專利名稱：氧化劑噴射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在包括燃燒區(qū)和排放區(qū)、三種氧化劑和燃料的爐子中的燃燒方法。
背景技術(shù)：
由于高溫度的空氣預(yù)熱水平，蓄熱式(regenerative)玻璃窖爐在很高的工作溫度下運(yùn)行。為了得到更高的熱效率，燃燒空氣在與爐內(nèi)的燃料反應(yīng)之前在陶瓷蓄熱器中預(yù)熱到接近2400。人們已經(jīng)提出許多減少蓄熱式玻璃窖爐中的氮氧化物(NOx)排放的方法，但是很少真正得到實(shí)現(xiàn)。
據(jù)觀察，在蓄熱式玻璃窖爐的高溫燃燒期間，NOx主要由燃燒空氣中的氮熱氧化形成——概述為熱力型NOx。通常，熱力型NOx決定于火焰的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線，并且隨著峰值火焰溫度的增加而增加。
降低峰值火焰溫度的主要方法是降低空氣預(yù)熱水平，和降低爐內(nèi)某些位置的燃燒速度和使用電力加速器。這兩種方式都有局限性，原因是降低了窖爐效率和生產(chǎn)率，并且由于窖爐設(shè)計(jì)上的考慮也使得它們經(jīng)常難于實(shí)現(xiàn)。
污染控制技術(shù)通常導(dǎo)致成本的增加。因此，玻璃制造商為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，必須選擇能有效滿足規(guī)定排放限度的最經(jīng)濟(jì)合算的技術(shù)。有時(shí)，NOx立法僅僅適用于新建或重建窖爐，然而，在其他情況下，它適用于現(xiàn)役窖爐。最普通的平板玻璃窖爐是蓄熱式側(cè)通道窖爐，玻璃產(chǎn)量一般是約600噸/天，同時(shí)燃料的消耗是150MM Btu/Hr。在沒有任何NOx降低技術(shù)的情況下，這些窖爐每生產(chǎn)1噸玻璃將產(chǎn)生12至20lb的NOx。根據(jù)美國(guó)1990年的空氣潔凈法令，美國(guó)的大多數(shù)地區(qū)限制大型蓄熱式窖爐的NOx排放量在2至8lb/ton之間。這樣，多數(shù)玻璃制造商為了滿足地方排放指標(biāo)，就需要選擇排放控制技術(shù)。
這里有幾個(gè)公知的減少蓄熱式玻璃窖爐的NOx的技術(shù)。包括富燃料燃燒，窖爐排放側(cè)的煙氣再燃燒，和除去了作為NOx主要來源的氮的氧—燃料燃燒。參見下列作為參考引入的參考資料1.“利用煙氣再燃燒控制玻璃窖爐的NOx”，陶瓷公報(bào)，1998年2月，pp51-56(R.Koppang，A.Marquez，D.Moyeda，M.L.Joshi，P.Mohr和R.Madrazo)。
2.“參考“在蓄熱式玻璃窖爐上使用氧氣—富集空氣級(jí)分(OEAS)經(jīng)濟(jì)合算地減少NOx”，發(fā)表于55th玻璃問題會(huì)議，Columbus，OH，1994年11月8-9日，(M.L.Joshi，D.B.Wisnick，S.K.Panahi，H.A.Abbasi，R.E.Grosman，R.F.Madrazo，W.H.Benz，A.G.Slavejkov和L.W.Donaldson)。
3.US 5,203,859，富集氧氣燃燒方法，Khinkis等，1993年4月20日。
