[发明专利]带热回收的炉内燃烧方法

说明书

本发明涉及一种用于在炉的腔室(100)中利用经预热的工业氧气富氧燃烧燃料的设备和方法，所述炉包括4到20个富氧燃料燃烧器(107，109)，至少第一系列的富氧燃料燃烧器(107)沿第一方向排列在该腔室的壁(114)中，该设备和方法涉及通过与从腔室(100)排出的烟气进行热交换来加热传热流体，并且涉及借助于热的传热流体在邻近腔室(100)的壳体且平行于第一系列的富氧燃料燃烧器(107)的主热交换器(103)中加热工业氧气，待预热的工业氧气在主交换器(103)的上游或其氧气入口区域中被分成多股待预热的氧气流，所述主交换器包括多个出口，第一系列的每个富氧燃料燃烧器(107)与主热交换器(103)的出口(131，132)连接以向所述富氧燃料燃烧器(107)供给经预热的工业氧气流，该主交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。

技术领域

本发明涉及包括4到20个燃烧器的炉。

背景技术

此类炉在玻璃行业中是已知的。尤其已知此类玻璃熔炉，特别是生产能力在每天20到200公吨熔融玻璃的这样的玻璃熔炉。

在这些炉中，通过利用氧化剂燃烧燃料来产生热，所述氧化剂通常是空气。

各燃烧器的功率被单独调节，或燃烧器被分组调节，以便建立炉内的期望热曲线。燃烧器的总功率根据在炉内执行的方法且例如在熔炉的情况下尤其根据炉的出料量(draw)进行调节。

为了减少炉的污染物排放(NOx、灰尘)和能量消耗，已知的做法是用工业级氧气代替燃烧用空气。在本文中，工业级氧气或工业氧气是指含氧量为70vol％或更高的气体。使用工业级氧气的燃烧通常称为“富氧燃烧”，执行“富氧燃烧”的燃烧器称为“富氧燃料燃烧器”。

为了执行富氧燃烧，因而在实践中已知在环境温度下将工业级氧气喷射到炉内，这就是说没有炉前预热的步骤。然后燃料通常同样在环境温度下喷射(例如当燃料为天然气或轻燃油时)。另一方面，在粘性燃料(例如重燃油)的情况下，燃料首先升温至燃料的粘度已充分减小以允许它被容易地喷射入炉内的温度(例如在重燃料的情况下约120℃的温度)。

在实践中还已知通过在富氧燃料燃烧器的上游预热至少一种反应剂(工业级氧气和/或燃料)来利用富氧燃烧改善炉的经济平衡。

主要有两种利用热烟气预热反应剂的已知方式。

首先是包括热交换器的装置，所述热交换器允许利用由炉产生的热烟气跨壁直接加热反应剂。文献EP950031和US5,807,418记载了此类装置。

此第一方案，尽管由于它仅需一个热交换器而成本较低，但不会始终提供充分的安全水平，特别是在预热工业级氧气时，原因在于经预热的工业级氧气的反应性和腐蚀性特别高。问题在于烟气通常包含未燃物质，要么由于该方法需要炉内的还原气氛，要么由于燃烧器的不良运转。在一定时间过后，这种热交换器的材料可能由于与热烟气和热氧气的接触而尤其通过侵蚀/腐蚀被损坏。交换器的缺陷部件因而可允许氧气与热烟气中的未燃物质接触，从而产生火源，其后果将是灾难性的。此外，对于此第一方案，经预热的工业级氧气通过输送管道网络从热交换器输送到依靠经预热的氧气操作的各个富氧燃料燃烧器，所述输送管道也易于被它们正在输送的经预热的氧气腐蚀。

作为此问题的一个解决方案，存在包括利用两个连续的热交换器分两级在热烟气与燃烧反应剂之间进行热交换的预热装置。第一热交换器用于由热烟气加热中间流体，尤其是空气，而第二热交换器用于由事先利用第一热交换器加热的中间流体来加热燃烧反应剂，特别是工业级氧气。申请人公司名下的文献US6,071,116和US6,250,916记载了此类装置。对于此解决方案，用于每种待预热的燃烧反应剂的第二热交换器直接位于使用经预热的反应剂的每个燃烧器的上游处。此第二方案比上文描述的第一方案更安全，因为所选择的中间流体是含氧量对于烟气中的未燃物质的点燃而言不够高的流体，并且运送经预热的反应剂的管道且尤其是运送经预热的工业级氧气的管道被保持为最少。另一方面，它由于所需的更大数量的热交换器而更昂贵。