專利名稱：通過(guò)玻璃熔爐的頂部或爐頂?shù)难鯕庾⑷氲闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱爐內(nèi)的氧氣注入。
技術(shù)背景當(dāng)加熱爐，例如玻璃熔爐，需要額外的噸位/品質(zhì)、或者由于熱量回收 裝置(換熱器或蓄熱器的形式)發(fā)生損壞或變壞而在減小的噸位下操作的時(shí) 候，會(huì)使用氧氣和氧氣燃燒器，以及燃料燃燒器以獲得額外的噸位/品質(zhì)或 利用損失的生產(chǎn)能力。通常通過(guò)在加熱爐的強(qiáng)制燃燒風(fēng)機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)的下游處，將氧氣引入燃 燒空氣中，完成氧氣富集。所需的設(shè)備是最少的，因此設(shè)備安裝成本低。在能夠確保氧氣與燃燒空氣良好混合的位置注入氧氣。將100%的純氧注入空氣流中意味著，要提供相同量的氧氣，可以省去大約五倍體積的空氣。實(shí)際的可能的氧氣百分比由當(dāng)?shù)氐囊?guī)范/CGA(壓縮氣體協(xié)會(huì)(Compressed Gas Association))的規(guī)范以及HAZOP(危險(xiǎn)操作工藝規(guī)程(Hazardous Operation Procedures))確定，但是總是小于29體積％，更優(yōu)選小于25體積 %。應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于富集，燃燒點(diǎn)是不加選擇的。例如，如果一個(gè)四 口交叉火焰再生式加熱爐的第一口被部分堵塞，則實(shí)際需要氧氣的位置是 在第一口區(qū)域。因?yàn)橛嘞碌目谔峁┝俗枇^低的路徑，所以更高比例的氧氣 會(huì)流向不需要/不要求氧氣的位置。 一般的富集就安裝成本來(lái)說(shuō)可以是最低 廉的，但是這種富集是將氧氣用于加熱爐中需要氧氣的位置的效率最低的 方法。吹氧法通過(guò)將氧氣噴射到最需要氧氣的位置，克服了富集的許多缺點(diǎn)。 吹氧通過(guò)口下、通過(guò)口、 口上、口側(cè)面或從換熱器目標(biāo)壁而完成。例如， 如果四口交叉火焰再生式加熱爐的第一口被部分堵塞，需要氧氣的位置是 第一口區(qū)域，因此，這是注入大部分氧氣的區(qū)域。再生式加熱爐具有反向系統(tǒng)，因此這種加熱爐需要具有較復(fù)雜而昂貴的控制系統(tǒng)，從而向正確的口通入正確量的氧氣。通常，如果將吹氧系統(tǒng)安裝于加熱爐，則將要至少向多個(gè)口通氧氣。因?yàn)閺囊粋?cè)到另一側(cè)的氧氣要求條件可能變化，因此需要在
加熱爐的各側(cè)進(jìn)行流量控制。因此，反向三口吹氧面板將需要六個(gè)控制區(qū)域。對(duì)能夠注入口區(qū)域的氧氣的量也存在限制?？趦?nèi)的氧氣含量過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致口區(qū)域內(nèi)過(guò)多的熱量釋放，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性損壞。在口下應(yīng)用中，火焰可能變得過(guò)短，造成熱量分布不平衡，會(huì)導(dǎo)致玻璃缺陷。
人們采用氧氣富集和吹氧最高能夠利用10%的熔爐損失掉的熔融能力。
當(dāng)需要另外的能力的時(shí)候，通常需要超出了加熱爐安裝的空氣燃料系統(tǒng)的能力范圍的燃料流。氧-燃料增加包括將至少一個(gè)(有時(shí)候是多個(gè))氧-燃料燃燒器設(shè)置在加熱爐的零口(加料壁和第一口之間的區(qū)域)內(nèi)或熱點(diǎn)(爐內(nèi)上涌熔融區(qū)域的點(diǎn))內(nèi)。常規(guī)的氧-燃料燃燒器可以將加熱爐損失的生產(chǎn)能力
利用至少10%，或者將生產(chǎn)能力提高至少10%,偶爾可高達(dá)15%。加熱爐
