含氧燃料燃燒裝置的製作方法
2023-05-07 08:43:21 2
專利名稱：含氧燃料燃燒裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種含氧燃料燃燒裝置，其型式為具有至少一根燃料供應管和至少一根富氧燃氣供應管，所說管的出口差不多指向同一方向，燃燒裝置的設計為通過爐壁安裝使所說供應管指向爐內。
這種燃燒裝置特別用於熔化瓷釉或熔化鋁的爐子內。它們通過一塊嵌入爐壁內的開孔磚塊被設置通過爐壁，這塊磚被稱為大型耐火磚。燃料供應管和富氧燃氣供應管的出口端都在耐火磚的通道內。耐火磚一般具有向爐內擴散的外廓。火焰的根部位於耐火磚內燃料和富氧燃氣相遇並混合的區域內。
為了使燃燒裝置在溫度低於燃料自燃溫度的封閉環境內點燃，必需採用一種點燃燃燒裝置的裝置。因此在爐壁內需要設有這種裝置。為了使點燃裝置接近燃料和富氧燃氣會合的區域，點燃裝置一般被放置在設在耐火磚內的一個管道內並在通過耐火磚的通道中露出。
同樣，為了查核燃燒裝置出口處火焰的存在，已知可在火焰保持區附近設置檢測紫外輻射的裝置。這種裝置例如檢測紫外輻射的光電管，該光電管被容納在耐火磚內製出的管道內並在耐火磚的通道中露出。
耐火磚由耐火材料製成。露出在通過耐火磚的通道中的管道的存在會使耐火磚的結構薄弱。另外，這些露出管道會使擴散通道內燃氣流的流動條件惡化。
本發明的目的是要解決上述問題，思路是在燃燒裝置上配備輔助裝置如點燃裝置或分析火焰的裝置，這樣可不損害耐火磚的機械強度和通過耐火磚的燃氣的流動性能。
為了這個目的，本發明的主題為一種具有上述型式的含氧燃料燃燒裝置，其特徵在於，它帶有至少一個預定對火焰起作用的輔助件，而所說輔助件被設置在燃燒裝置上燃氣和富氧燃氣會合區的上遊。
根據具體實施例，該燃燒裝置可具有下列中的一個或多個特徵
它具有一個包含所說管的主體，該主體只向爐內敞開並具有至少一個支管用來連接到輸送富氧燃氣的供應源上，該主體這樣形成所說富氧燃氣供應管，該主體被這個或每一個燃料供應管穿透，而這個或每一個輔助件都這樣被裝在主體上使當用富氧燃氣供給燃燒裝置時，它們都能被富氧燃氣氣流掃過；延伸通過主體的這個或每一個燃料供應管都可拆卸地安裝在主體上；這個或每一個輔助件都有一個主要的操作軸線，並且這個或每一個主要軸線與所說管的出口方向形成一個0到45°、最好為0到20°的角度；這個或每一個輔助件的指向的目的是為了在火焰保持區內起作用；其中一個輔助件具有一個點燃火焰的裝置；點燃火焰的裝置具有一根供應點燃火焰的管子，該管子的出口端設在燃料和富氧燃氣會合區的上遊距離2到10cm處；輔助件中的一個具有一個窗口；輔助件中的一個具有一個用來分析火焰的裝置；及所說用來分析火焰的裝置具有一個光電管，可用來測量火焰在紫外線區內產生的光強，並且所說光電管被連接到將所測光強與至少兩個預定閾值比較的裝置上，目的是為了由此可推導出該燃燒裝置是否處在不正確的操作狀態。
在閱讀下面結合附圖只是以示例方式作出的說明後，當可對本發明有更清楚的了解，在附圖中
圖1為配裝在玻璃熔爐的耐火磚內的按照本發明的燃燒裝置的縱向剖視圖；圖2為圖1的燃燒裝置在Ⅱ-Ⅱ線上的橫向剖視圖；圖3和4為按照本發明的燃燒裝置的另一個實施例的縱向剖視圖，這些剖面是在圖5的Ⅲ-Ⅲ和Ⅳ-Ⅳ線上作出的；圖5為圖3和4的燃燒裝置在圖3的Ⅴ-Ⅴ線上的橫向剖視圖。
圖1示出與耐火磚12結合的含氧燃料燃燒裝置10。
燃燒裝置10具有一個主體14，其包含三根用來將燃氣供到耐火磚內的管子16。主體14還限定一根管子18用來將不純的氧供到耐火磚內。
主體14具有一個形狀一般為圓筒形、軸線為X-X的外殼或殼體20，其後端被一形式為球形帽的端壁22封閉。外殼20隻是在其前端的整個橫截面上以開口24敞開，開口24與延伸通過耐火磚的通道26連通。
