CN103228988B - 具有分散燃料射流的燃烧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双燃料动量喷射器，包括称为高压的第一导管和称为低压的第二导管，第二导管包围第一导管，第一导管在其末端处包括至少两个燃料喷射孔(23,24)，所述两个孔的轴线分开至少16°。本发明更具体地意图用于配备再生器的玻璃炉，尤其是配备具有横向燃烧器的炉或具有回路的炉，尤其用于熔融玻璃以便将其在浮动单元中形成平板玻璃或者用于制造空心玻璃。该装置使得其能够极大地降低再生器顶部处的温度。备选地，可选择提高燃烧器的功率以及相应地提高生产率，同时在回收燃烧器的烟的再生器处保持相同的温度。

Description

具有分散燃料射流的燃烧

本发明涉及作为燃烧器的喷射器的装置，其尤其可安装在具有横向燃烧器或回路的玻璃炉中。

提高玻璃炉的生产率需要提高它们的燃烧器的功率。然而，取决于传递至玻璃的热量，由于燃烧器的过高功率，炉的耐火材料有时会过热并且劣化。尤其对于具有横向燃烧器的炉的再生器情况就是如此，再生器直接接纳面向它们的燃烧器的火焰。因此期望的是燃烧器功率不变，而降低室顶部（或“再生器的顶部”或“头部”）处的温度。

出于减少NOx的目的，EP921349（或US6244524）以及2007年3月26日提交的法国专利申请No. 0754028提出了具有至少一个喷射器的燃烧器，其包括用于燃料油类型液体燃料的供应导管和用于雾化流体的供应导管，雾化流体的供应导管相对于所述液体燃料的供应导管同心地布置，所述液体燃料的供应导管包括被倾斜通道穿透的元件，以便将液体燃料成形为大体贴合内壁的空心射流。

JP-A-2003269709教导了一种用于在具有横向燃烧器的炉中加热熔融玻璃的方法，该炉装备了再生器并利用气态燃料操作。

US4946382教导了一种利用助燃剂(comburant)燃烧液体燃料的方法，助燃剂可为富氧空气，其中氧气动量(impulsion)相对于燃料动量的比值为从10到30。

WO2009/101312教导了一种使用炉加热熔融玻璃的方法，该炉包括侧壁，侧壁装备了横向燃烧器并设有再生器，其特征在于至少一个燃烧器被供应助燃剂和燃料，助燃剂包括小于30 vol%的氧气，使得助燃剂的动量相对于燃料的动量的比值从5到13变化。

US6132204教导了具有单氧气动量的燃烧器，燃烧器的燃料射流分成三股分散射流以便扩散火焰，且因而使得要加热的玻璃的表面被更好地覆盖。利用这样的燃烧器，不可能以恒定的流量调节动量，并且因此不能以恒定的流量调节火焰长度。

当前已经发现如果燃料喷射装置（通常是燃烧器的金属喷射器）包括两个分散的射流而不是单个射流，则再生器顶部处的温度可以极大地降低，且具有的燃烧器功率相同。备选地，可以选择提高所讨论的燃烧器的功率并从而提高生产率，同时保持回收燃烧器的烟的再生器处的温度不变。

本发明涉及一种用于产生火焰的喷射器型燃料喷射装置，其包括至少两个燃料喷射孔，它们的轴线分开至少16°。根据本发明的喷射器是具有双燃料动量的喷射器，并且包括称为高压的第一导管和称为低压的第二导管，该第二导管包围第一导管，第一导管在其末梢处（即其末端）包括至少两个燃料喷射孔，所述两个孔的轴线分开至少16°。通常，所述两个孔的轴线分开最多40°。这两个燃料射流参与形成相同的火焰，即便在根部火焰可能显示成两个部分。在使用期间，就是说在炉的运行期间，两个孔的轴线优选地位于相同的水平面上。如果燃料是气态的，燃料的压力在通过孔喷射前例如可处于20到100 mbar之间。如果燃料是液态的（重燃料油），燃料的压力在通过孔喷射前可例如处于3到15 bar之间。通常，在两个孔的出口处（喷射点）两个射流（或孔）的轴线之间的距离小于2 m，且通常小于150mm。通常，两个分开的孔位于喷射器中并且通过相同的燃料导管供应。尤其是，此导管可终止于两个分开的孔形成在其中的套接管中。通常存在孔的（且因而分散射流的）轴线的会聚点，所述会聚点通常包含在给两个孔供应燃料的此单个导管中。