的設(shè)計(jì)通常決定了其所能達(dá)到的能力，如果可能的話，其中可以設(shè)置和安裝燃燒器。安裝的成本高，這是因?yàn)橥ǔＰ枰獙Ｓ玫难鯕夂腿剂峡刂苹瑒?dòng)
件(control skid)。系統(tǒng)的總體能力由加熱爐的排氣能力決定。
當(dāng)加熱爐中存在空間限制的時(shí)候，或者當(dāng)需要生產(chǎn)能力超額15%的時(shí)候，可以在加熱爐的爐頂或頂部安裝氧-燃料燃燒器。可以使用安裝在頂部的燃燒器向加熱爐內(nèi)注入大量的能量。這樣可以阻擋已有的空氣-燃料口，用氧-燃料代替空氣-燃料口。在極端的情況下，可以形成100%的氧-燃料爐，或者處于爐的過(guò)渡狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成包含用于熔融的氧-燃料和用于精制/調(diào)節(jié)的空氣燃料的混合爐。
氧-燃料增加的一個(gè)主要缺陷(特別是當(dāng)用于交叉火焰再生式加熱爐的時(shí)候)是燃燒器的關(guān)小(turndown)(燃燒能力降低)。這對(duì)于常規(guī)的或者安裝在爐頂?shù)娜紵鞫汲Ｒ?jiàn)的。為了避免火焰扭曲或者相互作用，人們需要最小的流速。在某些時(shí)候，由于生產(chǎn)或者產(chǎn)物混合，需要使用高于實(shí)際需要量的氧氣。
數(shù)學(xué)模型模擬顯示，當(dāng)將零口常規(guī)氧-燃料增加轉(zhuǎn)變?yōu)橛冒惭b在頂部的
4燃燒器燃燒相同量的氧氣和燃料的時(shí)候，排氣口中過(guò)量的氧氣的分布已有變化。相對(duì)于常規(guī)的臥式燃燒器，當(dāng)通過(guò)爐頂內(nèi)的燃燒器提供燃料和氧氣的時(shí)候，在第一口和第二口提供更多的氧氣，己知的系統(tǒng)在爐子的某些區(qū)域和對(duì)于特定的熔融操作仍存在需要時(shí)沒(méi)有足夠的氧氣來(lái)燃燒的缺陷。
因?yàn)榭諝獍?0.9%的氧氣，余下的為氮?dú)夂拖∮袣怏w，所以用氧氣代
替空氣可以使得體積減小79.1%。如果加熱爐的壓力是對(duì)燃燒和流動(dòng)速率的限制，則按下面所討論的用氧氣代替空氣(即使是部分代替也)可以解決該問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種通過(guò)加熱爐(例如玻璃熔爐)的爐頂將氧氣注入加熱爐選定的區(qū)域內(nèi)，以增強(qiáng)爐內(nèi)氣氛對(duì)流圖形，從而向加熱爐內(nèi)的氣體提供更高濃度的氧氣的方法。通過(guò)使氧氣位于最大燃燒需要的位點(diǎn)，使得加熱爐內(nèi)有更高效的燃燒，以利用或提供額外的能力；還提供了將氧氣安全并以增加量注入加熱爐特定的區(qū)域或區(qū)段的靈活性。
還提供了一種系統(tǒng)，使得至少一個(gè)或多個(gè)氧氣噴嘴或氧氣噴射器設(shè)置在加熱爐的頂部或爐頂內(nèi)，根據(jù)加熱爐口設(shè)置在選定的位置，用來(lái)將氧氣噴射入加熱爐的燃燒氣氛中，以促進(jìn)所述氣氛的文丘里作用(venturi effect),將現(xiàn)有爐內(nèi)氣氛中夾帶的氧氣引導(dǎo)到需要氧氣以進(jìn)行燃燒的區(qū)域。
本發(fā)明的系統(tǒng)還減少了 NOX(氮氧化物(nitrous oxides))。
氧氣(02)注入和選釋的氧氣流量升高了加熱爐的溫度，促進(jìn)了爐內(nèi)的燃燒。這種方法可以用于沒(méi)有足夠的用來(lái)安裝另外的燃燒器的空間的現(xiàn)有的加熱爐。
本發(fā)明在加熱爐中提供了選定的區(qū)域，該區(qū)域需要氧氣，因此在加熱爐進(jìn)口附近、加熱爐的第一口或燃燒器之前，向加熱爐的氣氛中注入氧氣;所述第一口是最接近加熱爐進(jìn)口的口。 02的注入可以與加熱爐的縱向中心線對(duì)齊，但是不限于這種情況。
