專利名稱:煙道系統(tǒng)的燃燒的制作方法
技術領域:
本發(fā)明一般涉及爐子的燃燒,并用產(chǎn)生的熱加熱爐料。
在許多用于工業(yè)加工過程的爐中,燃料和氧化劑燃燒而產(chǎn)生的熱被用來加熱爐內(nèi)的爐料。在這些工業(yè)加工過程中,有一種稱之為玻璃制造工藝,其中爐料是玻璃制造材料或熔融玻璃或固體玻璃,當爐料是鋼或鐵時叫做煉鋼,當爐料是鋁塊或鋁片時稱作熔鋁。
為了實現(xiàn)上述爐子的燃燒,要求爐內(nèi)的燃料完全燃燒,使爐內(nèi)釋放出最多的熱量,并能夠加熱爐料。因此,可以按比例把氧化劑和燃料送入爐內(nèi),該比例并不是按亞化學計量比例,這是因為亞化學計量比例會使燃料燃燒不完全或產(chǎn)生大量未完全燃燒的產(chǎn)品,例如一氧化碳、碳氫化合物和碳。
初看起來,送入爐內(nèi)進行燃料的氧化劑和燃料的最佳比例應大體上按化學計量比例。但事實上,這樣的燃燒會導致不完全燃燒,因為在爐內(nèi)的燃料和氧化劑的混合不太理想,并且由于燃料和氧化劑的反應動力學影響,不可能使所有燃料在離開爐前完全燃燒。因此,在目前的工業(yè)實踐中,這種爐子是在過氧的狀況下運行,以保證燃料在爐內(nèi)得到完全燃燒。遺憾的是,當爐子以這種方式運行時,即按照超化學計量比例將氧化劑和燃料送入爐內(nèi)時,會產(chǎn)生過量的氮氧化合物(NOx),因為比與燃料進行反應所需要的氧多出的氧可以與氮結合而形成NOx,NOx是很嚴重的污染物,因此要求減少燃燒過程中生成的NOx量。
據(jù)此,本發(fā)明的目的在于提供一種方法,該方法可以大體實現(xiàn)完全燃燒,使在爐內(nèi)產(chǎn)生的熱量有效地加熱爐料且可防止形成大量NOx。
通過閱讀本發(fā)明所公開的內(nèi)容,本領域普通技術人員可以更清楚地理解本發(fā)明的上述目的和其他目的。本發(fā)明是一種進行燃燒的方法,該方法包括(A)將燃料和氧化劑大體按化學計量比例送入爐內(nèi),上述爐膛與煙道系統(tǒng)相通,并裝有爐料;
(B)使上述燃料和氧化劑在爐內(nèi)燃燒,以產(chǎn)生含有一氧化碳的燃燒反應氣體,并產(chǎn)生熱量以加熱爐料;
(C)使燃燒反應氣體從爐膛流到煙道系統(tǒng);
(D)在燃燒反應氣體的溫度至少為1600°F之處將輔助氧化劑以至少20英尺/秒的速度噴入上述煙道系統(tǒng);以及(E)使輔助氧化劑與煙道系統(tǒng)內(nèi)的燃燒反應氣體中的一氧化碳進行反應以生成二氧化碳。
這里所用的詞“大體按化學計量”意指不低于99%或不高于105%的化學計量。
上述“煙道系統(tǒng)”意指用管道與爐膛相連的通道,其管道的流動橫截面小于爐膛的截面,所述通道可使爐內(nèi)氣體從爐膛流入環(huán)境氣氛中。
上述“環(huán)境氣氛”意指外部氣氛或可以進入或漏入外部氣氛中的內(nèi)部氣氛。
上述“爐料”意指在爐中希望得到加熱或在某些情況下使之熔融的材料。
唯一的附圖
是簡化平面圖,它表示本發(fā)明的一個實施例,該實施例實地用于與一個交叉燃燒爐相結合。
下面將結合附圖對本發(fā)明進行描述。
參照附圖,圖中示出了交叉燃燒玻璃熔融爐10的平面圖。本發(fā)明可以具體應用于使因物質堵塞而難于使輔助氧化劑流入燃燒室的玻璃熔融爐再生。實施本發(fā)明較為方便的其他各種爐包括鋼材再加熱爐和熔鋁爐。爐10裝有制造玻璃材料的爐料2和在交叉燃燒火焰下方通過爐膛的熔融玻璃。
將燃料和氧化劑按照大體為化學計量比例從一個或多個噴嘴或噴口11送入爐內(nèi)。在圖示的實施例中,有五個這樣的噴嘴。燃料可以是任何流體燃料,例如甲烷、丙烷、天然氣或燃油。氧化劑可以是空氣或含氧濃度大于空氣的流體。
在爐10中,燃料和氧化劑的燃燒用圖中的火焰1表示。燃燒產(chǎn)生的熱量用于加熱爐料,在某些情況下用于熔融爐料。進行燃燒時生成燃燒反應氣體。在爐內(nèi)生成的燃燒反應氣體的溫度通常為2200°F至3100°F。因為燃料和氧化劑大體上是按照化學計量比例被送入爐內(nèi),所以產(chǎn)生的燃燒反應氣體大多數(shù)是完全燃燒產(chǎn)品即二氧化碳和水蒸汽。但也生成了一些燃燒不完全的產(chǎn)品,這些產(chǎn)品包括燃燒反應氣體中的一氧化碳,也可能含有碳氫化合物和碳。
燃燒反應氣體從爐膛流到煙道系統(tǒng),在圖示的實施例中,煙道系統(tǒng)包括可以將氣體送入環(huán)境氣氛中的煙囪系統(tǒng)5和與爐相連的排氣口3。煙道系統(tǒng)與爐相連的部位的流動橫截面12比燃燒燃料和氧化劑通過的爐的流動橫截面小。圖示實施例示出的五個排氣口每個都與一個噴嘴對應。本領域的普通技術人員可以意識到,本發(fā)明可以有任意數(shù)量的噴嘴和排氣口,當然也可以有一個噴嘴和/或一個排氣口。
可將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng),如圖所示,最好將其噴入一個或多個排出口。通過噴管4將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)。正如所述的那樣,該圖是用以說明本方法的簡化了的示意圖,因此沒有示出燃料源和氧化劑源。本領域普通技術人員很容易理解到,燃料和氧化劑是從適當?shù)膬Υ嬖赐ㄟ^管道(未示出)送入噴口和噴管中的。輔助氧化劑可以是空氣或氧濃度大于空氣的流體。輔助氧化劑的氧濃度最好高于80%摩爾,高于90%摩爾更好。
輔助氧化劑中含氧濃度高為較佳,因為這樣可使氧化給定量的未完全燃燒產(chǎn)品的輔助氧化劑體積較小,所以可以降低輔助氧化劑的壓力和/或減少輔助氧化劑管道和噴管的尺寸。如果由于某些諸如在玻璃熔化設備中常發(fā)生的顆粒堵塞等原因而使煙道系統(tǒng)的面積受到限制,使流過煙道系統(tǒng)的氣體體積減少也是有利的。例如在再生玻璃熔化爐的情況下,如果在系統(tǒng)的適當位置回收爐膛排出氣體中的熱量以供使用,輔助氧化劑含氧量高也是有利的。由于輔助氧化劑中的稀釋劑較少,爐膛燃料的利用率受稀釋氣體吸收和釋放的熱的影響就少,上述稀釋氣體通常是氮氣。
因為氧化劑和燃料大體上是按化學計量比例而不是明顯按亞化學計量比例被送入爐內(nèi),所以通過煙道系統(tǒng)的燃燒反應氣體中的燃燒不完全產(chǎn)品的含量較低。為了使輔助氧化劑能有效地促使燃燒不完全的產(chǎn)品燒燼,在高溫下需要一段停留時間。這可以通過在燃燒反應氣體的溫度至少為1600°F之處將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)來實現(xiàn)。低于1600°F時,一氧化碳的氧化反應動力學過程對于有效利用本發(fā)明的方法而言則太慢。最好在燃燒反應氣體溫度至少為2000°F之處將輔助氧化劑噴入。
必須使噴入的輔助氧化劑產(chǎn)生足夠的湍流或使其流動紊亂,以便與相應的燃燒不完全的稀釋產(chǎn)品混合并使其燃燒,該燃燒不完全稀釋產(chǎn)品除了包括一氧化碳外還有碳氫化合物。以至少20英尺/秒,最好是50-300英尺/秒的速率將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)中就可以達到這種所需要的流動狀態(tài)。此外,正如圖中所示,最好沿著朝向爐膛的方向將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)內(nèi),即沿著與流過煙道系統(tǒng)的燃燒反應氣體流動方向相反的方向噴入。