4.Pilkington技術(shù)數(shù)據(jù)表2，“浮法玻璃技術(shù)”。(http://www.pilkington.com/resources/datasheet2float.pdf)玻璃生產(chǎn)商正在尋找一種經(jīng)濟(jì)合算的NOx減少技術(shù)，這種技術(shù)可改造用于蓄熱式窖爐，并且可以提供一個(gè)或更多的下列好處更低的峰值火焰溫度；合理的火焰長(zhǎng)度，其歸因于關(guān)鍵的燃燒側(cè)氧化劑噴射；CO和可燃物質(zhì)的完全燃盡；NOx排放的減少；和窖爐效率的提高，其歸因于發(fā)生在熔化器內(nèi)的重要燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在包括燃燒區(qū)和排放區(qū)、三種氧化劑和燃料的爐子中的燃燒方法，包括以下步驟引入燃料到燃燒區(qū)；引入第一氧化劑到燃燒區(qū)；引入第二氧化劑到燃燒區(qū)；和引入第三氧化劑到排放區(qū)；其中在所述引入第一氧化劑的步驟期間，進(jìn)行引入第二氧化劑的步驟，和進(jìn)行引入第三氧化劑的步驟。


圖1所示為6—通道，側(cè)通道(side-port)蓄熱式窖爐；圖2所示為化學(xué)計(jì)量對(duì)NOx排放的曲線圖；圖3所示為沿圖1中的線3-3的窖爐截面?zhèn)纫晥D，該窖爐在燃燒和排放側(cè)都附加有側(cè)通道氧化劑噴射器；圖4所示為可用于本發(fā)明方法中的底通道(under-port)氧化劑噴射器和接于其上的部分供應(yīng)管道的一個(gè)實(shí)施方案；圖5與圖3相同，除了它所示為在燃燒側(cè)和排放側(cè)均包括底通道氧化劑噴射器的一個(gè)本發(fā)明方法的可選擇實(shí)施方案；圖6與圖5相同，除了它所示為在燃燒側(cè)和排放側(cè)均包括穿通道(through-port)氧化劑噴射器的一個(gè)本發(fā)明方法的可選擇實(shí)施方案；圖7所示為可用于本發(fā)明方法中的噴射噴嘴頭的截面平面圖、正視圖和側(cè)視圖。
圖8所示為可用于本發(fā)明方法中的可選擇噴射噴嘴頭的截面平面圖、正視圖和側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
術(shù)語(yǔ)“氧化劑”用于指空氣，或者富集空氣(氧氣百分?jǐn)?shù)比環(huán)境空氣高的空氣)。
術(shù)語(yǔ)“富集空氣”意為所含氧氣的體積高于21％的氣流。(21％體積的氧氣是環(huán)境空氣中的氧氣量。)它可以從任何來源得到，包括任何純度的、單一或混有空氣的排出氣流，這種排出氣流是一種從真空或壓力交變吸附裝置(VSA或PSA)、或者深冷分離單元、或者其他分離機(jī)構(gòu)中排出的富氧氣流。
術(shù)語(yǔ)“排出氣流”意為從真空或壓力交變吸附裝置(VSA或PSA)、或者深冷分離單元、或者其他空氣分離機(jī)構(gòu)中排出的氣流(不是產(chǎn)品氣流)，其中，所述其他空氣分離機(jī)構(gòu)主要用于從空氣中得到，即分離出產(chǎn)品氣體，例如氮?dú)饣蚱渌麣怏w。
術(shù)語(yǔ)“燃料”意為氣體燃料，例如天然氣、丙烷、和煉油廠燃料(可燃?xì)怏w的混合物)；液體燃料，例如柴油、煤油、船用—C鍋爐燃料油、和No.6燃料油；和固體燃料，例如煤、和石油焦。
術(shù)語(yǔ)“燃燒區(qū)”是爐子中燃料和氧化劑混合和燃燒的空間。
術(shù)語(yǔ)“排放區(qū)”是爐子中排氣和未燃燃料流向排氣和未燃燃料出口的空間。排氣和未燃燃料的爐子出口可以是管子，開口，煙道，煙囪，或熱交換器，例如蓄熱器格子體(checker)、或同流換熱器，或上述的任意組合。
