專利名稱：用于燃燒器的方法和燃燒器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在工業(yè)爐的加熱過程中增加效率的方法和燃 燒器裝置。尤其是，本發(fā)明涉及一種具有提高的燃燒效率的所謂再生
式燃燒器(regenerative burner )。
背景技術：
在此，術語"再生式"燃燒器裝置用于指一種燃燒器裝置，其中冷 氧化劑和熱煙道氣(flue gas)交替地被引導通過熱緩沖器，以使煙道 氣的熱量用于預熱氧化劑。這樣增加了燃燒過程中的效率。
例如，熱緩沖器可以由部分填充有吸熱材料(比如由陶資或金屬 材料制成的球或蜂巢結構)的管子構成。通常所用的操作方案包括熱 煙道氣滲透穿過緩沖器大約30秒鐘，隨后是周圍環(huán)境調節(jié)的氧化劑 (ambiently tempered oxidant)滲透大約30秒、4中，i亥氧4匕劑因而^皮吸 熱材料加熱。燃燒可在兩個或更多個燃燒器之間交替進行，由此來自 其它燃燒器的熱煙道氣一次通過燃燒器之一的氧化劑通道并且通過熱 緩沖器從爐中引導出，或者一個燃燒器可以配備有幾個氧化劑通道， 所述幾個氧化劑通道用于交替地向燃燒器供應氧化劑并且將煙道氣從 爐中運出去。
這種再生式燃燒器裝置通常被優(yōu)化為特定的高功率。這對于連續(xù) 加熱良好適用，但是對于分批式加熱卻是一個問題。也就是說，金屬 材料的分批式加熱常常發(fā)生兩個步驟，其中，初步的高功率步驟(在 此表示為"加熱步驟，，)旨在將爐和金屬材料的表面加熱到預定的最終 溫度，而最終的低功率步驟(在此表示為"溫度均勻化步驟，，)旨在使 整個金屬材料穿過熱導管呈現預定的均勻溫度分布圖(profile),
例如，加熱步驟根據先決條件可以持續(xù)2到10小時，在該時間期間， 一個或多個燃燒器在其最佳的高功率下或接近其最佳的高功率操
作。溫度均勻化步驟可相應地持續(xù)1到40小時，并且涉及顯著較低的 燃燒器功率。
在加熱步驟部分中，爐溫基本上低于期望的處理溫度，這就是為 何熱緩沖器中的吸熱材料不能被加熱到燃燒器達到最大效率所需的溫 度的原因。
而且，尺寸適用于加熱步驟的再生式燃燒器同時對于溫度均勻化 步驟來說則是超尺寸的，這就是為何在該步驟中必須將它們的功率調 整到較低水平。舉例來說，這一點可通過使用所謂的開/關程序來完成， 其中燃燒器被交替地且周期性地開或關。尤其是，這樣還導致了熱緩 沖器中的溫度在關閉時間內降低，從而大大降低了燃燒器的效率。
由于關于最佳燃燒功率選擇的上述因素，再生式燃燒器常常設計 成具有接近加熱步驟期間所需的最大功率。結果，如果以后出于某些 原因需要更高的功率，則需要較多成本和/或結構改造，這是由于再生 式燃燒器設計得相對很大且占據大體積，而且由于每個這種燃燒器通 常還需要用于通過熱緩沖器運送氣體的適當尺寸的風機裝置，因此， 該風機也需要改造。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決了上述問題。
因而，本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)爐的燃燒器裝置，其包括燃料通 道、第一氧化劑通道、煙道氣出口、控制裝置和熱緩沖器，其中第一 氧化劑和煙道氣被交替地引導通過熱緩沖器，其特征在于設置分離的 噴槍裝置(lancing device )來用于向燃燒器裝置提供第二氧化劑。
此外，本發(fā)明涉及一種主要具有如權利要求11所述的特征的方法。


在下文中，將參照本發(fā)明的示例性實施例和附圖詳細描述本發(fā)明，其中
圖l是從側面看的主要顯示根據本發(fā)明的燃燒器裝置的概略圖。
具體實施例方式
