可調式全氧頂燒燃燒器及具有該燃燒器的窯爐的製作方法

2024-04-03 10:13:05

本實用新型涉及高級玻璃熔制窯爐領域，特別涉及可調式全氧頂吹燃燒器及具有該燃燒器的窯爐。

背景技術：

在玻璃製造領域，最為普遍採用的是高溫熔製法。利用高溫熔製法製備玻璃時，必不可少的設備是玻璃窯爐。玻璃窯爐的作用是將成分配好的粉料和摻加的熟料（碎玻璃）在窯內高溫熔化、澄清並形成符合成型要求的玻璃液。其主要結構包括液池、對流腔室、碹頂以及自碹頂伸入至對流腔室的燃燒器，通過燃燒器中的天然氣在氧氣助燃情況下進行充分燃燒，向對流腔室內供應融化原料的熱量，最終玻璃液存於液池中。

這種玻璃窯爐中用到的燃燒器，也稱為全氧頂燒燃燒器，是一種由天然氣作為燃料、純氧助燃並且噴火口從碹頂伸入的燃燒器。現有的全氧頂燒燃燒器的結構說明書附圖部分的圖9中所示，該燃燒器由兩根直徑不同的管子嵌套而成，外管內通有氧氣、內管中通入天然氣，兩根管子的底部共同固定至碹頂上，內外管出口是齊平的，相對固定。

自噴火口噴出的火焰的長度以及火焰的體積取決於天然氣的供氣壓力，即，當內管供氣壓力高時，噴火口內噴出的火焰長、體積大，而當供氣壓力低時，火焰較短體積也不大。根據天然氣燃燒反應的化學式可知，想要天然氣在純氧環境下充分燃燒，就需要以一份天然氣、兩份氧氣的比例對管內通入氣體，因此，調整火焰的長度以靠近或者遠離液池以適應生產需要，就需要改變供氣壓力，尤其是在增加供氣壓力以使火焰延長時，窯爐內的壓力增加會使對流腔室內的氣體回流加劇，側壁與碹頂在回流加劇的情況下隨之溫度升高，嚴重時甚至會燒毀碹頂以及窯爐側壁的耐火材料，造成生產事故。

技術實現要素：

本實用新型的第一個目的在於提供一種可調式全氧頂燒燃燒器，其通過對燃燒器結構的改變，使其可以在不改變天然氣供氣壓力的前提下實現火焰與液池頂面之間距離的調整。

本實用新型的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：一種可調式全氧頂燒燃燒器，設置於窯爐的碹頂上，它包括伸入碹頂並與之密封的外管，以及穿設於所述外管中的內管，內管與外管之間形成有氣體通道，內管的上端穿出外管且在內管穿出的部分滑動密封，所述內管的上端還設置有驅動它相對於外管滑動的驅動機構。

通過採用上述技術方案，內管中通入天然氣，外管與內管之間的氣體通道內通入氧氣，外管伸入碹頂並固定，此時內管中引入的天然氣，外管中通入的氧氣支持其燃燒，當需要改變燃燒器的火焰與玻璃窯爐內部的液池之間的距離時，通過驅動機構對內管的下端伸出外管的長度進行微調，即可實現火焰與液池距離的調整，並且這種調整無需改變內管中天然氣的供氣壓力，因此，這個調整本身不會造成窯爐內的氣流變化。此外，內管與外管之間在碹頂外滑動密封，可以在內管相對於外管滑動過程中保持兩者的密封，防止氧氣洩漏影響天燃氣燃燒。

優選地，所述升降機構包括固定於內管的外壁上的齒條以及與之嚙合的齒輪，所述齒輪的迴轉軸與外管的下端之間的距離保持不變。

通過採用上述技術方案，齒輪齒條傳動精準，可以實現內管升降高度的較為精確的調整；並且，由於燃燒器本身不必可免的向內管傳導部分熱量，因此，需要考慮升降機構的受熱後的傳動，齒輪齒條的齒隙調整方便，在受熱膨脹後，可以通過平移的方式調整齒輪齒條的嚙合的齒隙，防止兩者由於受熱而卡死。

