[发明专利]一种自冷却浸没式燃烧器及包括该燃烧器的玻璃窑炉

说明书

本发明公开了一种自冷却浸没式燃烧器及包括该燃烧器的玻璃窑炉，该自冷却浸没式燃烧器包括第一流体管道、第二流体管道和多孔终端部件，该多孔终端部件的孔道大小、形状及孔道分布和玻璃熔体表面张力互相配合，使玻璃熔体在操作温度范围内不能自由渗透入所述孔道，降低玻璃熔体进入燃烧器的喷嘴的风险。当该浸没式燃烧器停止运行的情况下，也可以避免浸没式燃烧器因玻璃熔体堵塞而停用。

技术领域

本发明涉及一种用于玻璃窑炉的浸没式燃烧器，具体来说，涉及一种自冷却浸没式燃烧器及包括该燃烧器的玻璃窑炉。

背景技术

玻璃行业中，浸没燃烧熔炉(Submerged Combustion Melter)可以用于将玻璃原料制成熔融玻璃，主要通过浸入熔池中的浸没式烧嘴(Submerged Burner)，将燃料和氧化剂直接从熔体底部引入熔体中，燃料和氧化剂发生燃烧后就可以使燃烧产物从下往上通过熔体。浸没燃烧时，火焰直接接触玻璃熔体，传热效果更好；氧化剂和燃料产生的高流速燃烧产物进入玻璃熔体，以及在浸没燃烧过程中的气体膨胀，使得玻璃原料快速融化并产生大量湍流，熔融玻璃更容易获得均匀的混合效果。

传统浸没燃烧过程中，如果使用空气作为氧化剂来源，那么燃烧过程中释放出来的氮作为未参加反应的不活泼气体，容易造成玻璃熔体中吸留或夹杂灰泡成分。通常地，使用纯氧作为氧化剂可有效解决灰泡吸留的问题，但随之带来的新问题是，纯氧燃烧的火焰温度过高，燃烧器的金属喷嘴蚀损过快，无法补偿或更换。由于浸没燃烧器浸没在玻璃熔体中，其质量、安放位置以及操作控制的要求都很严格，一旦发生故障，当区域温度失控或燃烧器内压力过低时，一些玻璃熔体和/或固态原材料进入浸没燃烧器内并固化，涂覆或部分涂覆在燃烧器喷嘴的内壁上，限制了氧化剂/燃料的流量，可能导致喷嘴堵塞。另外，当玻璃熔体浸没燃烧器的喷嘴内一定深度时，若喷嘴内燃料/氧化剂的冲力不够，火焰就不会进入玻璃熔体，而从旁边的耐火材料中喷出。

现有技术中对于浸没燃烧的改进多集中在如何促进更有效的热传递上。美国专利申请US2016060154A公开了一种用于浸入燃烧式熔化的燃烧器，在进入玻璃熔融物之前，燃料和氧化剂在该燃烧器内进行预混合，离开喷嘴的混合气体被点燃产生火焰，火焰的外扩导致燃烧气体的动量在玻璃熔融物中更水平地扩散开，降低了燃烧气体行进穿过玻璃熔融物的垂直速度和动量，目的在于避免燃烧热量损失到除玻璃熔融物之外的其它区域，促进浸没燃烧系统中更有效的热传递。但该燃烧器必须精确地平衡喷嘴出口的孔径大小和各管道中的燃料、氧化剂的流率，才能使得出口处的燃烧火焰及时将热量传递到玻璃熔体中，否则极易发生燃烧回烧至喷嘴和管道的内部。

美国专利US9731990B公开了一种浸没式燃烧玻璃制造系统，包括一个或多个浸没式燃烧器，其排放燃烧产品包括在熔化器中熔化的材料水平下的水蒸气并在材料中产生湍流状态，还包括流体冷却的耐火材料和可选的金属外壳，或金属壳可包括冷却剂通道。一个或多个导管将水蒸气中的水从基本上被水饱和的耐火材料区域和/或燃烧器支撑物中排出，以提高燃烧器的使用寿命。

上述现有技术中采用的浸没燃烧器，均需要浸没在1000°以上高温且腐蚀性强的熔融环境中，燃烧程度剧烈的浸没燃烧器不仅容易发生回火，并且极易腐蚀损坏，一般会设置一个强大的冷却系统给燃烧器降温，从而减少或避免燃烧器损坏，若冷却系统不可用，浸没燃烧器中的金属部件无法承受如此高温，系统就会出现很高的安全风险。现有技术中采用冷却液体冷却的浸没燃烧器不仅大大浪费了燃料和/或氧化剂能源，而且燃烧器内部的气体通道很容易被堵塞，存在极大的设备故障风险和安全隐患。

有鉴于此，如何设计一种自冷却浸没式燃烧器及包括该燃烧器的玻璃窑炉，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容