带热回收的炉内燃烧方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括4到20个燃烧器的炉。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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
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[0006]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°C的温度)。
[0007]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。
[0008]主要有两种利用热烟气预热反应剂的已知方式。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]申请人公司名下的文献EP-A-2546204和文献W0-A-2009/118337记载了此类装置的具体实施例。
【发明内容】
[0013]本发明的一个目的是允许在包括4到20个富氧燃料燃烧器的炉中实施该第二方案，同时最大限度地减少回收热量和预热工业级氧气所需的投资。本发明的另一个目的是允许该第二方案在玻璃熔炉中的应用，特别是生产能力在每天20到200公吨熔融玻璃的玻璃熔炉。
[0014]本发明首先涉及一种包括炉的设备。该炉包括一方面由炉底且另一方面由耐火内衬界定出的腔室，该内衬包括壁和炉顶。该腔室还包括烟气出口。该炉包括4到20个朝向腔室内部定向的富氧燃料燃烧器。至少第一系列的所述富氧燃料燃烧器处于腔室的第一壁中且排列在称为“第一方向”的方向上。
[0015]该设备还包括与腔室的烟气出口连接的加热装置。该加热装置被设计成利用从腔室排出的烟气来加热传热流体，由此获得热的传热流体。
[0016]本文中所用的术语“连接”是指流体地连接，这就是说，以允许流体在相连接的两个元件之间输送的方式进行连接。
[0017]该设备还包括称为主热交换器或主交换器并与加热装置连接的热交换器。主交换器用于通过跨壁与热的传热流体进行热交换来预热工业级氧气以获得经预热的工业级氧气，并且包括用于向至少其中一个富氧燃料燃烧器供给经预热的工业级氧气的至少一个经预热工业氧气的出口。根据本发明的设备的主交换器邻近腔室的内衬并且包括多个经预热工业氧气的出口。
[0018]为了向第一系列的富氧燃料燃烧器供给经预热的工业级氧气，该第一系列的每个富氧燃料燃烧器与主交换器的一出口连接。优选地，主交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。
[0019]因此，概括而言，主交换器的每个出口可与一富氧燃料燃烧器连接。当所述主交换器仅与第一系列的富氧燃料燃烧器连接时，该主交换器的每个出口通常与该第一系列的一富氧燃料燃烧器连接。然而，在一些情形中，主交换器还可包括额外的出口，用于向该设备的另一装置供给经预热的工业氧气流。
[0020]本发明有许多优点。本发明能通过回收能量来预热燃烧反应剂、特别是预热被用作氧化剂的工业级氧气，以实现燃料节省和与富氧燃烧相关的污染物排放的减少。本发明还提供了与利用热烟气预热燃烧反应剂的第二方案相关的高安全级别。此外，本发明能利用最少的装备和被限制在最少的用于将经预热的工业级氧气输送到富氧燃料燃烧器所需的管道量实现这种高安全级别。
[0021]具有多个工业级氧气出口的主交换器的使用提供了供给多股经预热的工业级氧气流的很大灵活性。具有多个经预热的工业氧气出口的主交换器的使用还提供了以下显著优点:即，限制了(如果不是消除的话)对用于将经预热的工业级氧气流分摊到多股子流中的系统、尤其是阀的需求。当每个经预热工业氧气的出口与单个富氧燃料燃烧器连接时，不必分割处于预热状态的工业级氧气以将它分配到各个燃烧器中。考虑到热的工业级氧气的特别高的氧化和腐蚀特性，很少有系统能可靠地分割热氧气流并且已有的可靠系统特别昂贵，因此非常希望有一种可以不利用或最低限度地利用此类系统进行操作的设备。
[0022]根据本发明，单个主交换器能借助于以下事实来产生多股经预热的工业氧气流:即，工业级氧气在被预热之前一一这就是说在主交换器的上游或在氧气进入主交换器的区域中--被分流成多股流。
[0023]为此，该设备包括分流装置，该分流装置用于将待预热的工业级氧气分流成多股待预热的氧气流，并且定位在主交换器的上游或氧气进入主交换器的区域中。
[0024]优选地，分流装置将一股待预热的工业氧气流分成一定数量的待预热的工业氧气流，该数量对应于由主交换器供给的经预热的工业氧气流的数量。
[0025]该炉优选地包括5到16个富氧燃料燃烧器，更优选地5到10个富氧燃料燃烧器。
[0026]“一系列富氧燃料燃烧器”在定义上包括多个富氧燃料燃烧器，通常至少三个富氧燃料燃烧器。“一系列”有利地包括3到8个富氧燃料燃烧器，优选地3到6个富氧燃料燃烧器。
[0027]本发明特别有益地涉及包括玻璃熔炉且特别是生产能力或出料量在每天20到200公吨熔融玻璃的熔炉的设备。
[0028]腔室周围的区域通常处于比环境温度高的温度。结果，将主热交换器定位在腔室的内衬附近也有助于限制热能损失。
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