專利名稱：玻璃成纖化燃燒燃料混合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明涉及燃料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于使熔融玻璃成纖化的燃燒燃料混合物。
礦物纖維具有多種用途，其范圍從紡織品、復(fù)合增強(qiáng)材料延伸至絕熱和隔音材料，纖維制品通常被稱為礦棉、玻璃棉或玻璃絲。用于熱和聲音應(yīng)用的玻璃絲現(xiàn)已廣泛用于家用、商業(yè)和工業(yè)住宅建設(shè)。玻璃纖維的形成技術(shù)可以是拉制、吹制或旋轉(zhuǎn)成纖化。
為了將熔融玻璃轉(zhuǎn)換為玻璃絲，成纖器接收熱的熔融玻璃流并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂行枰睆胶烷L(zhǎng)度的纖維。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，利用燃料和氣體混合物的混合物的燃燒反應(yīng)將成纖器紡絲器加熱，并在熔融玻璃滴入該紡絲器時(shí)使其旋轉(zhuǎn)。紡絲器的離心力驅(qū)使熔融玻璃穿過(guò)紡絲器側(cè)面的孔，形成多個(gè)玻璃流初級(jí)產(chǎn)物(primaries)。這些玻璃流初級(jí)產(chǎn)物立刻因高速吹風(fēng)機(jī)和燃料及氣體混合物的燃燒形成的燃燒產(chǎn)物而變細(xì)，而形成玻璃棉纖維。
當(dāng)離開成纖器時(shí)，纖維在它們被送至成型鏈之前通過(guò)噴水并且然后噴粘合劑而冷卻。該纖維由負(fù)壓吸力被向下拉至成型箱中，燃燒氣體從該箱中排出。
外部燃燒爐加熱紡絲器和周圍區(qū)域，內(nèi)部燃燒爐可以用于紡絲器的預(yù)加熱。外部燃燒爐對(duì)纖維直徑、長(zhǎng)度以及因此導(dǎo)致的纖維質(zhì)量有主要的影響。隨著通過(guò)燃燒爐的燃料和空氣混合物的壓力增加，燃料和空氣混合物的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量增加，紡絲器的表面溫度升高。溫度升高導(dǎo)致玻璃初級(jí)產(chǎn)物變得更細(xì)，并且更容易流動(dòng)。結(jié)果，玻璃纖維直徑會(huì)變小，而且纖維長(zhǎng)度會(huì)下降。
目前，成纖器中用于加熱紡絲器的燃燒爐采用簡(jiǎn)單的空氣和天然氣混合物輸入。在采用空氣/氣體燃燒爐的典型燃燒過(guò)程中，天然氣和空氣通常以體積比來(lái)說(shuō)是按照10份空氣對(duì)1份天然氣的固定比例混合的。占空氣78％體積的氮?dú)鈱?duì)燃燒過(guò)程沒(méi)有貢獻(xiàn)。由于使用空氣，空氣和天然氣的燃燒產(chǎn)生的能量浪費(fèi)在將惰性氮?dú)饧訜嶂寥廴诓ＡЮw維化所需的升高溫度上。使用空氣和天然氣混合物導(dǎo)致低效燃燒，因?yàn)槎栊缘獨(dú)庀♂屃丝諝?，并且因此需要大量的天然氣以推?dòng)燃燒反應(yīng)，以將紡絲器的溫度升高至熔融玻璃變細(xì)所需水平?？諝庵械?dú)獾拇嬖趲ё吡巳紵^(guò)程產(chǎn)生的部分熱量，因此有害于加熱過(guò)程。
