将待输入具有热烟气出口的熔炉的氧进行预热的方法和装置制造方法及图纸

一种往燃烧氧燃料的熔炉中输送预热氧的方法和装置，方法是氧的预热是借助于由加热从熔炉循环的热烟气来进行的。配备有一台或一台以上的回热器，每台都至少具有第一回热床和第二回热床。这些床交替地循环，以使一个床被从熔炉中抽出的热烟气预热，而另一个已加过热的床则对流过的氧气进行预热，然后输入熔炉的燃烧器。输入回热床的热烟气的量借助于连续地排走熔炉烟气总量的一部分来加以控制，使这部分烟气不经回热器而旁路排走。回热床中残留的氧气借助于回输的冷烟气在回热床用烟气加热前被吹洗而输入炉中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及把输入燃烧氧燃料的熔炉(oxy-fuel fired furnace)的氧进行预热的方法和装置。在很多工艺过程中，例如金属熔化和玻璃加工中，都要用到熔炉。在这样的熔炉中，加入燃料并燃烧以给被加工的材料加热，同时也就产生出热的废烟气。许多现代的熔炉都燃烧氧燃料，亦即用氧代替通常的助燃空气来配合燃料燃烧，以改进能效和生产率，减少烟气中不必要的氮的氧化物(NOx)排放。在这种燃烧氧燃料的熔炉中要考虑的一个因素是燃烧过程的效率，因为氧比助燃空气的费用要高。在高温熔炉中，即使是燃烧氧燃料的熔炉中，有很大一部分的能量是损失掉了。在某些以空气助燃的熔炉系统中，烟气被用来在回热器中预热助燃空气，然后再送入炉中以增大燃烧效率。由于处理燃烧用的高温氧有技术困难，因此在燃烧氧燃料的熔炉中通常都使用环境温度下的氧。氧可在间壁式换热器内预热到高达1300°F的温度。预热到更高的温度会引起麻烦，并会更加担心间壁式换热器管道的材料。加之，使用间壁式换热器的经济性并无很大吸引力，因为被回收来预热氧的烟气热量较小。现可购得一种适用于燃烧空气燃料的熔炉的快速循环回热器，其中是用热烟气来预热空气。由于快速循环回热器的典型循环时间为小于2分钟，因此床的尺寸很小。但是，用这种回热器来预热氧却存在着工艺技术问题。问题之一是，按照预热空气的规定，炉内产出的全部烟气都是要通过回热器的。当用来预热氧时，与在空气助燃的回热器中预热空气相比，流出回热器的烟气温度过高。另一个问题是，在氧预热循环终了时残留在回热器中的氧的问题。残留氧的容积可相当于每个预热循环中氧气流容积的约5～10％。再一个问题是较高的氧化剂预热温度会导致较高的NOx排放。本专利技术提供一种把氧预热到高温的方法和装置，而不存在上述的缺点。本专利技术在燃烧氧燃料的熔炉中有特殊的用途。按照本专利技术，熔炉应相伴有一台或一台以上的回热器。每台回热器配有第一和第二回热床。每台回热器的二个床被交替地、有控制地输入环境温度下的氧和从炉中出来的烟气。在作业循环的一部分中，第一床被从炉中排出的热烟气加热，同时，环境温度下的氧则被输入已加过热的第二床。该床使氧预热，预热后，氧被输入炉中。输入第二床的环境温度下的氧耗尽了第二床的热量，使之达到不能再把氧有效预热到足够高的温度。在循环的下一部分中，两床的作业被转换。本专利技术的一个优选实施方案是，在实行转换以前，就停止向第二床输送氧，并用已冷却的烟气输送给第二床，以把床内残留的氧吹入炉中。然后向第二床输入熔炉热烟气，使其预热，而这时向已预热好的第一床输入要预热的氧，然后将经预热的氧输入到炉中。给床加热和给氧预热在两床之间交替地进行，以使熔炉可得到连续的预热氧的供应。床的加热不是用的熔炉所产生烟气的全部容积。同时，床中残留的氧也被吹洗，以防浪费。回热器可把输入熔炉的氧预热到比烟气温度低400°F以下。这一措施既可减少燃料的消耗，又可减少氧的消耗。举例说，一个烧天然气和氧的熔炉，当氧被预热到2000°F而烟气温度为2400°F时，可达到0.42的热回收率。这种氧的预热，在燃烧氧燃料而不搞烟气热回收的基础上，约可达到8％的燃料和氧的节省。节省8％，就相当于空气助燃情况下节省燃料量的两倍，因为氧的成本大体上与燃料的成本相同。因此本专利技术的目的之一是要提供出一种新颖的方法和装置，来利用燃烧氧燃料熔炉的烟气对氧进行回热式预热。另一个目的是提供出一种方法和装置，它能减少燃料和预热氧燃烧时NOx的排放。本专利技术的其它目的和优点，在参阅下列详细说明和附图以后，会变得更加明确，附图有附图说明图1为实现本专利技术的装备简图2为一曲线图，它示出用旁通放走一部分烟气的办法使烟气和氧的显热达到平衡；图3示出四个床的回热器系统的定时图；图4示出用变压吸附床(PSA)作为氧源的简图。