本申請(qǐng)發(fā)明涉及一種用于減少爐子NOx排放的改進(jìn)型氧化劑噴射方法?？墒褂迷摲椒ǖ囊环N爐子是圖1所示的蓄熱式玻璃窖爐。圖1是除去爐頂后的窖爐俯視圖。圖1所示的是6-通道，側(cè)通道窖爐100，該爐具有批料或原料加料裝置111、帶有箭頭顯示的熔融態(tài)玻璃流113(通過爐腰115)的熔化器112，和調(diào)節(jié)段117。如圖所示，本實(shí)施例中的蓄熱器在窖爐的A側(cè)有單獨(dú)的格子體121、123、125、127、128和129，在窖爐的B側(cè)有單獨(dú)的格子體131、133、135、137、138和139。當(dāng)如圖所示A側(cè)是燃燒側(cè)，B側(cè)是排放側(cè)時(shí)，蓄熱器格子體121、123、125、127、128和129用于給燃燒供應(yīng)氧化劑，蓄熱器格子體131、133、135、137、138和139則從排氣中回收熱量。燃燒區(qū)198是熔化器112中玻璃上方的空間，在其中燃料和氧化劑在燃燒側(cè)A混合和燃燒。該燃燒區(qū)也可以包括燃燒側(cè)通道161、162、163、164、165和166的一部分。排放區(qū)199是熔化器112上方的空間，在其中除了在排放側(cè)添加第三氧化劑，通常沒有燃燒發(fā)生，排氣和未燃燃料流向并進(jìn)入位于排放側(cè)B的通道171、172、173、174、175和176。該排放區(qū)包括位于排放側(cè)的通道，例如通道171、172、173、174、175和176。熔化器112是窖爐的空間，玻璃在其中放置和熔化，由排放區(qū)199和燃燒區(qū)198組成，如果有的話，再減去作為這些區(qū)的一部分的任何通道。
一般，蓄熱式窖爐大約每20分鐘循環(huán)一次，其中氧化劑，一般為燃燒空氣，在被從蓄熱器格子體121、123、125、127、128和129中釋放的熱量加熱的同時(shí)，穿過位于窖爐A側(cè)的蓄熱器格子體121、123、125、127、128和129，窖爐的排放物則從位于窖爐的相對(duì)側(cè)，B側(cè)的蓄熱器格子體131、133、135、137、138和139排出。蓄熱器格子體131、133、135、137、138和139從排氣流中回收20分鐘的熱量。在這20分鐘后，窖爐的燃燒側(cè)和排放側(cè)在下一20分鐘轉(zhuǎn)換，也就是B側(cè)變?yōu)槿紵齻?cè)，而A側(cè)變?yōu)榕欧艂?cè)，然后燃燒側(cè)和排放側(cè)轉(zhuǎn)換20分鐘，如此繼續(xù)。
在可使用本發(fā)明方法的可選擇窖爐中，熱量可從排放物中回收，并且通過除蓄熱器格子體外的不同熱交換器，例如同流換熱器，提供給第一氧化劑。在可使用本發(fā)明方法的另一可選擇窖爐中，將不從排氣流中回收熱量。
如圖1所示，火焰141是通過使用噴射器或燃燒器(未圖示)噴射燃料到接近2400的燃燒空氣氧化劑流(第一氧化劑)中而產(chǎn)生的，其中該燃燒空氣氧化劑流是流出燃燒側(cè)蓄熱器格子體后進(jìn)入窖爐的?；鹧?41可以覆蓋大約三分之二的窖爐寬(燃燒區(qū)198)?；鹧嫱ㄟ^輻射傳遞熱量到熔化器112中的玻璃和窖爐內(nèi)部189的其他部分(墻、爐頂?shù)?，然后穿過排氣通道171、172、173、174、175和176進(jìn)入位于窖爐100B側(cè)的單獨(dú)蓄熱器格子體131、133、135、137、138和139。在這一過程中，蓄熱器格子體被2900至3000的排氣加熱。由于高溫燃燒和相對(duì)長(zhǎng)的爐中滯留時(shí)間，就產(chǎn)生了熱力型NOx。大型蓄熱式窖爐的典型NOx排出量是12至20lbs/ton成品玻璃。
