專利名稱：使用燃燒空氣預(yù)熱設(shè)備預(yù)熱用于富氧燃燒器的燃料和氧化劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富氧燃燒方法的設(shè)備，其中在窯爐中預(yù)熱氧氣和/或燃 料，該窯爐裝備有用于在空氣預(yù)熱情況下進(jìn)行空氣燃燒的裝置。
背景技術(shù)：
蓄熱式窯爐是在其側(cè)壁上裝備有大量耐火材料的窯爐。所述耐火材料 是能從離開窯爐側(cè)壁的燃燒廢氣中回收熱量、并將該熱量傳遞給供入該窯 爐的冷空氣的熱交換器。蓄熱器的耐火材料被燃燒廢氣加熱到很高的溫度(數(shù)量級為1300-1500'C)。在實(shí)踐中，通過窯爐側(cè)壁離開的燃燒廢氣在 通常為約20分鐘的周期內(nèi)與耐火材料從其上部到其下部相接觸。在隨后的 周期中，準(zhǔn)備供給窯爐燃燒器的冷的燃燒空氣與耐火材料從其下部到其上 部相接觸，以便從其中吸收熱量。所述燃燒空氣由此在被引入窯爐的燃燒 室之前被加熱到數(shù)量級通常為1100-1300'C的溫度。燃燒廢氣和燃燒空氣 的流在各周期中反向/倒轉(zhuǎn)，從而使蓄熱器的各個面可交替地被加熱和用于 預(yù)熱燃燒空氣。預(yù)熱燃燒空氣使得使用空氣燃燒成為可能，并能產(chǎn)生高的 能量。對于使用回?zé)崞鞯母G爐，燃燒空氣通過用燃燒廢氣供給的金屬熱交 換器連續(xù)地被加熱。目前，許多窯爐通過富氧燃燒進(jìn)行工作，這意味著，燃燒不再發(fā)生在 燃料和空氣之間(空氣燃燒)，而是發(fā)生在燃料和氧氣濃度高于空氣的氧 化劑/助燃劑(comburant)之間。所述氧化劑通常由富含氧氣的空氣組成， 或者由純的氧氣組成。用來自燃燒產(chǎn)物的廢氣預(yù)熱氧氣和燃料使得能夠回 收廢氣中含有的部分能量，并能提高這種燃燒的能量效率。來自離開配備 有富氧燃料火焰的玻璃熔窯的燃燒產(chǎn)物的廢氣中含有的能量占所耗能量的約30%。如果構(gòu)造新的窯爐則很容易實(shí)現(xiàn)富氧燃燒。但是，由于經(jīng)濟(jì)原因，很 難在最初設(shè)置為使用空氣燃燒的蓄熱式窯爐中僅使用富氧燃燒。其中的一 個原因在于，必須拆除蓄熱器、修改窯爐的尺寸并重新構(gòu)造燃燒廢氣的排 出裝置。事實(shí)上，在富氧燃燒中，燃燒廢氣的體積比使用空氣燃燒的燃燒 廢氣的體積低4至5倍。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒方法，該方法使得能夠在裝備有從燃 燒廢氣中回收熱量的蓄熱器或回?zé)崞鞯母G爐中至少部分地使用富氧燃燒。本發(fā)明的另 一 目的是從已經(jīng)存在的空氣燃燒窯爐的設(shè)備開始使用該富 氧燃燒方法。本發(fā)明的再一目的在于提供一種富氧燃燒方法，該方法可適用于為使 用空氣的燃燒而設(shè)計(jì)的帶有蓄熱器或回?zé)崞鞯母G爐。根據(jù)所述目的，本發(fā)明涉及一種在裝備有用于從燃燒廢氣中回收能量 的裝置和燃燒器的窯爐中的燃燒方法，其中，通過能量回收裝置回收來自 燃燒廢氣的熱量，并且由能量回收裝置回收的該熱量用于加熱空氣，其中-至少部分所述燃燒器進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒；以及-至少部分經(jīng)能量回收裝置加熱的空氣用于預(yù)熱所述燃燒器的燃料和 /或富氧氧化劑。因此，本發(fā)明涉及一種燃燒方法在裝備有設(shè)計(jì)用于回收包含在燃燒廢 氣中的能量的能量回收裝置(如蓄熱器或回?zé)崞?的窯爐中的應(yīng)用。在所 述窯爐中進(jìn)行的燃燒至少部分是富氧燃燒，即燃料和富氧氧化劑的燃燒。 優(yōu)選地至少10%、更優(yōu)選地至少20%的燃燒能量由使用燃料和富氧氧化劑 的燃燒的燃燒器產(chǎn)生。"富氧氧化劑，，是指氧氣濃度按體積計(jì)大于卯％的 氧化劑。通過VSA (真空變壓吸附)方法制得的氧氣特別適宜。根據(jù)本發(fā) 明的方法，使用能量回收裝置通過將從所有的燃燒廢氣中回收的能量傳遞 給冷空氣(即環(huán)境空氣)來加熱該冷空氣；如果^f吏用空氣燃燒器(空氣燃燒器是指其中氧化劑為空氣的燃燒器)，則所述燃燒廢氣從富氧燃燒和空 氣燃燒中得到。