天然氣和空氣混合物的燃燒產(chǎn)生了大量對(duì)環(huán)境有害的燃燒副產(chǎn)物，主要呈NOx排放物的形式。NOx排放構(gòu)成了天然氣和空氣燃燒過(guò)程產(chǎn)生的主要環(huán)境污染物，但是也產(chǎn)生了少量的其他環(huán)境污染物。為了從燃燒環(huán)境中除去在燃燒反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的燃燒副產(chǎn)物，需要采用護(hù)罩并用大的吸力除去和排放該副產(chǎn)物。排放副產(chǎn)物所需的吸力也會(huì)在將玻璃纖維被壓進(jìn)纖維包(pack)之處的成型區(qū)域內(nèi)將玻璃纖維拉下和捕獲。在副產(chǎn)物被通過(guò)通風(fēng)板排放之前，該副產(chǎn)物通過(guò)纖維包抽出。該纖維包因透過(guò)纖維包抽出氣體的力而過(guò)度受壓。纖維包過(guò)度受壓通常導(dǎo)致至少部分玻璃纖維不可用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃燒燃料混合物來(lái)加熱成纖器紡絲器，它減少了在燃燒燃料混合物燃燒反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種燃燒燃料混合物，它能產(chǎn)生更有效的燃燒反應(yīng)，以減少用于加熱成纖器紡絲器所需的天然氣用量。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種燃燒燃料混合物，用于成纖器紡絲器，它產(chǎn)生更有效的燃燒反應(yīng)，以降低損耗在環(huán)境污染物形成上的能量，因此減少了從燃燒反應(yīng)環(huán)境通過(guò)排放罩向外排放副產(chǎn)物所需的吸力，由此減少了對(duì)所形成的玻璃纖維的壓制。
本發(fā)明的目的由用于加熱制造玻璃纖維的成纖器紡絲器的燃燒燃料混合物的第一實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)用氧富集空氣而產(chǎn)生富氧空氣，并將富氧空氣與天然氣混合以形成天然氣可以在其中更有效率地燃燒的燃燒燃料混合物，由此產(chǎn)生更少的環(huán)境污染物，例如NOx，并需要更少的吸力以通過(guò)排氣罩而向外排出燃燒副產(chǎn)物，因此減少對(duì)所形成的玻璃纖維的壓制。該燃燒燃料混合物被提供給成纖器中的成纖器燃燒爐，用于加熱成纖器紡絲器，并提高將熔融玻璃成纖為玻璃纖維的效率。
在一個(gè)替換實(shí)施方案中，通過(guò)將天然氣和純氧混合來(lái)形成燃燒燃料混合物，以避免存在氮?dú)?。將天然氣和純氧的燃燒燃料混合物提供給成纖器燃燒爐，燃燒反應(yīng)在這里加熱成纖器紡絲器，它的效率比本發(fā)明前述富集的空氣和天然氣燃燒燃料混合物更高，因此進(jìn)一步改善了上述富氧空氣和天然氣燃燒燃料混合物的優(yōu)點(diǎn)，并避免在燃燒反應(yīng)中產(chǎn)生NOx。
本發(fā)明的燃燒燃料混合物的燃燒反應(yīng)效率與現(xiàn)有技術(shù)的空氣和天然氣燃料混合物相比，提高了大約5倍。通過(guò)基本減少了生成NOx和其他環(huán)境排放物，燃燒反應(yīng)的改進(jìn)效率減少了天然氣的體積消耗量的約50％-約80％，同時(shí)仍然將成纖器紡絲器加熱至所需溫度以進(jìn)行成纖化。而且本發(fā)明的燃燒燃料混合物由于燃燒反應(yīng)更“熱”，成纖器紡絲器被更快地加熱至所需溫度。
當(dāng)富氧空氣與天然氣混合以形成燃燒燃料混合物時(shí)，大為減少了NOx的生成。當(dāng)純氧與天然氣混合以形成燃燒燃料混合物時(shí)，在燃燒反應(yīng)中避免了NOx的生成。通過(guò)減少燃燒反應(yīng)中的副產(chǎn)物生成，需要較小的吸力來(lái)將玻璃纖維從紡絲器中拉下進(jìn)入收集玻璃纖維的成型箱中。因此通過(guò)減少將副產(chǎn)物透過(guò)成型的玻璃纖維抽出所需的吸力，降低了對(duì)成型箱中玻璃纖維的壓力，而提高了玻璃絲的回收率。
