包括注入辅助气体的燃烧器的控制方法及燃烧系统的制作方法

专利名称：包括注入辅助气体的燃烧器的控制方法及燃烧系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制用于加热玻璃熔炉的液体玻璃送料器的燃烧器的操作的方法。
背景技术：
在连续的玻璃生产线上，玻璃在容量较大的输出熔融玻璃的炉中熔化。在某些产业，例如用于空心制品的玻璃熔炉中，必须将熔融玻璃直接输送到玻璃成形机。为了输送这种熔融玻璃，使用镶衬有耐火材料的“送料器”或“前炉”。当以这种方式输送玻璃时，玻璃被冷却而且还达到在离开送料器时其温度优选地稳定和均匀在±1℃内的条件。为了获得这种条件，因此离开送料器的玻璃的温度必须恒定，而且还优选地沿横向-即在每个送料器的宽度上一致。
为了降低输出温度梯度，重要地是控制在送料器整个长度范围内的玻璃表面处的热传递方式。为此，通常为送料器配备加热装置，该加热装置通过在熔融玻璃流的自由表面上方燃烧空气/可燃气体混合物进行加热。这种燃烧通过使用空气/燃料燃烧器获得。在熔融玻璃流动时，为了降低并均匀化熔融玻璃的温度，在熔融玻璃的整个流道上分布多个燃烧器。鉴于燃烧器的数量和难以检测与控制它们产生的废气的体积，可使用氧化剂为冷空气的燃烧器进行燃烧；目前这些燃烧器的效率通常中等并且在获得良好的横向热曲线方面几乎没有灵活性。
为了解决这些问题，空气/可燃气体混合物的燃烧已经被使用氧气燃料燃烧器的氧气/可燃气体混合物的燃烧所取代。这种变更提高了玻璃生产能力，以及燃烧效率和辐射传热。例如，在文献US-B1-6 431 467和US 5 500030中就已经描述了这种燃烧器。这些燃烧器尤其具有提供大工作范围的优点，即，与空气/燃料燃烧器的情况相比，改变功率以及因此燃料和氧化剂的流速的可能性大得多。另外，这些燃烧器在它们的整个工作范围内火焰长度是恒定的。这种特性允许它们在玻璃与耐火材料接触时而冷却的部位加热送料器的边缘。它们还限制了送料器的中心与边缘的热梯度以及因此限制了粘度差；从而限制了在送料器中心处的玻璃的优先流动。此外，通过氧气燃料燃烧或利用富氧空气对送料器部分的加热功率大于通过空气/燃料燃烧获得的加热功率。氧气燃料燃烧器工作的宽功率范围允许迅速补偿过程中的变动以及稳定玻璃温度的动态调节。送料器可以在它们的整个长度上配备有多个加热带；在这种情况下，由于温度调节更精确，氧气燃料燃烧器提供了很大的操作灵活性。如果送料器的整个长度上都配备氧气燃料燃烧器，则这种操作灵活性更大。另外，气体消耗量降低。氧气燃料燃烧器还允许废气体积降低，在某些情况下，这可以使在送料器中输送的某些组分-例如颜料的飞散与挥发降低。
然而，这种氧气燃料燃烧可能具有某些缺点。首先，送料燃烧器的火焰的几何形状特别重要，因为必须确保玻璃流的加热曲线(heating profile)特别稳定和一致。然而，由于自冷却氧气燃料燃烧器内的环境温度通常很高，而各燃烧器内的气体和氧气流速很低(单位功率低)，因此构成氧气燃烧器的材料的热性能通常难以获得。因此，为了确保稳定的火焰外形，这些燃烧器的操作灵活性没有氧气燃料允许的灵活性大。另外，燃烧器中的低速流动可能是燃烧器需要维修的故障的起因。这是因为燃烧器通过与它们使用的氧化剂和燃料的流动进行对流而冷却。在使用氧气燃烧的情况下，其流量比使用空气燃烧的流量约小70％。因此，在相同的功率下冷却效率较低。使用氧气的燃烧火焰也比较热并且辐射更强。此外，在低功率时，燃烧器终端部件的加热可能造成过早破裂，从而使得燃烧器快速积垢和过早损坏。最后，送料器必须总是处于过压下，而且这种压力由燃烧器废气的体积保持。在使用空气燃烧的情况下，一套废气排放阻尼器使得压力可调，从而该体积得到稳定，但是这需要监控并调节该排放阻尼器。在使用氧气燃烧的情况下，废气的体积低得多并且还随着功率的不同变化非常大，因此难以控制送料器中的压力。因此，需要一种独立于瞬时功率条件的压力稳定方法。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种不具有上述缺点的使用氧气燃料燃烧器加热玻璃送料器的方法。
本发明的一个目的是提供一种灵活并且易于更改的使用氧气燃料燃烧器加热玻璃送料器的方法。
为此，本发明的主题是一种控制用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器的燃烧器的操作的方法，所述燃烧器被供给可燃气体和氧气，并向燃烧器注入一种辅助气体作为对氧气的补充，从而辅助气体、氧气和可燃气体的流速之和大于或等于用于冷却该燃烧器的最小流速DMIN。