在現(xiàn)有技術(shù)中，從廢氣中回收的所述能量僅用于預(yù)熱燃燒 空氣，即在燃燒器中與燃料直接混合的空氣。相反，在本發(fā)明中，通過從 燃燒廢氣中回收能量的裝置加熱的空氣中所含有的能量的至少一部分被引 導(dǎo)到富氧燃燒器的供給燃料和富氧氧化劑的裝置，以預(yù)熱該燃料和該氧化 劑(富氧燃燒器是指其中的氧化劑富含氧氣的燃燒器)。可通過任何用于 在熱空氣和燃料或氧化劑之間進(jìn)行換熱的裝置進(jìn)行預(yù)熱。已經(jīng)注意到，如果空氣-燃料燃燒器與富氧燃料燃燒器一起存在，則來 自富氧燃燒的廢氣的能量只能通過加熱將用于空氣-燃料燃燒器中的燃燒 的空氣進(jìn)行回收。事實(shí)上，空氣流受到所安裝的空氣燃燒裝置的功率和空 氣/燃料燃燒比率的控制和限制。類似地，燃燒空氣的預(yù)熱溫度受到系統(tǒng)中 用于從廢氣回收能量的耐火材料或其他材料的強(qiáng)度的限制。因此，富氧燃 燒在廢氣中產(chǎn)生過剩能量，這些包含在富氧燃燒廢氣中且通過窯爐的能量 回收裝置排出的多余能量可在對空氣進(jìn)行預(yù)熱后回收，所述空氣的一部分 (或者在只通過富氧燃燒器加熱的窯爐的情況下甚至全部)將被引導(dǎo)至用 于預(yù)熱富氧燃燒器的燃料和富氧氧化劑的裝置。在加熱冷空氣時，對于與空氣燃燒的要求相適應(yīng)的體積和富氧燃燒的 氧氣和/或燃料的預(yù)熱，使空氣達(dá)到最大預(yù)熱溫度。將經(jīng)能量回收裝置加熱 的空氣的至少一部分引導(dǎo)至用于通過直接或間接熱交換器預(yù)熱燃燒器的燃 料和/或富氧氧化劑的設(shè)備。"間接熱交換器"是指使用惰性氣體來把熱量 從熱空氣傳遞到燃料和/或富氧氧化劑的熱交換器。熱空氣的熱量首先傳遞 給惰性氣體，惰性氣體再將其熱量傳遞給燃料和/或富氧氧化劑。至于惰性 氣體，可例如使用氮?dú)饣驓鍤?。本發(fā)明可在所有的燃燒器都進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒時實(shí)現(xiàn)。在 該情況下，所有經(jīng)能量回收裝置預(yù)熱的空氣將用于與燃料和/或富氧氧化劑 換熱。本發(fā)明特別適用于在玻璃熔窯中進(jìn)行的燃燒。本發(fā)明還涉及一種改造進(jìn)行富氧燃燒的窯爐中的裝備有.進(jìn)行燃料和空氣的燃燒的燃燒器；■能量回收裝置，燃燒廢氣的熱量在該能量回收裝置中進(jìn)行回收以加熱空氣；以及 ■用于向燃燒器供給已加熱的空氣的裝置 的窯爐的方法，其中-用供給富氧氧化劑替換至少部分燃燒器的空氣供給；以及 -至少部分經(jīng)能量回收裝置加熱的空氣用來預(yù)熱用于燃燒器的燃料和 /或氧化劑。這種改造方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，在維持現(xiàn)有窯爐結(jié)構(gòu)的同時4吏得 進(jìn)行空氣燃燒的窯爐能夠轉(zhuǎn)變成部分或者完全進(jìn)行富氧燃燒，并且通過使 用用于從廢氣中回收能量以預(yù)熱用于富氧燃燒的氧氣和/或燃料的系統(tǒng)以 便提高設(shè)備的能量效率。這樣便使得無需從根本上重新設(shè)計(jì)窯爐一一特別 是關(guān)于廢氣的排出一一從而無需大量的投資便可采用富氧燃燒方法并從其 優(yōu)點(diǎn)(較高的燃燒溫度和廢氣中較低的能量損失、NOx和粉塵減少)中受 益。通過僅部分地改造富氧燃燒窯爐以及通過使用現(xiàn)有的蓄熱器來預(yù)熱氧 氣和/或燃料，保留了窯爐的部分結(jié)構(gòu)，并且修改局限于設(shè)置用于排出廢氣 的系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
