专利名称：用于氧化燃烧器的工作孔，包括这种工作孔的氧化燃烧器组件和使用这种组件的过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及在高温生产熔炉，特别是玻璃熔炉中使用的氧化燃烧器，更具体地是涉及用于一种包括一块作有贯穿通道的耐火材料这种型式的非冷却式氧化燃烧器的孔道块体。
用于非冷却式氧化燃烧器的孔道通常包括一个直的圆柱形通道，如美国专利5267850号所描述的那样，或者包括一个闪光的输出区域，如美国专利5092760号所描述的那样。在第一种情况下，燃烧在通道中进行，甚至当易燃介质和充氧的易燃介质的喷射速度较低时，离开通道和进入熔炉的气体速度也非常高，这对于许多用途，特别是在玻璃熔炉中，是不方便的。在第二种情况下，为了冷却孔道的通道和避免以后燃烧气体从熔炉返回通道，喷射速度必需比较高，这也使输出速度过份增大。
本发明的目的是要提供一种用于氧化燃烧器的孔道，和包括这种孔道的氧化燃烧器组件，它可以降低易燃介质和充氧易燃介质的喷射速度，因而降低紊流度，并可延迟这些组分之间的混合，从而也可避免在孔道中形成产生二氧化氮的高温点，增加火焰的亮度，使辐射热传递改善，同时在孔道出口处气体速度保持在较低水平。
根据本发明的一个特点，为了做到这点，孔道的通道应包括一个直径为Ds，长度为Ls的圆柱形输出区域，该区域与直径为De的圆柱形输入区域连接，Ds/De比值应在1.5—2.5之间，Ls/(Ds—De)比值在2—7之间。
根据本发明的其他特点—Ds/De比值不超过2；—Ls/(Ds/De)比值在4—6之间；—输出区域包括一个与输入区域连接的锥形上游部分，其典型的锥角小于45°，其长度l不超过输出区域长度Ls大约15％。
美国专利3748087号公布了一种空气燃烧器的孔道组件，它包括一个具有非常宽的短输出区域的通道和一个小直径的长区域，以便易燃介质和燃烧空气能在高速下均匀拌和并在输出区域内预先燃烧。
本发明还有一个目的是提供一种氧化燃烧器和上述孔道的组件，它包括至少一个用于喷射易燃介质的内部通道和至少一个用于喷射充氧易燃介质的圆周通道，这些通道的末端在孔道的输入区域，以及装备有这种组件的熔炉，特别是玻璃熔炉内。
根据本发明的另一个特点，易燃介质的内部通道在输入区域的下游末端敞开，与输出区域连接。
本发明还涉及使用这种氧化燃烧器和孔道组件的过程，在此过程中，充氧易燃介质以不小于5米/秒(m/s)，并最好是小于60米/秒的速度喷射，易燃介质的喷射速度大于充氧易燃介质的喷射速度。
本发明的其他特点和优点由下面对以非限制性例子给出的实施例，结合附图进行的说明中将会清楚，其中
图1为根据本发明的氧化燃烧器和孔道组件的第1个实施例的示意图；图2为一条曲线，它表示离开根据图1的组件孔道的气体的速度轮廓；图3为类似图1的，根据本发明的氧化燃烧器和孔道组件的第2个实施例的示意图。
在图1中可看到氧化燃烧器1的下游末端，它部分地延伸至耐火材料制的孔道3的贯通道2中，并适合于安装在熔炉(没有示出)，特别是玻璃熔炉的壁中。
根据本发明，孔道3的通道2包括一个内直径为Ds，轴向长度为Ls的大致圆柱形输出区域4，它与内直径为De的大致圆柱形同轴的输入区域5连接。在图示的实施例中，氧化燃烧器1包括至少一个用于喷射气体或喷雾状液体易燃介质的中心通道6，它与输入区域5同在一轴线上，并且其前面或输出端与输入区域5的输出平面7完成共面。氧化燃烧器1包括至少一个用于喷射充氧易燃气体的圆周导管8，易燃气体的氧气含量至少5％为在输入区域5上游末端内获得的，并且其末端离易燃介质通道6的末端7的后部一段距离。最好，输出区域4包括一个上游部分9，它为截锥形的，半角为α，长度为l，最好不带任何尖锐边缘，连续地与输入区域5的下游末端和输出区域4的主要部分连接。
根据本发明的一个方面，直径Ds与De的比值约在1.5和2.5之间，最好小于大约2，而输出区域的长度对输入和输出区域直径之差的比值Ls/(Ds—De)约在2与7之间，典型地是在大约4和6之间。在图示的优选实施例中，连接区域9的角度α不超过45°，而长度l不超过输出区域4长度Ls的15％。
为了保证氧化燃烧器/孔道组件的充分冷却，输入区域5中充氧易燃气体的输出速度大于5米/秒，最好不超过约60米/秒。相应地，在通道6的末端7处，易燃介质的喷射速度为充氧易燃气体喷射速度的l和大约6倍之间，典型地是后者的1.5—3倍。
