CN1916494A - 用于燃烧燃料的燃烧器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括独立的燃料和氧化剂管道的燃烧器。该燃料管道具有入口、过渡和出口区，氧化剂管道具有入口和出口区。该燃料过渡区的截面流通面积从燃料送进口处的初始截面流通面积变化到燃料送出口处的不同截面流通面积，而燃料出口区的截面流通面积基本上相同。至少一些氧化剂入口区被燃料入口、过渡和出口区中的至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着。氧化剂出口区的截面流通面积小于或等于氧化剂入口区的截面流通面积，并基本相同，其中至少一些被至少部分燃料出口区的基本全部间隔围绕着。

Description

用于燃烧燃料的燃烧器和方法
技术领域
本发明涉及利用氧化剂如氧气或富氧空气来燃烧气态燃料的燃料燃烧器和方法，尤其涉及用于在玻璃、陶瓷材料、金属等的工业熔炉内产生高温的燃烧器和方法。
背景技术
尽管本发明是在用于熔化玻璃的氧/气体燃烧器和燃烧方法的范围内进行论述的，但本发明并不仅限于用在玻璃熔化过程或工业熔炉中。本领域技术人员应当意识到，本发明的燃烧器和方法可用于许多其它的火法处理的加热(fired process heating)应用中。
美国专利No.5360171(Yap)公开了一种用于在氧化剂中燃烧燃料的燃烧器，其具有夹在彼此分离且独立的上部和下部氧化剂喷嘴之间的燃料喷嘴。该燃烧器产生向外分散的扇形燃料和氧化剂喷射物，从而提供了宽火焰。氧化剂喷射物比燃料喷射物的速度小以便将氧化剂吸入燃料中。可以提供上部和下部的次级氧化剂喷嘴用于分级式燃烧。
美国专利No.5545031(Joshi等)公开了一种以形成鱼尾状或扇形火焰的形式从喷嘴释放出燃料和氧化剂的方法和装置。在优选的实施方案中，燃料歧管安装在氧化剂歧管内。燃料歧管和氧化剂歧管的出口平面处都优选具有矩形横截面。在一个优选的实施方案中，两歧管的上游位置都具有大致正方形的横截面，其以大致垂直的方向会合并以大致水平的方向分岔开，从而在出口平面处形成大致矩形的横截面。这种组合的会合和分岔效果使流体产生了从大致垂直的平面到大致水平的平面的净动量传递，这样燃料和氧化剂就以较宽的形式从喷嘴释放出，形成了鱼尾状或扇形的火焰形状。
美国专利No.5611682(Slavejkov等)公开一种分级式氧-燃料燃烧器，其在高度辐射的贫燃料火焰上产生了大致扁平的富燃料火焰。该燃烧器具有一端为喷嘴的燃料通道，燃料通道周围有一套管，该套管与燃料通道之间具有一定间隙，该间隙形成了氧化剂的通道。当将燃料引入该燃料通道，将氧化剂引入该氧化剂通道时，在燃料管道的喷嘴端处会产生大致扁平的富燃料火焰。还提供有分级喷嘴用于将部分氧化剂从该富燃料火焰下方引入，被夹带入该富燃料火焰的下部以产生高度辐射的贫燃料火焰。
美国专利No.5575637(Slavejkov等)公开了一种与美国专利No.5611682(Slavejkov等)中相似的氧-燃料燃烧器，只不过该燃烧器不具有分级氧化剂的通道并且不采用分级式模式。
美国专利No.4690635(Coppin)公开一种高温燃烧器组合装置，其具有含氧喷嘴主体，其中安装了一个气体导管插件。该气体导管插件具有气体导管插件尖端，其外端面为大致扁平的，并且上面设置有截头圆锥体的凸起从该端面伸出。该气体导管插件尖端包括设置在中心的气体管道，其末端接在截头圆锥体形凸起的近端形成锐缘。氧气排放口同心地设置在截头圆锥体形凸起附近，用于引导其中的氧气与气体燃料混合，以便在耐火的燃烧炉体内燃烧。
尽管现有技术的燃烧器的各种设计取得了进步，但是仍然存在许多问题，包括但不限于：
■反应物的流动不均匀导致了火焰性质的不均匀；
■反应物流的高水平湍流导致了混合和燃烧的速率高于所需值；
■在燃料喷嘴端积聚和增加的固体碳导致了火焰变形。
与这些性能相关的问题通常会导致一些与燃烧器和方法相关的问题，例如：
■较热，较短的火焰，其会造成处理炉内的热传递和温度分配不均匀。该结果通常会缩短炉的耐火寿命并降低产品产量。
■从初始燃料/氧化剂混合物中可转移(分级)出的氧化剂的百分比受到限制。该限制发生在将部分燃料和氧化剂排放到耐火燃烧炉体(有时被称为预燃室)的燃烧器内，其中该耐火燃烧炉体将燃烧器组合装置与处理炉分隔开。这一限制的主要结果造成了较低的辐射热传递速率，较低的燃料效率以及较高的NOx排放量。
■燃烧器组件的过早高温失效。
■燃烧器的燃烧速率(燃料流速)范围有所限制。
由于现有技术的燃烧器和燃烧方法中所固有的这些和许多其它的问题，人们期望具有一种燃烧器和燃烧方法能克服现有技术的这些难点、问题、限制、缺点和不足以提供更好和更有利的结果。
人们进一步希望有一种高效的燃烧器和燃烧方法利用氧化剂来燃烧燃料。
人们还进一步希望能减少初始混合时燃料和氧化剂流的速度不均匀性。
人们还进一步希望能使燃料喷嘴上的碳堆积量最小化。
人们还进一步希望能获得具有高度速度均匀性和低湍流水平的流线型流。
人们还进一步希望初始混合时的燃料流和氧化剂流的平均速度差最小化。
人们还进一步希望能降低燃烧器喷嘴处的反应物的流动分布不均匀度，同时还能减小燃烧器入口的气压和湍流。
人们还进一步希望通过运行较高动量和较多分级的燃烧器来提高熔炉性能，其将产生较长较稳定的富燃料火焰并且排放的氮氧化物量(NOx)较少。
人们还进一步希望通过较长较稳定的火焰将较高的总传热率传递给熔炉中的负载以提高熔炉的性能。
人们还希望进一步提高玻璃熔炉的性能，其通过提供较高的从火焰到玻璃的传热速率，从而升高玻璃底部的温度，提高玻璃从精炼机到玻璃熔炉的再循环性，并且减少玻璃的缺陷(提高产量)。
人们也希望能扩展燃烧器的燃烧速率范围。
发明内容
本发明是利用氧化剂来燃烧燃料的燃烧器和方法。该燃烧器和方法有多个实施方案，并且这些实施方案有多种变化形式。
