具有多个喷射器的沉浸式燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于玻璃或岩石的熔化的熔炉的沉浸式燃烧器（1），其包括-排列的多个喷射器，每个喷射器都包括呈圆柱体形状的混合室（2），带有喷射孔（11）、燃料给料管道（3）和助燃剂给料管道（4），它们在圆柱体的外壳处通向混合室，沿着相对于圆柱体的外壳促使燃料和助燃剂的切向流动的方向，以及-管道系统（12），其允许冷却流体在燃烧器内进行循环，以及，优选地-实心金属侧部（5），其在喷射器排列（1）的两侧并且平行于喷射器排列且沿着喷射器排列布置，从喷射器开始向上延伸，以及-保护隔板（6），其位于实心金属侧部（5）的顶部。本发明专利技术也涉及包括此类沉浸式燃烧器的熔炉，并涉及使用此类熔炉的熔化玻璃或岩石的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个喷射器的沉浸式燃烧器
本专利技术涉及新式的燃烧器，其包括喷射器排列，用于作为沉浸式燃烧器而被使用在玻璃或岩石的熔炉中，特别是在对于允许岩石的熔化的足够高的温度下。
技术介绍
岩石的熔化通常在由焦炭加热的熔炉中在至少等于1460℃的温度下进行。本专利技术的目的在于提出新型的燃烧器，使得允许在目前主要被用于玻璃熔化的具有沉浸式燃烧器的熔炉中在高温（接近1500℃）下实现岩石的熔化。因为岩石的熔化需要显著高于玻璃的熔化的温度，所以通常对于此两种类型的原料使用相同的设备是不可能的。当期望改装常用的使用沉浸式燃烧器的熔炉用于岩石的熔化时存在的两个主要问题是-常规用作熔炉壁的绝热和保护的耐火陶瓷的过度磨损，以及-使用通过沉浸式燃烧器以足够有效的方式提供的热能对于达到所需高温并且没有能量的过度浪费的难度。耐火陶瓷的磨损能够借助于使用带有裸露金属壁的熔炉，通过冷却液体的循环系统（水冷却套，英文为waterjacket）的持续冷却而被避免。由此带来尤其尖锐的困难在于在带有积极冷却的壁的熔炉中获得1500℃量级的相当高的熔融材料温度。申请人发现尽管如此，由于在冷却的裸露金属壁与熔融材料之间的界面的水平处，形成了一层玻璃或岩石晶体，其同时起到绝热的作用和金属壁防氧化的保护层的作用，不是不可能同时满足这两个相矛盾的限制。为了调试适合于在接近1500℃的温度下岩石的熔化的带沉浸式燃烧器的熔炉，由申请人进行的研究和实验虽然已经证明，不幸地是，通过常用的沉浸式燃烧器，在直接邻近沉浸式燃烧器处保持此绝缘固体层是不可能的，并且炉底在燃烧器附近的区域在仅几个小时或几天后即遭受由不可接受的氧化所引起的损坏。这些氧化引起的损坏是由于在不存在耐火陶瓷时必须使用一个或多个沉浸式燃烧器来注入足够的能量功率，以及沉浸式燃烧器的使用固有的在临近沉浸火焰处存在熔融材料的强烈的对流流动。摇动的并且具有大功率的沉浸火焰也会导致附近的凝固层的熔化以及下面的金属炉底的氧化。在本申请中提出的新式沉浸式燃烧器使得能够显著地限制，甚至在一定情形下消除熔炉的金属炉底的这些氧化损坏。借助在后文更加详细描述的多种技术手段的创新结合，申请人因此成功地分开以及稳定此类燃烧器的沉浸火焰，并且在此沉浸火焰紧挨的附近保持由熔融的玻璃或岩石的局部凝固而形成的保护层，所有这些都通过同时注入足够总量的能量以及最优化在燃烧器的火焰与熔融材料之间的热传递。具有排成两行的多个喷射器的沉浸式燃烧器在专利GB1157010中已经是已知的。其涉及空气/气体燃烧器，其声明能够达到1500℃的温度。但是此燃烧器未提出混合室以及气体燃料与助燃剂（空气）在注入到熔化材料中之前被充分混合，这在助燃剂的氧含量高时具有非常大的风险。此外，从能量效率的角度来讲，沉浸式燃烧器的使用对于空气/气体混合物的燃烧是不令人满意的。实际上，在1500℃下熔融玻璃浴中空气/气体火焰的能量传递效率仅接近27%，但是对于O2/气体火焰其约等于75%。但是更好的能量效率的此优势伴随着炉壁以及燃烧器自身的氧化问题的增加，这些问题当助燃剂的氧含量大以及火焰温度高时变得更严重。然而，甲烷/O2火焰具有接近3000K的温度，显著高于甲烷/空气火焰仅接近2200K的温度。
