具有用于靈活操作的交替模式的燃燒器的制作方法

本發明涉及工業爐(諸如用于生產玻璃的爐)中的燃燒。

背景技術：

1、玻璃產品的制造通常涉及在玻璃熔爐中熔化玻璃制造成分的混合物以產生熔融玻璃，然后將該熔融玻璃處理并形成為期望的玻璃產品。典型的玻璃制造成分(其也可用于本發明的實踐中)包括鈉和鉀的氧化物、氫氧化物、硅酸鹽和硫酸鹽、以及它們的混合物、以及壓碎和破碎的玻璃片。用于在爐中熔化玻璃制造成分的熱量通常由爐內燃料的燃燒提供，通常在位于爐的一個或多個壁中的燃燒器處，該燃燒器產生從燃燒器延伸到爐內部的火焰。

2、不幸的是，已知這種類型的熔化操作導致在熔融玻璃的表面上形成氣泡層，通常稱為泡沫。這種泡沫是不期望的，因為它妨礙在爐中實現從火焰到玻璃制造成分以及到熔融玻璃的熔池的有效熱交換。泡沫也可降低熔融玻璃的質量。

3、本發明提供最小化或防止在熔融玻璃的熔池表面上形成泡沫的有用能力。本發明還規定減少不期望的燃燒副產物諸如氮氧化物(“nox”)的形成。

4、在諸如(但不限于)玻璃熔爐的爐中使用的燃燒器也可能遭受在爐壁中的端口的結垢或堵塞，燃燒反應物期望通過該端口進料。本發明還提供了限制或避免這種結垢和堵塞的有效能力。

技術實現思路

1、本發明的一個方面是一種燃燒器，該燃燒器包括：

2、中心管道，該中心管道具有中心軸線并且終止于通向下游空間的中心出口；

3、第一環形管道，該第一環形管道圍繞中心管道，第一環形管道和中心管道被環形壁分開，其中第一環形管道終止于通向所述下游空間的出口，其中第一環形管道包括跨過第一環形管道的出口的噴嘴板，其中噴嘴板包括從第一環形管道內穿過噴嘴板延伸到下游空間的多個孔口；

4、其中中心管道和第一環形管道各自通過機構連接到第一反應物的源，利用該機構能夠控制第一反應物從其源到中心管道中的流動以及第一反應物從其源到第一環形管道中的流動；以及

5、第二環形管道，該第二環形管道圍繞第一環形管道并且終止于通向所述下游空間的第二環形出口，其中第二環形管道通過機構連接到第二反應物的源，利用該機構能夠控制第二反應物從其源到第二環形管道中的流動；

6、其中第一反應物和第二反應物中的一者包括燃料，并且第一反應物和第二反應物中的另一者是包括氧氣的氧化劑。

7、本發明的另一個方面是燃燒裝置，該燃燒裝置包括：

8、第一燃燒器，該第一燃燒器包括

9、第一中心管道，該第一中心管道具有中心軸線并且終止于通向第一下游空間的第一中心出口；

10、第一環形管道，該第一環形管道圍繞第一中心管道，第一環形管道和第一中心管道被環形壁分開，其中第一環形管道終止于通向所述第一下游空間的出口，其中第一環形管道包括跨過第一環形管道的出口的噴嘴板，其中噴嘴板包括從第一環形管道內穿過噴嘴板延伸到第一下游空間的多個孔口；

11、其中第一中心管道和第一環形管道各自通過機構連接到第一反應物的源，利用該機構能夠控制第一反應物從其源到第一中心管道中的流動以及第一反應物從其源到第一環形管道中的流動；以及

12、第二環形管道，該第二環形管道圍繞第一環形管道并且終止于通向所述第一下游空間的第二環形出口，其中第二環形管道通過機構連接到第二反應物的源，利用該機構能夠控制第二反應物從其源到第二環形管道中的流動；

13、以及第二燃燒器，該第二燃燒器包括

14、第二中心管道，該第二中心管道具有中心軸線并且終止于通向第二下游空間的第二中心出口；

15、第三環形管道，該第三環形管道圍繞第二中心管道，第三環形管道和第二中心管道被環形壁分開，其中第三環形管道終止于通向所述第二下游空間的出口，其中第三環形管道包括跨過第三環形管道的出口的噴嘴板，其中噴嘴板包括從第三環形管道內穿過噴嘴板延伸到第二下游空間的多個孔口；

16、其中第二中心管道和第三環形管道通過機構連接到所述第一反應物的源，利用該機構能夠控制第一反應物從其源到第二中心管道中的流動以及第一反應物從其源到第三環形管道中的流動；以及

17、第四環形管道，該第四環形管道圍繞第三環形管道并且終止于通向所述第二下游空間的第四環形出口，其中第四環形管道通過機構連接到所述第二反應物的源，利用該機構能夠控制第二反應物從其源到第四環形管道中的流動；