用于燃烧燃料的燃烧器的第一个实施方案具有多个元件。第一个元件是具有多个燃料区的燃料管道，每个燃料区与其它的燃料区彼此流体相通，适用于输送燃料流。第二个元件是具有多个氧化剂区的第一氧化剂管道，每个氧化剂区与其它的氧化剂区彼此流体相通，适用于输送氧化剂流。
该燃烧器的第一个实施方案的燃料管道包括燃料入口区、燃料过渡区以及燃料出口区。燃料入口区具有第一燃料入口和与该第一燃料入口相隔开的第一燃料出口，该燃料入口区具有第一截面流通面积，适于输送燃料流进入第一燃料入口并从第一燃料出口流出。燃料过渡区具有燃料送进口和与该燃料送进口相隔开的燃料送出口，该燃料过渡区适用于输送至少部分燃料流进入该燃料送进口并从该燃料送出口流出，并且具有第二截面流通面积，该第二截面流通面积从燃料送进口处的初始截面流通面积变化到燃料送出口处的不同截面流通面积。燃料出口区具有第二燃料入口和与该第二燃料入口相隔开的第二燃料出口，该燃料出口区适用于输送至少部分燃料流进入该第二燃料入口，并从该第二燃料出口流出，并且具有在整个燃料出口区基本相同的第三截面流通面积。
该燃烧器的第一实施方案的第一氧化剂管道包括氧化剂入口区和氧化剂出口区。氧化剂入口区具有第一氧化剂入口和与该第一氧化剂入口相隔开的第一氧化剂出口，该氧化剂入口区适用于输送氧化剂流进入该第一氧化剂入口并从该第一氧化剂出口流出，并且具有第四截面流通面积，至少部分该氧化剂入口区被燃料入口区、燃料过渡区和燃料出口区中至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着。氧化剂出口区具有氧化剂送进口和与该氧化剂送进口相隔开的氧化剂送出口，该氧化剂出口区适用于输送至少部分氧化剂流进入该氧化剂送进口并从该氧化剂送出口流出，并具有第五截面流通面积，所述第五截面流通面积小于或等于第四截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本相同，至少部分氧化剂出口区被至少部分燃料出口区的基本全部间隔围绕。
该燃烧器的第一个实施方案有许多种变化形式。在一种变体中，氧化剂出口区的第五截面流通面积与出口区的第三截面流通面积之比小于化学计量燃烧所需的氧化剂与燃料的摩尔比。
该燃烧器的第二个实施方案与第一个实施方案相似，但含有与氧化剂入口区流体连通的Y形氧化剂入口管道，其适用于将氧化剂流送入氧化剂入口区的第一氧化剂入口。
该燃烧器的第三个实施方案与第一个实施方案相似，但含有至少一个设置在燃料过渡区中的导流叶片，其中在该燃料过渡区的燃料送进口处的初始截面流通面积小于该燃料过渡区的燃料出口处的不同截面流通面积。
该燃烧器的第四个实施方案与第一个实施方案相似，但含有与第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道适用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出。在该实施方案的一种变体中，从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从氧化剂出口区的氧化剂送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
在燃烧燃料的该燃烧器的第五个实施方案中，该燃烧器具有纵轴并包括燃烧器尖端，其具有位于燃料流附近的第一伸长边，以及位于氧化剂流附近的第二伸长边，与平行于纵轴的线成小于大约15°的主尖端角(α)，并且与平行于纵轴的上游表面相交。在该实施方案中，第一伸长边和第二伸长边形成第了第二尖端角(β)，其大于主尖端角(α)而小于90°，该角度是和沿燃料流动方向从第一种长边沿长并与之相切的线成的角。在该实施方案的变体中，第二伸长边包括形成主尖端角(α)的原椎形部分，以及一端止于第一伸长边的曲面部分。
本发明的另一方面在于一种用于熔化玻璃的熔炉，该熔炉具有至少一个上面所讨论的任一实施方案或变体中的燃烧器。
利用氧化剂燃烧燃料的方法的第一个实施方案包括多个步骤。第一步是提供燃料源。第二步是提供至少一个氧化剂源。第三步是提供燃烧器，例如上述燃烧器的第一个实施方来。第四步是将燃料流输送到第一燃料入口，从而至少部分的燃料流从该第一燃料入口被输送至第二燃料出口。第五步是将氧化剂流输送到第一氧化剂入口，从而至少部分氧化剂流从该第一氧化剂入口被输送至氧化剂送出口。第六步是使至少部分从第二燃料出口出来的燃料与至少部分从氧化剂送出口出来的氧化剂进行燃烧。
利用氧化剂燃烧燃料的该方法的第一个实施方案有许多种变化形式。在一种变体中，氧化剂出口区的第五截面流通面积与燃料出口区的第三截面流通面积之比小于化学计量燃烧所需的氧化剂与燃料的摩尔比。
该方法的第二个实施方案与该方法的第一个实施方案类似，只不过包括两个附加的步骤。第一个附加步骤是提供与氧化剂入口区流体连通的Y形氧化剂入口管道，其适用于将氧化剂流送入氧化剂入口区的第一氧化剂入口。第二个附加步骤是将至少部分氧化剂送入该Y形氧化剂入口管道。
该方法的第三个实施方案与该方法的第一个实施方案类似，只不过还包括另一个步骤，即提供至少一个设置在燃料过渡区中的导流叶片，其中在该燃料过渡区的燃料送进口处的初始截面流通面积小于该燃料过渡区的燃料送出口处的不同截面流通面积。