提供了一種促進(jìn)加熱爐內(nèi)燃燒的方法，所述加熱爐包括至少一個(gè)燃燒器、進(jìn)口、出口、以及用來(lái)限定該加熱爐的燃燒室的側(cè)壁和爐頂，所述方法包括在燃燒室中確定一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中爐內(nèi)氣氛中的氧氣含量需要增大，以在爐內(nèi)氣氛中進(jìn)行燃燒；以受控制的流速向該區(qū)域提供新鮮氧氣以進(jìn)行燃燒，所提供的新鮮氧氣使得加熱爐的氣氛循環(huán)，使得爐內(nèi)氣氛中已有的氣體和已有的氧氣與向該區(qū)域提供的新鮮氧氣混合以進(jìn)行燃燒。


圖1顯示了交叉火焰再生式加熱爐的縱向截面圖，其包括本發(fā)明的氧氣噴射器，以促進(jìn)氣流沿著加熱爐的內(nèi)部、在爐頂附近、以及朝向加熱爐
的燃燒區(qū)域流動(dòng)。
圖2顯示了圖1的加熱爐的橫向截面圖，沿著加熱爐的寬度具有多個(gè)氧氣噴射器。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1和圖2,圖中顯示了加熱爐10,例如玻璃熔爐，其包括頂部或爐頂12。設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)換熱器14，與加熱爐IO連通和操作使用。換熱器14與加熱爐10的爐氣氛"A"相連通。所述換熱器14各自包括檢驗(yàn)器15。批料加入系統(tǒng)16在加熱爐的進(jìn)口 18與加熱爐10連通，用來(lái)向加熱爐提供批料20，在此情況下為玻璃晶種，進(jìn)行熔融。圖中玻璃批料總體表示為22。從加熱爐IO排出的廢氣流總體表示為24,其離開(kāi)加熱爐IO的燃燒氣氛A，流到換熱器14。
沿加熱爐10的相對(duì)側(cè)面設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)口 26(編號(hào)1-7)。將一個(gè)或多個(gè)氧氣噴射器28設(shè)置在加熱爐10的爐頂12內(nèi)。各個(gè)氧氣噴射器28可以由例如金屬或陶瓷形成管狀。所述氧氣噴射器28可以沿加熱爐10的爐頂12設(shè)置在任意的位置。也就是說(shuō)，各個(gè)氧氣噴射器28可以設(shè)置成與相應(yīng)的口26之一對(duì)齊，或者設(shè)置在口 26之間的位置。另外，氧氣噴射器28可以如圖1所示設(shè)置，即設(shè)置在所述進(jìn)口 18或批料加入系統(tǒng)16與加熱爐10的口 26(#1)之間。類似地，氧氣噴射器28可以設(shè)置在加熱爐IO的出口 30(玻璃排料區(qū)段或爐喉部)附近，沿爐頂12的任意位置，例如也可位于加熱爐10的縱向中心線"C"的位置。所述氧氣噴射器28可以包括具有必需的密封部件或構(gòu)件的管子或管
道，所述管子被引導(dǎo)通過(guò)加熱爐IO的爐頂12。氧氣噴射器28的一端與氧氣源(未顯示)相連，而氧氣噴射器28的相反一端如圖1和圖2所示，終止于爐內(nèi)氣氛A中。各個(gè)噴射器28具有其自身的可控的流速，以提供各自的氧氣流動(dòng)形狀(oxygen profile)29。多個(gè)噴射器28可以調(diào)節(jié)其流速，以便為特定的玻璃浴22或熔體提供選定的混合氧氣和燃燒形狀。
所述氧氣噴射器28可以設(shè)置在加熱爐IO的爐頂12中一定的位置，使得氧氣噴嘴垂直地導(dǎo)入加熱爐(與玻璃浴22成90°)中，如圖1所示，與垂直方向的夾角32最大為45°。 一些加熱爐具有爐喉，其位于加熱爐的出口處，玻璃線以下。所述氧氣噴射器28可以與用于加熱爐10的已有的燃燒器一起使用。
通過(guò)加熱爐10的爐頂12注入氧氣流在加熱爐內(nèi)產(chǎn)生文丘里(抽吸)作用，將加熱爐其它部分的氣體以循環(huán)流的形式抽向噴射流，用于燃燒。這種循環(huán)流在圖中總體用箭頭34表示。根據(jù)氧氣噴射的位點(diǎn)，將決定什么氣體會(huì)被吸入所述氧氣流。例如，在大多數(shù)交叉火焰加熱爐中，下游口26(例如5-7號(hào)口)內(nèi)的氧氣量超過(guò)上游口 26(1-4號(hào)口)。但是，在上游口26有足量的氧氣是合乎需要的。因此，在加熱爐的上游區(qū)域內(nèi)噴射氣流將會(huì)把較高氧氣濃度的加熱爐氣體從下游口 26(5-7號(hào)口)吸到上游口 26(例如1-4號(hào)口)。