18、其中第一中心管道的中心軸線在第二中心管道的中心軸線上方；

19、其中第一反應物和第二反應物中的一者包括燃料，并且第一反應物和第二反應物中的另一者是包括氧氣的氧化劑。

20、本發明的另一個方面是一種在爐中燃燒的方法，該方法包括：

21、提供上述燃燒裝置；

22、將燃料從所述第一燃燒器的第一中心出口和第一環形管道噴嘴板進料到所述爐內的第一下游空間中；

23、將氧化劑從所述第一燃燒器的第二環形出口進料到所述第一下游空間中，以及

24、使從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料的所述燃料與從第二環形出口進料的所述氧化劑燃燒，以在所述第一下游空間中產生所述燃燒的產物的混合物；同時

25、將燃料從所述第二燃燒器的第二中心出口和第三環形管道噴嘴板進料到所述爐內的第二下游空間中；

26、將氧化劑從所述第二燃燒器的第四環形出口進料到所述第二下游空間中，以及

27、使從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料的所述燃料與從第四環形出口進料的所述氧化劑燃燒，以在所述第二下游空間中產生所述燃燒的產物的混合物；

28、其中所述第一下游空間位于所述第二下游空間上方。

29、根據本發明的爐中的燃燒的另一個實施方案包括：

30、提供燃燒裝置，該燃燒裝置包括

31、多個第一燃燒器，該多個第一燃燒器包括

32、第一中心管道，該第一中心管道具有中心軸線并且終止于通向第一下游空間的第一中心出口；

33、第一環形管道，該第一環形管道圍繞第一中心管道，第一環形管道和第一中心管道被環形壁分開，其中第一環形管道終止于通向所述第一下游空間的出口，其中第一環形管道包括跨過第一環形管道的出口的噴嘴板，其中噴嘴板包括從第一環形管道內穿過噴嘴板延伸到第一下游空間的多個孔口；

34、其中第一中心管道和第一環形管道各自通過機構連接到第一反應物的源，利用該機構能夠控制第一反應物從其源到第一中心管道中的流動以及第一反應物從其源到第一環形管道中的流動；以及

35、第二環形管道，該第二環形管道圍繞第一環形管道并且終止于通向所述第一下游空間的第二環形出口，其中第二環形管道通過機構連接到第二反應物的源，利用該機構能夠控制第二反應物從其源到第二環形管道中的流動；

36、以及多個第二燃燒器，該多個第二燃燒器包括

37、第二中心管道，該第二中心管道具有中心軸線并且終止于通向第二下游空間的第二中心出口；

38、第三環形管道，該第三環形管道圍繞第二中心管道，第三環形管道和第二中心管道被環形壁分開，其中第三環形管道終止于通向所述第二下游空間的出口，其中第三環形管道包括跨過第三環形管道的出口的噴嘴板，其中噴嘴板包括從第三環形管道內穿過噴嘴板延伸到第二下游空間的多個孔口；

39、其中第二中心管道和第三環形管道通過機構連接到所述第一反應物的源，利用該機構能夠控制第一反應物從其源到第二中心管道中的流動以及第一反應物從其源到第三環形管道中的流動；以及

40、第四環形管道，該第四環形管道圍繞第三環形管道并且終止于通向所述第二下游空間的第四環形出口，其中第四環形管道通過機構連接到所述第二反應物的源，利用該機構能夠控制第二反應物從其源到第四環形管道中的流動；

41、其中所有所述第一燃燒器的中心軸線在所有所述第二燃燒器的中心軸線上方；

42、其中第一反應物和第二反應物中的一者包括燃料，并且第一反應物和第二反應物中的另一者是包括氧氣的氧化劑；

43、將燃料從所述第一燃燒器中的每一者的第一中心出口和第一環形管道噴嘴板進料到所述爐內的第一下游空間中；

44、將氧化劑從所述第一燃燒器中的每一者的第二環形出口進料到所述第一下游空間中，以及

45、使從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料的所述燃料與從第二環形出口進料的所述氧化劑燃燒，以產生傳入所述第一下游空間中的所述燃燒的產物的混合物；同時

46、將燃料從所述第二燃燒器中的每一者的第二中心出口和第三環形管道噴嘴板進料到所述爐內的第二下游空間中；

47、將氧化劑從所述第二燃燒器中的每一者的第四環形出口進料到所述第二下游空間中，以及

48、使從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料的所述燃料與從第四環形出口進料的所述氧化劑燃燒，以產生傳入所述第二下游空間中的所述燃燒的產物的混合物。

49、在本發明的另一個實施方案中，傳入所述第一下游空間和所述第二下游空間中的一者中的燃燒產物的混合物是富燃料的，而傳入所述第一下游空間和所述第二下游空間中的另一者中的燃燒產物的混合物是貧燃料的。

