直接燃烧加热方法和用于执行它的设备的制造方法
【专利说明】直接燃烧加热方法和用于执行它的设备
[0001] 本发明涉及工业加热方法，其中将原料引入炉中并通过使燃料在炉中燃烧而加 热。
[0002] 这类工业加热方法为例如：
[0003] -玻璃化，例如玻璃的熔融，
[0004] -金属的熔融，例如金属的二次熔融，和
[0005] -金属的再加热。
[0006] 加热方法可以为连续或分批的。
[0007] 工业加热方法通常采用化石来源的燃料，例如天然气、燃料油或煤。
[0008] 燃烧可以为用空气燃烧或者用具有比空气更大的氧含量的氧化剂如富含氧气的 空气或者基本纯氧气燃烧。用比空气更富含氧气的氧化剂燃烧以富氧燃烧（oxy-combustion)名称已知。
[0009]富氧燃烧相对于用空气燃烧(也称为空气燃烧)具有大量优点：
[0010] -NOx排放减少，
[0011] -产生的烟道气的体积降低，
[0012] -燃料消耗量以及因此化石来源的C02排放减少。
[0013] 然而，当富氧燃烧与能够通过从由燃烧产生的烟道气中回收热而将燃烧空气预热 的空气燃烧方法相比时，燃料消耗量的这一降低是有限的。
[0014] 为改进富氧燃烧的经济性能，通过以下措施进行了降低燃料消耗量的尝试：
[0015] -富氧燃料燃烧器的类型和设计，
[0016] -燃烧室的设计，特别是能够降低炉出口处烟道气的温度、降低热消耗等，
[0017] -通过从产生的烟道气中回收热而将氧化剂和/或燃料预热。
[0018] 然而，这些技术较快地达到最高限度，且富氧燃烧的最有效方法与用预热空气的 最有效燃烧方法之间的差别保持为小的。这限制了富氧燃烧在工业加热方法中的市场。
[0019] US-A-20090011290描述了热化学回收方法。根据该方法，由燃烧炉产生的一部分 烟道气用作用于将燃料重整的反应物。重整的燃料在燃烧炉中燃烧。在用作用于重整的反 应物以前，由炉产生的烟道气在将其引入燃烧炉中的上游的同流换热器中作为换热流体用 于将燃烧氧化剂和重整燃料预热。
[0020] 烟道气在同流换热器中将燃料和燃料氧化剂预热的这一用途在工业装置中仅在 烟道气贫含能够沉积在同流换热器壁上的污染物(可冷凝材料)时是可能的。
[0021] EP-A-1 143 200公开了在炉，例如玻璃熔炉中的燃烧方法，其中使用由吸热化学 反应产生的合成产物如合成气体或合成气作为燃料。所述合成产物的制备在两个再生器中 进行，所述再生器交替地操作并由来自不同于合成产物在其中用作燃料的炉的来源的烟道 气加热。
[0022] 这是因为由玻璃熔炉产生的烟道气重度载有可冷凝材料。烟道气的所述其它来源 可以为产生较干净烟道气的工业场所的另一装置，或者用于燃料与空气燃烧的装置，尤其 提供用于制备用于加热两个再生器的热烟道气。
[0023]如果在炉附近存在产生较干净烟道气的装置，则可预期第一方案，并且在这种情 况下，炉中燃烧方法的使用取决于该另一装置的同时操作。第二方案要求另一燃烧装置的 建造和操作，这是特别昂贵的。
[0024] 在任何情况下，EP-A-1 143 200所述方法不会显著改进炉的能量平衡，只要所述 方法取决于另外的外部热能源。
[0025] 本发明在高温工业加热方法中降低燃料消耗量和降低化石来源的C02排放的技术 方面做出。本发明的目的是克服，至少部分地克服与上述已知方法有关的问题。
[0026] 本发明特别涵盖直接点火加热方法。
[0027]根据该方法，将待加热原料引入炉中。使燃料在炉中与氧化剂燃烧。原料在炉 (300)中用通过该燃烧产生的热加热并将经加热原料从炉中排出。还将由燃烧产生的烟道 气从炉中排出，这些排出的烟道气包含在炉中未被原料吸收的残余热能。