技术实现思路
本专利技术的基本主要思想因此是将通过与空气相比显著富含氧的助燃剂起作用的沉浸式燃烧器的非常热的火焰分开，以及尽可能有效地冷却直接临近这些多个小火焰的底部的燃烧器区域。因此本专利技术的燃烧器包括多个单独的喷射器，其每个单独通过至少一个燃料给料管道和至少一个助燃剂给料管道而被供给，在被喷射之前，通过这两种气体流的切向流动，燃料和助燃剂在混合室中被混合，并且在混合室的出口之后立即被燃烧。重要的是理解混合室的增多化和小型化由于简单和灵活的几何形状而使得允许使用利用气体/氧气混合物的沉浸式燃烧器而没有爆炸的风险，并且具有大的能量效率，同时限制由直接临近火焰处的金属表面的氧化所引起的损坏。因此本专利技术的主题在于旨在用于玻璃或岩石的熔化的熔炉中的沉浸式燃烧器，其包括-排列的多个喷射器，每个喷射器都包括圆柱体形状的混合室，其带有喷射孔、燃料给料管道和助燃剂给料管道，它们在圆柱体外壳处通向混合室，沿着促使燃料和助燃剂相对于圆柱体外壳的切向流动的方向，以及-管道系统，其允许冷却流体在燃烧器内进行循环。本专利技术的另一个主题在于包括作为沉浸式燃烧器的至少一个此类燃烧器的熔炉，以及使用此类熔炉的可玻璃化材料的熔化方法。如在概述中所解释的，大量喷射器的排列，其中每一个喷射器都是具有特定几何形状的混合室，是本专利技术的核心。借助下面的详细解释，本领域技术人员能够确定每个燃烧器合适数量的喷射器。对于每个燃烧器包括在20和100之间，优选地在30和80之间的喷射器数量的这些燃烧器，申请人已经获得良好结果。虽然原则上可设想喷射器被排列成几个互相平行的行，出于明显的简化燃烧器几何形状的考虑，优选燃烧器只包括单一排列的喷射器。换言之，优选所有喷射器均排列在单一的直线上。每个喷射器的圆柱体的混合室通过其有利地为圆形形状的喷射孔通向燃烧器的表面。喷射器排列的所有喷射孔优选地具有大致相同的直径，该直径优选地包括在2和20mm之间，特别地在5和10mm之间。分隔两个喷射孔的距离有利地与这些孔的直径相同或接近，距离/直径的比值优选在0.7和5之间，特别地在0.9和3之间，以及更优选地还在1和2之间。形成每个混合室的圆柱体的高度优选在12和30mm之间，特别地在14和25mm之间，以及理想地在15和23mm之间。此圆柱体的高度对于火焰的量和热传递的效率是重要的参数。实际上，其决定气体混合物在喷射器中的停留时间。当此停留时间过长时，气体混合物在混合室内过度燃烧，这表现为混合室的热退化。相反地，过小的高度（停留时间太短）使得气体混合物未能充分地燃烧，并且因此也不能供给足够的热量来在喷射器出口处保持稳定火焰。因此存在火焰的分离和燃烧反应不完全的风险。申请人观察到例如直径为5mm的混合室对于15mm的高度同时产生很好地附着的火焰和有效的热传递。燃料和助燃剂给料管道的几何形状也非常重要。在混合室内气体的流动应该是有规律的，并且允许气体有效的混合。因此，燃料和助燃剂给料管道有利地在邻近圆柱体的外壳的底部处通向圆柱体的外壳中，优选在外壳的下四分之一中并且在完全相反的点处。燃料和碳氢燃料给料管道在其所输送的气体流的流动方向上有利地变窄。换言之，优选给料管道的截面在其通向混合室内的点处是最小的。气体（燃料/助燃剂）在混合室内的喷射方向也非常重要。申请人实际上已经验证了必须避免沿着径向方向的喷射，其会引起混合室内强烈的涡流以及火焰的不稳定性。这是碳氢燃料和助燃剂的喷射必须沿着切向方向进行的原因，气体混合物的切向流动产生规律的涡旋。为了确保涡旋流动的规律性，重要的是两种待混合的气体的喷射速度要大致相同。