本申請涉及在旋轉(zhuǎn)爐中采用一個(gè)或更多個(gè)氧-燃料噴燃器的系統(tǒng)，以及用于在旋轉(zhuǎn)爐中操作這樣的噴燃器的方法，以提供增強(qiáng)的熱傳遞和能量效率。

背景技術(shù)：

由于隨著爐旋轉(zhuǎn)耐火材料與金屬槽之間的互相作用，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)爐的熔融性能(例如，再生鋁)通常比固定爐更加高效。特別地，隨著爐旋轉(zhuǎn)且耐火材料變得浸沒于金屬槽下方，傳遞到金屬槽上方的耐火材料的熱可被傳遞來傳導(dǎo)和約定（convention）。然而，火焰-爐互相作用有時(shí)會導(dǎo)致爐中的熱和溫度的條紋分布(striations)或者不均勻性，尤其是在傾斜的旋轉(zhuǎn)爐中，且尤其是當(dāng)爐中的未熔融的殘余物妨礙火焰朝向爐的尾部透入時(shí)。

在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，例如在圖7，8和9A-9C中所示的雙通道爐中，噴嘴混合的(非預(yù)混合或者擴(kuò)散)噴燃器311安裝在爐10的填料門(前端)102中，并且通常燃燒到填料104上方的爐頂部空間106的中心。對于這樣的噴燃器311，燃燒(火焰312)在爐100內(nèi)的有限的長度上發(fā)展，該長度限定了火焰長度，火焰結(jié)構(gòu)和能量釋放分布。當(dāng)允許火焰完全和不受阻礙地發(fā)展時(shí)，如圖7中，燃料與氧化劑的混合與燃燒是完全的。由于爐的雙通道設(shè)計(jì)，煙氣管道110通常位于門上或者位于緊鄰噴燃器311的前端102處。當(dāng)允許噴燃器311實(shí)現(xiàn)充分發(fā)展的火焰時(shí)，火焰312延伸到爐100的相對(后)端103附近，且之后熱的燃燒氣體313行進(jìn)回到煙氣管道110，從而為從火焰312到填料104和形成爐壁108襯里的耐火材料的熱傳遞賦予顯著的時(shí)間和曝露。

然而，當(dāng)殘余物、錠料、或者渣滓的大的塊狀物105通過雙通道旋轉(zhuǎn)熔融爐100來處理時(shí)，它們通常會阻礙完整火焰的進(jìn)展與發(fā)展，如圖8中所示。當(dāng)火焰312被阻礙時(shí)，其在爐100內(nèi)產(chǎn)生不完全混合和火焰的不完全發(fā)展，這是由于燃料和氧化劑(不完全燃燒產(chǎn)物313)短路至煙氣管道110。這又會產(chǎn)生升高的煙氣溫度以及從爐100中的損失能量。其還會引起爐100中的填料104的不均勻的加熱和/或熔融，從而增大由于爐100的前部部分114的過度加熱引起的熔融損失的可能性，同時(shí)為爐100的后部部分118留下冷點(diǎn)和積聚(導(dǎo)致生產(chǎn)力損失)。典型地，噴燃器311的燃燒率錯(cuò)誤地增大來嘗試"達(dá)到爐100的后部"，這會進(jìn)一步使問題惡化。

圖9A-9C顯示了針對其中大的錠料105或者殘余物塊妨礙火焰發(fā)展的情況所得到的CFD建模。如圖9A所示，火焰313偏離大的錠料105的前表面，導(dǎo)致最熱的燃燒氣體保持處于錠料105的前方面，以及爐100的靠近噴燃器311和煙氣管道310的前部部分114中，而爐100的中間部分116和后部部分118接收較少的燃燒產(chǎn)物流以及較少的熱量。圖9B顯示了錠料105的前表面（火焰312沖擊在此處）非常熱，而錠料105的后部以及熔融物相對較冷。圖9C顯示了爐100的前部部分114熱，可能被過度加熱，而爐118的后部部分118保持相對較冷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供了一種選擇性噴燃器系統(tǒng)和方法來提高在旋轉(zhuǎn)爐中熔融填料的效率，以及避免可能的過度加熱和填料氧化。該噴燃器的構(gòu)造和操作方法在空間和在時(shí)間兩者上能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的熱通量傳送，從而可實(shí)現(xiàn)更均勻的溫度分布且可在爐中保持該更均勻的溫度分布，且可實(shí)現(xiàn)更迅速的周期時(shí)間。均勻的熱通量通過將熱通量引導(dǎo)到合適的位置達(dá)一定的時(shí)間量來實(shí)現(xiàn)，例如由算法確定，基于爐過程參數(shù)和/或周期時(shí)間，或者基于來自一個(gè)或更多個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)反饋。該噴燃器和方法能夠選擇性地實(shí)現(xiàn)更長且更穿透性的火焰，其可沖擊在爐中的填料上，以便提供改進(jìn)的熔融，同時(shí)最小化氧化熔融損失。特別地，多個(gè)高動量火焰以循環(huán)的方式被引導(dǎo)向填料以及其周圍。避免了過度加熱，且能量更均勻地分布至固體填料，爐耐火材料，以及熔融槽上方。噴燃器具有多個(gè)單獨(dú)的噴燃器元件，它們或者位于一個(gè)殼體中或者分開在不只一個(gè)殼體中。各個(gè)噴燃器元件具有其自身的處于不活躍狀態(tài)或者活躍狀態(tài)的火焰，該火焰可以多種型式和頻率來調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)期望的熱通量分布。各個(gè)活躍火焰與爐中的火焰區(qū)域相關(guān)聯(lián)。

特別是對于旋轉(zhuǎn)爐而言，定位在爐的內(nèi)部或者外部的用于檢測與爐相關(guān)的多種過程參數(shù)的策略性地定位的傳感器可用于檢測大的未熔融的殘余物的存在，以及加熱的條紋分布的發(fā)展，或者該系統(tǒng)可基于殘余物混合(例如，如果殘余物具有大的塊狀物或者小塊狀物)被預(yù)先程序化，以便使用多個(gè)相互聯(lián)系的噴燃器元件來將熱量引導(dǎo)到爐中的一個(gè)或更多個(gè)期望的位置。

現(xiàn)在描述噴燃器系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)施例。

方面1。一種用于安裝在旋轉(zhuǎn)爐的填料門中的選擇性氧-燃料噴燃器，該噴燃器包括：至少兩個(gè)噴燃器元件，各自定向成燃燒到爐的不同部分中，各個(gè)噴燃器元件包括：構(gòu)造成使第一反應(yīng)物流入的選擇性分布噴嘴；和構(gòu)造成使第二反應(yīng)物流入的比例分布噴嘴；至少一個(gè)傳感器，以檢測與爐操作相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)過程參數(shù)；以及控制器，其被程序化為至少部分地基于檢測到的過程參數(shù)獨(dú)立地控制通向各個(gè)選擇性分布噴嘴的第一反應(yīng)物流，使得至少一個(gè)噴燃器元件是活躍的且至少一個(gè)噴燃器元件是不活躍的，其中活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴中的第一反應(yīng)物流大于通向選擇性分布噴嘴的平均第一反應(yīng)物流，而不活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴中的第一反應(yīng)物流小于通向選擇性分布噴嘴的平均第一反應(yīng)物流；其中第二反應(yīng)物基本成比例地分布至比例分布噴嘴；且其中，第一反應(yīng)物是燃料和氧化劑其中之一，且其中，第二反應(yīng)物是燃料和氧化劑中的另一個(gè)。

方面2。方面1的噴燃器，其中，至少兩個(gè)噴燃器元件中的一個(gè)具有基本垂直于填料門的火焰軸線，而該至少兩個(gè)噴燃器元件中的另一個(gè)具有自相對于填料門的垂直起處于非零度角α的火焰軸線；其中角度α等于或者小于大約75°。

方面3。方面1或者2的噴燃器，其中至少一個(gè)傳感器包括用于檢測填料門的過度加熱的過度加熱傳感器，其中當(dāng)檢測到過度加熱時(shí)，至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件被切換到不活躍，同時(shí)至少一個(gè)噴燃器元件保持活躍或者被切換到活躍。

方面4。方面1或者2的噴燃器，其中，該至少一個(gè)傳感器包括用于檢測一個(gè)或更多個(gè)排氣性質(zhì)－諸如排氣成分－的變化的排氣性質(zhì)傳感器，其中，當(dāng)排氣性質(zhì)指示不完全燃燒時(shí)，至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件被切換到不活躍，同時(shí)至少一個(gè)噴燃器元件保持活躍或者從不活躍被切換到活躍。

方面5。方面1或者2的噴燃器，其中，該至少一個(gè)傳感器包括用于檢測填料門的過度加熱的過度加熱傳感器，和用于檢測一個(gè)或更多個(gè)排氣性質(zhì)－諸如排氣成分－的改變的排氣性質(zhì)傳感器，其中檢測到過度加熱且排氣性質(zhì)指示不完全燃燒，則至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件被切換到不活躍，同時(shí)至少一個(gè)噴燃器元件保持活躍或者從不活躍被切換到活躍。

方面6。方面1至5中的任一方面的噴燃器，其中，該至少一個(gè)傳感器包括用于檢測爐中存在妨礙火焰發(fā)展的固體填料的非接觸式傳感器，其中固體填料存在于爐中，則至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件被切換到不活躍，同時(shí)至少一個(gè)噴燃器元件保持活躍或者從不活躍被切換到活躍。

方面7。方面1至6中的任一方面的噴燃器，其中，在各個(gè)噴燃器元件中，比例分布噴嘴是環(huán)形的并且圍繞選擇性分布噴嘴。

方面8。方面1至7中的任一方面的增強(qiáng)噴燃器，進(jìn)一步包括：至少一個(gè)分級噴嘴，其與各個(gè)噴燃器元件間隔開，且構(gòu)造成使輔助的第二反應(yīng)物流入；其中，控制器進(jìn)一步被程序化為控制分級比率小于或者等于大約75%，其中分級比率是包含在輔助的第二反應(yīng)物流中的第二反應(yīng)物與總的第二反應(yīng)物流的比率。