在本發(fā)明中，噴射氣流的含氧量為20.9-100%。但是，由于從加熱爐10中具有局部較高氧氣濃度的區(qū)域帶來(lái)額外的氧分子，通過(guò)文丘里作用傳送到火焰的總氧氣量可大于噴射器28噴射的氧氣量，燃燒空氣供應(yīng)源在圖中總體用編號(hào)36表示。這是用氧氣噴射器28噴射的氧氣加上氧氣流中夾帶的氧氣的總量。夾帶的氣流包含以下化合物氧氣、氮?dú)狻?一氧化碳、二氧化碳、水、稀有氣體、玻璃放出的氣體，以及這些化合物的組合。
如圖2所示，在爐頂12上設(shè)置多個(gè)氣體噴射器28產(chǎn)生由另外的氧氣提供的加熱爐的口火焰，所述另外的氧氣由氧氣噴射器28以及氣流34在經(jīng)過(guò)玻璃熔體22的表面時(shí)引入。所述加熱爐氣體的火焰噴射能夠通過(guò)提高有效燃燒，減少總氮氧化物(NOx)的量。
通過(guò)類似循環(huán)流的噴射氧氣的文丘里作用促進(jìn)的氧化劑氣流34將與玻璃批料的表面38接觸，在用于加熱爐10的燃燒空氣供應(yīng)裝置36和燃燒器產(chǎn)生的火焰下面提供局部的高濃度的氧氣。該氣流34將使得火焰燃燒，確保完全燃燒，然后通過(guò)加熱爐10的排氣24離開(kāi)。加熱爐IO中所得的火焰溫度將會(huì)升高，將再提高向玻璃浴22的局部傳熱。
在試運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使用便攜式氣體分析儀，對(duì)加熱爐IO進(jìn)行工藝優(yōu)化，從而可以使用最少的氧氣注入和使用量得到所需的加熱爐燃料分布曲線和熱量釋放。
本發(fā)明一個(gè)重要的方面是利用爐內(nèi)氣氛中未被使用的氧氣，以及減少加熱爐內(nèi)的NOX(氮氧化物)。為達(dá)到此目的，可以使得氧氣流以一定的角度從加熱爐10的橫向中心線向下噴射，以掃到口 26(1號(hào)口)下方。為了減少NOX,在燃燒火焰下方噴射的氧氣的量在化學(xué)計(jì)量上將使得燃料完全燃燒，或者使得氧氣在化學(xué)計(jì)量上過(guò)量，以使得燃料完全燃燒。使氧氣朝向或在加熱爐的中心線C噴射具有以下益處使輸入燃料通過(guò)的加熱爐壁不會(huì)過(guò)熱，通過(guò)使氧氣和燃料氣在批料上方燃燒而不是在廢氣流24之處或之內(nèi)燃燒，或者在換熱器14內(nèi)燃燒，避免了氧氣的浪費(fèi)。當(dāng)氧氣流在燃料氣路徑下方通過(guò)的時(shí)候，其在燃料氣燃燒時(shí)將燃料氣往下拉到批料上方，減少會(huì)對(duì)加熱爐或換熱器的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加熱的能量。這相當(dāng)于一種更有效的將能量傳到浴22中并加快批料的熔融的工藝。
所述氧氣噴射器28不一定要提供100%的氧氣。例如，噴射的氧氣含量可以在70%的氧氣和30%的氣體的范圍。使用一些非100%氧氣的燃料操作噴射器28具有益處。 一個(gè)益處是，能夠?yàn)閲娚涞难鯕饬魈峁┩屏?，以確保其會(huì)在第一口 26火焰下方通過(guò)。這種推力將受到加熱爐操作中的不同變量的影響，例如爐頂與浴22之間的距離，通過(guò)加熱爐的循環(huán)流34的速度，以及第一口內(nèi)的氣體的量。
為了在化學(xué)計(jì)量的減少方面(reducing side of stoichiometry)上提供口燃燒，可以部分或完全地堵塞該口，以限制可能通過(guò)該口的燃燒空氣的量，或者加入通過(guò)該口的額外的燃料，該燃料的量超過(guò)了可能通過(guò)該口的燃燒空氣中氧氣的化學(xué)計(jì)量的量。在此情況下，通過(guò)口的空氣的量按照該口面積相對(duì)于所有進(jìn)入口的總面積的比例進(jìn)行分配。這情況發(fā)生在換熱器14中，其中所有進(jìn)入的燃燒空氣通過(guò)檢驗(yàn)器15上方的共用總管，然后進(jìn)入口。
無(wú)論加熱爐是用來(lái)制造浮法玻璃、容器玻璃、照明玻璃、顯示器玻璃
或特種玻璃，該氧氣噴射器28均可用于所述加熱爐10。