外殼20內形成兩個連續的室，分別用標號28和30指出。這兩個室被一橫向壁32隔開。
室28位在壁32和端壁22之間，而室30位在壁32和開口24之間。室28預定用來接納來自在外殼20側壁上制出的支管34的燃氣。支管34直接接到室28內，並具有未示出的裝置，可用來連接到燃氣供應源。
三根管子16具有同一長度，它們互相平行地延伸，並在橫截面上形成一個等邊三角形的排列。這三根管子通過壁32與燃氣室28連通。它們平行於主體14的軸線而延伸，並一直通過室30。
這三根管子16的端頭從主體14內伸出並沿軸向出現在耐火磚的通道26內。
室30預定接納延伸通過外殼20側壁的側支管36所輸送的富氧燃氣。支管36直接接到室30內，並具有未示出的裝置，用來與富氧燃氣供應源連接，例如由空氣分餾得到的不純淨的氧氣。主體的圓筒形側壁在室30的整個長度上限定著富氧燃氣供應管18的位置，該管通過開口24在耐火磚的通道26內出現。
最好，外殼20由兩個同軸部件在壁32處用兩個突緣37和一組螺栓連接在一起製成。
耐火磚12由具有平行六面體外形的耐火磚構成。通道26在耐火磚最長的方向上延伸通過耐火磚。這個通道按照燃氣的流動方向，具有一個橫截面較小的圓筒形部分26A的進口，和在出口側延伸的一個直徑較大的同軸的圓筒形部分26B。這兩部分26A、26B被一擴散部分26C連接在一起，在擴散部分內沿著燃氣的流動方向通道的直徑逐漸增大。
在進口側，部分26A具有一個沉孔26D，其外徑略大於外殼20側壁的外徑。
另外，耐火磚在其爐外的表面上具有四個埋入耐火磚內的錨固銷40，錨固銷的突出端由一段帶螺紋的杆製成。
為了將燃燒裝置固緊在耐火磚內，外殼20在其外側具有帶孔的突緣42，可用來接納錨固銷40的帶螺紋部分，這樣便可用四個螺母44可靠地將燃燒裝置固緊在耐火磚上。
如圖1所示，三根管子16的出口端的位置約在擴散部分26C內。
按照本發明，在主體上設有兩個預定要對火焰起作用的輔助件。這兩個零件被設置在燃氣和富氧燃氣會合區的上遊。
具體地說，在主體上載有一個點燃火焰用的裝置50。這個裝置具有一根供應燃料混合物用的管子52，它沿著與燃燒裝置軸線X-X平行的軸線Y-Y延伸。管子52通過一個將端壁22連接到壁32的、被一直徑較大的同軸管圍起來的管道54而延伸一直通過室28。
管子52在其後端即從端壁22向外伸出的端頭設有預先混合的裝置56，可用來將燃料混合物供給管子52的另一端。這種裝置不管是哪一種合適的型式，都具有一個連接器58以便用來連接到未示出的燃料源如天然氣和丙烷氣，還具有一個空氣進口59。
管子52的自由端出現在耐火磚內三根管子16的出口端的上遊。三根管子16的出口端離開管子52的距離，沿著軸線X-X測量，最好為2到10cm，例如可等於5cm。
另外，燃燒裝置還具有以標號60指出的第二輔助件，由用來分析火焰的裝置構成。該裝置具有一個光電管62用來測量火焰內對應於紫外線波長的光強。該光電管被容納在一個一端敞開的圓筒形殼體64內。該殼體用一管子66延伸一直通過室28。這樣，管子66不僅延伸越過端壁22，而且越過橫向壁32，為的是要能自由地出現在室30內。
管子66的軸線Z-Z平行於燃燒裝置的軸線X-X而延伸，光電管62則沿著軸線Z-Z設置。
如圖2所示，管子52和66成角度地交替在兩根燃氣供應管16之間。在該圖中，管子66的位置用虛線示出，因為它實際上不在剖面上。
殼體64在其後端有一密封的出口通道以便用來將連接光電管的電線連到數據處理單元70上。