根据本发明的两个分开的孔通常具有相等的横截面积（垂直于孔的轴线的开口表面的面积）并且通常以相同的动量输送射流。

根据本发明的喷射器为双动量类型，就是说其包括两个单独的燃料导管，每个导管被供应不同的燃料压力：高压和低压，例如如专利申请WO2009/101326中所述。高压燃料可为气态或液态，而低压燃料常为气态。这两个导管通常是同心的，低压导管通常包围高压导管。在这种情况下，分开分散射流的孔安装在高压导管的末端处。通常，高压导管输送低压和高压导管的流量总量的5到30％。通常，燃烧器的功率通过低压调节，而火焰长度通过高压调节。如果燃料是气态的，高压导管中燃料的压力在通过孔喷射前例如可处于20到100mbar之间。如果燃料是液态的（重燃料油），燃料的压力在通过高压导管喷射前可例如处于3到15 bar之间，通常在5到10 bar之间。低压导管中的气态燃料的压力在燃料的喷射前可在0到50 mbar之间。当然，本申请中压力数据指的是相对压力（绝对压力和大气压力之间的差值）。高压导管中的压力高于低压导管中的压力。

两个分散射流可通过独立的导管供应。然而，通常两个分散射流通过同一个金属喷射器输送。在这种情况下，通向孔的一个或多个金属导管在它们之间由一个或更多金属零件连接。喷射器可包括以包括两个孔的喷嘴终止的单个导管。孔然后位于同一个（第一）导管的末端处。因而存在孔的轴线的会聚点，其位于供应两个孔的（第一）导管中。在双动量喷射器的情况下，第一导管可以包含在第二导管中。

本发明还涉及装备了根据本发明的燃烧器的炉，尤其是具有横向燃烧器的炉或具有回路的炉。本发明尤其应用于装备了横向燃烧器和再生器的玻璃炉，或者装备了再生器的具有回路的玻璃炉。

在本申请的背景下，术语“燃烧器”指的是一种组件，其包括进气口和根据本发明的装置（通常为喷射器），其可置于此类炉的其中一个壁中。进气口通常称为空气流。如果炉是具有横向燃烧器的炉，则燃烧器位于侧壁中（也称为边墙），再生器面向燃烧器。如果炉是具有回路的炉，则燃烧器位于上游壁中，火焰的回火引入位于该上游壁后的再生器。本发明还涉及一种炉，其包括根据本发明的燃烧器和回收燃烧器的烟的再生器。本发明也涉及一种用于通过根据本发明的炉加热玻璃的方法，该方法可以可选地为用于熔化玻璃的方法。

燃烧器可包括多个喷射器。

在燃烧反应的背景下助燃剂优选是过量的。所产生的火焰因而优选是氧化的。

在本发明的背景下，助燃剂是空气或轻微富氧的空气，使得助燃剂中总的氧含量少于30 vol%，且通常少于25 vol%。助燃剂中此总氧含量多于15 vol%。

助燃剂在其离开它的供应导管之前被预热。其温度高于1200℃。其通常低于1500℃。

在本发明的背景中，燃料可为液体。其可为常用于燃烧装置中用来加热玻璃炉中的可玻璃化材料的液体化石燃料。其例如可为重燃料油。在这种情况下，使用雾化液体（例如空气或天然气）来雾化所述液体燃料。液体燃料通常在100到150℃之间的温度下喷射，更优选地在120到140℃之间。液体燃料通常具有至少等于5•10^-6 m²/s的速率，尤其在10^-5和2•10^-5 m²/s之间。燃料也可为诸如天然气、甲烷、富丁烷空气或富丙烷空气的气体。

