氧气喷枪中的喷射速率不大于60米/秒，优选为10～30米/秒，以便防止玻璃颗粒从窑中飞溅出以及粉尘发射造成污染的问题。
如上所述，本发明同样可很好地用于端焰型窑和横焰型窑。
通常，燃烧体系保持某种对称性是优选的，也就是说两个氧-燃料烧嘴是相同的，优选以平行或对称的方式排列，喷枪在一半的位置上，同样以对称方式排列。
氧化剂和燃料的流速在每一烧嘴中也优选相同。
从以下实施方案的描述中本发明的其他特征和优点将变得很清楚，用非限定的实施例结合附图进行说明-
图1是装有本发明燃烧组合件的玻璃熔融窑部分的平面图；-图2是装有本发明燃烧组合件的玻璃熔融窑的垂直截面图；-图3表示有本发明各种替代形式燃烧组合件的玻璃熔融窑的通道；-图4表示火焰亮度随注入燃烧组合件的喷枪中的总氧的体积百分数变化的曲线图；-图5说明端焰窑情况下的本发明；图6说明横焰窑情况下的本发明。
图1表示本发明的燃烧组合件，它包括两个氧-燃料型烧嘴1，其轴2基本上平行，以及至少一个氧气喷枪3，其轴与烧嘴轴平行。该组合件安装在玻璃窑的壁5上，在加热的玻璃质19的上方。优选的是，轴2和4在同一平面内。轴2和4优选与水平面成±20°的角。喷枪3的轴4优选基本上与烧嘴1的轴2等距。轴2和4的水平投影使它们之间成±10°的角。在需要有更宽的火焰的情况下，可并排安装3个、4个、5个等烧嘴，这一点是在本发明的范围内，如上所述，两个相邻的烧嘴被一个氧气喷枪分开。特别是当窑很宽时，在不同的窑壁上，优选在相对的壁上安装几个燃烧组合件也是可能的。同样优选这些组合件按分段的方式安装，在一个壁上的一个烧嘴的轴基本上在相对壁上两相邻烧嘴轴之间一半位置上。
两相邻烧嘴轴2之间的距离D取决于窑的几何形状、烧嘴的功率等，但这一距离通常总是小于3m，优选为0.4～2m。为了在熔池上有更好的燃烧分布，在喷枪的末端有渐扩的氧气喷射体系常常是有好处的。例如如果希望氧气的流量和动量是十分高，在喷枪的末端安装两个有相同剖面的类似的喷嘴，构成单独的渐扩喷嘴是可能的，有可能在喷枪的末端安装两个成≤20°角的类似的喷嘴，优选喷嘴基本上在平行于烧嘴的轴面中。
每一烧嘴有进料管线6和7，分别为燃料进料管线和氧化剂进料管线，每一喷枪3都装有氧化剂进料管线8。根据本发明的一个方面，相同的燃烧组合件的氧化剂管线与相同的氧化剂源9相连，氧化剂源含有大于50％(体积)氧，优选至少88％(体积)氧，通常用称为PSA(变压吸附)或VSA(真空切换吸附)的吸附型空气分离装置制得。燃料优选呈气态，通常为天然气，它也可通过用气体如空气、氧化剂或水蒸汽使液体燃料雾化或用机械喷雾或任何其他适合的方法制得。根据本发明的一个方面，相同燃烧组合件的烧嘴有相同的燃料/氧化剂流，在两个烧嘴中总的氧化剂流在燃料完全燃烧所需的理论流的20～70％(体积)之间，优选在30～70％(体积)之间，由喷枪提供燃料完全理论燃烧所需的补充氧。甚至推荐提供稍大于完全燃烧所需的理论量的氧气，至多过量约10％(体积)，以便在油烟排出以前从油烟中除去所有可燃烧的产物。在某些情况下，这一补充的氧可由另外的氧喷枪或有超过化学计量的氧含量的氧-燃料烧嘴提供。
相同的窑可在不同部分有一个和多个本发明的燃烧组合件，该燃烧组合件可与空气-燃料烧嘴组合或不与空气-燃料烧嘴组合，如在10处出现的，与图2中玻璃窑F表示的再生器11相连。
图3表示装有本发明燃烧体系的玻璃熔融窑的通道。
图3a表示本发明燃烧体系的第一个结构。在空气-燃料烧嘴操作的的玻璃窑中，通道20与窑的再生器相连，再生器通常用来预热随后通过该通道送入窑中的空气，同时燃料通过安装在该通道20下方的喷射器喷入窑中。
在本发明中，通道不再用来排放预热的空气。另一方面，它可继续用于从窑中排放燃烧油烟或者另一方面或许部分关闭或完全关闭。在该通道下方是本发明的燃烧体系，燃料喷射器通常在这一位置，燃烧体系包括一个氧-燃料烧嘴22、一个氧气喷枪23和一个第二氧-燃料烧嘴21，喷枪和两个烧嘴基本上在相同平面中，有等距离。
图3b表示图3a结构中的另一形式，其中改变朝向玻璃熔池表面31、32的氧气喷枪23，在玻璃熔池31、32上方直接产生氧化气氛。