優選地，所述齒輪的迴轉軸的一端連接步進電機。

通過採用上述技術方案，步進電機的調整精度較高，通過控制步進電機轉過的圈數，可以精確控制內管的移動距離，便於精確的調整火焰與液池頂面的間距。

優選地，所述齒輪的迴轉軸的一端設置有搖把。

通過採用上述技術方案，搖把取代電機可以實現齒輪的手動調整，以適應一些微調場合。

優選地，所述內管與外管之間設置有用於形成滑動密封的皮碗。

通過採用上述技術方案，皮碗密封的精度不高，但是成本相對較低，更為重要的是，即使採用最為普通的合成橡膠製造的皮碗，其最高耐受溫度也可以超過150度以上，因此，適合於燃燒器。

優選地，所述外管上還連通設置有進氣管，所述進氣管的軸線垂直於外管軸線。

通過採用上述技術方案，進氣管向內外管之間的環形區域引入氧氣，而其軸線垂直於外管軸線，因此，外部引入的氧氣會直吹至內管的外壁上，對內管進行初步冷卻。

本實用新型的第二個目的在於提供一種玻璃窯爐，其通過引入上述的可調式全氧頂燒燃燒器，使得窯爐內的火焰長度可以在不改變供氣壓力的情況下進行調整，以儘量避免由於調整供氣壓力而導致的對流腔室內的回流加劇。

本實用新型的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：一種玻璃窯爐，包括有上述的可調式全氧頂燒燃燒器。

通過採用上述技術方案，採用上述的可調式全氧頂燒燃燒器，在需要調整火焰與液池頂面間的距離時，通過內外管之間的驅動機構驅動內管相對於外管升降，以使點燃有火焰的內管下端靠近或者遠離液池頂面，而無需改變燃燒器與碹頂之間的密封關係以及內管中的供氣壓力。

優選地，所述玻璃窯爐還包括碹頂以及自碹頂向下延伸的側壁，所述碹頂上開設有用於通過所述外管的伸入口，所述外管與伸入口之間密封固定。

通過採用上述技術方案，整個火焰高度調整過程不需要外管移動，將它與碹頂之間密封，可以防止熱量以及氣體散失。

優選地，所述碹頂的外表面上還固設有窯爐鋼架，所述外管固定至窯爐鋼架上。

通過採用上述技術方案，現有的燃燒器中內管的固定，往往是通過在碹頂上方的壁面上設置掛鈎，將內管上端彎折並掛接至掛鈎中，這種固定形式內管的自由度較大，不利於它的位置的固定。在碹頂上設置窯爐鋼架，並將外管固定至窯爐鋼架上，內管通過驅動機構與外管相對位置固定，如此，燃燒器的與玻璃窯爐之間的相對位置可以較為可靠的固定，防止內管上燃燒產生的氣體波動導致燃燒器固定不可靠。

綜上所述，本實用新型具有以下有益效果：內管中通入天然氣，外管與內管之間的氣體通道內通入氧氣，外管伸入碹頂並固定，此時點內管中引入的天然氣，外管中通入的氧氣支持其燃燒，當需要改變燃燒器的火焰與玻璃窯爐內部的液池之間的距離時，通過驅動機構對內管的下端伸出外管的長度進行微調，即可實現火焰與液池距離的調整，並且這種調整無需改變內管中天然氣的供氣壓力，因此，這個調整本身不會造成窯爐內的氣流變化。此外，內管與外管之間在碹頂外滑動密封，可以在內管相對於外管滑動過程中保持兩者的密封，防止氧氣洩漏影響天然氣燃燒。