本发明还涉及一种燃烧系统，包括-氧气燃料燃烧器；-用于向燃烧器供给燃料的装置；-与氧气供给装置和辅助气体供给装置配合用于向燃烧器供给氧化剂的装置；-用于测量至少氧气或燃料的流速的装置；以及-用于控制辅助气体流速的装置。
最后，本发明涉及上述用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器的系统的应用(用途)。


通过阅读以下描述，可以发现本发明的其它特征和优点。本发明的实施例和实施它的方法通过图1示出的非限定性示例给出，其中图1示出使用本发明的方法和系统与使用已有技术的方法所获得的功率级(power level)的范围。
具体实施例方式
因此，本发明首先涉及一种控制用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器的燃烧器的操作的方法，所述燃烧器被供给可燃气体和氧气，并向燃烧器注入一种辅助气体作为对氧气的补充，从而辅助气体、氧气和可燃气体的流速之和大于或等于用于冷却该燃烧器的最小流速DMIN。
因此，本发明允许氧气燃料燃烧器的操作可被控制。术语“氧气燃料燃烧器”应理解为实施通过混合燃料和氧气获得的氧气燃烧的燃烧器。术语“氧气”应理解为氧气体积大于90％的含氧气体。由VSA(真空回转吸附)工艺生产的氧气特别适合。根据本发明的主要特征，向燃烧器喷入一种辅助气体作为对氧气的补充。通常，在与燃料接触之前，辅助气体与氧气在例如预混合室内混合。作为对氧气和对燃料的补充而注入的辅助气体的量允许按照下列规则对燃烧器的操作进行控制辅助气体、氧气和可燃气体流速之和必须大于用于冷却该燃烧器的最小流速DMIN。该DMIN值可以根据引入到燃烧器的燃料的流速来为各种类型的燃烧器设定。更具体地，该DMIN值可以以下列方式设定DMIN必须足以冷却燃烧器。冷却所需的流速值对于所使用的燃烧器是特定的，本领域的技术人员可以根据所述燃烧器的承受温度来确定它。燃烧器承受温度自身通过实验事先确定。在实践中，辅助气体的流速可以通过插入到用于向燃烧器输送氧气的管路中的压力调节器来控制，并被调节成以给定压力输送氧气和辅助气体流。该压力设定成与冷却燃烧器所需的最低气体流速相对应。因此，如果氧气流速随着燃料流速的变化而变化，以便保持固定的可燃气体/氧气的化学计量比，那么辅助气体流速也变化，以补偿或不补偿燃烧器中氧气流速的变化。
根据这种方法的第一种进一步改进形式，可以通过一直测量氧气和可燃气体的流速并且调节辅助气体的流速以根据氧气和可燃气体的流速来改变辅助气体的流速，以使氧气、辅助气体和燃料的流速之和大于DMIN。
根据本发明的第二种简化的特殊形式，所需要的是确保辅助气体和氧气的流速之和大于或等于用于冷却燃烧器的最小流速DMIN。此外，辅助气体、氧气和可燃气体的流速之和也大于用于冷却燃烧器的最小流速DMIN。这种特殊的实施方法更简单，因为现在的问题仅是使辅助气体流速随动于/从动于例如通过简单的压力调节器对氧气流速的测量，而不必考虑可燃气体的流速值。
根据本发明，辅助气体可以是不同于氧气的氧化剂气体，或者是相对于燃料呈惰性的气体。优选地，它是下列气体中的至少一种空气、二氧化碳、氩气、氦气、氮气或这些气体的混合物。由于其成本低和它的成分，空气通常是最合适的。由按体积约21％的氧气和至少一种不同于氧的气体构成的辅助气体是有利的，因为，一方面它有助于燃烧，另一方面它所引入的氧气的量可以从被注入以燃烧燃料的主氧气中扣除。
在燃烧器的功率变化的过程中，燃料和氧气的流速成比例地增大或减小，以保持恒定的预定的化学计量比。根据所使用的氧气流速值，加入辅助气体作为对氧气的补充，以使氧气和辅助气体的总流速大于或等于DMIN。从而，燃烧器不再受到任何低功率恶化，因为尽管氧气和燃料以低流速注入，但是辅助气体提供冷却燃烧器所需要的气体体积。辅助气体还防止燃烧器终端部件由于玻璃沉积而结垢并且防止它损坏。另外，辅助气体产生允许操作者获得并控制送料器内的过压的一定体积的废气。在高功率时，辅助气体的流速可选地减小到零，以允许仅使用氧气工作。在这种情况下，氧气和可燃气体的流速之和大于DMIN。
根据该方法的第一种优选形式，使用一种US 5 500 030中所描述类型的燃烧器。更具体地，这种类型的燃烧器包括-用于氧气通过的第一导管；-与第一导管同轴并位于所述第一导管内的用于燃料通过的第二导管。