方面9。一種旋轉(zhuǎn)爐，包括：位于爐的一端的填料門和排放端口；和安裝在填料門中的氧-燃料噴燃器，該噴燃器包括：至少兩個(gè)噴燃器元件，它們各自定向成以便燃燒到爐的不同部分中，各個(gè)噴燃器元件包括：選擇性分布噴嘴，構(gòu)造成以便流入第一反應(yīng)物；和比例分布噴嘴，構(gòu)造成以便流入氧化劑；檢測爐中的一個(gè)或更多個(gè)過程參數(shù)的至少一個(gè)傳感器；和控制器，其被程序化為至少部分地基于檢測到的過程參數(shù)獨(dú)立地控制通向各個(gè)選擇性分布噴嘴的第一反應(yīng)物流，使得至少一個(gè)噴燃器元件是活躍的而至少一個(gè)噴燃器元件是不活躍的，其中活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴中的第一反應(yīng)物流大于通向選擇性分布噴嘴的平均第一反應(yīng)物流，而不活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴中的第一反應(yīng)物流小于通向選擇性分布噴嘴的平均第一反應(yīng)物流；其中，第二反應(yīng)物基本成比例地分布至比例分布噴嘴；且其中，第一反應(yīng)物是燃料和氧化劑其中之一，且其中，第二反應(yīng)物是燃料和氧化劑中的另一個(gè)。

方面10。一種操作旋轉(zhuǎn)爐的方法，該旋轉(zhuǎn)爐具有位于該爐的一端的填料門和排放端口，以及安裝在填料門中的氧-燃料噴燃器，該噴燃器具有各自定向成燃燒至爐的不同部分中的至少兩個(gè)噴燃器元件，各個(gè)噴燃器元件包括選擇性分布噴嘴和比例分布噴嘴，該噴燃器還具有控制器，其被程序化為獨(dú)立地控制通向各個(gè)噴燃器元件的選擇性分布噴嘴的第一反應(yīng)物流，其中，通向比例分布噴嘴的第二反應(yīng)物流基本成比例地分布，該方法包括：以氧化劑流率通過各個(gè)環(huán)形噴嘴流入第二（反應(yīng)物）；檢測爐中的一個(gè)或更多個(gè)過程參數(shù)；至少部分地基于檢測到的過程參數(shù)將噴燃器元件的至少一個(gè)選擇為活躍的，以及將噴燃器元件的至少一個(gè)選擇為不活躍的；通過該至少一個(gè)活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴以活躍射流流率流入第一反應(yīng)物；通過該至少一個(gè)不活躍噴燃器元件的選擇性分布噴嘴以不活躍射流流率流入第一反應(yīng)物；以及通過各個(gè)比例分布噴嘴基本成比例地流入第二反應(yīng)物；其中，活躍射流流率大于通過選擇性分布噴嘴的平均流率，且不活躍射流流率小于通過選擇性分布噴嘴的平均流率；且其中，第一反應(yīng)物是燃料和氧化劑其中之一，且其中，第二反應(yīng)物是燃料和氧化劑中的另一個(gè)。

方面11。方面10的方法，還包括：檢測填料門的過度加熱；且當(dāng)檢測到過度加熱時(shí)，將至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件切換到不活躍，同時(shí)使至少一個(gè)其它噴燃器元件保持活躍或者切換到活躍。

方面12。方面10或者11的方法，還包括：檢測至少一個(gè)排氣性質(zhì)，諸如排氣成分；當(dāng)排氣性質(zhì)指示不完全燃燒時(shí)，將至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件切換到不活躍，同時(shí)保持至少一個(gè)其它噴燃器元件活躍，或者將至少一個(gè)其它噴燃器元件切換到活躍。

方面13。方面10到12中的任一方面的方法，還包括：檢測至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件何時(shí)排出沖擊爐中的固體填料的火焰；以及將所述至少一個(gè)當(dāng)前活躍的噴燃器元件切換到不活躍，同時(shí)使至少一個(gè)其它噴燃器元件保持活躍或者將其切換到活躍。

方面14。方面10到13中的任一方面的方法，其中，活躍射流流率與不活躍射流流率的比率為大約5至大約40。

方面15。方面10到14中的任一方面的方法，其中，不活躍噴燃器元件具有大約0.2到大約1的等效比率，且其中，活躍噴燃器元件具有大約1到大約10的等效比率，其中，等效比率是通過分布噴嘴中的一個(gè)來燃燒流過分布噴嘴中的另一個(gè)的燃料的理論化學(xué)計(jì)量氧化劑流量與實(shí)際氧化劑流量的比率。

本發(fā)明的其它方面闡述如下。

附圖說明

圖1A是具有氧化劑分級的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的端部透視圖。

圖1B是沒有氧化劑分級的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的端部透視圖。

圖2A是用于圖1A中的具有分級的選擇性噴燃器的實(shí)施例的控制示意。

圖2B是用于圖1B中的沒有分級的選擇性噴燃器的實(shí)施例的控制示意。

圖3是用于圖1A和1B中的選擇性噴燃器的實(shí)施例的操作序列示意。

圖4是顯示了用于選擇性噴燃器的兩個(gè)實(shí)施例的噴嘴定向的端視圖示意。

圖5A(a)-5A(e)是具有分級的選擇性噴燃器的多個(gè)實(shí)施例的端視圖。圖5A(a)顯示了具有由四個(gè)沿徑向向外傾斜的噴燃器元件圍繞的中心分級噴嘴的噴燃器；圖5A(b)顯示了具有由四個(gè)沿著外接圓沿切向傾斜的噴燃器元件圍繞的中心分級噴嘴的噴燃器；圖5A(c)顯示了具有共線地布置的交替的噴燃器元件和分級噴嘴的噴燃器，其中，除了中心分級噴嘴，全部都向外傾斜；圖5A(d)顯示了具有鄰近且基本平行于開槽式（slotted）分級噴嘴的主軸的四個(gè)共線的噴燃器元件的噴燃器；且圖5A(e)顯示了一對對齊的平的火焰噴燃器元件和鄰近且基本平行于各個(gè)噴燃器元件的主軸的一對共線的分級噴嘴。

圖5B(a)-5B(f)是沒有分級的選擇性噴燃器的多個(gè)實(shí)施例的端視圖。圖5B(a)顯示了具有四個(gè)沿徑向向外傾斜的噴燃器元件的噴燃器；圖5B(b)顯示了具有四個(gè)沿著外接圓沿切向傾斜的噴燃器元件的噴燃器；圖5B(c)顯示了具有兩個(gè)共線的噴燃器元件的噴燃器，各個(gè)噴燃器元件遠(yuǎn)離另一噴燃器向外傾斜；圖5B(d)顯示了具有以相鄰的對、相對于另一相鄰對向外傾斜的四個(gè)共線的噴燃器元件的噴燃器；且圖5B(e)顯示了一對對齊的平火焰噴燃器元件。圖5B(f)顯示了具有多排共線的噴燃器元件的噴燃器。

圖5C(a)-5C(d)是沒有分級的選擇性噴燃器的另外的實(shí)施例的端視圖。圖5C(a)顯示了具有四個(gè)噴燃器元件的噴燃器，如圖16，具有三個(gè)共線的噴燃器元件－沿噴燃器軸線方向定向的一個(gè)和兩側(cè)中的每一側(cè)上的向外傾斜的一個(gè)，以及向上傾斜的第四噴燃器元件。圖5C(b)顯示了具有三個(gè)共線的噴燃器元件的噴燃器，一個(gè)沿噴燃器軸線方向定向，兩側(cè)中的每一側(cè)上有一個(gè)向外傾斜。圖5C(d)顯示了具有兩個(gè)噴燃器元件的噴燃器：沿噴燃器軸線方向定向的上部噴燃器元件和朝向填料向下傾斜的下部噴燃器元件。圖5C(e)顯示了具有四個(gè)元件的噴燃器，如圖16，具有三個(gè)共線的噴燃器元件－向下傾斜的中心噴燃器元件，兩側(cè)中的每一側(cè)上的向外傾斜的一個(gè)（噴燃器元件），以及向上傾斜的第四噴燃器元件。

圖6顯示了在各個(gè)噴燃器元件內(nèi)的分布噴嘴的多種可行的幾何形狀。

圖7是具有安裝在填料門中且以傳統(tǒng)的方式燃燒的傳統(tǒng)氧-燃料噴燃器的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面?zhèn)纫晥D。

圖8是圖7中的在爐中具有大的填料塊狀物的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面?zhèn)纫晥D，顯示了沖擊在大的塊狀物上的傳統(tǒng)火焰導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物短路于煙氣之外，可能的過度加熱以及大的塊狀物的收獲損失，爐前部部分－包括填料門－的可能的過度加熱，以及爐后部部分的不足的加熱。

圖9A-9C是顯示了圖8的爐的計(jì)算流體動力學(xué)仿真的結(jié)果的圖解，其中，傳統(tǒng)火焰沖擊在爐中的填料的大的塊狀物上。圖9A是燃燒溫度分布，顯示了最高的燃燒溫度處于塊狀物的前部面處，此處火焰偏轉(zhuǎn)，且大量的燃燒產(chǎn)物并不會到達(dá)爐的后部部分。圖9B是填料的溫度分布，顯示了塊狀物的前部面－此處發(fā)生火焰沖擊－上的高溫度，塊狀物的后部部分上的較低溫度，以及爐的后部部分中的熔融的填料中的非常低的溫度。圖9C是爐壁的溫度分布，顯示了爐的前部部分中的較高的壁溫度，爐的后部部分中的較低的壁溫度，以及跨過填料的塊狀物的位置的明顯的溫度梯度。

圖10是具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面俯視圖，顯示了火焰沖擊在爐中的填料的卡盤(chuck)上。該火焰可由傳統(tǒng)噴燃器或者由選擇性噴燃器的一個(gè)噴燃器元件提供。