两烧嘴之间的距离D(小于3m)和喷枪与两烧嘴21、22确定的面之间的距离d之比为约2和20之间。
图3c表示与图3b相反的结构，它对应于用户希望在玻璃熔池上方有还原火焰，D/d比按相同的比例变化。
在图3中，由组合件中喷枪23发射的氧化剂流的动量优选为由组合件中烧嘴21、22发射的氧化剂/燃料流动量的0.5～3倍。
图4表示燃烧组合件产土的火焰的亮度随相对于提供给燃烧体系的总氧量注入喷枪的氧的百分数变化的曲线。
当提供给喷枪的氧的百分数为零时，由相邻两氧-燃料烧嘴得到的火焰亮度为L0。
当注入喷枪的氧的百分数增加时，在注入喷枪的氧约40～60％(体积)前火焰亮度增加，然后下降，注入喷枪大约80％总氧量时，亮度达到L0的范围。对于100％氧注入喷枪来说，再次得到分开注入氧和燃料的结构，它对应于亮度L100的火焰，L100显著小于L0。
对应于70％氧注入喷枪的亮度L70通常显著大于L0，它被认为是为得到很好亮度的火焰对氧-燃料烧嘴优选的限制。
图5表示在端焰窑中实现本发明。
图5a是装有本发明的燃烧体系，有蓄热器的端焰窑的纵剖面图，图5b表示相同窑的俯视图。
当空气-燃料燃烧用于端焰窑时，空气例如通过蓄热器28进入窑，它在蓄热器中预热，然后送入窑中，同时燃料在通道20下方注入，因此产生长的环形火焰，它达到窑的背面(精制段)，返回窑的进入壁，油烟通过对应于蓄热器29的通道排出，再生器29然后通过油烟和蓄热器29折流板中的耐火材料热交换而加热。大约每20分钟将体系切换一次，也就是说空气通过蓄热器29注入，燃料通过位于蓄热器29空气进入通道下方的注射器注入，而油烟通过蓄热器28排出。
使用本发明的体系，也就是说将燃烧组合件21、22、23安装在通道20的下方(如图3所示)，不再使用对应于安装在燃烧组合件上方的通道20的蓄热器如28。蓄热器29也仅用于排出油烟。
玻璃连续通过进料器30送入窑内，火焰顺序加热熔融段31和安在一鼓泡器36外面的精炼段32。熔融的精炼玻璃通过孔道33流出进入玻璃成型机的体系或“进料器”34。37图示说明的是阀系(图6中未详细说明)，它使来自生产装置(如VSA装置或液氧储罐)的氧分配成为可能，对于熟悉本专业的技术人员来说，该阀系是已知的。
图6说明本发明的燃烧体系在所谓横焰窑上的应用。
图6a是沿横焰窑玻璃流动方向的垂直截面图，图6b是由上图得到的部分视图，而图6c为垂直于窑内玻璃流动方向的垂直截面图。
这类窑通常在每一侧壁装有空气的燃烧体系，并且大约每20～30分改变一次操作。
根据本发明，在图3的一种结构中，至少一个由空气进料通道和在其下方的燃料注射器构成的空气的燃烧体系用本发明的燃烧组合件替代。可用本发明的燃烧组合件替代一个或多个组合件(通道＋燃料注射器)，它们可相邻也可不相邻，以及它们可相对或不相对。因为本发明的燃烧体系不用蓄热器，但通过安装本发明的燃烧体系使窑保持某种对称性是优选的，以致彼此相对除外，例如蓄热器中一个损坏，在这种情况下在相应于蓄热器的位置仅安装一个本发明的燃烧体系可能是有好处的。
权利要求
1.一种加热玻璃窑投料的方法，其中至少一个烧嘴安装在窑壁上以便加热玻璃熔池，该法的特征在于，至少一个由第一烧嘴和第二烧嘴(21、22)构成的组合件安装在窑(20)的一壁上，彼此距离(D)至少等于约3m，燃料气和含有至少50％(体积)氧的氧化气体供给烧嘴，；一个氧气喷枪(23)安装在第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)之间，第一烧嘴(21)、第二烧嘴(22)和喷枪(23)构成燃烧组合件；将大约30至约80％(体积)氧化气体送入喷枪(23)，而将约20至约70％(体积)氧化气体按基本上相等的比例送到第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)，以便使燃料和氧化气体产业延迟燃烧，并与未将氧化气体送入喷枪(23)得到的火焰长度相比显著延长了火焰长度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将约30至约70％(体积)氧化气体送入喷枪(23)，其余的送入烧嘴(21、22)。