优选地，第二导管的端部从第一导管的端部缩回。更优选地，使用第一导管的内径与第二导管的内径的比值在2/1和8/1之间的这种类型的燃烧器。
根据该方法的第二种优选形式，使用一种US-B1-6 431 467中所描述类型的燃烧器。更具体地，这种类型的燃烧器包括-用于氧气通过的第一导管；-与第一导管同轴并位于所述第一导管内的用于燃料通过的第二导管；-位于第一导管端部处的终端部件；-位于第二导管端部处的喷嘴；-位于第二导管端部处的喷嘴上的用于使燃料涡流的装置。根据该第二种形式，用于使燃料涡流的装置包括一在第二导管的喷嘴内的空气动力学地居中的细长形物体，所述喷嘴的内径大于用于使燃料涡流的装置的细长形物体的直径。用于使燃料涡流的装置的细长形物体在其长度部分上由至少一个螺旋杆构成。该燃烧器还可以包括位于第一导管端部的终端部件上的用于使氧化剂涡流的装置；这种用于使氧化剂涡流的装置可由螺旋弹簧构成。这种类型的燃烧器特别适于实施本发明的方法，因为它能产生不受功率改变影响的恒定长度的火焰。
本发明还涉及一种系统，该系统包括-氧气燃料燃烧器；-用于向燃烧器供给燃料的装置；-与氧气供给装置和辅助气体供给装置配合用于向燃烧器供给氧化剂的装置；-用于测量至少氧气或燃料的流速的装置；以及-用于控制辅助气体流速的装置。
这种燃烧系统允许燃烧器功率变化被很好地控制，而没有在这种类型的燃烧器中所遇到的缺点。这种系统允许实施如上所述的控制氧气燃料燃烧器的操作的方法。通常，控制辅助气体流速的装置随动于(slave to)测量至少氧气或燃料的流速的装置。这种控制辅助气体流速的装置可以是压力调节器或伺服阀，即随动于控制值的阀。当控制辅助气体流速的装置是压力调节器时，所需要的是调节该压力调节器，以输送辅助气体，直到该辅助气体和所输送的氧气产生的压力大于获得最小氧化剂流速DMIN所需要的压力。当控制辅助气体流速的装置是伺服阀时，考虑到固定的氧气/燃料化学计量比，可以使辅助气体供给装置的开口随动于下列控制值中的一个氧气流速或燃料流速。根据其中辅助气体为空气的具体实施方法，在计算氧气/燃料化学计量比时，该伺服阀可以考虑到从空气提供的氧气；这种实施方法可以节约氧气消耗。
最后，本发明涉及上述用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器通道(channel)的系统的应用(用途)。
图1所示的曲线示出使用本发明的方法和系统与使用现有技术的方法所获得的功率范围。在本发明的系统的情况(实曲线)和现有技术的氧气燃料燃烧器(“...”和“._._._”类型的虚曲线)中，曲线示出可以传递的功率(kW)作为产生的功率(kW)的函数。该产生的功率是由使用仅包括氧气的氧化剂的化学计量燃烧所产生的功率。该传递的功率是实际传递到玻璃的功率。在使用仅包括氧气的氧化剂的氧气燃烧(现有技术的氧气燃料燃烧器)的情况下，可以看到传递的功率与产生的功率相对应。对于使用包括氧气和辅助气体的氧化剂的燃烧，尽管产生的功率与现有技术的燃烧器产生的功率相同，但是可以看到，由于废气体积产生的功率损失，实施本发明的燃烧器所传递的功率在某一功率范围内可能较低。已经观察到，就传递的功率和产生的功率来说，现有技术的燃烧器在7-10kW的范围内的操作受到限制，因为在7kW下由于缺乏足够的气流燃烧器不能在免受恶化的情况下工作(在由“...”类型的虚曲线限定的范围内恶化)。根据本发明的系统，同一燃烧器的工作范围可以扩展到0.15-10kW。还应当强调的是，本发明的方法和装置可以在现有技术不能达到的功率范围内扩展现有技术的燃烧器的工作范围，甚至通过使它们在导致它们恶化的功率范围内工作，这对应于图1中的“...”类型的虚曲线；可以看到，这种“恶化的”功率范围不能下降到传递的功率的1kW以下，而本发明的方法允许达到0.15和1kW之间的传递的功率水平。
通过实施本发明的方法和系统，可以加热来自玻璃熔炉的熔融玻璃送料器，一方面可以保持氧气燃料燃烧器的优点-即比空气/气体燃烧器的工作范围宽，并且高功率水平时可选地控制火焰长度并降低燃料消耗，另一方面改善低功率加热曲线，而不使燃烧器恶化。
本发明还具有这样的优点，即由于废气体积比低功率全氧燃烧情况下的大，因此在送料器中可保持稳定的压力。
由于存在使用低功率的燃烧器工作的可能性，本发明还可以使用大量在低功率水平工作的燃烧器，从而可以使加热更均匀，也使传递到玻璃的质量得到提高。
另外，尽管辅助气体补充注入到氧气中降低了燃烧效率，但是它的确允许传递到玻璃的功率得到很好地调节。
