[发明专利]再辐射炉系统

说明书

本发明关于炉系统，当炉通过氧-燃料燃烧来加热时，本发明尤其显示出优越性。

炉被许多工业过程所采用，如玻璃制造、炼钢、金属熔炼和水泥生产。通常，炉工作的热量是通过燃料（如天然气）与空气燃烧提供的。虽然在这样的燃烧过程中，空气较为便宜，但使用空气存在某些缺点，使得炉的使用者从采用空气燃烧的方式转向采用氧-燃料燃烧的方式。由于空气中含有近80%不可燃的氮气，大量由燃烧产生的热量被消耗于加热氮而不是用于加热如玻璃或钢这样的炉料。此外，燃烧需要的大体积空气及由此带来的系统压力降都会增加流体处理装置的费用。再则，大量氮存在于燃烧过程中，给氮氧化物（NOx）的产生创造了条件，而这些化合物一般被认定为有害的污染物。

通过采用氧-燃料燃烧的方式以取代空气燃烧来产生操作炉所需的热量，以上难题可明显地减轻。采用氧-燃料燃烧经济上的不足之处在于氧的增加的开支，因为氧所需量与进入的燃料量成正比。因此，减少氧-燃料燃烧时炉的热损失，使氧和燃料的需要量降至最低限量显得尤其重要。经炉出口的辐射热损失是炉操作效率不高的根源之一。

因此，本发明的目的在于提供一种其中热量具体由氧-燃料燃烧供入炉内且其中经烟道的辐射热损失降低的系统。

上述目的及其他的目的，对于阅读了本说明书的本领域技术人员而言是显而易见的，这些目的由本发明达成，本发明的一个方面为：一种再辐射炉系统，包括：

（A）炉带;

（B）烟道;

（C）位于炉带和烟道之间的再辐射区，所述再辐射区与烟道间互相流通，所述再辐射区还通过炉出口与炉带互相流通;和

（D）位于再辐射区内且大小适宜的再辐射壁，所述再辐射壁使得在再辐射区中气流流经再辐射壁的总横截流通面积大于或等于炉出口的横截流通面积。

本发明的另一方面为：

一种用于操作炉的方法，包括：

（A）向炉带内提供热量和炉气;

（B）通过辐射方式，由炉带向位于再辐射区内的再辐射壁传递热量，再辐射区通过炉出口与炉带互相流通;

（C）炉气由炉带通过再辐射区经过再辐射壁并通过烟道，烟道和再辐射区间互相流通，其中炉气经再辐射壁通过再辐射区的有效横截流通面积大于或等于炉气流通过炉出口的有效横截流通面积;以及

（D）热量由再辐射壁再辐射回炉带。

在这里所用的术语“氧-燃料燃烧”是指采用氧化剂流燃烧燃料，该氧化剂流中氧的浓度超过空气中氧的浓度。

术语“炉”和“炉带”是指一个空间，燃料在其中燃烧产生热量并将热量传给炉料。

术语“辐射”是指从热的表面或从气体中以电磁能形成波状散发和扩散热量。

图1是本发明的一个特别优选实施方案的简化截面图。

图2、3、4是本发明的其他优选实施方案的简化截面图。

本发明在实施过程中，来自炉内的热量（在不采用本发明时将通过烟道从炉内辐射出去）从炉辐射至介于炉和烟道之间的再辐射区内的再辐射壁上。再辐射区的大小适宜，使得经再辐射壁的气流通过再辐射区的净流通面积等于或大于炉出口的流通面积。按这种方式，从炉内通过再辐射区和烟道的气流在再辐射壁上游被最大限度地节流。再辐射壁所处的位置适宜，使得直接由炉来的热辐射几乎全部被再辐射壁遮断，并使热量通过位于再辐射区和炉之间的炉出口被再辐射回炉内，以此降低辐射热损失，改进炉的操作效率。

本发明将对照附图而加以详细说明。现在参照图1，炉带1含有炉气，炉气（至少部分）由燃料和氧化剂的燃烧供入炉内。燃烧优选为氧-燃料燃烧。该炉（例如）可以是玻璃制造炉、炼钢炉或任何其他适用的工业炉。在燃烧过程中，燃料（如天然气、焦炉气、丙烷、氢气、雾化油以及甲烷）与氧化剂流提供的氧进行燃烧，燃烧可以是在炉内进行也可在一个与炉连通的燃烧室口中进行。氧化剂流优选氧浓度至少为30%的流体，更优选浓度至少为90%。最优选氧化剂流是氧浓度至少为99.5%的工业纯氧。燃烧产生热量和炉气，进入炉内的炉气或者是由与炉连通的燃烧室口供入，或是在炉内产生。炉气包括在炉带1内的所有各种气体，例如炉气内可包含二氧化碳，水蒸汽，氮气和氧气。

再辐射区2通过炉出口3和炉带1之间互相流通，也和烟道4之间互相流通。如图1所示，优选再辐射区2的横截面积大于炉出口3的横截面积并大于烟道4的横截面积。

在再辐射区2内，安置了一道再辐射壁5。再辐射壁5可以用在这种环境常经历的温度下适用的任何材料构成，一般这种温度在1000℃至3000°F范围。适于作再辐射壁材料的例子如火泥砖及其他耐火砖。优选再辐射壁的构成材料与炉内壁材料相同。