该方法的第四个实施方案与该方法的第一个实施方案类似，只不过包括三个附加的步骤。第一个附加步骤是提供与第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道适用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出。第二个附加步骤是将所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流输送至第二氧化剂入口，从而至少部分所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流从该第二氧化剂入口被输送至第二氧化剂出口。第三个附加步骤是使至少另一部分从第二燃料出口出来的燃料与从第二氧化剂出口出来的至少部分所述另一股氧化剂流或至少部分所述另一种氧化剂流进行燃烧。在该实施方案的一种变体中，从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从氧化剂出口区的送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
利用氧化剂燃烧燃料的该方法的另一个实施方案包括多个步骤。第一步是提供燃料源。第二步是提供氧化剂源。第三步是提供利用氧化剂燃烧燃料的燃烧器，例如上述燃烧器的第五个实施方案中的燃烧器。第四步是使至少部分燃料与至少部分氧化剂位于燃烧器尖端附近进行燃烧。在该方法实施方案的变体中，第二伸长边包括形成主尖端角(α)的原椎形部分，以及一端为第一伸长边的曲面部分。
本发明的另一个方面在于一种用于熔化玻璃的方法，该方法包括上面所讨论的任一实施方案和变体中的利用氧化剂来燃烧燃料的方法。
附图说明
现在将通过参考附图以举例的方式来描述本发明，其中：
图1是本发明一个实施方案的侧视示意图；
图2是用于本发明一个实施方案中的燃烧器尖端的侧视示意图；
图3是用于本发明一个实施方案中的燃烧器尖端的正视示意图；
图4是表示出Y形氧化剂入口的本发明一个实施方案中的燃烧器端视示意图；
图5是本发明一个实施方案中的燃料喷嘴部分的平面示意图，其中表示了在该燃料喷嘴的过渡区中使用导流叶片；
图6是本发明一个实施方案中的部分燃烧器的侧视示意图，其中表示了氧化剂稳压室的一种优选形状；
图7是本发明另一个实施方案的侧视示意图，其中表示了氧化剂稳压室的可替换的形状；
图8是与耐火燃烧炉体连用的本发明燃烧器的一个实施方案的横截面示意图。
图9是在不同波长下本发明的燃烧器与现有技术的燃烧器的相对火焰辐射量的比较曲线图；
图10是表示通过本发明的燃烧器和方法从玻璃熔炉内产生的火焰的辐射热传递的机制示意图；
图11表示通过本发明的燃烧器和方法产生的火焰的上下方测得的标准化火焰辐射曲线图；
图12是表示方头燃烧器尖端设计的示意图；
图13是表示圆头燃烧器尖端设计的示意图；
图14是表示单角、分立流、锐缘的燃烧器尖端设计的示意图；
图15是表示单角、附着流、锐缘的燃烧器尖端设计的示意图；
图16是表示本发明的喷嘴尖端的一个实施方案的示意图；
图17是表示本发明喷嘴尖端的一个实施方案中的反应物流模式的示意图；
图18表示了现有技术的燃烧器尖端上出现的碳堆积照片；以及
图19是表示玻璃熔炉设计的示意图。
具体实施方式
本发明是利用氧化剂来燃烧燃料的燃烧器和方法。尽管这里是在用于玻璃熔融应用中的氧/气体(氧气/气体)燃烧器的范围内对本发明进行论述的，但其并不仅限于这类燃烧器和应用。本领域技术人员将意识到，该燃烧器和方法可用于许多其它的火法处理的加热应用中，包括但不限于水泥窑、铁/非铁金属熔炉以及蒸汽发生器。
当用于玻璃熔化应用中时，氧气/气体燃烧器产生具有扩大调节比的高温宽火焰并能够分级引入(即延迟引入)高百分比的氧气到该火焰的下面以实现比用现有技术的燃烧器能达到的更高的辐射量，更低的NOx，并更好地控制火焰长度和动量。这些性能的提高是对该燃烧器组件的新颖设计和配置的结果。在玻璃熔化的应用中，该燃烧器通常被用于与安装在该燃烧器和熔炉燃烧空间之间的耐火燃烧炉体连用。
这里所使用的术语“燃料”指任何适用于燃烧目的的气态燃料。尽管一种优选的燃料为天然气，但也可以使用不同的燃料气体，例如氢气、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔，以及其它的气态燃料和它们的组合。
这里所使用的术语“氧化剂”指氧气、富氧空气或者任何其它适合的氧化剂，其氧气浓度大于大约21体积％。一种优选的氧化剂是由低温空气分离设备或吸附过程产生的商用纯氧。这种氧化剂的氧气浓度通常大于大约90体积％。高温熔炉例如玻璃熔炉中常常使用商业纯氧和天然气的组合。
图1表示了本发明的燃烧器10的一个实施方案的侧视图。燃料12，例如天然气，进入燃料入口区16的燃料入口14。燃料流过燃料入口区、燃料过渡区18、以及燃料出口区20，从燃料出口22流出。在图1所示的实施方案中，燃料入口区是一根圆形管，燃料过渡区是一个圆形到扁平形的过渡区域，而燃料出口区是扁平横截面的部件。优选的是，这三个区为一体化、三分区、预先焊接的燃料喷嘴组合装置。
仍然参见图1，将氧化剂24，例如氧气送入氧化剂入口歧管26，例如图4所示的流线型Y形氧化剂入口。最终，氧化剂流到氧化剂稳压室28并输送至氧化剂出口区30。氧化剂稳压室和氧化剂出口区之间的板32具有开口34，氧化剂流动通过该开口，如图2所示。图6进一步表示了该实施方案。本领域技术人员应当明白，可以有可替换的实施方案，例如图7中所示的替换性实施方案。
如图1所示，流线型定位销36在燃料出口区20和氧化剂出口区30之间提供了支持。在氧化剂稳压室28的上游可具有氧化剂扩散器33。该扩散器的目的在于帮助分布进入氧化剂稳压室的氧化剂流。仍然参见图1，在氧化剂稳压室28附近的另一根氧化剂导管40(分级氧气稳压室)能够分级引入氧化剂。从氧化剂稳压室到分级氧化剂稳压室或氧化剂导管的氧化剂流可通过分级阀门42或其它的调控装置来调节。
图2表示了由燃料出口区20和氧化剂出口区30构成的燃烧器出口区。图3表示了该燃烧器的一个实施方案中的燃烧器出口区的正视图。然而，本领域技术人员应明白，该燃烧器出口区可具有与图3所示不相同的构型(一种或多种)。