數據處理單元70被設計用來分析燃燒裝置的操作以便檢測出不正常的情況。為此目的它具有一個模擬-數字轉換器，可將來自光電管62的信號轉變成數位訊號。該模擬-數字轉換器被連接到一個邏輯單元如微處理器上。
微處理器被這樣編程，使它能將由光電管62測得的光強I與一組至少兩個預定的閾值比較，以資由此推導出燃燒裝置的操作可能會發生的不正確的狀態。
具體地說，一組閾值具有至少第一個閾值I1，該閾值例如等於燃燒裝置操作的正常光強I0的約115％。如果由光電管測得的光強超過這個第一閾值I1，那麼數據處理單元70會推導出火焰在部分26B的上遊進入燃燒裝置內的情況，這樣燃燒裝置的結構就有被損壞的危險。
第二個閾值I2，例如對應於燃燒裝置操作的正常光強的85％。如果由光電管62測得的光強低於這個第二預定閾值I2，那麼就能檢測出火焰脫離或管子16被堵的情況。
圖1和2所示的燃燒裝置按下列方式操作。為了點燃燃燒裝置，首先要啟動點燃裝置50。為此目的，將燃料混合物送到預混合裝置56使燃料混合物流到管子52的敞開端。用一個未示出的壓電元件在管子52的敞開端發出一個火花，這樣便可點燃燃料混合物。
為了點燃燃燒裝置本身，通過支管34將燃氣如天然氣(主要由甲烷構成)通過支管34送入燃燒裝置。同時通過支管36將不純的氧送入燃燒裝置。
應該知道，燃氣先充滿室28然後流動通過三根管子16，而氧氣先充滿室30然後直接流向外殼20的敞開端進入到延伸通過耐火磚的小直徑部分26A。
在以外殼的側壁為界的氧氣供應管18的下遊和三根管子的出口的上遊的區域內，燃氣如天然氣與氧氣互相接觸，其時在管子52的端頭保持有火焰，在其作用下，燃氣與氧氣接觸就爆發出火焰。
因此可以知道，燃燒裝置的火焰是在三根管子16的出口端形成燃氣/氧氣混合區的耐火磚的擴寬部分26B內造成的。
然後便可停止點燃裝置50使點燃火焰熄滅。
在操作燃燒裝置時，光電管62不斷測量火焰保持區內紫外線部分所輻射出來的光強。如同上面說明過的那樣，將測得的光強與預定的閾值I1和I2比較，為的是檢測出在燃燒裝置操作時可能發生的任何一種不正常的情況。
由於輔助件50和60被設置在燃氣/氧氣混合區的上遊，在燃燒裝置操作時，這兩個輔助件最多只是與一種氣體接觸，因此它們並不直接曝露在保持在燃燒裝置端頭的火焰的灼熱之下。
因此管子52和光電管62被損壞的危險可以減少。
另外，管子52或火焰分析裝置的端頭總是被流動的氧氣流掃過並被不斷地冷卻，從而它們由於火焰輻射熱的作用而被損壞的危險可大大減少。
在另一方面，在現有技術的裝置中，由於點燃器或火焰分析裝置被設置在耐火磚內製出的輔助管道內並出現在通過耐火磚的通道內，因此在容納輔助件的管道內必需確保有冷卻氣流通過，為的是不斷進行冷卻。用來冷卻的氣體一般為空氣。
流入這種冷卻氣流有害於爐子的正常操作，並且可能是造成嚴重汙染的原因，如含有氮氧化合物，特別是當冷卻氣流為空氣時，空氣中的氮會與引入爐內的氧反應。
採用按照本發明的燃燒裝置時，由於輔助件並不用空氣掃過，因此可大大減少氮氧化合物的產生。
圖3到5示出燃燒裝置的另一個實施例，該燃燒裝置以標號100指出，並被配裝在耐火磚102內。
耐火磚102在很大程度上與上一實施例的耐火磚12類似，只是其有另外的特性，這些特性將在餘下的部分內予以說明。
燃燒裝置100不僅具有一個主體104，該主體由一根將富氧燃氣輸送到耐火磚入口的管子作為界線，而且還有一組三根用來輸送燃氣的管子106。
主體104由一以X-X為軸線對稱的外殼108為界線，在其前端有一圓筒形部分110以便連接到耐火磚上。在部分110的上遊為一截頭圓錐體部分112，其直徑逐漸增大一直到端壁114為止。
有一根用來連接到未示出的富氧燃氣供應源上的支管116在該截頭圓錐體部分112的側壁上被制出。
