專利名稱：用于氧化燃燒器的工作孔，包括這種工作孔的氧化燃燒器組件和使用這種組件的過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在高溫生產(chǎn)熔爐，特別是玻璃熔爐中使用的氧化燃燒器，更具體地是涉及用于一種包括一塊作有貫穿通道的耐火材料這種型式的非冷卻式氧化燃燒器的孔道塊體。
用于非冷卻式氧化燃燒器的孔道通常包括一個(gè)直的圓柱形通道，如美國專利5267850號所描述的那樣，或者包括一個(gè)閃光的輸出區(qū)域，如美國專利5092760號所描述的那樣。在第一種情況下，燃燒在通道中進(jìn)行，甚至當(dāng)易燃介質(zhì)和充氧的易燃介質(zhì)的噴射速度較低時(shí)，離開通道和進(jìn)入熔爐的氣體速度也非常高，這對于許多用途，特別是在玻璃熔爐中，是不方便的。在第二種情況下，為了冷卻孔道的通道和避免以后燃燒氣體從熔爐返回通道，噴射速度必需比較高，這也使輸出速度過份增大。
本發(fā)明的目的是要提供一種用于氧化燃燒器的孔道，和包括這種孔道的氧化燃燒器組件，它可以降低易燃介質(zhì)和充氧易燃介質(zhì)的噴射速度，因而降低紊流度，并可延遲這些組分之間的混合，從而也可避免在孔道中形成產(chǎn)生二氧化氮的高溫點(diǎn)，增加火焰的亮度，使輻射熱傳遞改善，同時(shí)在孔道出口處氣體速度保持在較低水平。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)，為了做到這點(diǎn)，孔道的通道應(yīng)包括一個(gè)直徑為Ds，長度為Ls的圓柱形輸出區(qū)域，該區(qū)域與直徑為De的圓柱形輸入?yún)^(qū)域連接，Ds/De比值應(yīng)在1.5—2.5之間，Ls/(Ds—De)比值在2—7之間。
根據(jù)本發(fā)明的其他特點(diǎn)—Ds/De比值不超過2；—Ls/(Ds/De)比值在4—6之間；—輸出區(qū)域包括一個(gè)與輸入?yún)^(qū)域連接的錐形上游部分，其典型的錐角小于45°，其長度l不超過輸出區(qū)域長度Ls大約15％。
美國專利3748087號公布了一種空氣燃燒器的孔道組件，它包括一個(gè)具有非常寬的短輸出區(qū)域的通道和一個(gè)小直徑的長區(qū)域，以便易燃介質(zhì)和燃燒空氣能在高速下均勻拌和并在輸出區(qū)域內(nèi)預(yù)先燃燒。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種氧化燃燒器和上述孔道的組件，它包括至少一個(gè)用于噴射易燃介質(zhì)的內(nèi)部通道和至少一個(gè)用于噴射充氧易燃介質(zhì)的圓周通道，這些通道的末端在孔道的輸入?yún)^(qū)域，以及裝備有這種組件的熔爐，特別是玻璃熔爐內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)，易燃介質(zhì)的內(nèi)部通道在輸入?yún)^(qū)域的下游末端敞開，與輸出區(qū)域連接。
本發(fā)明還涉及使用這種氧化燃燒器和孔道組件的過程，在此過程中，充氧易燃介質(zhì)以不小于5米/秒(m/s)，并最好是小于60米/秒的速度噴射，易燃介質(zhì)的噴射速度大于充氧易燃介質(zhì)的噴射速度。
本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)由下面對以非限制性例子給出的實(shí)施例，結(jié)合附圖進(jìn)行的說明中將會清楚，其中


圖1為根據(jù)本發(fā)明的氧化燃燒器和孔道組件的第1個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2為一條曲線，它表示離開根據(jù)圖1的組件孔道的氣體的速度輪廓；圖3為類似圖1的，根據(jù)本發(fā)明的氧化燃燒器和孔道組件的第2個(gè)實(shí)施例的示意圖。
在圖1中可看到氧化燃燒器1的下游末端，它部分地延伸至耐火材料制的孔道3的貫通道2中，并適合于安裝在熔爐(沒有示出)，特別是玻璃熔爐的壁中。