應(yīng)當(dāng)理解，上文所述的實(shí)施方式僅僅是是示例性的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下進(jìn)行許多改變和改進(jìn)。所有的這些改變和改進(jìn)都包括在本文所述和權(quán)利要求書(shū)所要求的本發(fā)明范圍之內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解上述的實(shí)施方式不僅可以替換，而且還可以組合。
權(quán)利要求
1.一種促進(jìn)加熱爐內(nèi)燃燒的方法，所述加熱爐包括至少一個(gè)燃燒器、進(jìn)口、出口、以及限定所述加熱爐的燃燒室的側(cè)壁和爐頂，所述方法包括確定燃燒室的一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域中，爐內(nèi)氣氛中的氧氣含量需要增大，以在爐內(nèi)氣氛中進(jìn)行燃燒；以受控制的流速向所述區(qū)域提供新鮮氧氣以進(jìn)行燃燒，其中，所提供的新鮮氧氣使得爐內(nèi)氣氛循環(huán)，使得爐內(nèi)氣氛中已有的氣體和已有的氧氣與向所述區(qū)域提供的新鮮氧氣混合以進(jìn)行燃燒。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所提供的新鮮氧氣是通過(guò) 所述加熱爐的爐頂噴射入燃燒室的所述區(qū)域內(nèi)的。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述噴射的新鮮氧氣是包 含20.9-100%的氧氣的氣流。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述新鮮氧氣從設(shè)置在所 述加熱爐爐頂處的至少一個(gè)噴射口提供給所述區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)噴射口包括 管狀部件，該部件包括與新鮮氧氣源相連的第一端，以及終止于所述爐內(nèi)氣 氛之內(nèi)、用來(lái)為所述區(qū)域提供新鮮氧氣的第二端，所述的新鮮氧氣用來(lái)與 已有的氣體和已有的氧氣一起燃燒。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在加熱爐進(jìn)口附近、與至 少一個(gè)燃燒器緊鄰之處提供所述新鮮氧氣。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，以與加熱爐的縱向中心線 對(duì)齊的方式，將所述新鮮氧氣提供給所述區(qū)域。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將流體和 所述新鮮氧氣一起引入，以增加新鮮氧氣進(jìn)入爐內(nèi)氣氛的傳輸速率。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述流體選自可燃性氣體、 可燃性液體、以及它們的組合。
全文摘要
提供了一種促進(jìn)加熱爐內(nèi)燃燒的方法，所述加熱爐包括至少一個(gè)燃燒器、進(jìn)口、出口、以及用來(lái)限定該加熱爐的燃燒室的側(cè)壁和爐頂，所述方法包括在燃燒室中確定一個(gè)區(qū)域，在此區(qū)域中爐內(nèi)氣氛中的氧氣含量需要增大，以在爐內(nèi)氣氛中進(jìn)行燃燒；以受控制的流速向該區(qū)域提供新鮮氧氣以進(jìn)行燃燒，所提供的新鮮氧氣使得爐內(nèi)氣氛循環(huán)，使得爐內(nèi)氣氛中已有的氣體和已有的氧氣與向所述區(qū)域提供的新鮮氧氣混合以進(jìn)行燃燒。
文檔編號(hào)F23M3/04GK101600903SQ200780036569
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
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