圖11是具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面俯視圖，顯示了火焰被引導(dǎo)來避開爐中的填料塊狀物以及繞著填料產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流，以便穿過爐的后部部分。該選擇性噴燃器具有至少兩個(gè)噴燃器元件，(每)一個(gè)定向成引導(dǎo)火焰朝向爐的各側(cè)。

圖12是圖11中的具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面俯視圖，顯示了當(dāng)噴燃器元件是活躍的來同時(shí)引導(dǎo)火焰朝向爐的兩側(cè)時(shí)的一種流動型式。

圖13是具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面俯視圖，顯示了火焰被引導(dǎo)來避開爐中的填料塊狀物，以及繞著填料產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物流，以便穿過爐的后部部分。選擇性噴燃器具有至少四個(gè)噴燃器元件，（每）兩個(gè)定向?yàn)橐圆煌慕嵌瘸驙t的各側(cè)引導(dǎo)火焰。

圖14是圖11中的具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面俯視圖，顯示了當(dāng)至少四個(gè)噴燃器元件是活躍的以同時(shí)朝向爐的兩側(cè)以不同的角度引導(dǎo)火焰(兩個(gè)火焰)時(shí)的一種流動型式。

圖15A-15C是顯示了如圖11中具有選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的爐的計(jì)算流體動力學(xué)仿真的結(jié)果的圖解，該選擇性噴燃器具有當(dāng)大的填料塊狀物在爐中時(shí)朝向爐的一側(cè)燃燒的一個(gè)噴燃器元件；這些圖可直接與圖9A-9C的用于具有傳統(tǒng)噴燃器的爐的仿真結(jié)果進(jìn)行比較。圖15A是燃燒溫度分布，與圖9A的傳統(tǒng)噴燃器情況相比，對于選擇性噴燃器的情況而言，其顯示了最高的燃燒溫度沿著塊狀物的側(cè)面，且進(jìn)一步延伸回到爐中。圖15B是填料溫度分布，與圖9B的傳統(tǒng)噴燃器情況相比，對于選擇性噴燃器的情況而言，其顯示了在塊狀物的前部面上沒有熱點(diǎn)(因?yàn)椴淮嬖诨鹧鏇_擊)以及爐的后部部分中的熔融填料中的較高的溫度。圖15C是爐壁的溫度分布，與圖9C的傳統(tǒng)噴燃器情況相比，對于選擇性噴燃器的情況而言，其顯示了從爐的前部部分到后部部分的更均勻的壁溫度。

圖16是具有選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道爐的剖面端視圖，該選擇性噴燃器具有四個(gè)噴燃器元件，一個(gè)噴燃器元件布置成引導(dǎo)火焰以便沖擊爐中的填料的塊狀物，兩個(gè)噴燃器元件布置成繞爐中的填料塊狀物的任一側(cè)引導(dǎo)火焰，且一個(gè)噴燃器元件布置成在爐中的填料塊狀物上方引導(dǎo)火焰。

圖17是具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面?zhèn)纫晥D，該噴燃器具有至少兩個(gè)噴燃器元件，包括布置成向下將火焰引導(dǎo)到爐的前部部分中的填料上的一個(gè)噴燃器元件，和布置成將火焰引導(dǎo)到填料上方的頂部空間中的另一個(gè)噴燃器元件。該選擇性噴燃器可以三種不同的模式操作：模式A，僅點(diǎn)燃將火焰引導(dǎo)到頂部空間中的噴燃器元件，模式B，僅點(diǎn)燃將火焰向下引導(dǎo)到填料上的噴燃器元件，以便將額外的熱供應(yīng)給在爐的前部部分保持為固體的熔融填料，以及模式C，點(diǎn)燃這兩個(gè)噴燃器元件。

圖18是具有安裝在填料門中的選擇性噴燃器的一個(gè)實(shí)施例的雙通道旋轉(zhuǎn)爐的剖面?zhèn)纫晥D，且顯示了可單獨(dú)地或者組合地使用來控制噴燃器的操作的多個(gè)傳感器。

具體實(shí)施方式

圖1A描繪了具有一種反應(yīng)物的分級的選擇性噴燃器10(即，"分級噴燃器")的一個(gè)實(shí)施例，而圖1B描繪了沒有任一種反應(yīng)物的分級的選擇性增強(qiáng)噴燃器11(即，非分級噴燃器")的一個(gè)實(shí)施例。噴燃器10和11各自包括具有面14的本體12，其中，當(dāng)噴燃器10或者11安裝在爐中時(shí)(例如在圖7中或者圖10-15C中或者圖17-18中)，面14曝露于爐中的燃燒區(qū)。

非分級噴燃器11包括多個(gè)噴燃器元件20，它們定向成以便限定外接圓(見圖4)，其中噴燃器元件20優(yōu)選繞著外接圓均等地間隔開。分級噴燃器10還包括定位在該外接圓內(nèi)的至少一個(gè)分級噴嘴30。為了參照的目的，描繪了活躍射流(A)和不活躍射流(P)，以顯示活躍射流比不活躍射流具有更大的火焰。

分別在圖1A和1B中描繪的噴燃器10和11各自具有四個(gè)噴燃器元件20，它們以大致90°間隔隔開。然而，可理解的是，噴燃器10或者11可包括等于或者大于兩個(gè)的任意數(shù)量n的噴燃器元件20。例如，噴燃器10或者11可具有間隔開以便完全地(diametrically)相對(如圖5A(d)和5B(d)中所示)的兩個(gè)噴燃器元件20，或者備選地，以大約120°間隔隔開的三個(gè)噴燃器元件20，或者以大約均一的間隔隔開的五個(gè)或者更多個(gè)噴燃器元件20。還可理解的是，對于一些爐幾何形狀、構(gòu)造或操作條件，可能期望具有帶有繞著外接圓不均等地間隔開的多個(gè)噴燃器元件20的噴燃器10或者11。在另一種備選方案中，取決于爐幾何形狀和構(gòu)造，噴燃器10或者11可具有定位成限定圓以外的幾何形狀－例如橢圓或者不規(guī)則多邊形－的多個(gè)噴燃器元件20。

此外，非分級噴燃器11可包括在爐中的不同位置定位在多個(gè)殼體中的兩個(gè)或者更多個(gè)噴燃器元件20，而不是所有噴燃器元件20位于同一個(gè)殼體中，但是它們?nèi)绫疚闹兴鲆詤f(xié)調(diào)的選擇性方式來操作。

圖1A的分級噴燃器10具有一個(gè)居中定位的分級噴嘴30。然而，可理解的是，可提供多個(gè)分級噴嘴30，其中，分級噴嘴30可全部具有相同的大小或者具有不同的大小。此外，取決于爐幾何形狀，期望的火焰特性，單獨(dú)的噴燃器元件20的定向，以及其它因素，分級噴嘴(一個(gè)或多個(gè))30可在由噴燃器元件20限定的外接圓內(nèi)定位成偏離中心。分級噴嘴30可為任何形狀。

在分級噴燃器10和非分級噴燃器11兩者中，各個(gè)噴燃器元件20包括由環(huán)形的比例分布噴嘴24圍繞的選擇性分布噴嘴22。選擇性地分布的反應(yīng)物流過選擇性分布噴嘴22，而成比例地分布的反應(yīng)物流過環(huán)形的比例分布噴嘴24，其中，一種反應(yīng)物是燃料，而另一種反應(yīng)物是氧化劑。在分級噴燃器10中，成比例地分布的反應(yīng)物的一部分還流過分級噴嘴30。在噴燃器10或者11的一個(gè)實(shí)施例中，燃料與選擇性地分布的反應(yīng)物一樣流過選擇性分布噴嘴22，而氧化劑與成比例地分布的反應(yīng)物一樣流過環(huán)形的比例分布噴嘴24。在噴燃器10或者11的另一個(gè)實(shí)施例中，氧化劑是流過選擇性分布噴嘴22的選擇性地分布的反應(yīng)物，而燃料是流過環(huán)形的比例分布噴嘴24的成比例地分布的反應(yīng)物。此外，在噴燃器元件20的備選實(shí)施例中，比例分布噴嘴24不需要是環(huán)形的，而是改為可包括定位成緊鄰選擇性分布噴嘴22的一個(gè)或更多個(gè)噴嘴。例如，一個(gè)比例分布噴嘴24可在選擇性分布噴嘴22附近，或者多個(gè)比例分布噴嘴24可定位在選擇性分布噴嘴22附近，并且沿著周向圍繞選擇性分布噴嘴22。在任何構(gòu)造中，比例分布噴嘴24(或者多個(gè)噴嘴24)應(yīng)當(dāng)足夠靠近選擇性分布噴嘴22，使得燃料和氧化劑互相反應(yīng)并且燃燒來形成穩(wěn)定的火焰。

在分級噴燃器10中，與分級噴嘴30相比的、通過環(huán)形的比例分布噴嘴24引入的成比例地分布的反應(yīng)物的比例可調(diào)節(jié)，以便保持穩(wěn)定的噴燃器操作和/或控制火焰性質(zhì)，諸如熱釋放分布。用語"分級比率"表示通過分級噴嘴30的成比例地分布的反應(yīng)物流的量除以通過組合的分級噴嘴30和環(huán)形的比例分布噴嘴24的成比例地分布的反應(yīng)物流的總量。

如本文中所使用，術(shù)語"燃料"表示可在燃燒反應(yīng)中用作燃料的任何含烴物質(zhì)。優(yōu)選地，燃料是氣態(tài)燃料，諸如天然氣，但是燃料也可為霧化的液體燃料或者載氣中的粉化的固體燃料。如本文中所使用，術(shù)語"氧化劑"表示可在燃燒反應(yīng)中氧化燃料的任何含氧物質(zhì)。氧化劑可為空氣，污濁空氣(即，具有小于大約20.9%氧的氣體)，富氧空氣(即，具有大于大約20.9%氧的氣體)，或者基本純氧(即，具有大約100%氧的氣體)。在多個(gè)實(shí)施例中，氧化劑是具有至少大約23%，至少大約26%，至少大約40%，至少大約70%，或至少大約98%的氧濃度的富氧空氣。

選擇性分布噴嘴22可為任何形狀。圖6中顯示了可行的示例性形狀的子集，包括開槽式噴嘴(圖6a)，單槽噴嘴(圖6b)，圓形噴嘴(圖6c)，以及多孔噴嘴(圖6d)。US6,866,503中可找到可行的噴嘴形狀的更詳細(xì)的論述，其通過引用以其整體結(jié)合在此處。例如，為了產(chǎn)生具有高輻射傳遞性質(zhì)的明亮的火焰，可使用具有小于10的形狀因子的選擇性分布噴嘴22，而為了產(chǎn)生可具有較低的NOx的非明亮的火焰，可使用具有10或者更大的形狀因子的選擇性分布噴嘴。明亮模式對于熔融操作而言可為優(yōu)選的，而非明亮模式對于再加熱操作而言可能是優(yōu)選的。注意高形狀因子噴嘴可包括多孔噴嘴。如在US6,866,503中詳細(xì)描述的，形狀因子σ限定為周長P的平方除以截面面積A的2倍，或者以等式項(xiàng)表示為：

σ=P²/2A。

如上文所述，圖2A顯示了用于分級噴燃器10的簡化的控制示意，而圖2B顯示了用于非分級噴燃器11的簡化的控制示意。第一流體F1以由控制閥23控制的總流率被供應(yīng)至選擇性分布噴嘴22。通向各個(gè)選擇性分布噴嘴22的第一流體F1的流被單獨(dú)地控制。在一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)選擇性分布噴嘴22上游的控制閥26在高流量與低流量位置之間被調(diào)整，高流量與低流量位置分別對應(yīng)于包含該選擇性分布噴嘴22的噴燃器元件20的活躍狀態(tài)和不活躍狀態(tài)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，控制閥26定位成與旁路通道27并聯(lián)。在該實(shí)施例中，控制閥26在打開位置與閉合位置之間調(diào)整，打開位置與閉合位置同樣分別對應(yīng)于噴燃器元件20的活躍狀態(tài)和不活躍狀態(tài)，而旁路通道27允許較小量的流繞過控制閥26，使得第一流體F1的一些始終流到選擇性分布噴嘴22，即便是在不活躍狀態(tài)下。通向各個(gè)選擇性分布噴嘴22的流率可設(shè)定為使得通向各個(gè)選擇性分布噴嘴22的第一流體F1的活躍狀態(tài)流率可不同或者相同，且通向各個(gè)選擇性分布噴嘴22的第一流體F1的不活躍狀態(tài)流率可不同或者相同，這取決于特定的爐或者應(yīng)用的要求。

（兩種布置中的）任一種布置的效果是在相對較高的活躍流率與相對較低的不活躍流率之間調(diào)整通過選擇性分布噴嘴22的流。例如，活躍流率可限定為大于通向選擇性分布噴嘴22的平均流率的流率，而不活躍流率可限定為小于通向選擇性分布噴嘴22的平均流率的流率。平均流率通過用第一流體F1的總流率除以選擇性分布噴嘴22/噴燃器元件20的總數(shù)量n來確定?？墒褂没钴S流率與不活躍流率之間的其它關(guān)系，其中活躍流率總是大于不活躍流率。

無論如何確定活躍和不活躍流率，不活躍流率必須大于零流量。不活躍流率足以維持各個(gè)噴燃器元件20中的燃燒，以便提供當(dāng)噴燃器元件20從不活躍狀態(tài)被切換到活躍狀態(tài)時(shí)立即點(diǎn)火的機(jī)制。非零的不活躍流率還保護(hù)選擇性分布噴嘴22免受外來材料的進(jìn)入。在一個(gè)實(shí)施例中，不活躍流率小于或者等于活躍流率的一半。在另一個(gè)實(shí)施例中，活躍流率與不活躍流率的比率至少為大約5且不大于大約40。在另外的又一實(shí)施例中，活躍流率與不活躍流率的比率至少為大約15且不大于大約25。

第二流體F2被供應(yīng)至環(huán)形的比例分布噴嘴24?？刂崎y28控制通向環(huán)形的比例分布噴嘴24的第二流體F2的總流率，且歧管29在n個(gè)環(huán)形的比例分布噴嘴24上大致均等地分布該流。

在分級噴燃器10(圖2A)而非在非分級噴燃器11(圖2B)中，第三流體F3被供應(yīng)至分級噴嘴30，且第三流體F3的流率由控制閥32控制。該分級噴嘴30可包括漩渦葉片或者其它機(jī)構(gòu)(未顯示)來為離開分級噴嘴30的第三流體F3賦予漩渦。賦予第三流體F3的漩渦將導(dǎo)致該流體射流破斷，這可有助于由活躍射流(一個(gè)或多個(gè))夾帶第三流體F3射流。然而，強(qiáng)烈的漩渦是不合乎需要的，因?yàn)槠淇芍淞鹘Y(jié)構(gòu)且改變火焰形狀。

第二流體F2和第三流體F3包含相同類型的反應(yīng)物，或者燃料或者氧化劑。例如，當(dāng)?shù)谝涣黧wF1是燃料時(shí)，第二流體F2和第三流體F3各是氧化劑，而當(dāng)?shù)谝涣黧wF1是氧化劑時(shí)，第二流體F2和第三流體F3各是燃料。在一個(gè)實(shí)施例中，第二流體F2和第三流體F3是不同的流體，即，各自具有相同的反應(yīng)物(燃料或者氧化劑)但是濃度不同。在這種情況下，控制閥28和控制閥32必須是分開的閥來控制兩個(gè)流體F2和F3。在一個(gè)備選的實(shí)施例(未顯示)中，當(dāng)?shù)诙黧wF2和第三流體F3是具有相同濃度的相同反應(yīng)物的相同流體時(shí)，可使用分級閥來代替控制閥28和控制閥32，以便將一部分流大致均等地分布至n個(gè)比例分布環(huán)形噴嘴24，以及將剩余的流分布至分級噴嘴30。

在所描繪的圖2A和2B的實(shí)施例中，通向各個(gè)環(huán)形的比例分布噴嘴24的第二流體F2的流率并非獨(dú)立地受控制的。結(jié)果，當(dāng)控制閥28打開時(shí)，各個(gè)環(huán)形的比例分布噴嘴24總是流出大約第二流體F2的平均流率。該平均流率通過第二流體F2的總流率除以環(huán)形的比例分布噴嘴24/噴燃器元件20的總數(shù)量n來確定。備選地，通向各個(gè)環(huán)形的比例分布噴嘴24的第二流體F2的流率可獨(dú)立地受控制。

在圖2A和2B所描繪的實(shí)施例中，因?yàn)橥ㄏ蚋鱾€(gè)環(huán)形的比例分布噴嘴24的第二流體F2的流率大約相同，各個(gè)噴燃器元件20在化學(xué)計(jì)量的任一側(cè)操作，這取決于噴燃器元件20此時(shí)是活躍的還是不活躍的。當(dāng)噴燃器元件20處于活躍狀態(tài)，該噴燃器元件20偏離化學(xué)計(jì)量來操作，且有時(shí)在一個(gè)方向上徹底偏離化學(xué)計(jì)量，而當(dāng)噴燃器元件20處于不活躍狀態(tài)時(shí)，該噴燃器元件20偏離化學(xué)計(jì)量操作，且有時(shí)在相反方向上徹底偏離化學(xué)計(jì)量。例如，當(dāng)?shù)谝涣黧wF1是燃料且第二流體F2是氧化劑時(shí)，處于活躍狀態(tài)的噴燃器元件20將以富燃料方式操作，而處于不活躍狀態(tài)的噴燃器元件20將以貧燃料的方式操作。備選地，當(dāng)?shù)谝涣黧wF1是氧化劑且第二流體F2是燃料時(shí)，活躍狀態(tài)的噴燃器元件20將以貧燃料方式操作，而處于不活躍狀態(tài)的噴燃器元件20將以富燃料方式操作。然而，因?yàn)槿剂虾脱趸瘎┑目偭髁坑煽刂崎y23和28(且還由分級控制閥32)控制，噴燃器10的總體化學(xué)計(jì)量保持相同，不管哪個(gè)以及幾個(gè)噴燃器元件20處于活躍狀態(tài)與不活躍狀態(tài)。

各個(gè)噴燃器元件20操作所處的化學(xué)計(jì)量可由等效比率表征。對于給定的燃料流率，等效比率確定為理論化學(xué)計(jì)量氧流量與實(shí)際氧流量的比率。對于100%氧的氧化劑而言，氧流量等于氧化劑流量。對于氧百分比X小于100%的氧化劑而言，氧化劑流中的氧流量通過用氧化劑流率除以氧百分比X來確定；例如，為了滿足使用含有40%氧的氧化劑的100SCFH的氧需求，需要250SCFH的氧化劑。

以下論述涉及這樣的實(shí)施例：其中，第一流體F1是燃料而第二流體F2是氧化劑(非分級噴燃器)，以及其中第一流體F1是燃料且第二流體F2和第三流體F3兩者都是氧化劑(分級噴燃器)。當(dāng)噴燃器元件20處于不活躍狀態(tài)時(shí)，等效比率小于大約1，且優(yōu)選至少大約0.2。這表示不活躍噴燃器元件20以貧燃料方式操作，以完整燃燒所需要的氧的多達(dá)5倍來操作。相反，當(dāng)噴燃器元件20處于活躍狀態(tài)時(shí)，等效比率大于大約1，且優(yōu)選不過大約10。這表示活躍噴燃器元件20以富燃料方式燃燒，以完整燃燒所需要的氧的少至10%來操作。

在分級噴燃器的情況下，分級比率限定為流過分級噴嘴30的反應(yīng)物的量與流過環(huán)形的比例分布噴嘴24和分級噴嘴30的反應(yīng)物的總量的比率。例如，當(dāng)?shù)诙黧wF2和第三流體F3是氧化劑時(shí)，分級比率是由分級噴嘴30提供的氧量除以由組合的分級噴嘴30和環(huán)形的比例分布噴嘴24提供的氧的總量。如果第二流體F2和第三流體F3是相同流體(即，具有相同的氧濃度)，則分級比率簡單地為第三流體F3流率除以第二流體F2流率和第三流體F3流率之和。但是如果第二流體F2和第三流體F3是不同流體(即，分別具有不同的氧濃度X2和X3)，則將濃度差考慮在內(nèi)將分級比率計(jì)算為X₃F₃/(X₂F₂+X₃F₃)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣。

