[发明专利]加热金属的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及在具有加热室、装料门、排出气流口和排出气流管道的炉子中加热含有非铁和/或铁质金属的原料的方法，其中将燃料和含氧气体引入所述炉子中从而形成火焰，且涉及用于进行所述方法的装置。加热是指通过用热量熔融、加热、再循环、熔炼及以其他方式加工金属。

背景技术

在炉子中加热含有非铁和铁质金属的原料、尤其是含铝的原料在本领域中已知。在这些工艺中出现的问题在于用于加热的原料的组成和品质通常会改变。例如，诸如油、漆、纸、塑料、橡胶、油漆、涂层等有机组分可能存在于欲加热的材料中。这些有机材料在达到挥发温度时热解，且在氧气不足时，作为CO或未燃烧的烃引出到炉子的排气管道。通常使用的气体净化系统不能从排出气流中完全清除这些不想要的有毒物质，因此，如果不再采取进一步措施，它们就会排放到环境中。

在本领域中，已经进行了多种尝试来改善炉子中的燃烧效率，从而降低有毒物质向环境的排放。例如，在US 7,462,218、US 7,648,558和US 7,655,067中，公开了其中测量在排出气体中CO和/或H₂浓度的变化及排出气体的温度且相应地调节炉子的燃料流量的方法。

EP 553 632公开了其中连续地测量来自炉子的排出气流的温度且在该温度超过预定值时增加炉子中的氧含量的方法。

在EP 1 243 663中，公开了其中测量炉子的排出气体中的O₂含量且随后将该测量用作控制单元的引导变量的方法。

WO 2004/108975公开了其中测量炉子的排出气体中的O₂和CO含量且使用那些测量结果控制氧气的额外注入的方法。

最后，在EP 756 014中，公开了测量来自炉子的排出气体中的烃的浓度且将引入炉子中的氧气的体积和/或燃料的体积设定为所述物质的测量浓度的函数的方法。

先前提到的专利和专利申请的公开内容通过引用结合到本文中。

尽管有这些现有技术方法，但是仍然需要对加热过程、尤其是对在加热炉中发生的燃烧的改善的控制，以使诸如CO和烃的有毒物质向环境的排放减至最少并增加炉子的总效率。

发明内容

因此，本发明的目标在于提供尤其是对于加热重有机物污染的原料的这类改善的方法。

本发明基于以下发现：对加热过程的改善控制可通过同时监测排出物的燃烧强度和在来自炉子的排出气流中的温度改变dT/dt并随所述燃烧强度的信号和所述排出气流的dT/dt而调节引入所述炉子中的燃料:氧气比来实现。燃烧强度是指如通常使用紫外或红外传感器或火焰监测设备测量的自燃烧过程发出的辐射的强度。

在本发明的一方面，所述燃烧强度通过使用光学检测系统监测。合适的光学检测系统的实例包括火焰传感器。

本发明因此提供在具有加热室、装料门、排出气流口和排出气流管道的炉子中加热含有非铁和/或铁质金属的原料的方法，其包括：

a) 经由燃烧器将燃料和含氧气体引入所述炉子的加热室中，从而形成火焰，

b) 监测安装在所述加热室和/或排出气流内的至少一个光学传感器的信号，

c) 监测所述排出气流的温度T随时间的改变dT/dt；和

d) 随所述光学传感器的信号和在所述排出气流中的dT/dt而调节在步骤a)中的燃料:氧气比。

所述排出气流口是指自炉子离开的位置，炉气经设计在该位置离开炉子。该排气口要么与封闭的排出气流管道直接连接，要么与开放的排出气流管道相联(例如，开放的排出气流管道容许夹带环境空气)。排出气流管道是指与自开放或封闭的排出气流管道传送排出气流相关的管道工程(duck work)。

在本发明的一方面，监测至少一个光学传感器的信号包括安装在所述加热室和所述排出气流管道中的至少一个内的火焰传感器。

根据本发明的方法改善了对加热过程、尤其是对重度有机物污染的原料的加热的控制。具体地讲，所述方法使得响应监测的参数快速且精密地调节引入所述炉子中的燃料:氧气比。“燃料:氧气比”在本文中定义为燃料与氧气之间的摩尔比。

因此，可控制所述加热过程以使得在炉子中可用的所有可燃材料的燃烧在炉子内尽可能地完全。这使得诸如CO和烃的有毒物质的排放降低且通过将有机化合物的燃烧热保持在炉子内而增加炉子效率。另外，实现在管道内显著较低的排出气体温度，这防止了排出气体管道由于过热引起的损坏。另外，通过降低排出气体温度，由流入过滤系统的排出气体携带的尘粒不会在管道系统内烧结，这将需要额外的清洁和维护工作。