图8表示本发明燃烧器10与耐火燃烧炉体150连用的截面示意图。在该燃烧炉体的上腔室152内形成了高温火焰151。从该燃烧器的氧化剂出口区30发射出的氧化剂153围绕着火焰，同时将氧化剂添入该火焰中并向火焰附近的耐火表面154提供对流冷却。分级氧化剂155通过该燃烧炉体的下腔室156。
本发明相对于现有技术的改进结果归因于燃烧器10各种组件的独特配置和结构。下面将论述这种结构和设置中的一些更重要的方面。
例如，如图1和2所示，氧化剂出口区30的截面流通面积必须小于或等于氧化剂稳压室28的截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本上一致。(流线型定位销36的确使氧化剂出口区的截面流通面积局部地减少了大约3％，而其被设计得既不会产生湍流漩涡，也不会使在出口区的送出口处的氧化剂速度分布有显著的改变。)减小截面流通面积的目的是为了使氧化剂流的静压在流动方向上减小，因为这种“有利的”压力梯度有助于消除不均匀的速度。
燃料过渡区18的截面流通面积从燃料过渡区的燃料送进口处的初始的截面流通面积变化到燃料过渡区的燃料送出口处的不同截面流通面积。该燃料出口区20的截面流通面积全部基本上一致。在一个实施方案中，燃料过渡区的送进口处的截面流通面积大于或等于燃料过渡区的送出口处的截面流通面积，因为这样形成了有利的压力梯度，其具有前面所述的优点。(这种相等的入口和出口面积形成了中性的压力梯度，其不会对流速分布造成不利影响。)
在另一个实施方案中，燃料过渡区18的送进口处的截面流通面积小于燃料过渡区的送出口处的截面流通面积。该实施方案支持“反”压力梯度(流动方向上的压力增加)，在不干涉的情况下会导致速度不均匀性的增加并可能形成逆流区域和高水平的湍流。为了防止这些有害结果，该实施方案需要***一个或多个导流叶片50，如图5所示。
在一个实施方案中，燃料过渡区18的燃料送出口处的截面流通面积为基本上非圆形的，燃料出口区20的截面流通面积基本上为非圆形的。在另一个实施方案中，燃料出口区的纵横比(宽度∶高度)在燃料出口22处为大于大约2∶1，燃料过渡区在燃料送出口处的纵横比大于大约2∶1。而在另一个实施方案中，在氧化剂出口区30的送出口处的截面流通面积与在燃料出口区20的燃料出口处的截面流通面积之比小于化学计量燃烧所需的氧化剂与燃料的摩尔比。(化学计量燃烧是燃料与不过量的氧化剂在理论上的完全燃烧。对于甲烷与氧气的燃烧来说，该实施方案中的前述面积比因而将小于2∶1。)
本发明的这个方面建立了燃料出口区20与氧化剂出口区30的平均流速比，只有当小于化学计量的量的氧化剂流过氧化剂出口区时其才等于1.0。这样达到的效果是使得当小于化学计量的氧化剂流过氧化剂出口区时，燃料和氧化剂流的平均流速之差，以及因此在反应物流之间的剪切应力和混合率达到最小。该结果的优点在于允许高百分率的氧化剂分级而不会有高温损害燃烧器10或耐火燃烧炉体150的风险。较高的分级水平可产生较长、较明亮的火焰，其能产生较高的能量效率并减少NOx排放量。
通过实验室和实地测试，比较了本发明的燃烧器与美国专利No.5611682(Slavejkov等)中所述的现有技术燃烧器的性能，证实了目前为止所论述的由本发明各方面所取得的改进结果。下面将讨论这些测试和比较的有些结果。
对两种燃烧器的燃料和氧化剂出口处的速度分布进行了测量。用一个表示特定流动截面的局部速度与平均速度的标准偏差的参数对速度不均匀性进行了定量。测量的结果以及随后的计算表明，本发明燃烧器的速度不均匀性平均为现有技术燃烧器的三份之一量。用本发明的燃烧器获得的喷嘴流动分布转化成了对氧气和天然气之间混合过程的较好控制。特别是，较好的均匀度意味着较低的剪切速率和较少的局部氧气耗尽可能性。因此，获得了较强的分级能力和预燃器或燃烧炉体内较小的过热风险。而且，反应物流的均匀性更好，使得火焰特性较为均匀，并且特别是，降低了会导致耐火熔炉过热和较高NOx排放量的峰值火焰温度。
对两种燃烧器的燃料入口静压需要的比较表明，相对于现有技术的燃烧器在燃料入口压力需要方面有了明显降低。特别地，测量表明本发明的燃烧器中的燃料入口压力的降低超过了80％。压力的降低主要归因于要求整个燃料出口截面20的截面流通面积基本相同。因此，出口区不存在静态混合装置(例如隔板)。使用这些静态混合装置通常是通过形成大的压降(其以湍流漩涡的形式耗散能量)和促进湍流混合来提高速度的均匀性。本发明的燃烧器免去了对静态混合装置的需要，并因此在燃料过渡区18内实现了“平滑”的速度曲线特征，其具有最小化的压力损失和可忽略不计的湍流生成量。
测量表明，在燃料过渡区18中利用导流叶片50的实施方案是本发明燃烧器10中燃料入口压力最低的，因为导流叶片有效地将过渡区送进口处的部分动能转化成了过渡区的送出口处的压力能，同时还获得了所需的速度平滑。
本发明的燃烧器10在两种工作模式下所需的氧气的入口压力远远低于现有技术的燃烧器：1)分级阀42关闭时，和2)分级阀大开时。与燃料入口压力类似，这主要是因为氧化剂出口截面30的截面流通面积在整个氧化剂出口区基本上相同，因此没有静态混合装置的断流、产生湍流的效应。通过减少氧气稳压室28和氧气出口区30的送进口之间的截面流通面积，这两个区域之间形成了平滑的氧气速度分布。
由于大多数燃烧器的安装限制了氧气和/或燃料的供给压力，本发明所实现的所需燃料和氧气压力明显降低的主要优点就是能够以较高的通量燃烧燃烧器。在一些情况下，较低的压力还可以使得供给氧气作为氧化剂的空气分离设备功率消耗较低。而且，在本发明燃烧器中生成的较低的湍流水平可使燃烧器能够以较高的通量工作，而由于生成短而过量的湍流火焰造成的燃烧器过热或熔炉温度的不均匀分布的风险较低。