分級噴燃器10優(yōu)選以等于或者小于大約75%的分級比率操作。例如，當(dāng)氧化劑是分級的時(shí)，即，當(dāng)?shù)诙黧wF2和第三流體F3是氧化劑時(shí)，通向噴燃器10的氧的至少大約25%流過環(huán)形的比例分布噴嘴24，且該氧的不超過大約75%流過分級噴嘴30。更優(yōu)選的，分級噴燃器10以等于或者小于大約40%的分級比率操作。此外，如上所述，由于噴燃器元件20中的各個(gè)的活躍或者不活躍操作，在一時(shí)間上活躍的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20以與化學(xué)計(jì)量相比過量的第一流體F1操作，而同時(shí)不活躍的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20以與化學(xué)計(jì)量相比過量的第二流體F2操作，從而即便是不考慮由分級噴嘴30提供的第三流體F3也提供一定量的分級。

此外，即便非分級噴燃器11也以一些"分級"量來操作，其中活躍噴燃器元件20以富含第一流體F1的方式操作，而不活躍噴燃器元件以貧第一流體F1的方式操作，使得來自活躍的噴燃器元件20的第一流體F1中的一些以更延遲和漫散的方式與來自不活躍的噴燃器元件20的第二流體F2中的一些燃燒。例如，當(dāng)?shù)谝涣黧wF1是燃料而第二流體F2是氧化劑時(shí)，活躍噴燃器元件20是富燃料的，且過量燃料中的一些與來自不活躍噴燃器元件20（其為貧燃料的）的過量氧化劑燃燒。

離開活躍的選擇性分布噴嘴22的第一流體F1具有活躍射流速度，該速度由第一流體F1流率和選擇性分布噴嘴22的截面面積確定。離開環(huán)形的比例分布噴嘴24的第二流體F2具有環(huán)形的射流速度，其由第二流體F2流率和環(huán)形的比例分布噴嘴24的截面面積確定。在分級噴燃器10中，離開分級噴嘴30的第三流體F3具有由第三流體F3流率和分級噴嘴30的截面面積確定的分級射流速度。對于分級噴燃器10和非分級噴燃器11兩者而言，活躍射流速度優(yōu)選大于環(huán)形的射流速度。

此外，對于分級噴燃器10的最優(yōu)性能而言，分級射流速度應(yīng)當(dāng)小于或者等于活躍射流速度，且大于或者等于大約0.05倍的活躍射流速度。在一個(gè)實(shí)施例中，分級射流速度與活躍射流速度的比率小于或者等于大約0.4。在另一個(gè)實(shí)施例中，分級射流速度與活躍射流速度的比率大于或者等于大約0.1。

在豎直燃燒布置(頂部安裝)中測試的一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過活躍的選擇性分布噴嘴22的第一流體F1射流速度至少為大約250ft/s，且優(yōu)選至少為大約300ft/s，且通過不活躍的選擇性分布噴嘴22的速度為活躍射流速度的大約20%。對于水平的燃燒布置，活躍射流速度可顯著更低，因?yàn)榇嬖谳^少的對抗浮力效應(yīng)以避免噴燃器部件過度加熱的需求。

所有控制閥23，26，28和32都連接到控制器105且由控制器105控制，控制器105特別地程序化為或者構(gòu)造為操作噴燃器10?？刂破?05可包括傳統(tǒng)電子構(gòu)件，諸如CPU，RAM，ROM，I/O裝置，且控制器105的程序化或者構(gòu)造可通過硬件、固件、軟件以及任何其它現(xiàn)在已知或者以后開發(fā)的用于將操作指令程序化到控制器中的機(jī)構(gòu)的一個(gè)或更多個(gè)的組合來實(shí)現(xiàn)。

如上所述，流體F1和F2其中之一必須為或者必須包含燃料，而流體F1和F2中的另一個(gè)必須為氧化劑或者必須包含氧。在分級噴燃器10中，第三流體F3應(yīng)當(dāng)為與第二流體F2相同類型的流體(燃料或者氧化劑)。燃料可為氣態(tài)燃料，液體燃料，或者氣態(tài)載體中的粉化的固體燃料。在非分級噴燃器11的一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)1是燃料而F2是氧化劑。在分級噴燃器10的一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)1是燃料而F2和F3是氧化劑。在這種情況下，F(xiàn)2和F3可為相同的氧化劑，或者F2和F3可為不同的氧化劑。例如，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，對于分級噴燃器10或者非分級噴燃器11而言，F(xiàn)1是氣態(tài)燃料，諸如天然氣，F(xiàn)2是具有等于或者大于大約70%的氧濃度的氧化劑。對于該實(shí)施例中的分級噴燃器10，F(xiàn)3是具有等于或者大于大約20.9%的氧濃度的氧化劑。在另一相似的實(shí)施例中，F(xiàn)1是氣態(tài)燃料，諸如天然氣，F(xiàn)2是具有大于空氣中氧濃度的氧濃度的氧化劑，且在分級噴燃器形式中，F(xiàn)3是空氣。

在一個(gè)備選的實(shí)施例中，F(xiàn)1是氧化劑，而F2(以及在分級的情況中的F3)是燃料。在這種情況下，F(xiàn)1具有等于或者大于大約26%、優(yōu)選等于或者大于大約40%，且更優(yōu)選等于或者大于大約70%的氧濃度。

圖3顯示了用于圖1A和1B中所示的噴燃器10和11的實(shí)施例的一種可行的操作序列。為了論述的目的，四個(gè)噴燃器元件20標(biāo)記為a，b，c和d。如圖所示，在一個(gè)時(shí)間僅一個(gè)噴燃器元件20是活躍的，而其余的噴燃器元件20是不活躍的，且當(dāng)之前活躍的噴燃器元件20返回至不活躍狀態(tài)時(shí)，各個(gè)噴燃器元件20被依次地切換至活躍狀態(tài)。

特別地，在所描繪的實(shí)施例中，噴燃器元件20a是活躍的，同時(shí)噴燃器元件20b，20c和20d是不活躍的。換言之，各個(gè)噴燃器元件20中的各個(gè)環(huán)形的噴嘴24接收大約相等的第二流體F2流，且僅噴燃器元件20a中的選擇性分布噴嘴22在接收較高的活躍第一流體F1流，同時(shí)其它噴燃器元件20b，20c和20d中的選擇性分布噴嘴22在接收較低的不活躍的第一流體F1流。這會產(chǎn)生從活躍噴燃器元件20a發(fā)出的相對較長的穿透火焰，以及從不活躍噴燃器元件20b，20c和20d發(fā)出的較短的(引導(dǎo))火焰。如描繪的實(shí)施例中進(jìn)一步示出的，當(dāng)噴燃器元件20b變得活躍時(shí)，噴燃器元件20a返回不活躍狀態(tài)，而噴燃器元件20c和20d保持不活躍。接下來，當(dāng)噴燃器元件20c變得活躍時(shí)，噴燃器元件20b返回不活躍狀態(tài)而噴燃器元件20d和20a保持不活躍。最終，當(dāng)噴燃器元件20d變得活躍時(shí)，噴燃器元件20c返回不活躍狀態(tài)，而噴燃器元件20a和20b保持不活躍。

圖3中所示以及上文所述的序列僅僅是本質(zhì)上無限的變化中的其中之一。在一種非限制性實(shí)例中，一個(gè)噴燃器元件20在諸如a-b-c-d或者a-b-d-c或者a-c-b-d或者a-c-d-b的重復(fù)序列中在一個(gè)時(shí)間是活躍的。在另一個(gè)非限制性實(shí)例中，一個(gè)噴燃器元件20在隨機(jī)序列中的一個(gè)時(shí)間是活躍的。在另外的又一非限制性實(shí)例中，一個(gè)噴燃器元件20在一個(gè)時(shí)間上是活躍的，但各自活躍或者相同或者不同的時(shí)間長度。

此外，在其它實(shí)例中，在一個(gè)時(shí)間，不只一個(gè)噴燃器元件20是活躍的。例如，對于具有三個(gè)或者更多個(gè)噴燃器元件20的噴燃器10而言，兩個(gè)噴燃器元件20可為活躍的，而其它的不活躍。大體而言，對于具有n個(gè)噴燃器元件的噴燃器10而言，從1到n-1個(gè)的任何數(shù)量的噴燃器元件可為活躍的，而其它的不活躍。

各個(gè)噴燃器元件20可基于預(yù)先程序化的時(shí)間序列，根據(jù)預(yù)定算法，根據(jù)隨機(jī)序列，取決于爐條件，或者與爐中的其它循環(huán)或者周期性事件同步從不活躍切換到活躍狀態(tài)。一個(gè)或更多個(gè)傳感器195可位于爐中，以便感測可與確定需要更多或者更少燃燒熱的位置相關(guān)的任何參數(shù)。例如，傳感器可為溫度傳感器，使得當(dāng)溫度傳感器低于閾值設(shè)定時(shí)，可使得定向成在該溫度傳感器的區(qū)域中加熱爐的噴燃器元件20更頻繁地活躍或者活躍更長的時(shí)間段?；蛘呷绻麥囟葌鞲衅鳈z測到填料或者爐的一部分正接受不足的熱量，則定位在爐的該部分附近的或者朝向填料的該部分傾斜的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20可被切換至活躍狀態(tài)，同時(shí)爐的接收過量的熱的部分中的噴燃器元件20可被切換成不活躍狀態(tài)。具體的關(guān)于再生爐，溫度傳感器，諸如光學(xué)傳感器，可檢測爐的多個(gè)部分中的填料的溫度，以及檢測需要額外的熱量的區(qū)域，諸如全部或者部分冷點(diǎn)122，且可使得目標(biāo)為那些區(qū)域的噴燃器元件20活躍更長的時(shí)間段，或者更頻繁地活躍，以便提高那些區(qū)域的溫度。