50、在該實施方案的優選應用中，交替地，(a)傳入所述第一下游空間的燃燒產物的混合物是富燃料的，而傳入所述第二下游空間的燃燒產物的混合物是貧燃料的，并且(b)傳入所述第一下游空間的燃燒產物的混合物是貧燃料的，而傳入所述第二下游空間的燃燒產物的混合物是富燃料的。

51、本發明的優選方面是操作上述燃燒裝置以加熱爐內部并且加熱爐內的內容物(諸如加熱包含熔融玻璃的熔池的玻璃熔爐)的方法，該方法包括交替地進行步驟(a)和(b)：

52、(a)將燃料從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料到所述第一下游空間中；

53、將氧化劑從第二環形出口進料到所述第一下游空間中，其量包括不足以與從所述第一中心出口和從所述第一環形管道噴嘴板進料的所有所述燃料完全燃燒的氧氣的量；以及

54、使從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料的所述燃料與從第二環形出口進料的所述氧化劑不完全燃燒，以在所述第一下游空間中產生所述燃燒的產物的富燃料混合物；同時

55、將燃料從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料到第二下游空間中；

56、將氧化劑從第四環形噴嘴進料到第二下游空間中，其量所包括的氧氣的量超過與從所述第二中心出口和從所述第三環形管道噴嘴板進料的所有所述燃料完全燃燒所必需的氧氣的量；以及

57、使從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料的燃料與從第四環形出口進料的所述氧化劑燃燒，以在所述第二下游空間中產生所述燃燒的產物的貧燃料混合物；

58、其中所述第一下游空間位于所述第二下游空間上方；以及

59、將所述富燃料混合物從所述第一下游空間進料到所述熔池的表面上方的空間中，并且將所述貧燃料混合物在所述富燃料混合物和所述熔池的表面之間進料到所述熔池的表面上方的空間中；以及

60、(b)將燃料從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料到第一下游空間中；

61、將氧化劑從第二環形出口進料到所述第一下游空間中，其量所包括的氧氣的量超過與從所述第一中心出口和從所述第一環形管道噴嘴板進料的所有所述燃料完全燃燒所必需的氧氣的量；以及

62、使從第一中心出口和從第一環形管道噴嘴板進料的燃料與從第二環形管道進料的所述氧化劑燃燒，以在所述第一下游空間中產生所述燃燒的產物的貧燃料混合物，同時

63、將燃料從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料到第二下游空間中；

64、將氧化劑從第四環形管道進料到第二下游空間中，其量包括不足以與從所述第二中心出口和從所述第三環形管道噴嘴板進料的所有所述燃料完全燃燒的氧氣的量；以及

65、使從第二中心出口和從第三環形管道噴嘴板進料的燃料與從第四環形管道進料的所述氧化劑不完全燃燒，以在所述第二下游空間中產生所述燃燒的產物的富燃料混合物；以及

66、將所述貧燃料混合物從所述第一下游空間進料到所述熔池的表面上方的空間中，并且將所述富燃料混合物在所述貧燃料混合物和所述熔池的表面之間進料到所述熔池的表面上方的空間中。

67、有利地，該方法響應于熔融玻璃的所述熔池的檢測到的特性而在(a)和(b)之間交替。

68、這些燃燒方法的優選實施方案包括連續地燃燒從跨過所述第一環形管道和第三環形管道的出口的噴嘴板進料的所述燃料。

69、如本文所用，“富燃料”的流或混合物含有一種或多種選自由可與氧氣燃燒的燃料和通過燃料與氧氣的不完全燃燒形成的產物組成的組的物質，并且不含有氧氣或含有氧氣但其量不足以使燃料和存在的不完全燃燒的產物完全燃燒。

70、如本文所用，“貧燃料”的流或混合物含有氧氣和一種或多種選自由可與氧氣燃燒的燃料和通過燃料與氧氣的不完全燃燒形成的產物組成的組的物質，其中存在的氧氣的量等于或大于完全燃燒所有所述物質所需的量。

71、如本文所用，“完全燃燒”燃料意指使燃料中的所有氫氣(作為h2且作為到烴中的碳的結合物)與氧氣反應以形成h2o并且使燃料中的所有碳(如果有的話)(作為元素c或作為烴中的結合物)反應成co2。

72、如本文所用，第一平面在第二平面“下方”或“上方”意指在兩個平面之間存在空間，并且單個水平線不能穿過兩個平面；并且管道的軸線在另一個管道的軸線“上方”或“下方”意指在軸線之間存在空間并且單個水平線不能穿過兩個軸線；并且空間在另一個空間“下方”或“上方”意指單個水平線不能穿過兩個所述空間。