如上面解釋，NOx主要由燃燒空氣中的氮熱氧化形成——概述為熱力型NOx。通常，熱力型NOx決定于火焰的時(shí)間—溫度關(guān)系曲線，并且隨著峰值火焰溫度的增加而增加。
為了減少熱力型NOx，可以減少峰值火焰溫度，其中該溫度的減少可通過減少峰值火焰區(qū)域中的氧氣可用率來實(shí)現(xiàn)。基于火焰化學(xué)計(jì)量的NOx排放特性如圖2所示。在圖2中，繪制出了相對(duì)于NOx排放的總窖爐化學(xué)計(jì)量比率(S)?；瘜W(xué)計(jì)量比率定義為實(shí)際空氣(或其他氧化劑)/燃料比除以理論標(biāo)準(zhǔn)空氣(或其他氧化劑)/燃料比。(例如，對(duì)于天然氣燃燒，理論標(biāo)準(zhǔn)空氣/燃料比接近10。)對(duì)于任何燃料，如果窖爐在理論標(biāo)準(zhǔn)氧化劑量下運(yùn)行，值S＝1。對(duì)于富燃料運(yùn)行，值S＜1，相反，對(duì)于貧燃料運(yùn)行，值S＞1。如圖2所示，最高的NOx排放量在稍微貧燃料的工況(點(diǎn)1)下產(chǎn)生。然而，當(dāng)S離開點(diǎn)1處于富燃料和貧燃料工況時(shí)，NOx排放量都下降。
窖爐在富燃料工況下(S＜1)運(yùn)行，NOx排放量減少。在圖2中，窖爐在富燃料的點(diǎn)2處(接近0.8)而不是在貧燃料的點(diǎn)1處(接近1.05)運(yùn)行，可以提供60％的NOx排放減少量。然而，對(duì)于一般的窖爐，由化學(xué)計(jì)量水平?jīng)Q定的火焰卻變得非常長(zhǎng)。這歸因于不能得到必要氧氣的可燃物(燃料)，因此火焰變成柔和(或lofting)明亮的火焰。如果可燃物在窖爐中沒有燃燒，會(huì)降低窖爐的熱效率，也會(huì)增加CO的排放和與CO排放限制不一致的可能性。
本發(fā)明提出在燃燒和排放兩側(cè)都引入氧化劑到燃燒和排放兩區(qū)，以提供NOx排放的減少(熱力型NOx的減少)。高于50％或甚至高于60％的NOx減少量可以在不產(chǎn)生長(zhǎng)而柔和火焰的情況下獲得。本發(fā)明方法是一種在包括燃燒區(qū)、排放區(qū)、三個(gè)氧化劑流和燃料的爐子中的燃燒方法，包括如下步驟引入燃料到燃燒區(qū)；引入第一氧化劑到燃燒區(qū)；引入第二氧化劑到燃燒區(qū)；和引入第三氧化劑到排放區(qū)；其中在所述引入第一氧化劑的步驟期間，進(jìn)行引入所述第二氧化劑的步驟和引入所述第三氧化劑的步驟。
引入步驟可以是使燃料或氧化劑進(jìn)入爐子的任意方法，例如，通過使用置于爐中任何位置的任何引入工具，例如噴槍、噴嘴、管子、燃燒器、開口、閥等來噴射、推動(dòng)、或引導(dǎo)氧化劑或燃料。引入步驟可以穿過墻、爐頂、穿通道、底通道、側(cè)通道或任何可以設(shè)置引入工具，例如噴槍、噴嘴、管子、燃燒器、開口、閥等的希望位置。在壓力下推動(dòng)氧化劑或燃料可以通過在高壓容器中貯備并從中分配氧化劑或燃料，或提供機(jī)械工具，例如風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、噴射器、文丘里管或射流泵對(duì)氧化劑或燃料施加壓力來實(shí)現(xiàn)。下面描述的參考資料可能是通過噴射器或噴嘴噴射氧化劑，但是可以理解使用任何引入工具的任何引入步驟都可用于本發(fā)明方法。
用于圖1所示窖爐的第一氧化劑可以是燃燒空氣，它經(jīng)由空氣流穿過位于燃燒側(cè)或區(qū)的蓄熱器格子體(熱交換器)引入窖爐。大型風(fēng)機(jī)推動(dòng)第一氧化劑經(jīng)由蓄熱器格子體進(jìn)入窖爐。然而，在不同的實(shí)施方案中，第一氧化劑可以是通過任何引入工具引入窖爐的空氣或富集空氣。