3.根据权利要求1和2的方法，其特征在于，第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)与喷枪(23)基本上在相同平面内。
4.根据权利要求1和2的方法，其特征在于，喷枪(23)在相对于第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)的平面有移位的平面内。
5.根据权利要求4的方法，其中第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)彼此相距D安装，其特征在于，喷枪(23)相对第一烧嘴和第二烧嘴的平面移位一段距离d，以致2≤D/d≤20
6.根据权利要求4和5的方法，其特征在于，相对于玻璃熔池，喷枪(23)安装在第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)的平面的上方，以致在熔池上方得到还原气氛。
7.根据权利要求4和5的方法，其特征在于，相对于玻璃熔池，喷枪(23)安装在第一烧嘴(21)和第二烧嘴(22)的平面的下方，以致在熔池上方得到氧化气氛。
8.根据权利要求1～7中任一项的方法，其中窑为端焰型窑，有至少两个与再生器相连的通道，通道安装在靠近玻璃进料段的窑后壁上，其特征在于，燃烧组合件安装在与蓄热器相连的通道下方；燃料和氧化剂送入氧化剂喷枪或烧嘴，所述的氧化剂含有大于50％(体积)氧，喷枪或烧嘴在窑中安装在油烟排出通道的前面；送入燃烧组合件的50～80％(体积)的氧化剂注入喷枪。
9.根据权利要求1～7中任一项的方法，窑为横焰型窑，其中有许多安装在窑的至少一壁上的空气注入通道/燃料注入组合件，其特征在于，至少一个燃烧组合件装在窑的一壁上，以便替代一个空气注入通道/燃料注入组合件。
10.根据权利要求1～9中任一项的方法，其特征在于，喷枪的轴基本上在烧嘴(21、22)的轴之间一半的位置。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，喷枪(23)的轴与烧嘴(21、22)轴成不大于10°的角。
12.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，烧嘴(21、22)之间的距离为0.4～2米。
13.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，喷枪(23)有至少两个氧化剂喷射喷嘴，它们在轴面内分叉。
14.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，送入烧嘴(21、22)和喷枪(23)的氧化剂含有至少88％氧。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，组合件中的烧嘴(21、22)有相同的燃料/氧化剂流速。
16.根据上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，组合件的喷枪(23)喷射的氧化剂流的动量为组合件的烧嘴(21、22)喷射的氧化剂/燃料流的动量的0.5～3倍。
17.根据权利要求9～12中任一项的方法，其特征在于，由吸附型空气分离装置(9)提供氧化剂。
全文摘要
为了确定窑中玻璃物料均匀加热，使用两个氧-燃料烧嘴(21、22)和一个氧气喷枪(23)，优选喷枪在两烧嘴之间一半处。通过改变喷枪和烧嘴中氧的相对百分数，得到高亮度的火焰。
文档编号C03B3/02GK1163866SQ97102109
公开日1997年11月5日 申请日期1997年1月3日 优先权日1996年1月5日
发明者E·杜查逖奥, L·菲利普, D·约瓦德, R·普莱希尔, C·琵瓦尔德, E·莱波特里, J·T·杜伯丁 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司