[其他]产生火焰的方法及装置

说明书

本发明系有关诸如废钢、金属、陶瓷或玻璃等材料的高温加热、熔解、精炼与过加热所用的方法。本发明所发表的方法及装置可在熔解炉、工业加热与热处理炉、窑炉、焚化炉及其他高温用途中用作主要能源以及辅助能源。

目前，废料的预热之熔解有各种不同的方法，例如将焦炭、油或瓦斯与空气或氧气燃烧所产生的热量，或电弧产生的热量。此等方法各有优劣。空气燃烧为一成本低廉的氧化剂。但因空气仅含21%的氧，而有下列缺点：火焰温度低，冷废料内的燃烧不稳定，当废料温度高时由于气体由烟道逸失将燃烧所释出的热量浪费大约50%而使热量利用效率低。

使用纯氧燃烧有以下优点：火焰温度高，燃烧稳定，以及烟道排气所造成的浪费热量显著减少。纯氧燃烧的缺点包括高成本，且氧与燃料的燃烧器本体必须加以冷却。

用电极为昂贵，是作业设备方便，产品品质高。

目前在燃烧处理方面，有四种引入氧的方法：

在火焰已离开燃料/空气燃烧器之后，将氧流注入燃料/空气火焰内;

在氧-燃料燃烧器火焰及燃料/空气燃烧器火焰两者已离开其燃烧气之后将氧-燃料燃烧气火焰注入燃料/空气燃烧气火焰内;

在将燃烧空气供至富氧空气燃烧器之前将氧注入燃烧空气内以使燃烧空气富氧;

在燃烧装置外部将燃料、氧与空气流相混合，此系利用在燃烧此混合物的高温炉内将燃料，氧与空气流破开。

为首的两种注氧方法适用于玻璃熔解炉与其他高温炉以提高液体与固体火焰温度，此两种炉中燃料/空气火焰范围大，且位于加热的工作件上方，而且可由燃烧器本件外注入氧，高速氧-燃料火焰或氧气喷射进入较为低温的油或煤炭火焰的心部内，会将该心部过度加热，因此，使此火焰心部中所存在的碳微粒子的辐射热通量增加而不会使燃烧器本体过热。富氧的燃烧空气可用于包括烃气，尤其是天然气等的任何燃料。由于若干原因，富氧空气燃烧器的用途并不广泛。

燃料与空气一起燃烧的燃烧器为老法，而将燃料与纯氧（氧-燃料）或富氧空气一起燃烧的燃烧器亦为习知技术。此外，富氧空气已在燃烧器内用作氧化剂。然而，最新的燃烧器在高温加热时，并不在整个温度范围内工作令人满意，而且无法以控制火焰化学性质、温度、速度与发光度达到合乎经济的操作。设计供热空气或富氧空气使用的燃烧器通常在燃烧器内使用耐火砖，使不断点燃气体以稳定火焰。然而，由于氧-燃料火焰的极高温，无法使用耐火砖，而且此种燃烧器系在内部以水或空气冷却。燃烧器除掉耐火砖后，在较低温时造成火焰不稳定，因而限制富氧空气燃烧器的排拒比（turndown    ratio）。

氧-燃料燃烧器与富氧燃烧器中经常发生的另一问题为，烟道气体中存有过量的氧气。热炉温度连同烟道气体的过度氧化能力使昂贵的炉体机件加速老旧。

同时，在使用天然气当做燃料的场合，氧-燃料火焰或富氧空气-燃料火焰并无发射性。为能传热，火焰因而必须接触加热中的产品。此可能产生产品变形及氧化之问题。

上述富氧空气燃烧器的技术上，环境上与经济上的困难点系因使用富氧空气，使燃料的燃烧加快，而使传统设计的燃烧器，其内部不易控制。通常，此类装置具有衬以耐火材料的通道，并基于富氧空气的低压力使用较为简单的混合方法，富氧空气的流量可利用传统的瓦斯/空气比率调节器予以调节。

通常，将每一BTU之热量传入加热中的产品内，其总成本（操作费用与资本）随每一特定的应用，因温度的高低而有不同。当产品温度增加时，由热源将增量之BTU热量传入加热中的产品内所需的耗费越高。通常，利用不同燃烧装置在同一炉温条件将同量的烃类燃料加以燃烧，而有不同的总热通量从火焰导向加热中的工作件。此乃由于不同的火焰化学性质、温度、发光度与速度导致不同的对流与辐射热通量，以及由于工作件与燃烧气体间可能发生的化学反应所造成的附带的热量输入的影响所致。