圖l示出本發(fā)明的方法。窯爐9安裝有 -在上游，具有用燃料4和富氧氧化劑3供給的富氧燃燒器； -在下游，具有用燃料6和經(jīng)加熱的空氣51供給的燃燒器； -蓄熱器l，該蓄熱器用來自窯爐的熱廢氣2供給(蓄熱器1)或者使 熱空氣5、 51返回(蓄熱器ll)。由蓄熱器11輸送的熱空氣5或者用作 空氣燃燒器中的燃燒空氣51，或者用于通過熱交換器6、 7預(yù)熱富氧燃燒 器的燃料4和富氧氧化劑3。在該配置中，來自與窯爐9同側(cè)布置的回?zé)?器11的熱空氣5僅使得位于窯爐的相同側(cè)的空氣-燃料燃燒器和富氧燃料 燃燒器能夠分別^皮供給和預(yù)熱，而位于窯爐另一側(cè)的燃燒器不運(yùn)行。圖2示出對反應(yīng)物進(jìn)行預(yù)熱將來自蓄熱器11的熱空氣5相繼地引入 熱交換器7中以加熱富氧氧化劑3，然后引入熱交換器6中以加熱燃料4。 再^f吏已預(yù)熱的氧化劑31與已預(yù)熱的燃料41接觸以進(jìn)行富氧燃燒。圖3示出

圖1的方法的一種變型，其中，蓄熱器ll位于加熱空氣的工 藝流程中，使得熱空氣作為用于空氣燃燒燃燒器的燃燒空氣被輸送，以及 輸送熱空氣以預(yù)熱位于窯爐任一側(cè)的富氧燃料燃燒器的反應(yīng)物。通過該應(yīng)用，能夠使位于窯爐各側(cè)的富氧燃料燃燒器連續(xù)地運(yùn)行，而不依賴于蓄熱 器的工作周期。
權(quán)利要求
1.一種在裝備有能量回收裝置(1，11)和燃燒器的窯爐中的燃燒方法，其中，通過能量回收裝置(1，11)回收來自燃燒廢氣(2)的熱量，并且所述由能量回收裝置(1，11)回收的熱量用于加熱空氣，其特征在于-至少部分所述燃燒器進(jìn)行燃料(4)和富氧氧化劑(3)的燃燒；以及-至少部分經(jīng)能量回收裝置(1，11)加熱的空氣(5)用于預(yù)熱所述燃燒器的燃料(4)和/或富氧氧化劑(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述富氧氧化劑具有 以體積計(jì)大于90%的氧氣濃度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少10%的所述 燃燒器進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，經(jīng)能量回收 裝置(1)加熱的空氣(5 )通過熱交換器(6， 7)來預(yù)熱燃燒器的燃料(4 ) 和/或氧化劑(3)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所有燃燒器都 進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述窯爐是玻 璃熔窯。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行燃料 和富氧氧化劑的燃燒的燃燒器布置在窯爐的任一側(cè)；經(jīng)能量回收裝置加熱 的空氣用于預(yù)熱所有進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒的燃燒器的燃料和/或 氧化劑。
8. —種用于改造進(jìn)行富氧燃燒的窯爐中的裝備有 ■進(jìn)^^燃料和空氣的燃燒的燃燒器；■能量回收裝置，燃燒廢氣的熱量在該能量回收裝置中進(jìn)行回收以加 熱空氣；以及■用于向燃燒器供給已加熱的空氣的裝置 的窯爐的方法，其特征在于，-用供給富氧氧化劑替換至少部分燃燒器的空氣供給；以及 -至少部分經(jīng)能量回收裝置加熱的空氣用來預(yù)熱用于燃燒器的燃料和 /或氧化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在裝備有能量回收裝置和燃燒器的窯爐中進(jìn)行的燃燒方法，通過能量回收裝置回收來自燃燒煙氣的熱量，并且所述回收的熱量用來加熱空氣。根據(jù)本發(fā)明，至少部分所述燃燒器進(jìn)行燃料和富氧氧化劑的燃燒，以及至少部分經(jīng)能量回收裝置加熱的空氣用來預(yù)熱用于燃燒器的燃料和/或富氧氧化劑。
文檔編號F23L7/00GK101253367SQ200680031266
公開日2008年8月27日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者B·勒魯, L·雅里 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司;Agc平板玻璃歐洲有限公司