还对露天燃烧过程中两种燃烧器的火焰光谱辐射进行了测量。图9中比较了燃烧率为15MMBtu/hr时的火焰光谱辐射，其氧化剂分级水平设定在它们各自的最大设计水平。这些燃烧器的最大设计分级水平是由从氧化剂出口区30流出的氧化剂在燃烧器燃烧率的整个范围内提供给预燃器足够的冷却程度的能力决定的。本发明的燃烧器在实践中可达到的最大氧气分级水平占总燃烧氧气的至少70％，而现有技术的燃烧器的最大分级水平通常在40％的范围内，取决于燃烧率。
本发明的燃烧器的分级限制相对于现有技术有所扩大，因改良的喷嘴流动分布和较低的湍流水平降低了预燃器内燃料和氧气流之间的混合速率，也使得出现氧气流局部缺乏的几率最小化。这些提高的流动特性确保了本发明的燃烧器有合适的预燃器冷却性，甚至是在极高的分级水平和高燃烧率的情况下操作时。
如所示，本发明的燃烧器发出了明显更高的辐射量(大于25％的总增量)。主要的辐射增加量出现在低于1800nm的波段，表示了黑体辐射的增加，其原因在于燃烧器的富燃料主焰较多(由于较高的氧分级水平)并因此形成了较丰富并且增大的烟灰颗粒。在玻璃熔融炉中该电磁光谱范围内的辐射热传递是理想的，因为该光谱范围位于熔化玻璃的最高光透射率区域内。因此，来自于火焰的能量传递能够深深地穿透进玻璃熔液中，提供较均匀的加热并能有效地利用燃料中可利用的能量。
图10表示了在典型的玻璃熔炉80中操作本发明燃烧器的侧视图。燃料82和氧气84在燃烧器中燃烧形成富燃料的主焰86，分级氧化剂88在该主焰的下方输送。该富燃料主焰具有高烟灰浓度。向上的辐射90传递到炉顶92。该分级氧化剂的反应在主焰的下边形成了较热的化学计量火焰94，向下的辐射96从该化学计量火焰传递到原料98或负载。下方火焰分级的主要效果是其产生了黑体辐射，优先向下地指向原料98或负载。驱使这种效果的主要机制是，富燃料的主焰86具有较高的烟灰形成率，同时由分级氧化剂88和主焰之间反应形成了高温高发光度的下方火焰94。尽管从火焰的下方发出的辐射96具有向下朝着原料(例如玻璃熔液)的基本上无阻碍路径，但该不透明的“光厚”主焰部分阻碍了向上的辐射传递。因而产生的偏差效果明显有利于玻璃熔融过程，因为其最大程度地实现了火焰对玻璃表面的加热，而使炉顶92的直接辐射加热最小化。
参见图11，在600到1800nm的带宽中对本发明的燃烧器向下和向上发出的热辐射进行了实验室测量。结果表示为标准化的火焰辐射量对主焰当量比的函数。标准化的火焰辐射量是对上述带宽积分的，并除以主焰当量比为1.0处(相当于不分级的化学计量燃烧)的积分火焰辐射量的火焰辐射量。主焰当量比是燃料对(主)氧化剂的实际比率除以化学计量燃烧所需的燃料对氧化剂的比率。因此，较高的当量比对应于较多的富燃料主焰。该结果明显表明随着当量比的升高，定向辐射差(偏差)逐渐增加。富燃料主焰越多，向下的总黑体辐射量百分比越高。因而，通过本发明的燃烧器能够提供较高水平的氧化剂分级的操作，其不仅产生了较多的辐射火焰，还使较大百分比的这种辐射朝向原料98，而保护炉顶92不受过量辐射。
图12-17以及以下讨论有关本发明燃烧器的先进喷嘴尖端，其提高了燃烧器的耐久性而减少了对燃烧器的维护需要。该尖端的设计，如本文中所用，涉及分隔氧化剂和燃料流的表面轮廓，其正位于从燃烧器喷嘴中释放反应物的位点的上游。现有技术的尖端设计有四种通用变化形式，如图12-15所示：
·图12——方形边缘
·图13——圆形边缘
·图14——单角、分立流、锐缘
·图15——单角、附着流、锐缘
这些现有技术的每种设计具有至少一个固有的缺陷，如下所述。
图12中所示的方头燃烧器尖端100导致了氧化剂102和燃料104在该尖端处的流动动分离。根据氧化剂和燃料的速度比，这会产生较大规模的对称循环漩涡106，其中一些部分将富含燃料，会促进尖端处固体碳的增加。
图13中所示的圆头燃烧器尖端110也会导致氧化剂112和燃料114在该尖端处的流分离。根据氧化剂和燃料的速度比，这也会产生较小(相比于方形头)的但仍较多的对称循环漩涡116，其中的一些部分将富含燃料，会促进尖端处固体碳的增加。
图14中所示的单角、分立流、锐缘燃烧器尖端120也会导致氧化剂122和燃料124在该尖端处的流分离。根据氧化剂和燃料的速度比，这也会产生两个较大规模的不对称循环漩涡126，其中的一些部分将富含燃料，会促进尖端处固体碳的增加。在喷嘴尖端正下方的锐缘128还阻碍了该尖端的热导出，造成该尖端的热变形。该流分离的临界角(αcrit)通常小于15度。
图15中所示的单角、附着流、锐缘燃烧器尖端130是对图12-14中设计的改进。由于氧化剂表面的发散角小于用于流分离的临界角(αcrit)，氧化剂132和燃料134流保持附着在喷嘴尖端上，并且防止了碳堆积在该尖端上。然而，该薄的锐缘138机械性不稳定，甚至该尖端比单角分离流锐缘设计更加容易发生热变形。一旦发生热变形，该燃烧器性能就受到了不利的影响。
如所示，图12-15中的每种尖端设计具有至少一种固有的缺陷——要么是一种或多种反应物流分离，要么机械强度不够。已知这些缺陷会导致碳堆积和尖端变形的操作和维修问题，而这是火焰变形以及燃烧器的不良性能和/或过早失效的先兆。
本发明中先进的喷嘴尖端140包括图16中所示的三个设计参数。主尖端角(α)要小到足以确保氧化剂流线的初始弯曲在不引起流分离的情况下出现。半径(R)有助于氧化剂流在直的锥形部分147和鼻端148之间有平滑的过渡。该半径与尖锐的点相比能明显延迟在该过渡区域流的分离。最后，尖锐的次级角度(β)提供了喷嘴的终端，其明显阻滞了燃料气体向后朝着喷嘴的氧化剂侧移动。
图17表示了本发明中先进的喷嘴尖端140的操作优势。阔鼻端148通过提供足够宽阔的通路用于通过传导散去尖端的热而防止了热变形，尖锐的顶锥角(β)限制了燃料气体的再循环，并且根据氧化剂和燃料的速度比，尖端处氧化剂或燃料的流分离降到了最小程度或者没有。因而防止了在尖端处的碳堆积。
在本发明的一个实施方案中，尖端的设计参数范围为：