根据本发明的喷射器也可为混合喷射器，就是说包括气态燃料进口和液态燃料进口，这两种燃料交替地或同时喷射。在这种情况下，输送分散射流的孔可装备液态燃料进口或者气态燃料进口。

通常，燃料喷射装置（如喷射器）置于助燃剂进口下方。助燃剂进口，通常称为空气流，通过具有相对大横截面的开口提供，其中在各侧壁（以及因而每个燃烧器）上其面积（或横截面）尤其可处于0.5到2 m²之间，多个喷射器可与每个燃烧器的每个空气进口（喷射器群概念）相连。空气进口的横截面面积对燃料进口横截面面积（就是说燃料进口横截面面积的总和，假定每个燃烧器喷射器有多个燃料进口孔并且每个燃烧器可能有多个喷射器）的比值通常从10到100变化。用于助燃剂的供应导管具有向下倾斜（沿助燃剂的流动方向）的拱顶，使得助燃剂取朝向玻璃浴的表面定向的方向。用于助燃剂的供应导管的拱顶通常与水平线呈从18到30°变化的角度。燃料的喷射方向通常稍微向上倾斜（沿燃料的流动方向）。其与水平线呈通常从3到12°变化的角度。

本发明还涉及一种燃烧器，其包括空气进口和根据本发明的具有分散射流的装置。

炉的每个横向燃烧器通常具有从4到12兆瓦变化的功率。

本领域技术人员公知的再生器用于回收来自燃烧的烟的热量。它们安装在具有横向燃烧器的炉和具有回路的炉中。它们由置于分离舱室中交替操作的耐火元件构成。

本发明涉及尤其用于熔融玻璃的所有类型的玻璃炉（如具有横向燃烧器的炉或具有回路的炉），其目的在于将玻璃在浮动单元中形成平板玻璃或用于制造中空玻璃（瓶子、长颈瓶等）。玻璃从上游壁向下游壁并在两个侧壁（边墙）之间流过炉。

具有横向燃烧器的炉通常在其每个侧壁中装备至少三个燃烧器，且装备和燃烧器同样多的再生器，以便交替加热助燃剂并收集烟。在第一侧壁的第一燃烧器运行并产生火焰期间，助燃剂通过位于所述第一燃烧器后的第一再生器供应并加热，烟被收集并输送至从烟回收热量的第二再生器，所述第二再生器被放置成在第二侧壁后面向所述第一燃烧器。第二燃烧器放置在第二侧壁中并面向第一燃烧器，但在第一燃烧器运行期间并不运行。面向彼此的两个燃烧器的运行通过停止该第一燃烧器的运行并将第二燃烧器设定为运行而循环地反转，其中助燃剂由第二再生器供应并加热（第二再生器在在前步骤期间用于收集烟）。第一再生器然后被用作烟收集器。炉因而在固定时间（例如从10到40分钟）期间按一个方向运行，然后炉的运行被反转。在具有横向燃烧器的炉的情况下，再生器被置于炉的侧壁后。在具有横向燃烧器的炉的情况下，装配了横向燃烧器的侧壁（其彼此平行）通常彼此分开7到16米。此类炉的各侧壁通常装备3到10个横向燃烧器（或3到10个喷射器/助燃剂进口组件），即，对于该炉总计6到20个燃烧器或喷射器/空气进口组件。

具有回路的炉包括上游面，两个侧面和下游面。其设有两个相同的燃烧器，它们并列放置并且两个都置于上游面中。其还配备有两个相同的再生器，它们并列放置并且两个都置于上游面后。每个再生器都置于上游面的一半后面。在侧壁中形成凹陷以便引入可玻璃化材料。这些凹陷置于侧壁上游的第一个三分之一中。火焰来自置于上游面的前一半中的燃烧器。其在在炉的气氛中形成一个回路以便朝向上游面的后一半返回。烟然后穿过置于上游面的后一半后的再生器。当再生器中的耐火砖足够热时，炉的运行被反转。在这种情况下，火焰来自上游面的后一半的燃烧器且烟的热量在上游面的前一半的再生器中回收。玻璃流过炉的下游面中设置的孔。

