制造無機纖維用的燃燒爐裝置及其使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了制造無機纖維的燃燒爐裝置及其使用方法。該燃燒爐包括適合與主氧化劑源和燃料源流體連接的耐火主體，該耐火主體具有燃料和主氧化劑的入口端和火焰的出口端，火焰的出口端有寬度大于高度的基本矩形的火焰出口，耐火主體界定了燃燒室和流體連接燃燒室與火焰的出口端的第二室；此外，還包括流體連接燃燒室并適合把氧氣通過多個穿過耐火主體的通道運送到燃燒室的氧氣支管。

Combustion furnace apparatus for producing inorganic fibers and method of use thereof

The invention discloses a combustion furnace device for producing inorganic fibers and a method of using the same. The combustion furnace comprises a refractory body for connecting with the main source of fuel and oxidant source fluid, the outlet end of the entrance end and the flame refractory body having a fuel and oxidizer, the flame outlet end is provided with a width greater than the height of the rectangular flame outlet, a refractory body defines the combustion chamber and the combustion chamber and the fluid connection the flame outlet room second; in addition, also includes a fluid connected with a combustion chamber and is suitable for delivering oxygen to the combustion chamber through a plurality of through the main channel of the oxygen pipe refractory.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及燃燒爐及其使用方法的領域，特別是指用于生產無機微纖以及其它纖維的火焰噴吹纖維化方法中的燃燒爐及其使用方法。
技術介紹
用于生產細徑礦物纖維如典型的直徑范圍約0.2～7.0微米的長度不等的玻璃纖維的一個方法就是火焰噴吹方法。在該方法中，電力加熱或者氣體火焰加熱的、含有熔化的可成纖的原料例如玻璃分批原料或者預制的大理石的坩堝或熔爐被熔融，并從噴絲頭的多個噴絲孔處被拉伸，形成連續的一級絲。這些連續的一級絲通過牽引輥從加熱的坩堝或熔爐中拉出，牽引輥還起了將這些連續的一級絲供給到高溫、高能的氣體火焰的作用，該火焰使連續的一級絲進一步地變細，并由連續的一級絲形成短長度、細直徑的纖維。這些拉細燃燒爐具有非常高的氣體流動速率，以便當長絲受熱時，拉伸長絲以減小其直徑。由于能量消耗連續增加，所以這促使人們努力找到在礦物纖維的制造中減少燃料用量的方法。高速拉細氣流帶入周圍的較冷空氣。這種低能量、低速度的空氣與拉細氣流混合，從而將拉細氣流稀釋，并降低其溫度與速度。無限制的氣流稀釋削弱了拉細設備對纖維細化的能力(即增加了材料過濾及絕緣的能力)。因此，為了補償稀釋帶來的不足，需要燃燒更多的氣體來產生更高的溫度。氧燃料的燃燒爐已經在玻璃工業上，特別是在玻璃纖維、TV玻璃和容器玻璃工業領域使用了很多年。現今幾乎沒有完全的氧燃料橫焰熔窯在運轉，一直使用著為較小的容器或者玻璃纖維熔窯特別設計的改進的氧燃料燃燒爐。這些轉化被最大可能地制成以滿足噴射標準。大家知道的氧燃料燃燒爐由于使用氧氣作為氧化劑，其相對于空氣來說反應性增強，因此為了安全，絕大多數的氧燃料燃燒爐為噴嘴混合設計，避免進行預混合。美國專利5,199,866、5,490,775和5,449,286介紹了一些普通的噴嘴混合氧氣燃料的燃燒爐的設計。噴嘴混合氧氣燃料的燃燒爐的概念就是在燃燒爐的噴嘴混合燃料和氧氣。這些燃燒爐可能包含單個或者多個用于燃料和/或氧氣的噴嘴。產生的火焰是擴散火焰，其火焰特性由混合速率決定。這些燃燒爐通常產生短的強火焰，然而，一些延遲的混合形狀被認為可以產生比較久的發光火焰。在玻璃工業上，為了熔融應用的另一種最新的燃燒爐類型為“平面火焰(flat flame)”燃燒爐。具有不同幾何形狀的多孔的燃燒爐可以產生比傳統的(圓柱形的)氧燃料火焰寬2～3倍的火焰。美國專利5,545,031、5,360,171、5,299,929和5,575,637顯示了平面火焰(flat flame)燃燒爐的例子。氧燃料燃燒爐一直沒有在玻璃再熔融纖維化的應用上提出使用。這可能是由于多種因素造成的。不僅僅使用領域完全不同，而且熔融的材料的特性和要生產的纖維以及設備都是不同的(纖維對大的熔融材料池，拉細纖維用的燃燒爐的用法對熔融用的燃燒爐的用法)，這些導致需要解決不同的問題。盡管降低能量使用是很多工業包括浮法玻璃和礦物纖維工業在內的共同目標。由于礦物纖維的最終用途取決于纖維的物理性能，例如它們在液體和漿液中的分散能力，或者作為過濾介質或絕緣體的能力，生產者并不注重為了減少一小部分能量消耗而改變生產出可接受的纖維的工藝。因為這個原因，這將是無機成纖技術中一個進步，即，發展再熔融纖維化燃燒爐以使得礦物纖維變細，減少無機成纖工藝中對能量使用的大量需求，從而使降低能耗更具吸引力，特別是在高性能纖維及使用纖維的產品，比如，過濾及絕緣產品和造紙產品的纖維的物理性能是可接受的或甚至優于可接受范圍的情況下。