本领域技术人员能够容易地根据期望燃料的化学计量比以及燃料和助燃剂的化学组成来计算每种气体流量的合适比值。对于此两种气体的大致相等的喷射速度，两种给料管道的横截面-在其通向混合室内的地点处-的比值应该反映出气体流量的比值。作为示例，当助燃剂的体积流量是燃料的体积流量的两倍时，则助燃剂给料管道的横截面应该是燃料给料管道的横截面的两倍。作为示例，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于玻璃熔化的熔炉的沉浸式燃烧器（1），包括‑排列的多个喷射器，每个喷射器都包括呈圆柱体形状的混合室（2），带有喷射孔（11）、燃料给料管道（3）和助燃剂给料管道（4），它们在圆柱体的外壳处通向混合室内，沿着相对于圆柱体的外壳促使燃料和助燃剂的切向流动的方向，以及‑管道系统（12），其允许冷却流体在燃烧器内进行循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.08 FR 12511701.一种用于岩石熔化的熔炉的沉浸式燃烧器（1），包括-排列的多个喷射器，每个喷射器都包括呈圆柱体形状的混合室（2），带有喷射孔（11）、燃料给料管道（3）和助燃剂给料管道（4），它们在圆柱体的外壳处通向混合室内，燃料给料管道和助燃剂给料管道在圆柱体形状的混合室的外壳的相反的点处通向圆柱体的外壳中，沿着相对于圆柱体的外壳促使燃料和助燃剂的切向流动的方向，以及-管道系统（12），其允许冷却流体在燃烧器内进行循环。2.根据权利要求1所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，其在喷射器排列的两侧还包括自喷射器起上升的平行于喷射器排列布置的实心金属侧部（5），该平行于喷射器排列布置的实心金属侧部沿着喷射器排列的整个长度布置。3.根据权利要求2所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，其还包括与平行于喷射器排列布置的实心金属侧部（5）接触并且在实心金属侧部的顶峰之外延伸的竖直的保护隔板（6）。4.根据权利要求1所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，燃料给料管道和助燃剂给料管道通向圆柱体的外壳中邻近圆柱体的外壳的底部处。5.根据权利要求4所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，燃料给料管道和助燃剂给料管道在圆柱体的外壳的下四分之一中通向圆柱体的外壳中。6.根据权利要求1所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，燃料给料管道（3）由公共的燃料进口管道（7）衍生，且助燃剂的给料管道（4）由公共的助燃剂进口管道（8）衍生，每个进口管道（7、8）均包括流量的调节装置。7.根据权利要求2所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，平行于喷射器排列布置的实心金属侧部（5）在其表面上包括多个突出的元件。8.根据权利要求2所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，平行于喷射器排列布置的实心金属侧部（5）具有带有多个梯级的台阶的形状。9.根据权利要求2所述的沉浸式燃烧器，其特征在于，其在喷射器排列的每个端部处还包括上升的实心金属侧部（...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y勒弗雷尔，J马里，D加利，S谢内尔，F洛佩佩，O布拉诺夫，
申请(专利权)人：圣戈班伊索福公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR