燃烧方法与流程

本发明涉及燃烧领域。更具体而言，本发明涉及燃烧方法，其中燃料与氧化剂一起在炉的燃烧区域中燃烧，此燃烧区域在下文中称为主燃烧区域；并且从所述燃烧区域排出的烟道气在沿着烟道气流动方向位于主燃烧区域下游的后燃烧区域中进行后燃烧，

背景技术：

1、为了使在主燃烧区域中的生热最大化，通常优选在主燃烧区域内实现完全燃烧。在此情况下，来自该燃烧区域的烟道气不含残余的可燃物质。

2、为了实现在主燃烧区域中的完全燃烧，必须将按照相对于燃料计的至少化学计算量的燃烧氧化剂供应到主燃烧区域。在实践中，对于实现完全燃烧而言，必要的是使用与所述化学计算量相比少量过量的氧化剂。大量过量的氧化剂也允许完全燃烧，但是会稀释燃烧，由此降低火焰温度。另外，当富含氧气的空气或氧气用作燃烧氧化剂时，大量过量的氧化剂也会增加与向工艺供应氧化剂相关的成本。

3、在实践中，在主燃烧区域中的完全燃烧不总是可行或甚至不总是需要的。

4、例如，对于某些工艺，需要采用还原性炉气氛，例如为了避免物料在主燃烧区域内加热时发生不期望的氧化。通常使用炉熔化非铁金属时就是这种情况。如果需要还原性气氛，则显然不能用过量的氧气操作主燃烧区域。

5、此外，在一些工艺中，例如在废料煅烧装置或辅助铝熔化炉中，其中受污染的铝、例如涂漆的饮料罐熔化，可燃物质至少部分地以不受控的方式和量从进料释放出来。结果，不可能精确地预测在整个过程中在不同时刻与化学计算量对应的氧化剂的量。

6、为了优化在这些炉中的燃烧工艺，已经建议一些监测方法，其中监测在主燃烧区域中由物料释放出来的可燃物质的量的变化，以使炉操作者能通过调节进入主燃烧区域的燃烧氧化剂和/或燃料的受控供应而做出快速响应。这些监测方法的例子可以参见es-a-2201885、es-a-2207389、ep-a-0949477、wo-a-2010022964、wo-a-2011131880和jp-a-2021025687。

7、这些方法对所释放的可燃物质的量或在烟道气中的残余可燃物质的量的实际变化做出响应，所以可以降低所述残余可燃物质的水平，但是无法完全防止它们的存在，特别是当主燃烧区域在还原性气氛下操作的情况下。

8、出于环境原因，通常不允许将残余可燃物质排放到大气中。另外，从工艺排出残余可燃物质也对应于热能的损失，所述热能是在所有可燃物质完全燃烧的情况下产生的。

9、出于这些原因，日益使用后燃烧器，在这种后燃烧器中，存在于烟道气中的残余可燃物质在烟道气排放入大气之前与后燃烧氧化剂一起完全或基本上完全地燃烧。

技术实现思路

1、烟道气的后燃烧可以通过仅仅将后燃烧氧化剂注入后燃烧器中进行，或通过将后燃烧氧化剂和后燃烧燃料在后燃烧氧化剂相对于后燃烧燃料计的化学计算量过量的情况下注入后燃烧器中进行。当残余可燃物质以降低的浓度存在于烟道气中时，和当为了升高温度需要将后燃烧燃料注入后燃烧器以点燃和燃烧残余可燃物质时，特别有用的是将后燃烧氧化剂和后燃烧燃料二者都注入后燃烧器。

2、后燃烧器有利地配备能量回收装置，从而回收和利用由所述后燃烧产生的热能。

3、本发明的一个目的是提供这种组合的燃烧和后燃烧方法，其中对后燃烧进行优化。

4、本发明的另一个目的是提供组合的燃烧和后燃烧方法，其中对在主燃烧区域中的燃烧和在后燃烧区域中的后燃烧都进行优化。

5、为此，本发明建议多步骤组合的燃烧和后燃烧方法。

6、在本发明方法的第一个步骤中，在下文中称为“步骤a)”，设定标准后燃烧(nominal post-combustion)操作模式用于后燃烧区域。当所述后燃烧区域是仅供应氧化剂的后燃烧区域时，也就是说，在这种后燃烧区域中不配备或不调节用于注射后燃烧燃料的操作、而是仅仅注射后燃烧氧化剂，所设定的标准后燃烧操作模式表现为注入所述后燃烧区域的标准后燃烧氧化剂(nominal post-combustion-oxidant)注射速率。

7、另一方面，当后燃烧区域是供应氧化剂和燃料的后燃烧区域时，也就是说，在这种后燃烧区域中配备或调节注射后燃烧氧化剂和后燃烧燃料二者的操作，这种标准后燃烧操作模式表现为注入后燃烧区域的标准后燃烧氧化剂注射速率以及标准后燃烧燃料(nominal post-combustion-fuel)注射速率。所述标准后燃烧氧化剂注射速率和所述标准后燃烧燃料注射速率限定了相对于所述后燃烧燃料计的所述后燃烧氧化剂的标准化学计算量过量值。

8、在本发明方法的下一个步骤中，此步骤在下文中称为步骤b)，将燃料和燃烧氧化剂供应到主燃烧区域。在步骤b)中将燃料供应到主燃烧区域时的速率称为“实际燃料供应速率”，并将燃烧氧化剂供应到主燃烧区域时的速率称为“实际氧化剂供应速率”。