[0028] 根据该方法，还在合成反应器中制备合成气，这通过反应物之间的吸热化学反应 实现，所述反应物包括一方面碳基材料，另一方面蒸汽（102)和/或C0 2。为此，合成反应器包 含至少一个反应区，将反应物引入其中，在其中进行吸热化学反应并从中提取产生的合成 气。
[0029] 根据本发明，从排出的烟道气中回收残余热能并将至少一部分回收的残余热能引 入合成反应器中，在那里，该至少一部分回收的残余热能通过上述吸热化学反应消耗。
[0030] 将通过反应产生的至少一部分合成气引入炉中，适当在炉中燃烧的至少一部分燃 料为由合成反应器产生的合成气。
[0031] 因此，本发明使得可通过用烟道气回收从炉中排出的至少一部分残余能量，通过 在合成气的合成中使用回收的至少一部分残余能量以及通过使用产生的至少一部分合成 气作为燃料在炉中产生热而改进方法的能量效率。
[0032] 根据一个具体实施方案，合成反应器不仅包含至少一个反应区，而且包含至少一 个加热室，将回收的至少一部分残余能量引入所述加热室中。
[0033] 在这种情况下，至少一个加热室相对于至少一个反应区布置，使得回收的热能通 过将反应区与加热室分离的分隔壁从加热室传送至反应区。
[0034] 各反应区例如由相邻加热室围绕或者位于2个相邻加热室之间。根据一个有利实 施方案，合成反应器（1〇〇)具有包含交替的加热室和反应区的层状结构:加热室，其后反应 区，其后加热室，等。所述加热室和所述反应区则位于2个连续板之间。
[0035] 根据一个特别有利的实施方案，关于反应器中产生的合成气，进行另外的热能回 收。
[0036] 为此，使在合成反应结束时得到的热合成气在位于合成反应器内部的加热室(称 为另一加热室）中循环，使得来自产生的合成气的至少一部分热转移至至少一个反应区。所 述转移也通过将另一加热室与至少一个反应区分离的分隔壁进行。
[0037] 本发明这一实施方案特别用于其中在合成气作为燃料用于炉中以前从合成气中 提取水的情况(参见下文）。
[0038] 根据一个具体实施方案，热能通过将一个或多个排出的烟道气料流作为热能来源 引入所述至少一个室中而引入至少一个加热室中。
[0039] 该实施方案在排出的烟道气包含很少或者不包含粉尘且包含很少或者不包含可 能沉积在加热室的内部或者可能在室中流行的温度下，特别是在与反应区的分隔壁处冷凝 的挥发性物质时是特别有用的。
[0040] 原则上可预期在将一个或多个排出的烟道气料流引入加热室中以前在高温下从 排出的烟道气中除去粉尘，但该粉尘脱除方法通常是昂贵的。
[0041] 根据本发明一个实施方案，热能通过与换热流体热交换而从排出的烟道气中回 收。
[0042] 残余热能然后通过与换热流体热交换而从由炉排放的烟道气中回收以得到包含 回收的残余热能的经加热换热流体。随后将至少一部分所述热换热流体引入合成反应器中 并作为热能来源用于吸热化学反应。在这种情况下，热能有利地通过将至少一部分经加热 换热流体引入至少一个加热室中而引入至少一个加热室中。
[0043] 由炉产生的烟道气通常载有粉尘和/或能够在称为"冷凝范围"的温度，通常600°C 至800°C，特别是600°C至700°C下冷凝的挥发性物质。粉尘和/或可冷凝物质可由在炉中进 行的燃烧导致，当合成气不是唯一的燃烧燃料时特别如此。存在于烟道气中的粉尘和/或可 冷凝物质也可具有其它来源，例如待在炉中加热或熔融的一部分原料的夹带或挥发。
[0044] 根据本发明一个优选实施方案，热能回收阶段包括至少在烟道气的第一温度范围 下的第一回收阶段和