根據(jù)本發(fā)明，孔道3的通道2包括一個(gè)內(nèi)直徑為Ds，軸向長度為Ls的大致圓柱形輸出區(qū)域4，它與內(nèi)直徑為De的大致圓柱形同軸的輸入?yún)^(qū)域5連接。在圖示的實(shí)施例中，氧化燃燒器1包括至少一個(gè)用于噴射氣體或噴霧狀液體易燃介質(zhì)的中心通道6，它與輸入?yún)^(qū)域5同在一軸線上，并且其前面或輸出端與輸入?yún)^(qū)域5的輸出平面7完成共面。氧化燃燒器1包括至少一個(gè)用于噴射充氧易燃?xì)怏w的圓周導(dǎo)管8，易燃?xì)怏w的氧氣含量至少5％為在輸入?yún)^(qū)域5上游末端內(nèi)獲得的，并且其末端離易燃介質(zhì)通道6的末端7的后部一段距離。最好，輸出區(qū)域4包括一個(gè)上游部分9，它為截錐形的，半角為α，長度為l，最好不帶任何尖銳邊緣，連續(xù)地與輸入?yún)^(qū)域5的下游末端和輸出區(qū)域4的主要部分連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，直徑Ds與De的比值約在1.5和2.5之間，最好小于大約2，而輸出區(qū)域的長度對輸入和輸出區(qū)域直徑之差的比值Ls/(Ds—De)約在2與7之間，典型地是在大約4和6之間。在圖示的優(yōu)選實(shí)施例中，連接區(qū)域9的角度α不超過45°，而長度l不超過輸出區(qū)域4長度Ls的15％。
為了保證氧化燃燒器/孔道組件的充分冷卻，輸入?yún)^(qū)域5中充氧易燃?xì)怏w的輸出速度大于5米/秒，最好不超過約60米/秒。相應(yīng)地，在通道6的末端7處，易燃介質(zhì)的噴射速度為充氧易燃?xì)怏w噴射速度的l和大約6倍之間，典型地是后者的1.5—3倍。
圖2中表示在輸出區(qū)域4的輸出平面10處燃燒氣體的軸向速度輪廓，縱坐標(biāo)為軸向速度(米/秒)，而橫坐標(biāo)為輸出平面上點(diǎn)的位置；該輸出平面由其相對于軸線的半徑和最大半徑(等于Ds/2)之間的區(qū)域決定，天然氣的噴射速度取為30米/秒，而不純的氧氣的噴射速度取為15米/秒，兩個(gè)孔道A，B的幾何尺寸按下表選取<
從圖2可看出，在孔道輸出端處，燃燒氣體的軸向速度設(shè)有一個(gè)地方超過40米/秒，而是在沿著輸出區(qū)域4的壁面直至最接近極限層的地方保持大于10米/秒。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的氧化燃燒器組件的一個(gè)實(shí)施例，它包括至少二個(gè)，典型地至少是三個(gè)用于噴射易燃介質(zhì)的通道6′，通道6′在輸入?yún)^(qū)域5的輸出端平面7上全部都是共面的。典型的結(jié)構(gòu)是，氧化燃燒器包括5個(gè)(如圖所示)或7個(gè)導(dǎo)管7′，它們圍繞著輸入?yún)^(qū)域5的軸線彼此隔開一定角度。因?yàn)榕c帶有中心導(dǎo)管的實(shí)施例比較，噴射導(dǎo)管靠近孔道的壁，這樣在靠近噴射導(dǎo)管的蓄熱腔區(qū)域中，孔道塊體有局部過熱的危險(xiǎn)，由于這個(gè)原因，多管式噴射器已進(jìn)行工業(yè)開發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的孔道的階梯式圓柱體形狀可以相當(dāng)大地減少這種危險(xiǎn)。為了徹底減少這種危險(xiǎn)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，內(nèi)部導(dǎo)管6′和孔道輸入?yún)^(qū)域5相鄰壁面之間的最小距離S為孔道輸出區(qū)域4的尺寸的函數(shù)，函數(shù)關(guān)系如下Ls/(S＋(Ds—De)/2)此式的值在6—8之間。
這個(gè)關(guān)系表示一個(gè)事實(shí)，即由具有孔道半角約6°的理論噴射錐的管路6′噴射出的易燃介質(zhì)不會沖擊輸出區(qū)域4的內(nèi)壁面，而會在距離孔道末端10一個(gè)最優(yōu)距離的點(diǎn)處，沖擊輸出區(qū)域4的理論延長部分。
雖然，本發(fā)明是針對特殊實(shí)施例進(jìn)行說明的，然而它們不是局限于此，技術(shù)熟練者將會清楚，相反，在下列權(quán)利要求的范圍內(nèi)是允許進(jìn)行改進(jìn)和變化的。