9、在步骤c)中，如上所述供应的燃料(即，在实际燃料供应速率下供应到主燃烧区域的燃料)与所供应的氧化剂(即，在实际氧化剂供应速率下供应到主燃烧区域的氧化剂)一起在主燃烧区域内燃烧，由此产生热量和烟道气。如上文所述，所述烟道气可以含有残余的可燃物质。

10、在所述方法的步骤d)中，从主燃烧区域排出烟道气，并将该烟道气加入后燃烧区域。

11、在步骤e)中，向后燃烧区域加入为了使所述排出的烟道气进行后燃烧而需要的氧化剂(称为“后燃烧氧化剂”)；或者加入后燃烧氧化剂和燃料(此燃料称为“后燃烧燃料”)的组合，其中加入按照相对于后燃烧燃料计的化学计算量过量的后燃烧氧化剂。

12、因此，在所述步骤e)中，当后燃烧区域是仅供应氧化剂的后燃烧区域时，将所述后燃烧氧化剂在实际的后燃烧氧化剂注射速率下注入后燃烧区域中，而且不注射所述后燃烧燃料。

13、当后燃烧区域是供应氧化剂和燃料的后燃烧区域时，在步骤e)中将后燃烧氧化剂和后燃烧燃料二者注入后燃烧区域中。在实际的后燃烧氧化剂注射速率下注射所述后燃烧氧化剂，并在实际的后燃烧燃料注射速率下注射所述后燃烧燃料。所述实际的后燃烧氧化剂注射速率和所述实际的后燃烧燃料注射速率一起限定了相对于所述后燃烧燃料计的所述后燃烧氧化剂的实际化学计算量过量值，所述实际化学计算量过量的后燃烧氧化剂不是用于所述后燃烧燃料的燃烧，所以可以用于所述烟道气的残余可燃物质在后燃烧区域内的燃烧。

14、在步骤f)中，所述排出的烟道气在后燃烧区域中与后燃烧氧化剂、或者与过量的后燃烧氧化剂一起进行后燃烧。在所述后燃烧期间，在从主燃烧区域排出的烟道气中存在的残余可燃物质进行燃烧，得到经过后燃烧的气体。

15、在步骤g)中，从后燃烧区域排出如上所述的经过后燃烧的气体。

16、在本发明方法的步骤h)中，分别监测在从主燃烧区域排出的烟道气中存在的一种或多种可燃物质的第一个水平和/或在从后燃烧区域排出的经过后燃烧的气体中存在的一种或多种可燃物质的第二个水平。

17、此时，在步骤i)中，在步骤h)中所监测的(第一个或第二个)水平的基础上、或者在步骤h)中所监测的第一个和第二个水平之一或两者的基础上产生第一个控制信号。

18、在步骤j)中，对在后燃烧区域中的后燃烧操作进行调节。

19、当后燃烧区域是仅供应氧化剂的后燃烧区域时，在步骤j)中根据第一个控制信号调节被注入后燃烧区域中的实际的后燃烧氧化剂注射速率。

20、当后燃烧区域是供应氧化剂和燃料的后燃烧区域时，在步骤j)中根据第一个控制信号通过所述实际的后燃烧氧化剂注射速率和/或实际的后燃烧燃料注射速率来调节所述后燃烧氧化剂的实际化学计算量过量值。

21、因此，为了对后燃烧进行调节，产生第一个控制信号。关于所达到的程度，第一个控制信号的性质(数字的(电的)或类似(例如气动的))或数值是不重要的。

22、在步骤h)中的监测操作可以是监测在相应气体流中的单种可燃物质，或监测在所述气体流中的多种可燃物质。这些可燃物质的实例是h2、co和vocs(挥发性有机化合物)。用于监测在气体流中的这些可燃物质的各种传感器是可商购的。所监测的一种或多种物质将按照在主燃烧区域中进行的工艺类型以及在从工艺排出的烟道气中可能存在的可燃物质的类型和含量来选择。在这方面必要的是，所监测的一种或多种可燃物质的水平必须是可测得的和可快速检测的，并且必须提供关于主燃烧(当监测所述排出的烟道气时)或后燃烧(当监测所述经过后燃烧的气体时)的完全或不完全程度的清晰指示。所监测的一种或多种物质也可以根据环境法规来选择，特别是为了确保在所述经过后燃烧的气体中的一种或多种物质的含量保持低于所述环境法规设置的限值。

23、所述监测可以是直接监测，其中检测在气体流中的一种或多种物质的含量，例如原地检测，即在气体料流本身中检测，或经由取样检测。所述监测也可以是间接监测一种或多种物质，由此检测与一种或多种可燃物质的水平相关的性质，例如当在气体流中的一种或多种可燃物质与氧化剂发生受控接触时产生的火焰温度，这种接触例如经由空气间隙或经由将氧化剂、例如空气或氧气以受控方式注入受监测的气体中而发生，例如参见ep-a-2561295。当在所监测的气体流中的一种或多种可燃物质与氧化剂发生受控接触时，经由与一种或多种可燃物质的水平相关的性质进行的间接监测也可以是基于受监测的气体的温度或温度变化或进展，例如参见es-a-2201885、es-a-2207389和wo-a-2006117336。

24、燃烧所得的烟道气通常在高温下从主燃烧区域排出。在此情况下，所述烟道气含有显著量的残余热量。另外，在所述排出的烟道气中存在的可燃物质进行后燃烧，这也产生热量。结果，可以在后燃烧区域内和/或在后燃烧区域的下游有利地提供热回收装置。由这种热回收装置回收的热能可以用作热源，例如用于预热位于主燃烧区域和/或后燃烧区域的上游的燃料和/或氧化剂，用于加热或干燥被供应到主燃烧区域的物料，用于产生蒸气，或者用于产生机械能或电能。