溫度傳感器可包括接觸傳感器，諸如位于爐壁中的熱電偶或者RTD，或者非接觸式傳感器-諸如紅外傳感器，輻射傳感器，光學(xué)傳感器，攝像機(jī)，顏色傳感器，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可獲得的其它傳感器。其它類型的傳感器也可用于指示爐中的熔融或者加熱的水平，包括但不限于近程傳感器(例如，以便感測還須熔融的固體填料的接近)或者電導(dǎo)傳感器(例如，以便檢測與不良地互連的固體的塊狀物相比的液體的更高導(dǎo)電性)。

可通過如本文中所述操作噴燃器10或者噴燃器11來實(shí)現(xiàn)若干優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊崃靠蓛?yōu)先地引導(dǎo)到若干位置，以及引導(dǎo)更長的或者更短的時(shí)間段，可識別和消除爐中的冷點(diǎn)，從而導(dǎo)致更均勻的加熱和熔融。特別是對于如圖7或者圖15中所示的豎直燃燒布置(即，頂部安裝的噴燃器指向下方)，以少于所有噴燃器元件20處于活躍模式來操作噴燃器會減少或者消除浮起的火焰的危害，從而避免噴燃器部件以及爐頂?shù)倪^度加熱。由活躍噴燃器元件20導(dǎo)致的富燃料燃燒（其中通過環(huán)形的比例分布噴嘴24提供的氧顯著地小于通過選擇性分布噴嘴22提供的燃料所需的化學(xué)計(jì)量氧）會在熔融槽附近產(chǎn)生非氧化氣氛，以幫助保護(hù)填料免于不合乎需要的氧化。此外，在重復(fù)循環(huán)型式中激活噴燃器元件20可用于產(chǎn)生渦旋加熱型式，該渦旋加熱型式會增大燃燒氣體的停留時(shí)間，增大熱傳遞率，以及改進(jìn)加熱的均勻性，如例如US2013/00954437中所示。此外，噴燃器元件20的選擇性激活以及分級比率的變化可用于調(diào)節(jié)從燃燒反應(yīng)發(fā)出的最大熱通量的位置，以及調(diào)節(jié)火焰覆蓋范圍來適應(yīng)不同的爐幾何形狀、條件以及填料水平。

分級噴燃器10和非分級噴燃器11的多個(gè)可行的構(gòu)造包括圖5A和5B中所示的那些。在圖5A(a)和5B(a)所示的類型的實(shí)施例中，噴燃器元件20中的一個(gè)或更多個(gè)可從由噴燃器元件20界定的圓、或者從垂直于噴燃器部件12的軸線或者由分級噴嘴30限定的軸線以角度α沿徑向向外傾斜。雖然所描繪的實(shí)施例顯示了全部四個(gè)噴燃器元件20以相同的角度α沿徑向向外傾斜，但可理解的是各個(gè)噴燃器元件20可以不同角度α_n傾斜，這取決于爐幾何形狀以及噴燃器10的期望的操作特性。角度α可等于或者大于大約0°且優(yōu)選為非零度，且等于或者小于大約75°(或者，換言之，從噴燃器面14的平面測量的互補(bǔ)角度為從大約15°到大約或者略小于90°)。優(yōu)選地，角度α等于或者小于大約60°。更優(yōu)選地，角度α至少為大約10°且不大于大約40°。

在圖5A(b)和5B(b)中所示的類型的實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20可以角度β與外接圓相切地傾斜，以便產(chǎn)生漩渦。雖然所描繪的實(shí)施例顯示了全部四個(gè)噴燃器元件20以相同角度β相切地傾斜，可理解的是，各個(gè)噴燃器元件20可取決于爐幾何形狀和噴燃器10的期望的操作特性以不同角度β_n傾斜。角度β可等于或者大于大約0°，且優(yōu)選等于或者小于大約60°。更優(yōu)選地，角度β至少大約10°且不大于大約40°。

在圖5A(c)和5B(d)中所示的類型的實(shí)施例中，多個(gè)噴燃器元件20定位成大體彼此共線，以便限定具有中點(diǎn)和末端的線。雖然顯示了四個(gè)噴燃器元件20，但該實(shí)施例可用于具有至少兩個(gè)噴燃器元件20(例如，如圖5B(c)中所示用于非分級噴燃器)以及多達(dá)特定的爐中所可能需要的那么多的噴燃器元件20的構(gòu)造。在分級噴燃器中，分級噴嘴30位于相鄰的各對噴燃器元件20之間，使得噴燃器元件20和分級噴嘴30交替。例如，具有兩個(gè)噴燃器元件20的布置具有位于這兩個(gè)噴燃器元件20之間的一個(gè)分級噴嘴30，且具有三個(gè)噴燃器元件20的布置具有兩個(gè)分級噴嘴30，它們各自位于一對相鄰的噴燃器元件20之間。噴燃器元件20可全部定向成垂直于噴燃器面14，或者一些或全部噴燃器元件20可從線中點(diǎn)朝向線末端其中之一以小于或者等于大約45°的角度γ向外傾斜。類似地，分級噴嘴30可定向成垂直于噴燃器面14，或者一些或全部分級噴嘴30可沿著線沿著一個(gè)方向或者另一方向傾斜。在所描繪的該實(shí)施例中，中心分級噴嘴30定向成垂直于噴燃器面14，而一系列三個(gè)共線的元件－噴燃器元件20，分級噴嘴30和另一噴燃器元件20－相反地定位在兩側(cè)，且遠(yuǎn)離中心分級噴嘴30并朝向它們的線的相應(yīng)末端傾斜。

在圖5A(d)和5B(d)中所示的類型的實(shí)施例中，多個(gè)噴燃器元件20彼此共線地定位，以便限定具有中點(diǎn)和末端的線。雖然顯示了四個(gè)噴燃器元件20，但該構(gòu)造可應(yīng)用于具有至少兩個(gè)噴燃器元件20以及直至特定的爐中可能需要的那么多的噴燃器元件20的構(gòu)造。在分級噴燃器中，具有副軸的至少1.5倍長的主軸的細(xì)長的或者大體矩形的分級噴嘴30定位在噴燃器元件20附近且與噴燃器元件20間隔開固定的距離，其中主軸基本平行于噴燃器元件20所限定的線。噴燃器元件20可全部定向成垂直于噴燃器面14，或者一些或全部噴燃器元件20可從線中點(diǎn)朝向線末端其中之一以小于或者等于大約45°的角度γ向外傾斜。

在圖5A(e)和5B(e)中所示的類型的實(shí)施例中，各個(gè)噴燃器元件20具有平火焰構(gòu)造，其中選擇性分布噴嘴22和環(huán)形的噴嘴24兩者都具有細(xì)長的或者大體矩形的構(gòu)造，該構(gòu)造具有為副軸的至少1.5倍長的主軸。例如在US5,611,682中詳細(xì)描述了這種類型的平火焰噴燃器。在分級噴燃器中，至少兩個(gè)分級噴嘴30定位在噴燃器元件20附近且與噴燃器元件20間隔開，并且大體共線地定向，以便限定基本平行于噴燃器元件20的主軸的線。在該構(gòu)造中使用了至少兩個(gè)噴燃器元件20。

圖5A和5B中的上述構(gòu)造中的任一個(gè)中，選擇性操作方案可與以上針對圖1A和1B的構(gòu)造所述的方案類似地實(shí)施。具體而言，在任何給定的時(shí)間，至少一個(gè)噴燃器元件20在活躍狀態(tài)下操作，其中，通過活躍選擇性分布噴嘴22的流體流大于通過所有選擇性分布噴嘴22的平均流體流，而至少一個(gè)噴燃器20以不活躍級來操作，其中通過不活躍的選擇性分布噴嘴22的流體流小于通過所有選擇性分布噴嘴22的平均流體流。

圖10、11A、11B、12、13和14顯示了可使用噴燃器11―例如如圖5C(a)，圖5C(b)，或圖5C(c)中所示的噴燃器，其具有大體沿著噴燃器11的軸線方向(即，大體垂直于噴燃器面14)而定向的中心噴燃器元件20，和至少一對對稱的側(cè)噴燃器元件20，其具有沿側(cè)向定位在中心噴燃器元件20的任一側(cè)上且向外傾斜的一個(gè)噴燃器元件20―實(shí)現(xiàn)的多種操作模式。在諸如圖5C(c)中的實(shí)施例中，更靠近中心噴燃器元件20的內(nèi)部的一對傾斜噴燃器元件20可以比離中心噴燃器元件20較遠(yuǎn)的外部的一對傾斜噴燃器元件20以更淺的角度向外傾斜。類似地，諸如圖11和12中所示的操作模式可使用如圖5B(c)，(d)，5B(e)，5B(f)，5C(b)或5C(c)中所示的噴燃器11來實(shí)現(xiàn)，而諸如圖11，12，13和14中所示的操作模式可使用如圖5B(d)，5B(f)或5C(c)中所示的噴燃器11來實(shí)現(xiàn)。例如，從噴燃器軸線方向測量，內(nèi)部的一對可以從大約10°到大約45°、且優(yōu)選從大約15°到大約30°的第一角度α向外傾斜，而外部的一對可以從大約15°到大約75°、且優(yōu)選從大約30°到大約60°的第二角度α向外傾斜。

此外，若干噴燃器元件可以不同角度向下朝向填料傾斜。中心噴燃器元件20可大體平行于噴燃器軸線(或者大體垂直于噴燃器面14)，而內(nèi)部的一對傾斜噴燃器元件20可以從大約0°到大約60°的第一角度θ向下傾斜，而外部的一對傾斜噴燃器元件20可以從大約0°到大約60°的第二角度θ向下傾斜。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部的一對傾斜噴燃器元件20以從大約30°到大約60°向下傾斜，以便能夠加熱保持處于爐中、填料門附近的固體填料，而外部的一對噴燃器元件20以從大約10°到大約45°向下傾斜，以便沿著爐側(cè)壁沖擊填料表面。

