[发明专利]用氩气和氧气一起燃烧的方法

说明书

本发明涉及在诸如工业炉这类炉窑的燃烧区中实现燃烧产生热，并用它来加热炉内装料的方法。

许多工业过程使用炉子，燃料和氧化剂在其中燃烧产生热，并将热用来加热炉内装料。在这类工业过程中，有的称之谓玻璃制造炉，其中的装料是制造玻璃的物料以及熔融玻璃或者固态玻璃；炼钢炉，其中的装料是钢和铁；炼铜炉，其中的装料是粗铜；制铝炉，其中的装料是生铝。

在此以前进行这种燃烧时，所用氧化剂是空气，主要是由于空气成本低和易于得到。众所周知，空气包含约80％的氮气。使用空气作为实现燃烧的氧化剂时，也会产生氮的氧化物(NO_x)，它是重要的污染物。与此相应，近年来出现了降低工业燃烧过程中产生的NO_x水平的要求。

一种成功的方法是用纯氧作为燃烧时的氧化剂，来实现这类工业炉中的燃烧。这就从燃烧反应过程中排除了大量的氮分子可供其他使用，因而明显降低了产生同等热量情况下生成NO_x的量。

用纯氧作为氧化剂实现燃烧的一个问题是降低了工业炉中火焰或燃烧反应的动量，燃烧反应的动量是很重要的，它可以保证燃烧反应所产生的热量分布在整个炉内或燃烧区内。这在炉中含有准备作加热用的装料的情况下尤其重要。众所周知，动量是质量与速度的乘积。以纯氧为氧化剂和以空气为氧化剂相比，燃烧反应动量的降低是因为按当量氧分子而言，纯氧氧化剂的质量仅是空气氧化剂质量的1/5左右。

用纯氧作为氧化剂造成燃烧反应动量降低的问题，可以用提高氧化剂注入燃烧区的速度成功地解决。高速度补偿了质量的减少，使动量保持在所希望的水平。此外，氧化剂的高速度产生一种吸气效应，使炉中的气体如CO₂、水蒸气在氧化剂和燃料混合以前被吸进高速氧化剂流中，随后才燃烧。这就增加了氧化剂流体的质量，进一步改进了燃烧反应的动量。燃烧领域中的这一重大改进披露并被授予美国专利No.437820-安德森和No.4541796-安德森。

高速喷射氧虽然解决了工业炉中大量NO_x的问题，但也不是没有其他问题。特别是炉内的装料可能产生大量微粒的情况，例如在玻璃制造过程中，高速度造成了由装料产生的微粒有所增加并飞出炉外。工业过程中散发微粒的水平增加，通常要求增添昂贵的污染控制设备以缓解这类问题。

因此，本发明的一个目标是提供一种燃烧方法，它能有效地克服上面讨论的NO_x和微粒污染两个问题。

在阅读了本发明披露的内容之后，本领域的技术人员，都将明了本发明的上述和其他目标。

实现燃烧的方法包括：

(A)将燃料装进燃烧区；

(B)以低速向燃烧区提供氧化剂混合物，该氧化剂混合物包括氧气和氩气，其中氧化剂混合物中的氩浓度范围是2～80％(体积)；

(C)上述燃料和氧化剂混合物在燃烧区混合；

(D)使燃料和氧化剂一起在燃烧区燃烧。

唯一的图是以目前常见的方式简化了的平面图，用以表示本发明的一种实施方案，它和横焰式玻璃熔炉的实施有关。

本发明实施时，将氧化剂混合物和燃料装入熔炉或者燃烧区。氧化剂混合物和燃料可以利用独立的注入设备或者后混合型燃烧器分别注入炉内，也可以采用预混合型燃烧器或者是从炉壁模槽中一起注入炉内。本发明可以用任何型式的熔炉实施。本发明特别适用于含准备加热和/或熔融的装料的工业熔炉的操作，尤其是装料可能产生并释放出相当数量微粒的场合。这类炉子的实例有如玻璃熔炉、炼钢用再热炉、炼铜炉和制铝用炉，燃料可以是任何一种流体燃料如甲烷、丙烷、天然气或燃料油。

氧化剂混合物包括氧和氩，其中氩浓度范围是2～80％(体积)，在2～20％(体积)范围以内更好，最好是3～10％(体积)。剩余部分基本上就是氧。因此，这意味着氧化剂混合物仅仅包括氩和氧以及少量的氮、CO₂、水蒸气和/或空气中通常能发现的微量元素。可是，一般说来，氧化剂混合物除了氧和氩外，可能也就包括诸如氮，CO₂和水蒸气之类的其他元素或化合物。