為了將燃燒裝置固緊在耐火磚上，連接部分110設有一個與圖1和2中實施例的突緣42類似的外突緣118。
端壁114被一管子120穿透，該管平行於軸線X-X而延伸，但只在外殼108的外側延伸，目的是為了支承三根噴射管106。
在其自由端設有一個突緣122，設計用來接納載有三根管子106的端頭配件124。端頭配件124連接著一根用來連接到未示出的燃氣供應源的管子126。端頭配件124用一可拆卸的保持環128連接到突緣122上。
該環128可確保在管120和端頭配件124之間的密封連接。而且，它可機械地將管106嚴格地保持在與燃燒裝置軸線X-X平行的方向上。
另外，如圖3所示，火焰分析裝置130被裝在後壁114上。該裝置具有一個連接管132接到主體104的內側，而在其自由端，管132載有一個密封的殼體134，在其內裝著一個用來測量紫外線範圍內光強的光電管136。該光電管沿著管132的軸線Y-Y指向燃燒裝置。軸線Y-Y與燃燒裝置的軸線形成一個7.5°的角度。光電管136被連接到類似單元70的數據處理單元上。
如圖3所示，軸線Y-Y與燃燒裝置的軸線X-X大致相交在噴射管106的出口平面上，即在火焰保持區內。
為了清除光電管136視線上的障礙，耐火磚102的具有較小橫截面的第一部分在側向上被去除一部分138，形成一條在耐火磚通道內的縱向槽。
另外，燃燒裝置具有一個點燃裝置140。該裝置如圖4所示被固定在端壁114上。為此目的，端壁上設有一個圓孔142，用一支承管144伸出到外側，該支承管接在外殼108的內側。管144的軸線Z-Z與成組管106的軸線X-X相交成一約為5°的角度。
在一端具有一個連接器用來連接到未被示出的燃料混合物供應源的預先混合裝置146被支承在管144的自由端上。預先混合裝置146用一配裝在管144內的管148延伸通過外殼108。管148的自由端出現在耐火磚內成組管106的出口平面的上遊。具體點說，從管148的端頭到成組管106的端頭的距離例如為5cm。
為了使管148能夠延伸通過耐火磚的小直徑部分，耐火磚上設有第二個去除部分150，該去除部分150在角度上偏離第一去除部分138。
最後，如圖5所示，端壁114上設有一個由透明材料以密封方式固定在端壁114上的窗口152。這個窗口允許視線看到燃燒裝置的內部，特別是當燃燒裝置操作時能夠看到火焰。
應該知道，採用這個另外的實施例所提供的輔助件的布置，輔助件同樣被保護起來不使它們受到維持在燃燒裝置上的火焰的熱輻射影響，這是因為它們都被設置在燃氣和富氧燃氣會合區的上遊。另外，如前所述，這三個輔助件都不斷地被富氧燃氣流掃過，從而可確保它們不斷地被冷卻。
在這個實施例中，一組燃氣噴射管106可拆卸地安裝在管120的端頭上。這樣便可容易地更換管106以便對它們進行預防性的維護操作，而可不需拆卸輔助件，因為輔助件已被直接安裝在主體104上。
實際上，拆卸這些管106隻需鬆開保持環128並將這些管從支承這些管的端頭配件124上抽出即可。
在以上兩個實施例中，將點燃裝置設在燃氣混合物和富氧燃氣會合區的後面可導致將火焰良好地保持在噴射管的端頭而可不管燃燒裝置使用什麼燃料。這是因為在這種布置中，點燃可立即在噴射管的出口處發生。
在另一方面，現有技術的點燃裝置這樣出現在耐火磚內，燃料混合物是在離開噴射管出口一定距離後才在耐火磚內被點燃，因此燃料被點燃後還必須在與其流動相反的方向上連續進行燃燒才能確定地保持火焰。這個燃燒前沿的移動並不是總能順利進行的，特別是當燃料為液體燃料並且其流率很高時。
當然，燃料和富氧燃氣的進口可以倒換，仍能使輔助件得到良好的保護，這時輔助件只與燃料接觸。
