[发明专利]热氧燃烧器的供料

说明书

技术领域

本发明涉及利用达到高温的氧气和气体或液体状态的燃料运行的燃烧器的使用。这种类型的燃烧器尤其但非排他性地用于玻璃熔炉。使用氧气或者富氧气体(至少85％的氧)的燃烧模式被称作″氧燃烧(oxy-combustion)″。

背景技术

与使用空气的空气燃烧相比，氧燃烧至少由于以下原因而可以实现能量增益：燃烧气体的能量并没有部分地被空气中的氮气吸收。在传统的炉中，即使被氮气夹带的能量的一部分被回收，最终排放的含氮烟雾仍然夹带其相当大的部分。

降低所考虑的每个生产单元的能量消耗所具有的另外优点在于限制了二氧化碳的排放，并且因而使得能够满足此领域中的规章要求。

而且，氮气的存在是形成所谓NOx的氧化物的根源，NOx氧化物的排放在实际中由于与这些化合物在大气中的存在有关的损害而是被禁止的。

在实践中，用户尽力在导致尽可能少排放的条件下使利用空气操作的炉运行。在玻璃制造炉的情况下，这些实践并不足以满足在施行中的非常严格的标准，并且必须进行使用催化剂的高成本烟雾去污染作用。

尽管有以上所列的优点，但尤其是在大玻璃制造炉中的氧燃烧的使用仍有待发展。原因有多种。一个缺陷在于氧气的成本。这主要通过另外实施的节约措施来补偿。不过要考虑的是，在应用氧气的特定设备中需要另外的投资。

只有当使用条件被优化时，使用氧燃烧的经济评价才是积极的。关于能量效率，这要求在高温下使用氧气，即在几百度的温度下。

其次，还有利地在一定程度上进行燃料的预加热和原料的预加热。

氧气的预加热及其使用是需慎重处理的操作。所引起的困难尤其源于热氧气对于用于与其接触的材料(尤其是对于金属合金)的极大腐蚀性。

尽管发明人在未公开的在先申请(欧洲申请No.07107942，2007年5月10日提交)提出了能够令人满意地进行氧气加热的换热器，但这种热氧气的使用还在炉(尤其是玻璃制造炉)的管道中带来特定的问题。

已知的是，大的玻璃熔炉，即每天具有数百吨生产能力的炉，被构造为无间断运行超过十年的周期。这种使用寿命主要由形成其壁的耐火材料的损耗来决定。

在这些非常长的周期中，所述炉的其它元件，尤其是燃烧器，必须保持其全部的初始性能水平。有两个主要原因有可能改变它们的特性。一方面，热气体尤其是氧气的循环引起注入装置的损耗。另一方面，在接近燃烧区的管道中经受非常高温度的燃料会导致沉积物，这抑制了这些燃料的流动。这后一种影响尤其在使用重油的情况下在它们暴露于超过例如180℃的温度时是明显的。但是，也可在较小的程度上发生气态燃料的劣化，即使这种劣化只在超过600℃的温度下才以显著的程度发生。

无论选择何种燃料，在炉的整个使用寿命过程中，燃料注入装置必须定期维护。

维护操作必须在不中断炉运行的情况下进行。一个困难在于设计燃烧器和它们相关的供应装置，以使得这些操作可以在相当方便且快速的条件下进行。本发明人尽力提出实施这些的措施和方式，以使得可以回应这个问题。

发明内容

本发明人已经首先注意到，热氧气的传送需要使用特定的措施。热氧气的高腐蚀性意味着其循环必须被限制在尽可能短的路径上。还必须避免氧气在具有弯曲的管道中流动的过分严重的影响。还希望避免在这个气体路径上的任何表面不规则性。特别是，接合处优选通过焊接形成，其中这些焊缝具有光滑的表面。

在热氧气管道中的这些要求及其它要求意味着所使用的装置是基本上固定的。这些装置因而并不适合于以上讨论的维护操作。

考虑到这些困难，本发明人提出配置燃烧器以使得燃料引入装置可以经受这些维护操作而不必干扰热氧气的引入装置。根据本发明的燃烧器的供料(alimentation)模式通常一方面包括燃料供应装置(moyens)，该装置与基本上未加热的氧供料相结合，并且另一方面包括与之前供料装置无关的热氧气供应装置。

为了在体系中保持在使用热氧气时固有的能量平衡的优点，未加热的氧气的部分必须保持尽可能的低。在其中燃料和热氧气被分别引入到燃烧器中的布置中，换句话说在分开的点引入，即使它们之间的距离保持非常小，必须提供用以在燃料注入的水平处保持和稳定化火焰的氧气的部分。为了获得这种被称作“初级”燃烧的部分燃烧，相对于完全燃烧所需的总量的氧气比例是非常低的。在所有情况下，这个部分小于由所考虑的燃烧器消耗的氧总量的10％。有利地，这个比例为确保燃料完全燃烧所需总氧量的1.5-7％。

要理解的是，使用热氧气的益处不会明显地受到这个非常有限的未加热氧气部分的影响。