附圖說明

圖1是窯爐的內部視圖；

圖2是窯爐的碹頂與窯爐鋼架之間的安裝結構圖；

圖3是為顯示燃燒器安裝結構而做的圖2的局部放大視圖A；

圖4是燃燒器的結構原理圖；

圖5是實施例2中的燃燒器的三維視圖；

圖6是圖5的局部放大視圖B；

圖7是實施例3中的燃燒器的三維視圖；

圖8是圖7的局部放大視圖C；

圖9是背景技術中提及的附圖。

圖中，1、外管；10、轉動軸；11、搖杆；12、進氣管；13、平臺；14、加強筋；15、支架；2、內管；20、進氣口；22、密封圈；3、氣體通道；4、皮碗；5、驅動機構；50、齒輪；51、齒條；52、皮帶；53、步進電機；54、搖把；56、棘輪單向機構；6、碹頂；60、伸入口；61、密封件；7、側壁；8、液池；9、窯爐鋼架；90、鋼環；91、焊接吊環;92、U型法蘭；920、扣接法蘭；93、弧形鋼板；94、固定鋼板；100、對流腔室。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

實施例1

一種玻璃窯爐，如圖1中所示，包括底壁，以及圍合於底壁外邊緣的側壁7,在底壁上側壁7圍合的區域內形成融化的玻璃液臨時存儲的液池8，在側壁7的頂部蓋合設置有碹頂6，液池8與碹頂6的內壁之間形成對流腔室100。底壁、側壁7以及碹頂6均採用耐火材料製成。

結合圖2，在碹頂6上開設有若干連通對流腔室100伸入口60，依據與碹頂6的尺寸，或者玻璃窯爐的規格，合理選定伸入口60的設置數量。伸入口60上固定有可調式全氧頂燒燃燒器，用於向玻璃窯爐內提供融化玻璃碎塊的火焰。

碹頂6的外表面上設置有用於支撐可調式全氧頂燒燃燒器的窯爐鋼架9，碹頂6需要固定多個可調式全氧頂燒燃燒器，窯爐鋼架9的設定形式有兩種：一是全部的可調式全氧頂燒燃燒器共用一個窯爐鋼架9；另一種是對應於每個伸入口60上端設置與之數量相同且相互獨立的窯爐鋼架9。圖2中為共用鋼架結構，即沿碹頂6的彎曲方向設置若干弧形鋼板93，沿多個弧形鋼板93的排布方向設置有若干根與全部弧形鋼板93焊接固定的固定鋼板94，燃燒器安裝至固定鋼板94上。每個燃燒器單獨設置窯爐鋼架9的結構與上述方式類似。並且，由於碹頂6的結構千變萬化，所屬技術領域的技術人員應當理解，窯爐鋼架9的作用是將燃燒器固定至碹頂6上，以避免燃燒器在燃燒時發生晃動，影響火焰的外焰與液池8的頂面的距離。

如圖3中所示窯爐鋼架9還包括在伸出口60的上方焊接至固定鋼板94側面的U型法蘭92，U型法蘭92通過螺栓連接有扣接法蘭920，兩者共同固定一根轉動軸10，燃燒器安裝至U型法蘭92及扣接法蘭920之間的轉動軸10外。轉動軸10的外表面上沿其徑向安裝有一根搖杆11，法蘭扣接形成的空間略大於燃燒器外部尺寸，推動搖杆11可以繞轉動軸10使燃燒器微微轉過一個小的傾角，以適應燃燒器在碹頂6上的安裝位置。

實施例2

一種可調式全氧頂燒燃燒器，結合圖4，包括固定至碹頂6上U行法蘭92與對接法蘭920之間的外管1，以及穿設於外管1中的內管2，外管1自伸入口60伸入窯爐內且下端管口與碹頂6的內壁基本齊平，兩者之間通過密封件61固定，以防止熱量自伸入口60與外管1之間的間隙洩漏，密封件61可以採用現有的任意密封圈，只要其耐受溫度達到要求即可。當然，不設置密封件61，伸入口60的洩漏量也不至於過大影響窯爐正常工作。

如圖4所示， 當外管1固定於碹頂6的伸入口60時，無法完全使外管1的中心軸線與伸入口60的法線相重合，導致外管1不完全垂直與碹頂6，此時通過搖杆11微調將外管1完全垂直於伸入口60，以配合密封件61實現外管1與碹頂6之間的密封。