技術實現思路
依照本專利技術，介紹了裝置和使用工藝，所述裝置和使用工藝可以減少能量使用，并出乎意料地生產比以前已知的纖維化裝置和方法質量更好的纖維。通過控制纖維化燃燒爐的一個或者多個的工作參數，或者通過熱量回收，或者通過富氧的氧化劑的使用，或者兩者皆用，相對于不使用熱量回收或者富氧的氧化劑的傳統燃燒爐來說，本專利技術的裝置和工藝可以生產平均強度和長度更高的無機纖維，同時減少或者消除渣球。在某些實施例中，例如在沒有氧氣的時候，或者有氧氣但是氧氣太昂貴的時候，介紹了使用預熱的空氣和/或具有輔助熱源如電阻元件、燒煤的高壓蒸汽等的燃料的方法和系統。本專利技術的方法和系統的一個目的就是提高離開燃燒爐時燃燒氣體的溫度或者火焰溫度。能量經濟學表明使用這些替代物代替氧氣。當使用富氧的氧化劑時，由于氧燃料的火焰溫度比空氣燃料的火焰溫度高，所以也可以使用熱量回收技術。本專利技術的第一方面是燃燒爐裝置，該裝置包括適合與主氧化劑源和燃料源流體連接的耐火主體，該耐火主體具有燃料和主氧化劑的入口端和火焰的出口端，火焰出口端有寬度大于高度的大致矩形的火焰出口，耐火主體界定了燃燒室和與燃燒室與火焰出口端流體連接的第二室；以及氧氣支管，該氧氣支管流體連接燃燒室，并適合把氧氣通過多個穿過耐火主體的通道運送到燃燒室。這里使用的術語“主氧化劑”是指空氣，或者包含與空氣同樣摩爾濃度的氧氣的混合物，而術語“氧氣”和“輔氧化劑”可以交換使用，根據本專利技術，它們都是指具有至少50％摩爾濃度氧氣的氣體。這種氧化劑包括至少含50％體積比氧氣的富氧空氣，例如由低溫空氣分離廠制造的“工業用”的純氧(99.5％)，或者由真空擺動吸附過程或膜滲透制造的非純的氧氣(體積比大約90％或者更高的氧氣)。如果專利技術可能包括多個運送氧氣通過耐火主體的管子，這些管子流體連接一個或者多個的氧氣供應支管，那么裝置實施例就在這個方面內。這些管子和支管可以由金屬、陶瓷、陶瓷襯里的金屬或者其中的組合構成。本專利技術的所有裝置實施例中，主氧化劑源和燃料源可以是一個或者多個的導管、管道、貯存設備、鋼瓶或者在主氧化劑的情況下，環境空氣也是主氧化劑源。輔氧化劑可以由管道、鋼瓶、貯存設備、低溫氣體分離裝置、膜滲透分離器或者吸收裝置例如真空擺動吸收裝置供給。本專利技術的第二個裝置方面包括如本專利技術第一方面的耐火主體；以及流體連接主氧化劑源和燃料源以及耐火主體的氧氣噴射支管，該氧氣噴射支管包括一個或者多個的氧氣支管，這些支管處于燃燒室內，流體連接氧氣和燃料源以及耐火主體的主氧化劑端口，此外，還包括在燃燒的時候為了冷卻氧氣支管，提供冷卻劑(氣體、液體或者其混合物)的裝置，以及收集變暖的冷卻劑的裝置。冷卻劑可以是任何傳熱流體，并且可以是氣態的、液態的或者某些氣態和液態成分的混合物，這些混合物起了傳熱流體的作用或者能夠被改進以起到傳熱流體的作用。氣態的傳熱流體可以從以下氣體中選擇空氣(包括環境空氣和處理過的空氣(對空氣處理以去除濕氣))、惰性的無機氣體(例如氮氣、氬氣和氦氣)、惰性的有機氣體(如氟代物、氯代物和含氯氟烴，包括全氟的形式，如四氟甲烷、六氟乙烷和四氟乙烯等)、以及具有少量非惰性氣體如氫氣的惰性氣體混合物。傳熱液體可以從惰性液體中選擇，這些惰性液體可以是有機的、無機的或者一些它們的混合物，例如鹽溶液、乙二醇溶液、石油等等。其它可能的傳熱流體包括蒸汽(如果比氧氣支管溫度更冷)、二氧化碳、或者它們與氮氣的混合物。傳熱流體可以是包括氣相和液相的混合物，例如高級含氯氟烴。根據本專利技術的這個方面的裝置實施例包括那些實施例，其中一個或者多個氧氣支管是由適于引導氧氣向下進入燃料和主氧化劑的流動通道的上部的氧氣支管以及適于引導氧氣向上進入通道的下部的氧氣支管構成。氧氣支管可以是具有多孔的金屬或陶瓷管子，這些孔引導氧本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種裝置，其包括：　　　　適合與主氧化劑源和燃料源流體連接的耐火主體，該耐火主體具有燃料和主氧化劑的入口端和火焰的出口端，所述火焰的出口端有基本矩形的火焰出口，該火焰出口的寬度大于其高度，所述耐火主體界定了燃燒室和流體連接燃燒室與火焰的出口端的第二室；以及　　　　氧氣支管，所述氧氣支管流體連接所述燃燒室，并適合把氧氣通過多個穿過耐火主體的通道運送到所述燃燒室。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：哈利艾倫博爾德斯，邁克爾R尼亞科夫斯基，威廉J托梅，雷蒙德L麥肯齊，
申請(專利權)人：約翰斯曼維爾公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]