因此，提供了一種燃燒燃料混合物，它改善了天然氣的燃燒效率，減少了加熱在空氣中天然存在的惰性氮?dú)馑鶕p耗的能量，減少了環(huán)境污染物的量，例如NOx，提高了玻璃絲產(chǎn)品的回收率，降低了加熱成纖器紡絲器所需天然氣量，并減少了在燃燒過(guò)程中排放氣體排放物所需的能量，所有這些導(dǎo)致玻璃纖維制造中成本的極大降低。
發(fā)明詳述和優(yōu)選實(shí)施方案如

圖1所示，本發(fā)明是被提供給熔融玻璃成纖器10的燃燒燃料混合物，用來(lái)制造用于玻璃絲或礦棉產(chǎn)品(未顯示)的玻璃纖維12。圖1所示的成纖器10表示可以適用本發(fā)明的燃燒燃料混合物的一種類型成纖器，但是本發(fā)明的燃燒燃料混合物的應(yīng)用并不限于該成纖器10。例如，該燃燒燃料混合物也可以用于在本發(fā)明受讓人所有的U.S.專利No.5,523,031中描述的成纖器類型?？梢圆捎帽景l(fā)明的燃燒燃料混合物的另一成纖器實(shí)例如在本發(fā)明的受讓人所有的U.S.專利No.5,582,841中所述的。
通常，成纖器10接收從送料管16滴入紡絲器18的熔融玻璃14，該紡絲器18以非常高的速度旋轉(zhuǎn)。紡絲器18具有內(nèi)部燃燒爐20，它將紡絲器18用燃燒副產(chǎn)物28預(yù)熱。紡絲器18具有由外部燃燒爐24加熱的紡絲器面22。燃燒燃料混合物經(jīng)以下將詳細(xì)討論的燃燒反應(yīng)在爐腔26內(nèi)消耗。燃燒燃料混合物燃燒所產(chǎn)生的火焰通過(guò)靠近紡絲器面22的火焰環(huán)26a噴出。紡絲器面22限定了多個(gè)孔30，熔融玻璃14通過(guò)這些孔在紡絲器18旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下而噴出。隨著熔融玻璃14從紡絲器面22中的孔噴出，熔融玻璃14被加熱并變細(xì)為玻璃纖維12，它們部分地是由通過(guò)火焰環(huán)26a噴出的燃燒燃料混合物燃燒產(chǎn)生的副產(chǎn)物28而向下吹進(jìn)成型室(未顯示)中。因?yàn)椴ＡЮw維12如此之輕，所以為將玻璃纖維12向下拉而形成纖維包，通過(guò)透過(guò)成型室底板的抽吸而在成型室中產(chǎn)生負(fù)壓。成型室中的吸力將纖維包壓在成型室底板上。形成纖維包的變細(xì)的玻璃纖維通常包括產(chǎn)生玻璃纖維產(chǎn)品例如玻璃絲的原材料。燃燒燃料混合物的燃燒副產(chǎn)物通過(guò)成型室底板被抽吸，并通過(guò)通風(fēng)罩(未顯示)被排放。
在本發(fā)明燃燒燃料混合物的第一實(shí)施方案中，氧與空氣混合形成富氧空氣。然后該富氧空氣與天然氣混合，以形成燃燒燃料混合物。在常壓下，氮?dú)庹伎諝獾募s78.03％。向空氣中加入足夠的氧以形成富氧空氣，它所含有的氮?dú)馍儆诔合驴諝庵刑烊淮嬖诘牡獨(dú)?。?yōu)選的是，將一定量的氧加入到空氣中以形成富氧空氣，它含有約1％-約74％的氮?dú)?。即，與非富氧空氣相比，富氧空氣中氮?dú)獾南鄬?duì)量被減少了約4％或更多。更優(yōu)選的是，富氧空氣含有約50％的氧。最優(yōu)選的是，富氧空氣含有約70％-約80％的氧。
氮?dú)獗徽J(rèn)為是惰性氣體，因?yàn)樗c許多材料之間具有非反應(yīng)性質(zhì)。但是，在化學(xué)試劑、催化劑或高溫的影響下，氮?dú)饪梢赃M(jìn)行反應(yīng)以形成某些化合物。通過(guò)減少富氧空氣中的氮?dú)獾南鄬?duì)含量，減少能夠形成環(huán)境污染物例如NOx的氮?dú)獾牧?，因此減少在燃燒燃料混合物燃燒反應(yīng)中形成的NOx的量。通過(guò)減少富氧空氣中的氮?dú)獾南鄬?duì)含量，減少了損耗至NOx生成的能量的相對(duì)量，而提高了燃燒燃料混合物的燃燒反應(yīng)效率，因此使得燃燒反應(yīng)可以在高溫進(jìn)行。而且，由于需要較少的吸力來(lái)將所產(chǎn)生的較少量燃燒副產(chǎn)物抽出并排放，因此纖維包不會(huì)過(guò)度受壓壓在成型室底板上。