再生式燃燒器裝置2設置在用于對金屬材料進行分批式加熱的工 業(yè)爐1中。根據實際應用，可以將多于一個的燃燒器裝置設置在爐1 內。特別地，可以將燃燒器裝置成對地設置在工業(yè)爐1中，由此可以 交替地操作這種燃燒器對。
燃燒器裝置2包括燃料通道3和第一氧化劑通道4。燃料可以是 任意合適的氣態(tài)燃料，例如丙烷或天然氣。第一氧化劑例如是空氣， 但也可以是富氧空氣或氧的重量百分含量至少為80%的含氧氣體。燃 燒器裝置2產生火焰(未顯示)，該火焰被引入加熱爐空間并且因而加 熱爐空間。而且，燃燒器裝置2可以是DFI (直焰沖擊)型的和/或所 謂無焰型的，由此沒有可視的火焰。
此外，燃燒器裝置2包括燃料供應導管5和第一氧化劑供應導管 8。第一氧化劑通過供應導管8供應并且供應到包括如上所述的吸熱材 料的熱緩沖器7中，并在其后繼續(xù)供應到通道4中。
煙道氣出口導管9也從熱緩沖器7伸出。
燃料供應導管5、第一氧化劑供應導管8和煙道氣出口導管9全 部連接到控制裝置10上，所述控制裝置控制燃燒器裝置2的操作。
控制裝置10可以控制燃燒器裝置2以便按燃燒模式或者重新加熱 模式進行操作。在燃燒模式中，燃料和第一氧化劑分別通過導管5和 8供應，并且使混合物燃燒從而加熱爐空間。在重新加熱模式中，既 不供應燃料也不供應第一氧化劑，而是通過第一氧化劑通道4將煙道 氣從爐空間運送出，接著運送到熱緩沖器7并通過出口導管9送出， 以便隨后將其清除。因而，在重新加熱模式操作期間由熱煙道氣加熱 熱緩沖器7中的吸熱材料，而在燃燒模式操作期間由熱緩沖器7中的 相同材料預熱室溫調節(jié)(room tempered )的第一氧化劑。
控制裝置10以適當的方式控制運入和運出的氣流，例如使用閥裝
6置(未圖示)和/或適當的已知風機(未圖示)。
燃燒器裝置2也可以包括單獨設置的煙道氣出口導管，該煙道氣 出口導管從爐空間伸出并且伸入熱緩沖器7中。
在操作期間，控制裝置io實現了燃燒器裝置2在燃燒模式和重新 加熱模式之間的交替操作，由此回收煙道氣內的熱能以便用于加熱第 一氧化劑，這樣就增加了燃燒效率?？墒褂靡粋€單燃燒器裝置，該單 燃燒器裝置在這種情況下只在燃燒模式下操作時加熱爐空間，或者可 以在燃燒過程中使用幾個燃燒器裝置。在使用幾個燃燒器裝置的情況 下， 一個或幾個燃燒器裝置可以在加熱模式下操作而其余的燃燒器裝 置在重新加熱模式下操作，致使總是不中斷地加熱爐空間。根據一個 優(yōu)選實施例，在燃燒器集合體中除了一個之外的所有燃燒器裝置都在 燃燒模式下操作，而僅剩的一個燃燒器裝置在重新加熱模式下操作。
根據另一個優(yōu)選實施例，燃燒器裝置成對操作，從而第一裝置在 加熱模式下操作，同時第二裝置在重新加熱模式下操作，之后角色轉 換，等等。
幾個燃燒器可共用同一個熱緩沖器7。在該情況下，適當的已知 閥裝置用于通過熱緩沖器7中的第一通道將第一氧化劑運送到正在加 熱模式下操作的燃燒器裝置中，同時將煙道氣從正在重新加熱模式下 操作的燃燒器裝置運送通過熱緩沖器7中的第二分離的通道并且通過 出口導管9送出。在該情況下，第一和第二通道是熱連接的，例如通 過以公共壁等形式共用同一吸熱材料。
在第一氧化劑的通道4中設置了供給第二氧化劑的噴槍(lance) 6。優(yōu)選的是，該第二氧化劑包括至少80%重量百分比的氧氣，更優(yōu) 選的是至少95%的重量百分比的氧氣。尤其是，第二氧化劑中的這種 高的氧濃度導致高的燃燒效率。
噴槍6也與控制裝置IO連接并受其控制。
在再生式燃燒器裝置中， 一個限制最大燃燒功率的重要因素是單 位時間可能通過氧化劑通道4導出的被預熱氧化劑的量。這取決于熱 緩沖器7的容量以及被加熱的氧化劑具有比較冷氧化劑低的密度的事實，這樣導致了需要較大體積的氧化劑以便達到相同重量。相反，增 加所供應的燃料量是比較容易的。