火焰可根據對紫外輻射強度的單一測量來進行分析，因為與人們可能會想到的不同，輻射強度並不隨燃燒裝置的功率而變。這樣，不管在燃燒裝置內燃氣和富氧燃氣的流率如何，在火焰保持區內測得的光強實際上是恆定的。
一種可以設想的說法可用來解釋這種現象，即假定位於燃氣管燃氣噴射平面緊下遊的混合區都已被紫外射線飽和，不管燃氣的流率如何。這樣，在將測量裝置定位在噴射區的上遊以便瞄準緊接著噴射管出口的混合區亦即火焰保持區時，測得的光強便可與燃燒裝置發出的熱功率無關，這樣便可通過對信號的簡單分析，推導出燃燒裝置的操作狀態。
權利要求
1．含氧燃料燃燒裝置具有至少一根燃料供應管(16；106)和至少一根富氧燃氣供應管(18；108)，所說這些管的出口差不多指向同一方向(X-X)，燃燒裝置的設計為通過爐壁安裝使所說管指向爐內，其特徵為，燃燒裝置裝有至少一個預定對火焰起作用的輔助件(50、60；130、140、152)，並且所說這些輔助件被設置在燃燒裝置上燃氣和富氧燃氣會合區的上遊。
2．按照權利要求1的燃燒裝置，其特徵為，燃燒裝置具有一個包含所說這些管的主體(14、104)，該主體只向爐內敞開並具有至少一個支管(36；116)用來連接到輸送富氧燃氣的供應源上，該主體這樣形成所說富氧燃氣供應管(18)，該主體被這個或每一個燃料供應管(16；106)穿透，而這個或每一個輔助件(50、60；130、140、152)都這樣被安裝在主體上使當用富氧燃氣供給燃燒裝置時，它們都能被富氧燃氣流掃過。
3．按照權利要求2的燃燒裝置，其特徵為，延伸通過主體(104)的這個或每一個燃料供應管(106)都可拆卸地安裝在主體上。
4．按照以上權利要求中任一項的燃燒裝置，其特徵為，這個或每一個輔助件(50、60；130、140、152)都有一個主要操作軸線(Y-Y、Z-Z)，並且這個或每一個主要軸線與所說管(16、18；106、108)的所說出口方向(X-X)形成一個0到45°、最好為0到20°的角度。
5．按照以上權利要求中任一項的燃燒裝置，其特徵為，這個或每一個輔助件的指向的目的是為了在火焰保持區內起作用。
6．按照以上權利要求中任一項的燃燒裝置，其特徵為，輔助件中的一個具有點燃火焰的裝置(50；140)。
7．按照權利要求6的燃燒裝置，其特徵為，點燃火焰的裝置具有一根供應點燃火焰的管子(52；148)，該管子(52；148)的出口端設在燃料和富氧燃氣會合區的上遊2到10cm處。
8．按照以上權利要求中任一項的燃燒裝置，其特徵為，輔助件中的一個具有一個窗口(152)。
9．按照以上權利要求中的任一項的燃燒裝置，其特徵為，輔助件中的一個具有一個用來分析火焰的裝置(60；130)。
10．按照權利要求9的燃燒裝置，其特徵為，所說用來分析火焰的裝置(60；130)具有一個光電管(62；136)，可用來測量火焰在紫外線區內產生的光強，並且所說光電管(62；136)被連接到將所測得的光強與至少兩個預定閾值(I1,I2)比較的裝置(70)上，目的是為了由此推導出該燃燒裝置是否處在不正確的操作狀態。
全文摘要
含氧燃料燃燒裝置,具有至少一根燃料供應管(16)和至少一根富氧燃氣供應管(18),所說這些管的出口差不多指向同一方向,燃燒裝置的設計為通過爐壁安裝使所說管指向爐內。燃燒裝置裝有至少一個預定對火焰起作用的輔助件(50、60),並且所說這些輔助件(50、60)被設置在燃燒裝置上燃氣和富氧燃氣會合區的上遊。
文檔編號F23D14/72GK1228520SQ98122980
公開日1999年9月15日 申請日期1998年12月2日 優先權日1997年12月2日
發明者斯特凡娜·阿爾努, 多米尼克·羅比亞爾 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司