在本發(fā)明燃燒燃料混合物的第二實(shí)施方案中，純氧和天然氣混合以形成燃燒燃料混合物。與空氣和天然氣燃燒爐的火焰相比，純氧和天然氣燃燒爐的火焰更明亮。結(jié)果熱量更好地傳遞至玻璃纖維，并因?yàn)楦玫臒醾鬟f而且避免了對(duì)空氣和天然氣燃燒爐中的空氣中存在的大量氮?dú)膺M(jìn)行加熱，將用于成纖器的天然氣用量減少約三分之一。純氧和天然氣燃燒燃料混合物基本避免了在燃燒反應(yīng)中惰性氮?dú)獾拇嬖?。結(jié)果，純氧和天然氣燃燒燃料混合物的燃燒中避免了NOx生成。燃燒燃料混合物的燃燒反應(yīng)的效率改善避免了惰性氮?dú)獾臒o(wú)效加熱，因此使得燃燒反應(yīng)的完成伴隨著非常少量的燃燒副產(chǎn)物，因此進(jìn)一步提高了燃燒反應(yīng)的溫度，并進(jìn)一步減少了排放燃燒副產(chǎn)物所需的吸力。
本發(fā)明燃燒燃料混合物燃燒的燃燒副產(chǎn)物的減少使得形成纖維包并排放燃燒副產(chǎn)物的吸力減少了約30％-約50％。減少的吸力通過(guò)在成型室中纖維包受到的壓力減少而提高了玻璃纖維的回收率。
在純氧和天然氣燃燒燃料混合物的形成過(guò)程中，希望改變可以加入到天然氣中的氧的量，從而得到其中純氧和天然氣燃燒燃料混合物的燃燒完全性變化的燃燒反應(yīng)。優(yōu)選的是，應(yīng)該將一定量的純氧加入到天然氣中而形成氧過(guò)量范圍為約-2％至約+5％體積的燃燒燃料混合物。包括-2％氧的燃燒燃料混合物是富含燃料的混合物，其中過(guò)量的天然氣在燃燒反應(yīng)中沒(méi)有消耗掉。含有+5％氧的燃燒燃料混合物是富含氧的燃燒燃料混合物，其中過(guò)量的氧在燃燒反應(yīng)中沒(méi)有消耗掉。盡管氧的過(guò)量范圍優(yōu)選是約-2％至約+5％，但是最優(yōu)選的是具有約1.5％的過(guò)量氧。當(dāng)燃燒反應(yīng)中過(guò)量氧的量增加時(shí)，那么在燃燒反應(yīng)中就產(chǎn)生了較少量的一氧化碳。
天然氣在氧存在下的基本燃燒反應(yīng)是
在燃燒反應(yīng)中除了形成二氧化碳和水副產(chǎn)物外，也形成了少量的一氧化碳(CO)、碳(C)和氫(H2)。
通過(guò)從燃燒反應(yīng)中減少或基本消除惰性氮?dú)獾牧?，燃燒燃料混合物燃燒得更熱。在更熱的燃燒下，需要較少的天然氣來(lái)將紡絲器提高至所需溫度。例如在現(xiàn)有技術(shù)所采用的空氣和天然氣的燃燒反應(yīng)中，空氣和天然氣混合物的最大燃燒溫度約為3,600°F。本發(fā)明的純氧和天然氣燃燒燃料混合物的燃燒將燃燒溫度升高至約9,145°F。因?yàn)楸景l(fā)明的純氧和天然氣燃燒燃料混合物比現(xiàn)有技術(shù)的燃料混合物燃燒得熱如此之多，因此在燃燒燃料混合物中需要少使用約50％-約75％的天然氣，以將紡絲器升溫至玻璃成纖化所需溫度。而且，利用本發(fā)明的燃燒燃料混合物，紡絲器溫度可以更快地升高至所需溫度。以進(jìn)一步的實(shí)例來(lái)說(shuō)明，在現(xiàn)有技術(shù)的成纖化過(guò)程中，當(dāng)用空氣和天然氣的燃燒混合物加熱紡絲器時(shí)，生產(chǎn)出約1200 lb/hr(151克/秒)的玻璃纖維，其中成纖器燃燒爐被提供有約1200 lb/hr(151克/秒)的天然氣。通過(guò)使用本發(fā)明的燃燒燃料混合物，通過(guò)以約60-約300 lb/hr(約7.6-約37.8克/秒)來(lái)給成纖器燃燒爐提供天然氣而加熱成纖器紡絲器，可以生產(chǎn)出1200 lb/hr(151克/秒)的玻璃纖維。