由于第二氧化劑通過噴槍6供應，因此能夠在不必以其它方式增 加燃燒器裝置2的部件尺寸的情況下增加最大燃燒功率，某些增加尺 寸的情況會導致上述的在溫度均勻化步驟中超尺寸的問題。
此外，優(yōu)選的是以提高的速度供應第二氧化劑，優(yōu)選高于約 200m/s的速度，更優(yōu)選至少等于聲速的速度。這樣就形成了噴射器效 果，減小了熱緩沖器7下游的壓力，這又導致增加被預熱的氧化劑流 量并且因而導致提高效率。同時，當然所供應的第二氧化劑也參與燃 燒反應，從而導致了更高的燃燒功率。
通過噴槍6供應的第二氧化劑的數量可以通過調整噴槍6的孔口 大小或者通過調整通過噴槍6供應的第二氧化劑的壓力來進行控制， 并且可以根據實際應用目的來選擇，例如根據燃燒功率、期望的富氧 量和各種不同燃燒產品(例如NOx氣體)的限定量。該控制可以通過 連續(xù)改變噴槍6下游的壓力、或者根據開/關程序而在操作期間連續(xù)進 行，或者在某個操作步驟初始化之前單次進行。
不同于已知再生式燃燒器裝置的情況，通過這種控制，從而可能 在寬功率區(qū)間內控制燃燒器裝置2的功率，而在該區(qū)間內的給定功率 下效率不會變差。
因此，當功率需求較低時，再生式燃燒器裝置2也可以在溫度均 勻化步驟內對其操作進行優(yōu)化，該優(yōu)化導致高效率。從而，在該步驟 中很少或沒有第二氧化劑通過噴槍6供應。由于此時的燃燒器裝置2 的功率很低，因此減少需要或完全不需要在該步驟中使用開/關程序來 額外減少功率。
另一方面，在溫度均勻化步驟之前的加熱步驟過程中，當燃燒器 裝置2的功率需求較高時，第二氧化劑較大程度地通過噴槍6供應。 這樣導致燃燒功率顯著增加，但仍具有保持的效率。事實上，以提高 的速度供應的增加的第二氧化劑導致燃燒器裝置2的加熱功率比常規(guī) 的再生式燃燒器裝置2增加，這樣就減少了完成加熱步驟所必需的時間。
噴入燃燒器裝置2的第二氧化劑的量可以以不同方式控制，比如 上述的那些方式，但是單位時間的第二氧化劑的平均供應量在溫度均 勻化步驟中少于加熱步驟中。
同樣，除了在現有燃燒器裝置中安裝額外氧化劑的噴槍之外，可 將本發(fā)明應用到許多現有燃燒器裝置而不需要較大改造。更明確地說， 一般不需要替換現有風機裝置和其它外圍設備。因而，本發(fā)明以相對 便宜的方式實現了顯著擴大可以保持高燃燒效率的功率區(qū)間，同時實 現了現有燃燒裝置最大功率的增加。
上面已描述了優(yōu)選實施例。但是，對所屬領域技術人員而言，在 不脫離本發(fā)明思想的情況下可對所描述的實施例進行許多的修改是顯 而易見的。
例如，可在燃燒器裝置2中為第一氧化劑設置幾個通道。在該情 況下，優(yōu)選在第一氧化劑的每個這種通道中設置第二氧化劑的噴槍。 借助這樣一種布置，可以獲得對由燃燒器裝置產生的火焰的更好控制， 并且可以增加燃燒器裝置的功率。也可在第一氧化劑的僅一個或僅一 些通道中設置第二氧化劑噴槍。
因而，本發(fā)明將不限于所描述的實施例，而是可以在所附的權利 要求書范圍內變化。
權利要求
1. 一種用于工業(yè)爐(1)的燃燒器裝置(2)，包括燃料通道(3)、第一氧化劑通道(4)、煙道氣出口(9)、控制裝置(10)和熱緩沖器(7)，其中第一氧化劑和煙道氣被交替地引導通過熱緩沖器(7)，其特征在于設置分離的噴槍裝置(6)來用于向燃燒器裝置(2)供應第二氧化劑。
2. 如權利要求l所述的燃燒器裝置，其特征在于燃燒器裝置(2) 設置成在工業(yè)爐(1)中分批式加熱金屬材料。
3. 如權利要求1所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成通過與第一氧化劑相同的通道(4)供應第二氧化劑。
4. 如權利要求l所述的燃燒器裝置，其特征在于第一氧化劑是空氣。
5. 如權利要求1所述的燃燒器裝置，其特征在于第二氧化劑包括 至少80%重量百分比的氧氣。