權(quán)利要求
1.一種用于氧化燃燒器的孔道塊體，它包括作有貫通通道(2)的耐火材料塊體(3)，其特征為，通道(2)包括一個(gè)直徑為Ds，長度為Ls的大致圓柱形輸出區(qū)域(4)，該輸出區(qū)域與直徑De的大致圓柱形輸入?yún)^(qū)域(5)連接，Ds/De比值在1.5—2.5之間，Ls/(Ds—De)比值在2—7之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的孔道，其特征為，Ds/De比值不超過2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中的一條的孔道，其特征為，Ls/(Ds—De)比值在4—6之間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一條的孔道，其特征為，輸出區(qū)域(4)包括一個(gè)截錐形的上游部分(9)，它與輸入?yún)^(qū)域(5)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的孔道，其特征為，截錐形部分(9)具有不超過45°的孔道半角a。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的孔道，其特征為，截錐形部分(9)的長度l不超過輸出部分(4)的長度Ls的15％。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一的氧化燃燒器(1)和孔道(3)的組件，其特征為，氧化燃燒器包括至少一個(gè)用于噴射易燃介質(zhì)的內(nèi)部通道(6，6′)，并且包括至少一個(gè)用于噴射充氧易燃介質(zhì)的圓周通道(8)，該通道(8)開口在輸入?yún)^(qū)域(5)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組件，其特征為，用于易燃介質(zhì)的內(nèi)部通道(6，6′)主要是在輸入?yún)^(qū)域(5)的下游末端處(在7處)敞開的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中之一的組件，其特征為，組件包括至少二個(gè)內(nèi)部通道(6′)，每一通道離開內(nèi)部區(qū)域壁面一個(gè)距離(S)，使Ls/(S＋(Ds—De)/2)的值在6—8之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任何一條的用于使用組件的方法，其特征為，包括至少85％氧的易燃?xì)怏w以大于5米/秒的速度噴射，并且易燃?xì)怏w的噴射速度至少等于支持燃燒的氣體的噴射速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征為，易燃介質(zhì)以不超過支持燃燒的氣體速度的6倍的速度噴射。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一條的裝備有組件的玻璃熔爐。
全文摘要
氧化燃燒器(1)帶有一個(gè)包括貫通通道(2)的孔道(3)，通道(2)包括一個(gè)包容氧化燃燒器(1)的下游端的圓柱形輸入?yún)^(qū)域(5)，和一個(gè)直徑為Ds，長度為Ls的圓柱形輸出區(qū)域(4)，比值Ds/De在1.5-2.5之間，比值Ls/(Ds-De)在2-7之間。充氧易燃?xì)怏w的噴射速度大于5米/秒，而易燃?xì)怏w的噴射速度大于支持燃燒的氣體的速度。本發(fā)明特別適用于玻璃熔爐。
文檔編號F23M5/02GK1129302SQ9511689
公開日1996年8月21日 申請日期1995年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月22日
發(fā)明者蒂埃里·杜布丁, 路易斯·菲利普, 塞爾日·洛朗松和, 埃里克·杜歇托, 讓-伊夫·亞特里戴斯 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司