盡管本發(fā)明已經(jīng)采用各實(shí)施方案的描述來(lái)進(jìn)行了說(shuō)明，而且已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施方案，但是本申請(qǐng)人不想將本發(fā)明所附權(quán)利要求的范圍約束或限制在所述細(xì)節(jié)中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到其他的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)。因此本發(fā)明在其廣義方面不限于特定細(xì)節(jié)、代表性設(shè)備和方法，以及所示和所述的說(shuō)明性實(shí)施例。只要不脫離申請(qǐng)人的總發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍，可以偏離這些細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于成纖器的燃燒燃料混合物，所述成纖器具有紡絲器，該燃燒燃料混合物組成如下天然氣；以及與所述天然氣混合的氧氣，以形成提供給所述成纖器的所述燃燒燃料混合物，其中所述燃燒燃料混合物的燃燒加熱所述紡絲器。
2.如權(quán)利要求1的燃燒燃料混合物，其中所述燃燒燃料混合物的過(guò)量氧范圍在約-2％至約+5％體積，其中所述燃燒燃料混合物的燃燒完全性根據(jù)在所述燃燒燃料混合物中存在的所述范圍內(nèi)的所述過(guò)量氧的量而變化。
3.如權(quán)利要求2的燃燒燃料混合物，其中所述燃燒燃料混合物具有約+1.5％體積的過(guò)量氧。
4.一種用于具有紡絲器的成纖器的燃燒燃料混合物，包括空氣；加入到所述空氣中的氧，以形成富氧空氣；以及加入到所述富氧空氣中的天然氣，以形成提供給所述成纖器的所述燃燒燃料混合物，其中所述燃燒燃料混合物的燃燒加熱所述紡絲器。
5.如權(quán)利要求4的燃燒燃料混合物，其中所述富氧空氣包括約26％至約99％體積的氧。
6.如權(quán)利要求4的燃燒燃料混合物，其中所述富氧空氣包括約70％至約80％體積的氧。
7.一種將提供給具有紡絲器的成纖器的熔融玻璃成纖化的方法，它包括如下步驟通過(guò)燃燒燃料混合物的燃燒加熱所述紡絲器，所述燃燒燃料混合物包括天然氣和富氧空氣，其中所述富氧空氣中氮?dú)夂坎淮笥诩s74％體積；將所述熔融玻璃滴入所述紡絲器中；將所述熔融玻璃從所述紡絲器中噴出，以形成玻璃纖維；以及將所述玻璃纖維向下吸入成型室中。
8.一種將提供給具有紡絲器的成纖器的熔融玻璃成纖化的方法，它包括如下步驟通過(guò)燃燒燃料混合物的燃燒加熱所述紡絲器，所述燃燒燃料混合物由加入到天然氣中的氧氣組成；將所述熔融玻璃滴入所述紡絲器中；將所述熔融玻璃從所述紡絲器中噴出，以形成所述玻璃纖維；以及將所述玻璃纖維向下吸入成型室中。
全文摘要
提供一種燃燒燃料混合物，用于加熱成纖器紡絲器，來(lái)制造玻璃纖維。在第一實(shí)施方案中，將富氧空氣加入到天然氣中，以形成燃燒燃料混合物。在第二實(shí)施方案中，將純氧與天然氣混合以形成燃燒燃料混合物。該燃燒燃料混合物的燃燒減少了排放物，提高了玻璃纖維的生產(chǎn)效率，并減少了加熱成纖器所需的天然氣用量。
文檔編號(hào)D01D5/08GK1414926SQ00817942
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2000年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月29日
發(fā)明者J·李 申請(qǐng)人:歐文斯科爾寧格公司