在圖10中的第一操作模式(模式1)中，僅中心噴燃器元件20是活躍的，而多個(gè)傾斜噴燃器元件20是不活躍的。該模式與圖7的現(xiàn)有技術(shù)模式相同，且產(chǎn)生單個(gè)火焰112。如果在爐100的中央存在填料105的大的塊狀物(或者多個(gè)相當(dāng)大的固體填料塊)，如圖所示，則來自活躍的中心噴燃器元件20的火焰112將沖擊塊狀物105，且之后選擇最小阻力的路徑，使燃料和氧化劑(不完全燃燒產(chǎn)物)113短路到煙氣管道110外。這會導(dǎo)致爐100中的不均勻的熱分布，其中爐100的前部部分114被過度加熱，煙氣溫度升高，且爐100的后部部分118較冷。在從火焰112到錠料105的熱傳遞由于直接沖擊而較高的同時(shí)，這可導(dǎo)致諸如過度加熱和氧化的問題?？赡艿倪^度加熱和在以模式1操作的同時(shí)由于爐100的中心中的填料引起的問題可通過測量填料門102的溫度，煙氣管道110的溫度，爐100的后部部分118中的溫度，和/或一個(gè)或更多個(gè)排氣性質(zhì)－諸如煙氣的排氣成分來檢測。因此，雖然該操作模式對于火焰沖擊固體填料而言在短的時(shí)間段上可能是有利的，但當(dāng)填料門102和/或煙氣管道110顯示過度加熱的跡象和/或爐100的后部部分118中的溫度顯示加熱不足的跡象時(shí)，合乎需要的將是將中心噴燃器元件20切換到不活躍，以及將一個(gè)或更多個(gè)其它噴燃器元件20切換到活躍。

在圖11A和11B中的第二操作模式(模式2A或者模式2A)中，中心噴燃器元件20是不活躍的，而傾斜噴燃器元件20中的一個(gè)是活躍的，以產(chǎn)生傾斜火焰112a。在一個(gè)實(shí)例中，在圖5C(b)中的噴燃器11中，如圖所示，一個(gè)噴燃器元件20是活躍的，而兩個(gè)噴燃器元件20是不活躍。備選地，在另一個(gè)實(shí)例中，在圖5C(c)中的噴燃器11中，一個(gè)噴燃器元件20是活躍的，而四個(gè)噴燃器元件20是不活躍。其它示例性噴燃器11可用于產(chǎn)生相同火焰型式。注意到在該模式中，中心噴燃器元件20還可在活躍和不活躍之間循環(huán)，同時(shí)保持外部噴燃器元件20處于它們的相同狀態(tài)。該操作模式允許活躍火焰112a，112b繞過爐110中心的固體填料105，使得熱量可到達(dá)爐110的后部部分118。如圖11A和11B所示，燃燒產(chǎn)物113a，113b的循環(huán)可沿著爐壁108且繞著固體填料105在任一方向上產(chǎn)生，以提供在整個(gè)爐100內(nèi)對填料104，105和爐壁108兩者的良好的熱傳遞、對流熱傳遞。與單獨(dú)具有火焰112的模式1相比，另外的火焰112a，112b到爐100中的透入大大改善，且爐100的總體呼吸（breathing）(從噴燃器11通過爐頂部空間106到煙氣管道110的流動)得以改善。此外，通過在模式2A與模式2B之間來回循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)高水平的爐溫均勻性。

圖9A-9C和15A-15C顯示了連續(xù)地以模式1(圖9A-9C)操作的圖7中的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的溫度圖與以模式2A(圖15A-15C)進(jìn)行的系統(tǒng)操作的溫度圖的比較。比較圖9A與圖15A顯示了在模式2A中，與模式1相比，實(shí)現(xiàn)了更高的火焰溫度，因?yàn)槟Ｊ?a中的火焰被賦予了空間來在固體填料105與爐壁108之間充分地發(fā)展，而不是如模式1中那樣被短路。

結(jié)果，比較圖9B與圖15B顯示了在模式2A中，與其中固體填料105的前部被過度加熱且填料104，105的剩余部分比較冷的模式1相比，固體填料105的前部并未被過度加熱，同時(shí)顯著更多的熱量到達(dá)了固體填料的后部以及爐的后部部分118中的熔融填料104。

類似地，比較圖9C與圖15C顯示了在模式2A中，與其中僅爐壁108的前部部分112是熱的而爐壁108的后部部分118是冷的模式1相比，爐壁溫度穿過整個(gè)爐100比較均勻，具有火焰沖擊在壁108上處的略熱點(diǎn)。

因此，通過以模式2A或者模式2A操作，可實(shí)現(xiàn)固體填料加熱和熔融、填料溫度均勻性(且因此來自過度加熱的填料減少損失)，以及爐壁溫度均勻性(以及因此更均勻的和更迅速的填料蓋帽(hating))的巨大的改進(jìn)。此外，通過在模式1與模式2A/2B之間循環(huán)，可基于多個(gè)感測的過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)兩種模式的益處，以便優(yōu)化爐中的填料的熔融和加熱率，同時(shí)減小由于過度加熱引起的產(chǎn)物損失和耐火材料損壞。

在圖12中的第三操作模式(模式3A)中，一對傾斜的側(cè)噴燃器元件20兩者都同時(shí)活躍，而中心噴燃器元件20是不活躍的，從而在爐100的兩側(cè)上產(chǎn)生兩個(gè)對稱的傾斜火焰112a和112b。該模式仍然容許各個(gè)火焰112a，112b有足夠的空間來充分發(fā)展，并且與單獨(dú)地或者順序地使用模式2a或者模式2b相比，可導(dǎo)致更快的加熱時(shí)間。

在圖13A和13B中的、使用圖5B(d)，5B(f)或5C(c)中的噴燃器的第二操作模式的一種變體(模式2C和2D)中，中心噴燃器元件20是不活躍的，同時(shí)兩對對稱的側(cè)噴燃器元件20的傾斜噴燃器元件20其中之一是活躍的。如圖所示，爐的同一側(cè)上的兩個(gè)傾斜噴燃器元件20是活躍的，而中心噴燃器元件20和爐的另一側(cè)上的兩個(gè)傾斜噴燃器元件20是不活躍的。在模式2C中，這在爐100的一側(cè)上產(chǎn)生了兩個(gè)不同地傾斜的火焰112a和112c，而在模式2D中，這在爐100的相反側(cè)上產(chǎn)生了兩個(gè)不同地傾斜的火焰112b和112d。注意在這些模式中，中心噴燃器元件20也可在活躍和不活躍之間循環(huán)，同時(shí)保持其它的噴燃器元件20處于它們的相同狀態(tài)。如在模式2A/2B中，操作模式2C/2D容許活躍火焰繞過爐100的中心中的固體填料105，從而熱量可到達(dá)爐100的后部部分118。如圖13A和13B所示，燃燒產(chǎn)物113的循環(huán)可沿著爐壁以及繞著固體填料在兩個(gè)方向中的任一個(gè)上產(chǎn)生，以便在整個(gè)爐中提供對填料和爐壁二者的良好的熱傳遞-對流熱傳遞。與模式1相比，火焰到爐中的透入大大改善，且爐的總呼吸(從噴燃器通過爐到達(dá)煙氣管道的流動)得以改善。此外，通過在模式2C和模式2D之間來回循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)高水平的爐溫度均勻性。此外，內(nèi)部和外部傾斜噴燃器元件20以不同角度向下傾斜，與火焰112c和112d相比，火焰112a和112b可瞄準(zhǔn)可能未熔融的填料的不同區(qū)域，其中一組噴燃器傾斜，以便與其它部分相比，沖擊更靠近爐100的前端102的填料。

在圖14中的第三操作模式的變型(模式3B)中，兩對傾斜的側(cè)噴燃器元件20同時(shí)是活躍的，而中心噴燃器元件20是不活躍的。該模式仍然容許各個(gè)火焰有充足的空間來充分發(fā)展，并且可產(chǎn)生比單獨(dú)地或者順序地使用模式2c或者模式2d更快的加熱時(shí)間。如圖所示，火焰112a，112b，112c和112d同時(shí)是活躍的。

圖16顯示了圖5C(a)或者圖5C(e)中的噴燃器11的端視圖-從爐100的后端103觀察、朝向填料門102看去，并且顯示了來自各個(gè)噴燃器元件20的火焰120，122a，122b，124的投射的截面。該噴燃器11具有：定向成產(chǎn)生將沖擊爐100的中心中的固體填料105的火焰120的中心噴燃器元件20；中心噴燃器元件20的兩側(cè)上的一對對稱的傾斜噴燃器元件20，以產(chǎn)生被引導(dǎo)到爐100的中心中的固體填料105與爐壁108之間的區(qū)域中的火焰122a和122b；以及上部噴燃器元件20，位于中心噴燃器元件20上方，且傾斜來將火焰134引導(dǎo)到爐100中的固體填料105頂部上方。該噴燃器11可按照以上討論的模式中的任一種操作，其中一個(gè)、兩個(gè)或者三個(gè)噴燃器元件20的任意組合在任一時(shí)間是活躍的，而其它噴燃器元件20是不活躍的。

圖17顯示了具有相對于填料處于不同角度的噴燃器元件20的噴燃器11的三種操作模式。圖5C(d)中顯示了一個(gè)這樣的示例性噴燃器，其中上部噴燃器元件20定向成產(chǎn)生保持處于填料104上方的頂部空間中的火焰212a，而下部噴燃器元件20定向成產(chǎn)生向下傾斜以便沖擊在填料104上（且尤其是沖擊在可積聚在填料門102附近的任何剩余的固體填料115上）的火焰212b。其它噴燃器構(gòu)造，包括圖5B(a)-5B(f)和5C(a)-5C(c)中的那些構(gòu)造，可被構(gòu)造成也以這些模式操作。這樣的噴燃器11可以三種模式操作：模式4A，其中上部噴燃器元件20是活躍的，以便產(chǎn)生火焰212a；模式4B，其中下部噴燃器元件20是活躍的，以便產(chǎn)生火焰212b；以及模式4C，其中，上部和下部噴燃器元件20兩者都是活躍的(且其中，噴燃器11具有至少一個(gè)不活躍的其它噴燃器元件20)，以便產(chǎn)生火焰212a和212b兩者。模式A可用于大體將能量傳送到爐，且特別是傳送到熔融槽，而模式B可用于將額外的能量傳送到位于填料門附近的任何固體殘余物，而模式C結(jié)合了模式A和B的特點(diǎn)。