图2中表示在输出区域4的输出平面10处燃烧气体的轴向速度轮廓，纵坐标为轴向速度(米/秒)，而横坐标为输出平面上点的位置；该输出平面由其相对于轴线的半径和最大半径(等于Ds/2)之间的区域决定，天然气的喷射速度取为30米/秒，而不纯的氧气的喷射速度取为15米/秒，两个孔道A，B的几何尺寸按下表选取<
从图2可看出，在孔道输出端处，燃烧气体的轴向速度设有一个地方超过40米/秒，而是在沿着输出区域4的壁面直至最接近极限层的地方保持大于10米/秒。
图3表示根据本发明的氧化燃烧器组件的一个实施例，它包括至少二个，典型地至少是三个用于喷射易燃介质的通道6′，通道6′在输入区域5的输出端平面7上全部都是共面的。典型的结构是，氧化燃烧器包括5个(如图所示)或7个导管7′，它们围绕着输入区域5的轴线彼此隔开一定角度。因为与带有中心导管的实施例比较，喷射导管靠近孔道的壁，这样在靠近喷射导管的蓄热腔区域中，孔道块体有局部过热的危险，由于这个原因，多管式喷射器已进行工业开发。根据本发明的孔道的阶梯式圆柱体形状可以相当大地减少这种危险。为了彻底减少这种危险，根据本发明的一个方面，内部导管6′和孔道输入区域5相邻壁面之间的最小距离S为孔道输出区域4的尺寸的函数，函数关系如下Ls/(S＋(Ds—De)/2)此式的值在6—8之间。
这个关系表示一个事实，即由具有孔道半角约6°的理论喷射锥的管路6′喷射出的易燃介质不会冲击输出区域4的内壁面，而会在距离孔道末端10一个最优距离的点处，冲击输出区域4的理论延长部分。
虽然，本发明是针对特殊实施例进行说明的，然而它们不是局限于此，技术熟练者将会清楚，相反，在下列权利要求的范围内是允许进行改进和变化的。
权利要求
1.一种用于氧化燃烧器的孔道块体，它包括作有贯通通道(2)的耐火材料块体(3)，其特征为，通道(2)包括一个直径为Ds，长度为Ls的大致圆柱形输出区域(4)，该输出区域与直径De的大致圆柱形输入区域(5)连接，Ds/De比值在1.5—2.5之间，Ls/(Ds—De)比值在2—7之间。
2.根据权利要求1的孔道，其特征为，Ds/De比值不超过2。
3.根据权利要求1或2中的一条的孔道，其特征为，Ls/(Ds—De)比值在4—6之间。
4.根据前述权利要求中的一条的孔道，其特征为，输出区域(4)包括一个截锥形的上游部分(9)，它与输入区域(5)连接。
5.根据权利要求4的孔道，其特征为，截锥形部分(9)具有不超过45°的孔道半角a。
6.根据权利要求5的孔道，其特征为，截锥形部分(9)的长度l不超过输出部分(4)的长度Ls的15％。
7.根据前述权利要求中之一的氧化燃烧器(1)和孔道(3)的组件，其特征为，氧化燃烧器包括至少一个用于喷射易燃介质的内部通道(6，6′)，并且包括至少一个用于喷射充氧易燃介质的圆周通道(8)，该通道(8)开口在输入区域(5)内。
8.根据权利要求7的组件，其特征为，用于易燃介质的内部通道(6，6′)主要是在输入区域(5)的下游末端处(在7处)敞开的。
9.根据权利要求7和8中之一的组件，其特征为，组件包括至少二个内部通道(6′)，每一通道离开内部区域壁面一个距离(S)，使Ls/(S＋(Ds—De)/2)的值在6—8之间。
10.根据权利要求7至9中任何一条的用于使用组件的方法，其特征为，包括至少85％氧的易燃气体以大于5米/秒的速度喷射，并且易燃气体的喷射速度至少等于支持燃烧的气体的喷射速度。
11.根据权利要求10的方法，其特征为，易燃介质以不超过支持燃烧的气体速度的6倍的速度喷射。
12.根据权利要求7至9中任一条的装备有组件的玻璃熔炉。
全文摘要
氧化燃烧器(1)带有一个包括贯通通道(2)的孔道(3)，通道(2)包括一个包容氧化燃烧器(1)的下游端的圆柱形输入区域(5)，和一个直径为Ds，长度为Ls的圆柱形输出区域(4)，比值Ds/De在1.5-2.5之间，比值Ls/(Ds-De)在2-7之间。充氧易燃气体的喷射速度大于5米/秒，而易燃气体的喷射速度大于支持燃烧的气体的速度。本发明特别适用于玻璃熔炉。
文档编号F23M5/02GK1129302SQ9511689
公开日1996年8月21日 申请日期1995年9月12日 优先权日1994年9月22日
发明者蒂埃里·杜布丁, 路易斯·菲利普, 塞尔日·洛朗松和, 埃里克·杜歇托, 让-伊夫·亚特里戴斯 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司