根据本发明的双动量燃烧器具有大的工作灵活性，因为利用燃料的恒定流量和燃料的恒定动量，可以通过改变高压导管的压力以及通过低压的变化来补偿高压的变化从而保持整体相同的燃料流量来调节火焰长度。

在双动量燃烧器具有单个燃料射流的情况下，对于相同功率火焰趋向于过长，这导致再生器中过高的温度。

图1显示了从上面查看的用于熔融玻璃的炉41，其具有横向燃烧器和再生器。炉41包括上游壁43、下游壁44和两个侧壁（或边墙）45和45’。可玻璃化材料被从上游壁43引导通过未示出的常规装置。熔化的可玻璃化材料如箭头所示从上游向下游流动。在所示情况下，玻璃在进入转化单元之前穿过用于热调节目的的炉床(braise)47，该转化单元未示出并可为用于生产平板玻璃的浮法玻璃设施。炉41穿过其两个侧壁装备对每个壁装备了四个燃烧器，就是说相继运行的两行四个空气燃烧器。每个空气燃烧器都包括通过导管8和8’供应的燃料喷射器（或喷射器组），以及热空气进口9和9’。喷射器（或喷射器组）位于空气进口下方。开口9和9’交替地履行热空气进口和烟收集器的功能。它们各自连接到再生器10,10’上。当壁45的喷射器在运行时，壁45'的那些喷射器不运行。烟穿过面向它们的侧壁45’的开口9’，且它们的热量在再生器10中回收。在数十分钟结束的时候，炉的运行被反转，就是说壁45的燃烧器的运行被停止（穿过导管8的可燃烧气体被停止，且穿过开口9的空气被停止），而通过经由导管8’向其喷射器进行供应并给空气进口9’供应热空气，壁45’的空气燃烧器被设置成运行。由于被再生器10所加热，空气是热的。在数十分钟结束的时候，炉的运行被再次反转，依次类推（反转循环的重复）。这里，炉设有浸入壁11，其促进熔融玻璃中对流循环的形成。

图2用如沿着玻璃7的流动轴线从侧面所见的截面示出了具有横向燃烧器的炉1，横截面穿过两个燃烧器和两个再生器。炉处在运行中。其包含熔融玻璃7的浴。喷射器2和2'（图2中仅喷射器2在运行）放置成在炉的边墙（侧壁）中彼此相对。火焰15从左手边的燃烧器露出，该燃烧器包括喷射器2和助燃剂进口3。助燃剂在穿过再生器4后被加热，再生器4包括虚线5下的耐火砖，再生器在此线上方的部分为再生器的头部18，所述头部包括拱顶19。助燃剂沿着粗箭头的路径穿过再生器4并进入喷射器2上方的炉。这里，在5和13之间精确地调节比率R，且火焰被精确地紧贴在熔融玻璃7的表面6上。燃烧烟11趋向于在火焰上方形成循环回路，朝向火焰出自其中的燃烧器而返回。烟的此返回流动向下推动火焰并有利地将其压在玻璃的表面上。烟通过置于正在运行的燃烧器对面的再生器13的导管12逸出，并且随粗箭头的路径穿过再生器13。这些烟加热再生器13的布置在虚线14下方的耐火材料。

图3图示了根据本发明的喷射器。其为双动量型，包括两个同心的燃料进口：外部低压燃料进口20和内部高压燃料进口21。用于低压的第二导管26包围或包含用于高压的第一导管27。高压部分包括喷嘴28，喷嘴28包括两个孔口23和24。这些孔口的轴线分开22°的角度β。孔口的出口处（燃料喷射点）孔口的轴线之间的距离d小于150mm。孔口的轴线的会聚点25位于供应两个孔口的单个导管27内。