選擇性分級噴燃器10或者非分級噴燃器11可包括在爐100中或者共同定位(在一個(gè)或更多個(gè)殼體中)或者位于不同位置處(在兩個(gè)或者更多個(gè)單獨(dú)的殼體中)、且如本文所述以選擇性方式操作的兩個(gè)或者更多個(gè)噴燃器元件20的組合。

控制器190，105構(gòu)造成且被程序化為以便基于來自構(gòu)造成檢測爐中的一個(gè)或更多個(gè)過程參數(shù)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器的輸入，來同步化噴燃器11中的相應(yīng)噴燃器元件20的選擇性活躍/不活躍燃燒。那些過程參數(shù)可包括而不限于，且以任何組合包括：填料門溫度，煙氣溫度，煙氣成分，或者其它煙氣性質(zhì)諸如光學(xué)性質(zhì)，爐后部溫度(爐的后部部分中)，爐壁溫度（內(nèi)部、嵌入或者外部），從批熔融過程起開始經(jīng)過的時(shí)間，氧化劑和/或燃料供應(yīng)壓力，以及前面的參數(shù)中的任一個(gè)隨時(shí)間的變化。

取決于過程參數(shù)，控制器105將一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20設(shè)定或者保持在活躍模式中，且將一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20設(shè)定或者保持在不活躍模式中。更具體地，如上所述，成比例地分布的反應(yīng)物-第二流體F2-的流率在各個(gè)噴燃器元件20的環(huán)形的噴嘴24中保持恒定，而選擇性地分布的反應(yīng)物-第一流體F1-的流率被調(diào)整到通過指定為活躍的至少一個(gè)噴燃器元件20的分布噴嘴22的較高的活躍流率，以及被調(diào)整到通過指定為不活躍的至少一個(gè)噴燃器元件20的分布噴嘴22的較低的不活躍流率?？刂破鞣磸?fù)地執(zhí)行此例行程序，從而當(dāng)過程改變時(shí)，噴燃器元件20可響應(yīng)而被切換，使得在一些情況下，之前不活躍的噴燃器元件20變得活躍而之前活躍的噴燃器元件20變得不活躍。然而，注意，在一些過程條件下，一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20可持續(xù)地保持活躍和/或一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件20可持續(xù)地保持不活躍。

在噴燃器10或者11的一個(gè)實(shí)施例中，第一流體F1是燃料，而第二流體F2是氧化劑。優(yōu)選氧化劑是至少26%分子氧，至少40%分子氧，至少70%分子氧，至少98%分子氧，或者商用純氧。因此，處于活躍模式的噴燃器元件20中的各個(gè)以富燃料(即，等效比率大于1且直至大約10)操作，而處于不活躍模式的噴燃器元件20中的各個(gè)以貧燃料(即，等效比率小于1且低至大約0.2)操作。

如上所述，選擇性噴燃器操作策略包括使噴燃器循環(huán)經(jīng)過多種不同模式，其可基于或者預(yù)定的頻率，或者基于爐的需要的時(shí)間加權(quán)的旋轉(zhuǎn)，爐的需要或者手動地(例如通過爐操作者)確定，或者通過檢測爐的能量分布需要的策略性地定位的傳感器以自動的方式確定。

檢測和控制是旋轉(zhuǎn)爐中的熔融過程中選擇性噴燃器的成功實(shí)施和其優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵方面。

可采用多種檢測方法和傳感器，如例如圖18中所示。雖然顯示了若干不同傳感器，但它們中的任一個(gè)都可由控制器105單獨(dú)地使用或者結(jié)合其它傳感器來使用，以便決定如何為各種噴燃器元件的操作在時(shí)間上以及在空間上分配權(quán)重。傳感器可包括以下中的一個(gè)或更多個(gè)：(a)安裝在填料門102中的一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器150，諸如熱電偶或者非接觸或者光學(xué)傳感器(例如，UV和/或IR傳感器)，其可用于檢測表示爐中的固體妨礙火焰發(fā)展的爐的前部部分114中的升高的溫度；(b)安裝在煙氣管道110中的一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器154，諸如熱電偶或者非接觸或者光學(xué)傳感器(例如，UV和/或IR傳感器)，其可用于檢測表示爐中的固體妨礙火焰發(fā)展的煙氣的升高的溫度；(c)一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器160，且特別是非接觸或者光學(xué)傳感器，位于爐外部以便檢測填料門102和/或煙氣管道110的升高的溫度；(d)位于爐壁108或者填料門102或者后端壁103上、嵌入爐壁108或者填料門102或者后端壁103中，或者延伸穿過爐壁108或者填料門102或者后端壁103的一個(gè)或更多個(gè)溫度傳感器152，153，諸如熱電偶或者非接觸或者光學(xué)傳感器，用于檢測爐的多個(gè)部分中的溫度，使得能檢測溫度梯度和不均勻性；(e)煙氣管道110中的一個(gè)或更多個(gè)排氣性質(zhì)傳感器155，用于測量表示不完全燃燒的排氣性質(zhì)，諸如成分；(f)煙氣管道中的一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)傳感器156，用于檢測煙氣的光學(xué)性質(zhì)；(g)爐壁108中的一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)傳感器157，用于檢測爐氣體的光學(xué)性質(zhì)；(h)填料門102中的一個(gè)或更多個(gè)近程傳感器158，用于檢測爐100中的固體殘余物105；(i)鼓電流傳感器(未顯示)，用于檢測使?fàn)t100繞著其軸線旋轉(zhuǎn)所需要的馬達(dá)電流，較高的鼓電流表示存在固體，而較低的鼓電流表示填料完全熔融；以及(j)填料門102或者煙氣管道110中的一個(gè)或更多個(gè)壓力變送器161，壓力波動表示更大的燃燒不穩(wěn)定性。

在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)熱電偶可單獨(dú)地或者與一個(gè)或更多個(gè)放射(IR/UV)傳感器結(jié)合而安裝在爐門上，以檢測門和爐的外壁或者外部部分或者煙氣管道中的一個(gè)或更多個(gè)的溫度(全面觀察爐門)。這些溫度傳感器將實(shí)現(xiàn)火焰偏轉(zhuǎn)的檢測，且因此實(shí)現(xiàn)可由爐中的固體殘余物或者填料阻礙火焰的充分發(fā)展而引起的不完全燃燒的檢測。當(dāng)門的溫度升高到高于預(yù)定的閾值和/或當(dāng)放射傳感器檢測到火焰時(shí)，其可解釋為火焰在爐中短路，且可啟動防止措施。這些措施包括使將火焰引導(dǎo)到固體殘余物中的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件從不活躍切換到活躍，同時(shí)使繞著固體殘余物引導(dǎo)火焰的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件從不活躍切換到活躍(或者使這樣的噴燃器元件保持活躍)。

此外，或備選地，光學(xué)(IR)高溫計(jì)和/或視頻或者圖像捕集裝置可安裝在爐門中，以便檢測爐內(nèi)的固體，且優(yōu)先地(時(shí)間加權(quán))朝向固體引導(dǎo)能量來增強(qiáng)熱傳遞，并且實(shí)現(xiàn)更快的熔融。作為響應(yīng)，將火焰引導(dǎo)到固體殘余物中的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件可從不活躍被切換成活躍(或者保持不活躍)，同時(shí)引導(dǎo)火焰繞過固體殘余物的一個(gè)或更多個(gè)噴燃器元件可從不活躍切換成活躍(或者保持活躍)。

控制也可基于熔融周期的狀態(tài)。在熔融周期的頂端或者起始部分處，當(dāng)火焰從填料門周圍出來或者在煙氣中發(fā)生燃燒時(shí)(第一小時(shí)或者兩小時(shí)，取決于負(fù)載和總體周期長度)，這典型地表示兩個(gè)現(xiàn)象其中之一。第一，固體填料(殘余物)中存在油或者其它易燃的或者揮發(fā)性有機(jī)材料導(dǎo)致了亞化學(xué)計(jì)量(富燃料)燃燒，因?yàn)槟切┯袡C(jī)材料燃燒并且消耗通過噴燃器供應(yīng)的氧化劑。第二，由火焰到爐中的受限穿透引起的不完全燃燒導(dǎo)致氧化劑和燃料以及燃燒產(chǎn)物的短路，因?yàn)槟切怏w被偏轉(zhuǎn)離開了爐中的仍然須要熔融的大尺寸的殘余物。取決于負(fù)載和總體周期長度，熔融周期的頂端典型地在熔融周期的第1-2個(gè)小時(shí)期間發(fā)生。

與熔融周期的頂端相關(guān)的條件可基于周期時(shí)間來檢測，或者基于操作者觀察來手動地檢測，或者借助于各種傳感器來檢測。當(dāng)存在有機(jī)組分或者易燃物時(shí)，可使用美國專利申請No.13/888,719(公開為美國專利公開No.2013/0307202)中闡述的方法來對爐的范圍內(nèi)的那些易燃物進(jìn)行后燃燒。當(dāng)填充的殘余物并非油質(zhì)的，或者并不包括其它有機(jī)物或者易燃物時(shí)，檢測到的火焰和所產(chǎn)生的溫度增加可歸因于不完全燃燒和位于爐中的大的殘余物上的火焰沖擊的短路。在這種情況下，火焰(一個(gè)或更多個(gè))的組合可同時(shí)和/或順序地操作，如上所述，以便最小化流的短路以及門/煙氣管道周圍的(平均)強(qiáng)度火焰。

本發(fā)明在范圍方面并不由意圖作為本發(fā)明的一些方面的示意的實(shí)例中公開的特定方面或者實(shí)施例限制，且功能上等同的任何實(shí)施例都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。除了本文中所示和描述的那些之外的對本發(fā)明的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見，且意圖落入所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。