在煙道系統(tǒng)中,輔助氧化劑與燃燒反應氣體中的一氧化碳進行反應生成二氧化碳。如果燃燒反應氣體中還有碳氫化合物,輔助氧化劑就與上述碳氫化合物反應生成二氧化碳和水。尤其將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)的出口更好,因為該處的燃燒反應氣體溫度最高。如前所討論的那樣,高溫促使燃燒反應氣體和輔助氧化劑之間的反應加快。此外,有限的出口體積有助于輔助氧化劑與稀釋的一氧化碳反應,并可最大限度地使燃燒不完全的產(chǎn)品燒燼。
本發(fā)明的方法與那些致力于減少燃燒不完全的產(chǎn)品量的、通過以富氧或過量空氣的方式向爐中供給氧化劑和燃料使爐中的燃燒不完全產(chǎn)品達到環(huán)境氣氛的傳統(tǒng)燃燒方法相比具有優(yōu)越性,因為在富氧下運行存在形成過量NOx的缺點。此外,將輔助氧化劑直接送入爐內(nèi)的傳統(tǒng)燃燒配置系統(tǒng)所存在的缺點是在某些爐子的幾何形狀條件下,難以將可以促使大量燃燒不完全產(chǎn)品燃燒的輔助氧化劑送入爐內(nèi)。
盡管上面結合一個確定的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述,但本領域普通技術人員可以懂得,本發(fā)明的其他實施例也在其權利要求書所要求保護的構思的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種燃燒方法,包括(A)將燃料和氧化劑大體按化學計量比例送入爐內(nèi),該爐膛與煙道系統(tǒng)相通,并裝有爐料;(B)使所述燃料和氧化劑在爐內(nèi)燃燒,以產(chǎn)生含有一氧化碳的燃燒反應氣體,并產(chǎn)生熱量以加熱爐料;(C)將燃燒反應氣體從爐膛送到煙道系統(tǒng);(D)在燃燒反應氣體的溫度至少為1600°F之處將輔助氧化劑以至少20英尺/秒的速度噴入煙道系統(tǒng);(E)使輔助氧化劑與煙道系統(tǒng)內(nèi)的燃燒反應氣體中的一氧化碳進行反應,以生成二氧化碳。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于爐料是玻璃或制造玻璃的材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于沿著與流過煙道系統(tǒng)的燃燒反應氣體流動方向相反的方向將輔助氧化劑噴入煙道系統(tǒng)中。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于輔助氧化劑的氧濃度至少為80%摩爾。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法,其特征在于在燃燒反應氣體溫度至少為2000°F之處噴入輔助氧化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃燒方法,其中按照大體為化學計量的比例將燃燒和氧化劑送入裝有爐料的爐中,以便燃燒比較充分,同時用一確定方法將輔助氧化劑加到爐膛外側,以便進一步燃燒而不生成過量的NOx。
文檔編號C03B5/16GK1108746SQ9411733
公開日1995年9月20日 申請日期1994年9月13日 優(yōu)先權日1993年9月14日
發(fā)明者J·R·勒布朗, T·K·丹柯特, G·B·圖森 申請人:普拉塞爾技術有限公司, 歐文斯-布洛克威玻璃容器有限公司