1. 导言
天然气在全球玻璃工业已经被广泛使用多年。对天然气有效的使用取决于燃烧器的设计、小炉结构以及实际操作。
因此，天然气/空气燃烧一个重大的发展 – 双喷嘴天然气燃烧器自上世纪80年代开始被发现，并于90年代得到广泛应用。
所有该类型燃烧器的一个普遍特征就是他们产生两股同心的气流，和单喷嘴燃烧器相比能够进行更好的火焰和排放控制。天然气要么通过一根单独的喷管进入然后从燃烧器内部分离出第二股气流，要么两根独立的天然气喷管连接到燃烧器。
然而，这些不同类型的燃烧器操作及火焰参数的控制通常是相当复杂的。
单天然气入口燃烧器的一些主要难点是：
· 天然气通过一个单独的天然气入口进入燃烧器。两股气流的分离通过一个内部分配器来完成。
· 进入内部喷嘴的气体的量由分配器设计来决定，因此不能像独立的气流那样进行测量。
· 该单天然气入口系统不能测量有多少天然气进入内部喷嘴。
· 关和开燃烧器顶端的孔会影响喷出气流的湍流并以一种非线性的方式来干扰火焰的特征。由于两个喷嘴之间气体的量也会同时发生改变，会使进一步的燃烧器设置变得更复杂。
· 这种单天然气入口燃烧器的结果是燃烧很难调整和再生。
· 这种燃烧器喷嘴产生的火焰形状能够引起燃烧期间很高的湍流并产生很高的NOx。
另一个很有兴趣的领域是窑炉燃烧期间从重油到天然气的转换。从环保、低价格、当地可用性以及便于操作等角度来看，驱使天然气代替重油燃烧。而且整个燃烧系统的建造、维护和操作也更低。
2. FLAMMATECTM 灵活燃烧器创新
近几年，一种新一代的真正独立的或双喷嘴天然气燃烧器已经在FlammaTec Ltd. 研发成功。
双喷嘴天然气入口燃烧器的一些主要优点：
· 双或两股气流的理念伴随新的先进的控制特征如完全独立的两股气流控制和测量、可调整的燃烧器喷嘴以及优化的燃烧器顶端（见图1）而得到应用。这种新的创新的方法允许对进入内或外部喷嘴的气体的量进行精确控制 – 使用先进的天然气控制系统（作为燃烧器系统的一个组成部分）。
· 燃烧器顶端的形状结合内部喷嘴的曲率设计都通过数学模拟进行优化，允许在火焰调整和火焰湍流控制方面一个很高的灵活性。
· 天然气控制系统和独特的燃烧器设计的结合产生的结果是一种简单的火焰控制和高再生性的燃烧器参数设置。
· 一个附加特征和可能性是远程火焰控制。
图1: FlammaTec 灵活燃烧器
上面提到的燃烧器特征允许创造一个高亮度的火焰带来节能并产生低NOx。这种富碳的火焰是由精确控制的进入内部喷管的气体的量和特殊设计的外部喷嘴的形状而产生（喷嘴形状通过计算机模拟设计优化）。
中间的气流以这样一种速率注入：它在火焰中心能够产生碳。这样的一种富碳火焰对玻璃熔液有相当好的辐射性，因此具有更好的燃料效率。
由于燃烧器顶端形状的特殊设计造成火焰中整体较低的湍流能够降低火焰温度，从而减少NOx生成。
燃烧器喷嘴通过计算机模拟（CFD代码）精确设计，并进一步通过玻璃窑炉中实际测试进行优化。下图2展示了对燃烧器顶端湍流的模拟。红色表示湍流较高，蓝色表示湍流较低。注意低湍流区域在火焰中心清晰可见。
图2: 燃烧器顶端湍流模拟
为了使燃烧器设计符合实际小炉设计和窑炉设计，燃烧器顶端数学模拟应用于每个特定的项目安装。
NOx的形成考虑以下化学反应：
N2 + O ↔ NO + N
N + O2 ↔ NO + O
N + OH ↔ NO + H
如果有氮出现在火焰富燃料区，有一个NOx生成的快速机理将考虑以下反应：
CH + N2 ↔ HCN + N
N + O2 ↔ NO + O
HCN + OH ↔ CN + H2O
CN + O2 ↔ NO + CO
例如，当天然气中含有氮时就应用该机理。
FlammaTec燃烧器十分灵活，火焰的形状和长度在不同的气体流速下可以轻松控制（见表1）：
燃烧器类型
容量
[Nm3/hr]
重量
[kg]
S – 型
30 – 130
9.8
M – 型
110 – 400
11.8
V – 型
360 – 800
17.2
表1: 燃烧器类型，容量和重量
低NOx的生成取决于低动量富碳的火焰。这样的火焰有较低的火焰温度，因此氮的氧化减少了。
燃烧器的安装有底烧（图3）或侧烧（图4）位置。
图3: 底烧式燃烧器安装
优点是燃烧器可以在窑炉运行期间安装并且能够替换现有重油燃烧器或其它类型天然气燃烧器。
图4: 灵活的低NOx天然气侧烧式燃烧器
典型的火焰发展见图5和图6。
图5: FlammaTec灵活燃烧器在马蹄焰窑炉的安装
图6: 详细展示高辐射明亮火焰
3. 生产结果总结
一个新的创新的燃烧器理念被成功应用于许多玻璃窑炉。主要应用为： |
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