[发明专利]利用可变部分旁路的方法和热交换系统

说明书

对相关申请的交叉引用

本专利申请要求2013年6月28日提交的美国临时专利申请No.61/841,252和2013年7月31日提交的美国专利申请No.13/955,923的权益。

背景

在依赖于通过燃料燃烧将大量热能输入炉中的工艺中，特别重要的是实现尽可能高的能量效率。因此常见做法是回收烟气中的过量热，例如通过用其加热燃烧空气。改进效率的另一方式是通过富氧燃烧，其通过用富氧料流替代燃烧中常用的空气而避免加热空气的氮组分。尽管在富氧燃烧中降低损失到烟气中的热(因为烟气体积较小)，但损失的热量仍然显著，回收这种热是有利的。

US 5,807,418公开了通过氧化剂(至少50％O₂)与烟气的“并流间接热交换”回收热，接着使用部分冷却的烟气预热批料和/或碎玻璃。如US 5,807,418所用，“并流间接热交换”简单地是指其中氧化剂和热交换器被墙隔开的热交换器，其中氧化剂和烟气同向流动。尽管提供了梗概，但没有细节，如热交换器的构造材料，仅注解了“使用使其适合并可安全地操作富氧氧化剂和高温的材料和方式构造”该热交换器。考虑到构造这样的热交换器的实际困难，这一说明不足以供技术人员实际执行。这一方案具有明显的缺点，即热燃烧气体中的未燃燃料可能与泄漏的或在交流换热器处的氧接触，由此造成灾难性无控燃烧的风险高得不可接受。

US 2009/0084140使用类似于US 5,807,418的方案，但批料/碎玻璃预热与氧化剂预热并行，并另外公开了与批料/碎玻璃热交换器有关的内容。仍然没有公开关于氧化剂热交换器的构造的细节，只说其可能是再生式或同流换热式热交换器。将单个氧化剂料流送往热交换器，在此通过与热燃烧气体的热交换将其加热。三个燃料流与来自热交换器的三个预热氧化剂料流一起被三个相应的燃烧器燃烧。因此，在每种情况下，将单个氧化剂料流送往各热交换器。没有提到控制热交换器的内部组件的温度。这种方法也具有热燃烧气体中的未燃燃料可能与泄漏的或在交流换热器处的氧接触由此造成灾难性无控燃烧的风险高得不可接受的缺点。

US 2009/029800公开了一种热交换器，其中通过中间惰性气体在烟气和氧化剂或燃料之间换热。因此，一个壁将烟气与惰性气体隔开且另一个壁将惰性气体与氧化剂或燃料隔开。尽管这降低了发生灾难性无控燃烧的几率，但这种类型的热交换器在构造和维护上相对更复杂。在每种情况下，将单个氧化剂料流送往各热交换器。另外，没有提到控制热交换器的内部组件的温度，只说该中间气体充当热缓冲以抑制(dampen)氧化剂或燃料的温度变化。

US 2010/0258263公开了预热炉用氧化剂，其中代替使用一个大型热交换器预热许多氧化剂料流，其提出对相对少数的燃烧器使用几个尺寸更小的热交换器。没有提到控制热交换器的内部组件的温度。

US 2011/0104625公开了预热炉用氧化剂，其中首先通过与热烟气的同流换热式热交换预热传热流体，接着通过在另一热交换器处与该热传热流体的热交换预热氧化剂。在每种情况下，将单个氧化剂料流送往各热交换器。没有提到控制热交换器的内部组件的温度。

US 2011/0104628类似地公开了预热炉用氧化剂，其中首先通过与热烟气的同流换热式热交换预热传热流体，接着通过在另一热交换器处与该热传热流体的热交换预热氧化剂。在每种情况下，仍将单个氧化剂料流送往各热交换器。其具体公开了应相对于燃烧器的数量增加热交换器的数量以使从热交换器到燃烧器的热氧化剂线路的长度最小化以避免热损失。没有提到控制热交换器的内部组件的温度。

US 6,250,916也公开了预热炉用氧化剂，其中首先通过与热烟气的同流换热式热交换预热传热流体，接着通过在另一热交换器处与该热传热流体的热交换预热氧化剂。在每种情况下，仍将单个氧化剂料流送往各热交换器。没有提到控制热交换器的内部组件的温度。