圖3所示窖爐實(shí)施方案中的第二氧化劑是通過噴射器400、401噴射進(jìn)入燃燒側(cè)A燃燒區(qū)198中的氧化劑。第二氧化劑可以是空氣或富集空氣，可為任意溫度，即它可以被預(yù)熱，處于環(huán)境溫度或低于環(huán)境溫度。
圖3所示窖爐實(shí)施方案中的第三氧化劑是通過噴射器402、403噴射進(jìn)入燃燒側(cè)A排放區(qū)199中的氧化劑。第三氧化劑可以是空氣或富集空氣，可為任意溫度，即它可以被預(yù)熱，處于環(huán)境溫度或低于環(huán)境溫度。
在本發(fā)明方法的一些實(shí)施方案中，燃燒區(qū)198(示于圖1和3中A側(cè))有小于1的第一氧化劑(燃燒空氣)化學(xué)計(jì)量比率S；S小于或等于0.9，或S小于或等于0.8來實(shí)現(xiàn)富燃料運(yùn)行，以減小燃燒區(qū)內(nèi)的峰值火焰溫度。例如，第一氧化劑(燃燒空氣)對(duì)燃料的化學(xué)計(jì)量比率可以在S大于0.4、小于1的范圍內(nèi)；S為0.4至0.95；S為0.4至0.9；S為0.4至0.85；或S為0.4至0.8的范圍內(nèi)。本發(fā)明提出引入第二氧化劑接近、在、或進(jìn)入燃燒區(qū)，例如，進(jìn)入火焰(這有助于限制熔化器中長(zhǎng)而柔和的火焰和有助于阻止火焰溢至排放通道)。此外，本發(fā)明提出引入第三氧化劑到排放區(qū)，例如，排放氣流在排放物排出窖爐前優(yōu)選在熔化器中燃盡可燃物和CO。
參考圖3對(duì)上面的每一個(gè)過程步驟進(jìn)行詳細(xì)描述。燃燒側(cè)第一氧化劑(燃燒空氣)化學(xué)計(jì)量S減少到小于1，或0.9或更低，或0.8或更低。由于第二氧化劑，例如富集空氣或空氣在燃燒側(cè)的噴射，可以減少?gòu)母褡芋w流入窖爐的第一氧化劑例如熱燃燒空氣的量，這樣在不影響對(duì)玻璃的熱傳遞的情況下提供了富燃料燃燒或程度更高的富燃料燃燒。第二氧化劑流可立即與燃料射流反應(yīng)，而不與第一氧化劑一起正常擴(kuò)散。第二氧化劑與燃料的混合可在火焰中產(chǎn)生煙灰粒，由于火焰熄火作用煙灰粒將阻止火焰溫度的升高。在一個(gè)實(shí)施方案中，燃燒側(cè)噴射器置于主燃燒器周圍，以使噴入的富集空氣和/或噴入的空氣(第二氧化劑)與從燃料噴嘴來的燃料迅速混合。燃燒側(cè)第二氧化劑噴射器的數(shù)量、類型和位置應(yīng)該選擇成能使第二氧化劑與從燃料噴嘴來的燃料良好混合。燃燒側(cè)第二氧化劑噴射器為燃料燃燒提供了氧氣，這樣盡管第一氧化劑(例如燃燒空氣)，除了噴入的第二氧化劑外，可能有小于1的化學(xué)計(jì)量，但是火焰不會(huì)變得長(zhǎng)而柔和，并且整個(gè)火焰停留在熔化器中并不溢至排放通道。用于燃燒側(cè)噴射的噴射器的構(gòu)造取決于熔化器燃燒器的燃燒配置(底通道、側(cè)通道、穿通道、上通道(over-port)、爐頂?shù)?。燃燒側(cè)和排放側(cè)的運(yùn)行根據(jù)常規(guī)的窖爐周期進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該周期可以是任意時(shí)間，例如，每15、20、25、30分鐘。此外，第一氧化劑、和燃燒側(cè)第二氧化劑和排放側(cè)第三氧化劑的引入可用于整個(gè)窖爐周期或僅僅部分周期。