图1为实现本专利技术的工艺过程的系统简图。图中示出一个例如用来加热金属的适当大小和型号的熔炉10。围绕熔炉壁分布有多个燃料注入口141和142。燃料注入器141或142通过管道26从燃料源交替地接收任何类型的燃料，例如煤、天然气、燃料油等等，随各自的供料阀231和232的控制而定。这些阀，也象本系统中使用的其它阀一样，只要能与所接触的温度和材料相适配，用任何适当的型号都行。系统中的阀可借助于普通的控制器(图中未示)按预定的时间顺序进行控制和操作，操作动力可以是电气的、液动的或气动的。控制器可从按需要为系统中每个监测点设置的适当敏感头接收到温度和气流量的信息。围绕熔炉壁还分布有多个分别与回热床251和252连通的口151和152，现描述如下。被加过热的氧交替地通过熔炉回热器口151和152被输入熔炉10中。在描述本专利技术的优选实施方案中，“氧”这个词是定义为氧化剂，它含有的氧浓度至少为30％，优选为至少80％，或者是氧浓度最少为99.5％的工业纯氧。一部分热烟气也是交替地通过口151和152被吸入相应的回热床，用来预热输入熔炉的氧。在图中只画出了一对燃料注入口和一对回热器口，目的是为了说明。下面将要说明，口的数量可按需要扩充。熔炉10上有一烟气出口17，供连续排出一部分熔炉热烟气之用，排出的理由下面将会讲到。烟气调节板18可控制从熔炉出来通过出口17的烟气的量。与熔炉10相联结的是一个或一个以上的回热器，其机械设计例如可与T.Martin所作的题为“回热式陶瓷燃烧炉的制造工艺和应用”的论文(工业加热杂志，1988年11月，p.12～15)所描述的一种空气式快速循环回热器相似。每台回热器中都具有多个床。每个床上都装有例如陶瓷球材料，该材料可被流过的热烟气加热，也能给流过热床的冷气体加热。在上述本专利技术的说明性实施例中，一台这样的回热器示出的是具有两个床251和252。床251和252系被简单地示为分布在同一面熔炉壁上。床可被边靠边放置，也可分开放置在熔炉的不同壁上。每个回热床251和252通过供氧管27分别通过阀301或302从未画出的源头，接收在环境温度下的氧。阀310和302有选择地从管道27分别向回热床251和252输送氧。当氧被输入床251和252时，它流过该床并在其中被预热，随后通过各自的口151和152进入炉中。每个床251和252都具有出口，通过各自的阀411和412通向排出管或排气管39，在排出管中装有鼓风机40，它把气体吹向系统的出口42。当一个床要加热时，借助于开动鼓风机40和打开相应的床的出口阀411或412，熔炉热烟气就被排出而通过该床。这一动作是从熔炉中排出热烟气使之流经该床。每个回热床251和252还可通过各自的阀331和332通过管道34从鼓风机40的出口处把已冷却的烟气作为吹洗用气输入进来。管道34中的吹洗用气由于热损失，比排气管39中的气体温度要低些，但压力要高些。图1中系统的动作过程如下。设想床252是在被加热，而同时已加过热的床251正在预热要输入熔炉的氧气。(1)阀231开启，从管道26通过燃料注入器141向熔炉10注入燃料。阀232关闭，因此无燃料输向燃料注入器142。阀301开启，从管道27向已加过热的回热床251输送氧，氧从床中流过并被预热。预热过的氧被从床251通过入口151输入熔炉中。此时，阀302关闭，以阻断氧进入回热床252。鼓风机40被启动，阀412被开启，因而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将待输入具有热烟气出口的熔炉的氧进行预热的方法，它包括下列步骤：交替地对第一、第二回热床中的一个床进行预热，方法是从一个床排出一部分熔炉的烟气，同时通过使氧流经已预热的另一个床，往熔炉中输送预热的氧；在熔炉烟气流经一个床排出期间 ，停止对该床的输氧，而在往熔炉中输送预热的氧期间，停止通过该床排出熔炉烟气；以及不断地从熔炉中排走一部分热烟气。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林尚，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]