-  主尖端角，α：0＜α＜15°
-  回转半径，R：不是绝对必需，但推荐在R＞1/64in
-  次级角度，β：β＜90°
作为改良的燃烧器尖端设计所提供的改进的实例，图18表示工业玻璃熔炉在大约两周的工作时间中，类似于图13所示设计中的尖端上出现的碳堆积160。本发明中改进的燃烧器尖端设计表明，以同样的燃烧器工作参数，在远远超过两周的时间内，同样的燃烧器部位上没有可检测到的碳堆积。
图19表示典型的玻璃熔炉60的设计，其具有左侧62和右侧64。燃烧器，例如本发明的燃烧器，设置在两侧，在熔炉内产生高温火焰66。燃料和氧化剂燃烧的废气通过熔炉左右两边的烟道68排出。加料70进入熔炉并通过高温火焰产生的热来融化。将融化的产物72从熔炉内除去，并由输送装置(未画出)输送到精炼机中(未画出)。
本发明的燃烧器和方法的性能提高，结果以多种方式提高了熔炉的性能。能够以较高的动量和较多的分级(相比于现有技术的燃烧器)来操作燃烧器，使得富燃料火焰较长、较稳定而N0x排放量较低。较长较稳定的火焰将较高的总热传递速率传递给负载。同样，较均匀的火焰特性与高分级操作的结合使得峰值火焰温度/辐射最小化，从而有助于减少生成泡沫。火焰到玻璃的较高热传递速率升高了玻璃底部的温度，提高玻璃从精炼机到玻璃熔炉的再循环，从而减少玻璃的缺陷(提高产量)。最后，避免燃烧器尖端的碳堆积防止了火焰变形，提高了燃烧器的耐用度并减少了燃烧器的维修需要。
通过进行全面的熔炉测试，证实了采用本发明的熔炉所获得的这些熔炉性能优点，在测试中用本发明的熔炉代替现有技术的熔炉，如美国专利No.5611682(Slavejkov等)中所述的熔炉。用于该测试的工业熔炉类似于图8中描绘的那样，具有四个加热位点(左右成对的燃烧器)和四个烟道。在安装本发明的燃烧器之前和之后，原料组成、熔炉的推进速度(产物移出熔炉的速度)、以及燃烧器天然气和氧气流都基本保持不变。表1给出了从该全面的熔炉测试得到的关键操作参数和结果。
表1
参数 在对本发明燃烧器的全面熔炉测试过程中参数的变化
平均(计算所得)火焰动量 增加了100％
平均氧气分级水平(占总氧气流的％) 从5％增加到70％
平均熔炉底部温度 升高了16
产量 增加了5％(绝对值)
NOx排放量 减少了14％
尽管这里是参考一些特定的实施方案进行图示和描述的，但本发明仍然不限制于所示细节。相反，在权利要求等同方案的界限和范围之内可以做出各种改变，而不悖离本发明的实质。

Claims (20)

1.一种用于燃烧燃料的燃烧器，包括：
具有多个燃料区的燃料管道，每个燃料区与其它的燃料区彼此流体相通，用于输送燃料流，其中包括：
燃料入口区，具有第一燃料入口，以及与该第一燃料入口相隔开的第一燃料出口，该燃料入口区具有第一截面流通面积，用于输送燃料流进入所述第一燃料入口并从所述第一燃料出口流出，
燃料过渡区，具有燃料送进口，以及与该燃料送进口相隔开的燃料送出口，该燃料过渡区用于输送至少部分燃料流进入该燃料送进口并从该燃料送出口流出，并且具有第二截面流通面积，该第二截面流通面积从所述燃料送进口处的初始截面流通面积变化到所述燃料送出口处的不同截面流通面积，以及
燃料出口区，具有第二燃料入口，以及与该第二燃料入口相隔开的第二燃料出口，该燃料出口区用于输送至少部分燃料流进入该第二燃料入口并从该第二燃料出口流出，并且具有第三截面流通面积，该第三截面流通面积在整个燃料出口区基本相同；以及
具有多个氧化剂区的氧化剂管道，每个氧化剂区与其它的氧化剂区彼此流体相通，用于输送氧化剂流，其中包括
氧化剂入口区，具有第一氧化剂入口和与该第一氧化剂入口相隔开的第一氧化剂出口，该氧化剂入口区用于输送氧化剂流进入该第一氧化剂入口并从该第一氧化剂出口流出，并且具有第四截面流通面积，至少部分该氧化剂入口区被所述燃料入口区、燃料过渡区和燃料出口区中的至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着，以及
氧化剂出口区，具有氧化剂送进口和与该氧化剂送进口相隔开的氧化剂送出口，该氧化剂出口区用于输送至少部分氧化剂流进入该氧化剂送进口并从该氧化剂送出口流出，并具有第五截面流通面积，所述第五截面流通面积小于或等于第四截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本相同，至少部分氧化剂出口区被至少部分所述燃料出口区的基本全部间隔围绕着。
2.如权利要求1所述的燃烧器，进一步包括：
与所述第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出。
3.如权利要求1所述的燃烧器，进一步包括与所述氧化剂入口区流体连通的Y形氧化剂入口管道，其用于将氧化剂流送入所述氧化剂入口区的第一氧化剂入口。
4.如权利要求1所述的燃烧器，进一步包括至少一个设置在燃料过渡区中的导流叶片，其中在该燃料过渡区的燃料送进口处的初始截面流通面积小于该燃料过渡区的燃料出口处的不同截面流通面积。
5.如权利要求1所述的燃烧器，其中所述氧化剂出口区的第五截面流通面积与所述燃料出口区的第三截面流通面积之比小于化学计量燃烧所需的氧化剂与燃料的摩尔比。
6.如权利要求2所述的燃烧器，其中从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从所述燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从所述氧化剂出口区的氧化剂送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
7.一种用于燃烧燃料的燃烧器，包括：
具有多个燃料区的燃料管道，每个燃料区与其它的燃料区彼此流体相通，用于输送燃料流，其中包括：