結合圖4，外管1的中心穿設有內管2，外管1的中心軸線與內管2的中心軸線重合。內管2的外徑尺寸為外管1外徑尺寸的一半左右，內管2與外管1之間形成氣體通道3。內管2中通入作為燃料的天然氣，通過外管1向氣體通道3內提供助燃的氧氣，兩種氣體的比例約為1份天然氣配合兩份氧氣，以使天然氣充分燃燒。

外管1遠離碹頂6的一端外側壁上安裝連通至氣體通道3內的進氣管12，進氣管12的中心軸線與外管1的中心軸線垂直。內管2遠離碹頂6的一端彎曲呈倒L型，管口20的將外部天然氣引入內管2。

內管2在穿出外管1處安裝有皮碗4，皮碗4可以為一個或者一對，皮碗4的結構與現有技術中打氣筒或者其他需要滑移密封的結構中相同，皮碗4的唇部靠近氣體通道3內布置。當皮碗4成對使用時，兩個皮碗4的唇部與唇部相對，以對內管2沿外管1的兩個方向的滑移運動進行固定。

如圖5至6中所示，外管1的頂端與對應於內管2外側壁上設置有驅動機構5。驅動機構5包括齒輪50、齒條51、步進電機53以及連接於步進電機53的輸出軸與齒輪50的迴轉軸之間的帶傳動結構52。具體來說，外管1的頂端設置有一塊伸出外管1的平臺13，平臺13伸出外管1頂端的下表面與外管1外側壁之間設置一塊加強筋14，以增加平臺13的穩定性。

平臺13靠近內管2的一端垂直固定有兩根支架15，兩根支架15之間迴轉支撐齒輪50與帶傳動結構的帶輪共用的轉軸。步進電機53固定於平臺13上表面支架15的一側。

內管2外側壁上垂直固定安裝有齒條51，齒條51的齒形參數與齒輪50適配以使兩者可以嚙合傳動。通過步進電機53的轉動，驅動齒輪50轉動，齒輪50與齒條51的嚙合帶動齒條51進行垂直方向的運動，從而實現內管2的上下移動。

上述可調式全氧頂燒燃燒器工作如下：

從外管1的進氣管12通入氧氣，進氣口20通入天然氣，氧氣與天然氣在內管2的底部匯集，窯爐內的點火裝置將混合氣體點燃使之燃燒。由於進氣管12安裝於驅動機構5之下，進氣管12內引入的溫度較低的氧氣垂直吹向內管2的外壁，使伸入碹頂6的管口處燃燒的熱量不向上傳遞，防止內管溫度高導致固定在其外壁的齒條51受熱膨脹，影響驅動機構5中齒輪50與齒條51的嚙合。

初始狀態下，液池8的液位較低，此時，可以通過步進電機53驅動齒輪50，使內管2向下降以靠近液池8的頂面；隨著玻璃窯爐內部的液池8的液面升高，再次打開步進電機53，驅動內管2上升，調整火焰與液池8液面距離的調整，這個過程的調整無需改變內管2和外管1中的進氣壓力，因此也不會造成窯爐內的對流腔室100的流動增加。

實施例3

一種可調式全氧頂燒燃燒器，結合圖7和圖8，其與實施例2的區別在於：驅動機構5處取消步進電機53，改用搖把54驅動齒輪50轉動，為了防止搖把54調整後，齒輪50與齒條51受外接擾動而意外傳動，在齒輪50的轉軸上安裝有棘輪單向機構56，轉動搖把54帶動齒輪50轉動，並且通過棘輪單向機構56實現了齒輪50的單向轉動，當需要反向轉動時，控制棘輪單相機構56的棘爪抬起，使棘輪可以隨齒輪50翻轉即可，到達反轉調整位置後，放下棘爪使其卡入棘輪的槽間，可以使其繼續發揮逆止作用，以對齒輪50與齒條51的位置進行鎖定。

本具體實施例僅僅是對本實用新型的解釋，其並不是對本實用新型的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本實用新型的權利要求範圍內都受到專利法的保護。