当燃烧器在低功率下工作时，燃烧效率是最小值。然而，在这些水平下燃料节约性能较低。这种方法对经济性影响很小。
本发明的另一个优点是，它允许根据流过送料器的玻璃的特性迅速地调整燃烧器的功率。目前这种优点特别重要，因为为了跟随时尚潮流(颜色等)需要对生产的玻璃制品进行不断改进。
权利要求
1.一种控制用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器的燃烧器的操作的方法，所述燃烧器被供给可燃气体和氧气，其特征在于，注入辅助气体作为对氧气的补充，以使该辅助气体、氧气和可燃气体的流速之和大于或等于用于冷却所述燃烧器的最小流速DMIN。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助气体为下列气体中的至少一种空气、二氧化碳、氩气、氦气和氮气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述辅助气体在与所述燃料接触之前与氧气混合。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，DMIN值根据燃料流速设定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述辅助气体流速和所述氧气流速之和大于或等于用于冷却所述燃烧器的最小流速DMIN。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用插入到用于向所述燃烧器输送氧气的管路中的压力调节器来控制所述辅助气体的流速。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧器包括-用于所述氧气通过的第一导管；-与所述第一导管同轴并位于所述第一导管内的用于所述燃料通过的第二导管，所述第二导管的端部从所述第一导管的端部缩回。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧器包括-用于所述氧气通过的第一导管；-与所述第一导管同轴并位于所述第一导管内的用于所述燃料通过的第二导管；-位于所述第一导管端部处的终端部件；-位于所述第二导管端部处的喷嘴；-位于所述第二导管端部处的喷嘴上的用于使所述燃料涡流的装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述用于使所述燃料涡流的装置包括一在所述第二导管的喷嘴内的空气动力学地居中的细长形物体，所述喷嘴的内径大于所述用于使所述燃料涡流的装置的细长形物体的直径。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述用于使所述燃料涡流的装置的细长形物体在其长度部分上包括至少一个螺旋杆。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃烧器包括位于所述第一导管端部的终端部件上的用于使氧化剂涡流的装置。
12.一种燃烧系统，包括-氧气燃料燃烧器；-用于向所述燃烧器供给燃料的装置；-与氧气供给装置和辅助气体供给装置配合用于向所述燃烧器供给氧化剂的装置；-用于测量至少氧气或燃料的流速的装置；以及-用于控制辅助气体流速的装置。
13.根据权利要求12所述的燃烧系统，其特征在于，所述用于控制辅助气体流速的装置随动于所述用于测量至少氧气或燃料的流速的装置。
14.根据权利要求12或13所述的燃烧系统，其特征在于，所述用于控制辅助气体流速的装置是压力调节器。
15.根据权利要求12或13所述的燃烧系统，其特征在于，所述用于控制辅助气体流速的装置是伺服阀。
16.如权利要求12-15中任一项所述的用于加热来自玻璃熔炉的液体玻璃送料器的系统的用途。
全文摘要
本发明涉及一种控制用于加热来自玻璃熔炉的熔融玻璃的送料器通道的燃烧器的操作的方法，所述燃烧器被供给燃料和氧气。根据本发明，除了氧以外还注入辅助气体，以使氧气流速和辅助气体流速之和大于用于冷却燃烧器的最小流速D
文档编号F23L7/00GK1787975SQ200480013065
公开日2006年6月14日 申请日期2004年5月7日 优先权日2003年5月13日
发明者S-H·江, L·雅里, G·勒古埃菲利克, D·罗比亚尔 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司