燃料入口区，具有第一燃料入口，以及与该第一燃料入口相隔开的第一燃料出口，该燃料入口区具有第一截面流通面积，用于输送燃料流进入所述第一燃料入口并从所述第一燃料出口流出，
燃料过渡区，具有燃料送进口，以及与该燃料送进口相隔开的燃料送出口，该燃料过渡区用于输送至少部分燃料流进入该燃料送进口并从该燃料送出口流出，并且具有第二截面流通面积，该第二截面流通面积从所述燃料送进口处的初始截面流通面积变化到所述燃料送出口处的不同截面流通面积，以及
燃料出口区，具有第二燃料入口，以及与该第二燃料入口相隔开的第二燃料出口，该燃料出口区用于输送至少部分燃料流进入该第二燃料入口并从该第二燃料出口流出，并且具有第三截面流通面积，该第三截面流通面积在整个燃料出口区基本相同；以及
具有多个氧化剂区的氧化剂管道，每个氧化剂区与其它的氧化剂区彼此流体相通，用于输送氧化剂流，其中包括
氧化剂入口区，具有第一氧化剂入口和与该第一氧化剂入口相隔开的第一氧化剂出口，该氧化剂入口区用于输送氧化剂流进入该第一氧化剂入口并从该第一氧化剂出口流出，并且具有第四截面流通面积，至少部分该氧化剂入口区被所述燃料入口区、燃料过渡区和燃料出口区中的至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着，以及
氧化剂出口区，具有氧化剂送进口和与该氧化剂送进口相隔开的氧化剂送出口，该氧化剂出口区用于输送至少部分氧化剂流进入该氧化剂送进口并从该氧化剂送出口流出，并具有第五截面流通面积，所述第五截面流通面积小于或等于第四截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本相同，至少部分该氧化剂出口区的至少部分所述燃料出口区的基本全部间隔围绕着；以及
与所述第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出，
其中从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从所述燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从所述氧化剂出口区的氧化剂送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
8.一种用于燃烧燃料的燃烧器，该燃烧器具有纵轴并含有燃烧器尖端，该燃烧器尖端具有：
位于燃料流附近的第一伸长边，以及
位于氧化剂流附近的第二伸长边，其与平行于纵轴的线成小于大约15°的主尖端角(α)，并与平行于纵轴的上游面相交，
所述第一伸长边和第二伸长边形成了第二尖端角(β)，其大于主尖端角(α)而小于约90°，该角度是和沿燃料流方向从第一伸长边沿长并与之相切的线成的角。
9.如权利要求8所述的燃烧器，其中所述第二伸长边包括：
形成主尖端角(α)的原椎形部分，以及
一端止于所述第一伸长边的曲面部分。
10.一种用于熔化玻璃的熔炉，所述熔炉具有至少一个如权利要求1所述的燃烧器。
11.一种利用氧化剂燃烧燃料的方法，包括步骤：
提供燃料源；
提供至少一种氧化剂的源；
提供燃烧器，其中包括：
具有多个燃料区的燃料管道，每个燃料区与其它的燃料区彼此流体相通，用于输送燃料流，其中包括：
燃料入口区，具有第一燃料入口，以及与该第一燃料入口相隔开的第一燃料出口，该燃料入口区具有第一截面流通面积，用于输送燃料流进入所述第一燃料入口并从所述第一燃料出口流出，
燃料过渡区，具有燃料送进口，以及与该燃料送进口相隔开的燃料送出口，该燃料过渡区用于输送至少部分燃料流进入该燃料送进口并从该燃料送出口流出，并且具有第二截面流通面积，该第二截面流通面积从所述燃料送进口处的初始截面流通面积变化到燃料送出口处的不同截面流通面积，以及
燃料出口区，具有第二燃料入口，以及与该第二燃料入口相隔开的第二燃料出口，该燃料出口区用于输送至少部分燃料流进入该第二燃料入口并从该第二燃料出口流出，并且具有第三截面流通面积，该第三截面流通面积在整个燃料出口区基本相同；以及
具有多个氧化剂区的氧化剂管道，每个氧化剂区与其它的氧化剂区彼此流体相通，用于输送氧化剂流，其中包括
氧化剂入口区，具有第一氧化剂入口和与该第一氧化剂入口相隔开的第一氧化剂出口，该氧化剂入口区用于输送氧化剂流进入该第一氧化剂入口并从该第一氧化剂出口流出，并且具有第四截面流通面积，至少部分该氧化剂入口区被所述燃料入口区、燃料过渡区和燃料出口区中的至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着，以及
氧化剂出口区，具有氧化剂送进口和与该氧化剂送进口相隔开的氧化剂送出口，该氧化剂出口区用于输送至少部分氧化剂流进入该氧化剂送进口并从该氧化剂送出口流出，并具有第五截面流通面积，所述第五截面流通面积小于或等于所述第四截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本相同，至少部分该氧化剂出口区被至少部分所述燃料出口区的基本全部间隔围绕着；
将燃料流输送到所述第一燃料入口，从而至少部分的燃料流从该第一燃料入口被输送至所述第二燃料出口；
将氧化剂流输送到所述第一氧化剂入口，从而至少部分的氧化剂流从该第一氧化剂入口被输送至所述氧化剂送出口；以及
使至少部分从第二燃料出口出来的燃料与至少部分从氧化剂送出口出来的氧化剂进行燃烧。
12.如权利要求11所述的方法，包括进一步的步骤：
提供与所述第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出；
将所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流输送至第二氧化剂入口，从而至少部分所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流从该第二氧化剂入口被输送至第二氧化剂出口；以及