6. 如權利要求5所述的燃燒器裝置，其特征在于第二氧化劑包括 至少95%重量百分比的氧氣。
7. 如權利要求l所述的燃燒器裝置，其特征在于控制裝置(10) 設置成在操作期間連續(xù)控制第二氧化劑的供應。
8. 如權利要求l所述的燃燒器裝置，其特征在于控制裝置(10) 設置成使用開/關程序來控制第二氧化劑的供應。
9. 如權利要求1所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成以高于200m/s的速度供應第二氧化劑。
10. 如權利要求1所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成以至少是聲速的速度供應第二氧化劑。
11. 如權利要求2所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成通過與第一氧化劑相同的通道(4)供應第二氧化劑。
12. 如權利要求3所述的燃燒器裝置，其特征在于第二氧化劑包 括至少95%重量百分比的氧氣。
13. 如權利要求2所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成以至少是聲速的速度供應第二氧化劑。
14. 如權利要求3所述的燃燒器裝置，其特征在于噴槍(6)設置 成以至少是聲速的速度供應第二氧化劑。
15. —種在使用燃燒器裝置(2)加熱工業(yè)爐(1)時增加效率的 方法，所述燃燒器裝置(2)包括燃料通道(3)、第一氧化劑通道(4)、 煙道氣出口 (9)和熱緩沖器(7)，在該燃燒器裝置(2)中，第一氧 化劑和煙道氣被交替地引導通過熱緩沖器(7)，其特征在于使噴槍裝 置(6)向燃燒器裝置(2)供應第二氧化劑。
16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于所述加熱是對工業(yè)爐 (1)中的金屬材料的分批式加熱。
17. 如權利要求15所述的方法，其特征在于第一氧化劑是空氣。
18. 如權利要求15所述的方法，其特征在于第二氧化劑包括至少 80%重量百分比的氧氣。
19. 如權利要求15所述的方法，其特征在于在對工業(yè)爐(1)中 的金屬材料的加熱過程中，在第一加熱步驟中供應第二氧化劑而在第 二溫度均勻化步驟中完全或部分地減少其后第二氧化劑的單位時間的 平均供應量。
20. 如權利要求15所述的方法，其特征在于笫二氧化劑以高于 200m/s的速度供應。
21. 如權利要求15所述的方法，其特征在于第二氧化劑以至少是 聲速的速度供應。
22. 如權利要求16所述的方法，其特征在于在對工業(yè)爐(1)中 的金屬材料的加熱過程中，在第一加熱步驟中供應第二氧化劑而在第 二溫度均勻化步驟中完全或部分地減少其后第二氧化劑的單位時間的 平均供應量。
23. 如權利要求21所述的方法，其特征在于在對工業(yè)爐(1)中 的金屬材料的加熱過程中，在第一加熱步驟中供應第二氧化劑而在第 二溫度均勻化步驟中完全或部分地減少其后第二氧化劑的單位時間的 平均供應量。
全文摘要
一種用于工業(yè)爐(1)的燃燒器裝置(2)包括燃料通道(3)、第一氧化劑通道(4)、煙道氣出口(9)、控制裝置(10)和熱緩沖器(7)，其中第一氧化劑和煙道氣被交替地引導通過熱緩沖器(7)。本發(fā)明的特征在于設置分離的噴槍裝置(6)來用于向燃燒器裝置(2)供應第二氧化劑。
文檔編號F23D14/00GK101457930SQ20081018433
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2007年12月10日
發(fā)明者A·隆內特, T·?？寺?申請人:Aga公司