图4图示了赋予炉的侧壁30中的助燃剂流和燃料流的定向，炉包含熔融玻璃36的浴。助燃剂通过具有大横截面的导管31进入炉，所述导管的拱顶32向下定向，并与水平线成角度33（18到30°）。燃料供应导管34具有小横截面并与水平线成角度35（3到12°）。赋予燃料和助燃剂的方向因而在燃料和助燃剂离开它们各自的供应导管时会聚。形成在助燃剂供应导管的拱顶的方向和燃料供应导管的方向之间的角度37是角度33和35的和（所述和通常位于21和42°之间）。

示例1（比较性）

在玻璃熔炉上进行了测试，该玻璃熔炉后跟用于通过在熔锡上浮动以形成平板玻璃的腔室。熔炉具有每天560吨的容量并且装备了7个具有再生器的横向燃烧器，用于36.8兆瓦的总功率。上游的前四个燃烧器的功率为总功率的大约18%，而对于最后下游的燃烧器功率随后逐渐下降至总功率的5%。所有的喷射器都是双气体动量型（用于高压的16mm的喷射孔），对于高压被供应处于45毫巴压力的天然气，而对于低压供应处于数毫巴压力的天然气。高压射流是单个射流。燃烧器的功率通过低压天然气的流量调节。每个空气流都配有两个喷射器。空气流的横截面积为0.75 m²。每个燃烧器的喷射器横截面积的和为0.0136 m²。

在面向来自上游端的第二燃烧器的再生器的顶部（头部）处测量的温度为1440℃。

示例2

执行了如示例1中的过程，除了来自上游端的第二燃烧器是根据本发明的燃烧器。提供了空气流，空气流下方是两个双动量喷射器，各喷射器均包括两个同心的天然气进口，处于45毫巴的低压进口包围高压进口。高压进口配备具有两个孔的头部，孔产生分开22°的两股射流。喷射时两股射流的轴线处于水平面中。此燃烧器的功率与示例1中来自上游端的第二燃烧器的功率相同。在面向来自上游端的第二燃烧器的再生器的上部（也称为头部）中测量的温度为1420℃。

Claims (17)

1.一种具有双燃料动量的喷射器，包括用于燃料的称为高压的第一导管和用于燃料的称为低压的第二导管，所述第二导管包围所述第一导管，其特征在于，所述第一导管在其末端处包括至少两个燃料喷射孔，所述两个孔的轴线分开至少16°，来自所述至少两个燃料喷射孔的燃料射流参与形成相同的火焰。

2.如权利要求1所述的喷射器，其特征在于，所述两个燃料喷射孔的轴线分开至多40°。

3.如权利要求1或2所述的喷射器，其特征在于，在两个孔的出口处所述两个燃料喷射孔的轴线之间的距离小于150 mm。

4.如权利要求1或2所述的喷射器，其特征在于，存在孔的轴线的会聚点，所述会聚点位于供应所述两个孔的所述第一导管中。

5.一种燃烧器，其包括空气进口和权利要求1-4的任一项所述的喷射器。

6.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述空气进口具有0.5到2 m²之间的横截面。

7.如权利要求5或6所述的燃烧器，其特征在于，所述空气进口的横截面积对燃料进口横截面积的比值从10到100变化。

8.一种玻璃炉，其包括如权利要求5-7的任一项所述的燃烧器。

9.如权利要求8所述的炉，其特征在于，所述两个燃料喷射孔的轴线位于相同的水平面内。

10.如权利要求8或9所述的炉，其特征在于，其包括回收所述燃烧器的烟的再生器。

11.如权利要求8或9所述的炉，其特征在于，其为具有横向燃烧器的炉或具有回路的炉。

12.一种用于使用如权利要求8-11的任一项所述的炉加热玻璃的方法。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，助燃剂具有15到25vol%之间的氧含量。

14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述高压导管输送所述低压导管和高压导管的流量之和的5到30%。

15.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述高压导管的燃料是气态的，且其在通过孔喷射前的压力处于20到100毫巴之间。

16.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述高压导管的燃料是液态的，且其在通过所述高压导管喷射前的压力处于3到15巴之间。

17.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述低压导管中的气态燃料的压力在其喷射前处于0到50毫巴之间。