使至少另一部分从所述第二燃料出口出来的燃料与从所述第二氧化剂出口出来至少部分所述另一股氧化剂流或至少部分所述另一种氧化剂流进行燃烧。
13.如权利要求11所述的方法，包括进一步的步骤：
提供与所述氧化剂入口区流体连通的Y形氧化剂入口管道，其用于将氧化剂流送入所述氧化剂入口区的第一氧化剂入口；
将至少部分氧化剂送入该Y形氧化剂入口管道。
14.如权利要求11所述的方法，包括进一步的步骤：提供至少一个设置在所述燃料过渡区中的导流叶片，其中在该燃料过渡区的燃料送进口处的初始截面流通面积小于该燃料过渡区的燃料送出口处的不同截面流通面积。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述氧化剂出口区的第五截面流通面积与所述燃料出口区的第三截面流通面积之比小于化学计量燃烧所需的氧化剂与燃料的摩尔比。
16.如权利要求12所述的方法，其中从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从所述燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从所述氧化剂出口区的氧化剂送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
17.一种利用氧化剂燃烧燃料的方法，包括步骤：
提供燃料源；
提供至少一种氧化剂的源；
提供燃烧器，其中包括：
具有多个燃料区的燃料管道，每个燃料区与其它的燃料区彼此流体相通，用于输送燃料流，其中包括：
燃料入口区，具有第一燃料入口以及与该第一燃料入口相隔开的第一燃料出口，该燃料入口区具有第一截面流通面积，用于输送燃料流进入所述第一燃料入口并从所述第一燃料出口流出，
燃料过渡区，具有燃料送进口以及与该燃料送进口相隔开的燃料送出口，该燃料过渡区用于输送至少部分燃料流进入该燃料送进口并从该燃料送出口流出，并且具有第二截面流通面积，该第二截面流通面积从所述燃料送进口处的初始截面流通面积变化到所述燃料送出口处的不同截面流通面积，以及
燃料出口区，具有第二燃料入口以及与该第二燃料入口相隔开的第二燃料出口，该燃料出口区用于输送至少部分燃料流进入该第二燃料入口并从该第二燃料出口流出，并且具有第三截面流通面积，该第三截面流通面积在整个燃料出口区基本相同；以及
具有多个氧化剂区的氧化剂管道，每个氧化剂区与其它的氧化剂区彼此流体相通，用于输送氧化剂流，其中包括
氧化剂入口区，具有第一氧化剂入口和与该第一氧化剂入口相隔开的第一氧化剂出口，该氧化剂入口区用于输送氧化剂流进入该第一氧化剂入口并从该第一氧化剂出口流出，并且具有第四截面流通面积，至少部分该氧化剂入口区被所述燃料入口区、燃料过渡区和燃料出口区中的至少之一的至少部分的基本全部间隔围绕着，以及
氧化剂出口区，具有氧化剂送进口和与该氧化剂送进口相隔开的氧化剂送出口，该氧化剂出口区用于输送至少部分氧化剂流进入该氧化剂送进口并从该氧化剂送出口流出，并具有第五截面流通面积，所述第五截面流通面积小于或等于所述第四截面流通面积，并且在整个氧化剂出口区基本相同，至少部分所述氧化剂出口区被至少部分所述燃料出口区的基本全部间隔围绕着；
将燃料流输送到所述第一燃料入口，从而至少部分的燃料流从该第一燃料入口被输送至该第二燃料出口；
将氧化剂流输送到所述第一氧化剂入口，从而至少部分的氧化剂流从该第一氧化剂入口被输送至该氧化剂送出口；
使至少部分从所述第二燃料出口出来的燃料与至少部分从所述氧化剂送出口出来的氧化剂进行燃烧；
提供与第一氧化剂管道相邻的第二氧化剂管道，该第二氧化剂管道具有第二氧化剂入口和与该第二氧化剂入口相隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂管道用于输送另一股氧化剂流或另一种氧化剂流进入该第二氧化剂入口并从该第二氧化剂出口流出；
将所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流输送至第二氧化剂入口，从而至少部分所述另一股氧化剂流或另一种氧化剂流从该第二氧化剂入口被输送至第二氧化剂出口；以及
使至少另一部分从所述第二燃料出口出来的燃料与从所述第二氧化剂出口出来至少部分所述另一股氧化剂流或至少部分所述另一种氧化剂流进行燃烧，
其中从该第二氧化剂管道的第二氧化剂出口流出的另一股氧化剂流或另一种氧化剂流位于火焰下方，该火焰是由至少部分从所述燃料出口区的第二燃料出口流出的燃料流和至少部分从所述氧化剂出口区的氧化剂送出口流出的氧化剂流燃烧形成的。
18.一种利用氧化剂燃烧燃料的方法，包括步骤：
提供燃料源；
提供氧化剂源；
提供一种利用该氧化剂来燃烧该燃料的燃烧器，该燃烧器具有纵轴并含有燃烧喷器尖端，该燃烧器尖端具有：
位于燃料流附近的第一伸长边，以及
位于氧化剂流附近的第二伸长边，其与平行于纵轴的线成小于大约15°的主尖端角(α)，并与平行于纵轴的上游面相交，
所述第一伸长边和第二伸长边形成了第二尖端角(β)，其大于主尖端角(α)而小于约90°，该角度是和沿燃料流动方向从第一伸长边沿长并与之相切的线成的角；以及
使至少部分燃料与至少部分位于燃烧器尖端附近的氧化剂进行燃烧。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第二伸长边包括：
形成主尖端角(α)的原椎形部分，以及
一端止于所述第一伸长边的曲面部分。
20.一种用于熔化玻璃的方法，所述方法包括如权利要求11所述的利用氧化剂燃烧燃料的方法。
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