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在蓄熱式窖爐中，例如，在多數(shù)熱力型NOx生成的那部分窖爐周期內(nèi)，燃燒側(cè)第二氧化劑噴射的持續(xù)時(shí)間是最有益的，其中該部分窖爐周期接近每個(gè)窖爐半周期(燃燒期間)的末期。當(dāng)燃燒側(cè)從窖爐的一側(cè)轉(zhuǎn)換到窖爐的另一側(cè)時(shí)，在每個(gè)燃燒周期的初期NOx的生成相對(duì)低；但是，隨著時(shí)間的推移NOx的生成增加。在燃燒側(cè)的整個(gè)燃燒時(shí)間內(nèi)燃燒側(cè)噴射第二氧化劑(例如富集空氣和/或空氣)，將減少NOx的生成?？蛇x擇的是，燃燒側(cè)第二氧化劑的噴射可以限制在該側(cè)燃燒(半周期)的任何時(shí)段內(nèi)。例如，在燃燒側(cè)燃燒時(shí)的窯爐周期中，第二氧化劑可以在四分之三或更少、二分之一或更少、或四分之一或更少的該窖爐循環(huán)周期內(nèi)在燃燒側(cè)噴入窖爐。當(dāng)窖爐的每側(cè)都是燃燒側(cè)時(shí)，僅僅在燃燒周期的部分時(shí)段內(nèi)引入第二氧化劑的步驟可以在窖爐兩側(cè)重復(fù)進(jìn)行。目前相信，在每個(gè)半周期(燃燒周期)的后期引入第二氧化劑更有效，即，爐燃燒一側(cè)時(shí)間的后期；但是，可以調(diào)節(jié)第二氧化劑噴射的次數(shù)和數(shù)量，以得到最少的NOx，并在燃燒周期的任意時(shí)段控制熔化器和蓄熱器格子體內(nèi)的溫度?？蛇x擇的，從開始到半周期結(jié)束的時(shí)段內(nèi)，第二氧化劑的噴射速度可以增加(或降低)。
在本發(fā)明中使用的可用作第一、第二和/或第三氧化劑的富集空氣可以從任何來源得到。一種廉價(jià)的富集空氣來源是用于制造不同氣體的空氣分離單元的排出氣流。在浮法玻璃廠，為了維持無(wú)氧的錫槽氣氛，需要有氮源。通常，高純度氮(HPN)型氮工廠用于供應(yīng)所需的氮。HPN廠排出的廢氣流包括接近40％體積比的氧氣，其余部分則為氬和氮。上述可稱為排出氣流的廢氣流可以作為用于減少NOx的氧化劑來源。如果需要，在排出氣流中加入空氣?？諝夂团懦鰵饬鞯幕旌峡梢栽趪娙虢褷t燃燒側(cè)之前、期間或之后進(jìn)行。用于供給噴射器并與排出氣流混合的一個(gè)空氣來源是風(fēng)機(jī)空氣，即，由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣，如2至5psig。
下面的表列出了兩個(gè)實(shí)施方案的不同過程參數(shù)。燃燒側(cè)的氧化劑來源可以是通過噴嘴(或噴射器)引入窖爐的富集空氣和空氣中，或從燃燒側(cè)的格子體或其他開口來的燃燒空氣的一者或兩者。在表I中，計(jì)算了燃燒側(cè)的化學(xué)計(jì)量比率。
表I一個(gè)實(shí)例窖爐的燃燒側(cè)參數(shù)范圍

注意，在表I和表III中，燃燒側(cè)/排放側(cè)噴射器的氧化劑流比率是第二氧化劑/第三氧化劑的比率。
如表I所示，對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，燃燒空氣(第一氧化劑)的化學(xué)計(jì)量減少為富燃料運(yùn)行，假定為0.7。在這一點(diǎn)處，燃燒側(cè)的富集空氣和/或空氣噴射器(第二氧化劑)開啟，燃燒側(cè)的總化學(xué)計(jì)量比率則達(dá)到0.8。換言之，燃燒側(cè)富集空氣和/或空氣(第二氧化劑)的噴射將使總?cè)紵齻?cè)化學(xué)計(jì)量從0.7(僅僅由燃燒空氣實(shí)現(xiàn))升至0.8。這樣，燃燒側(cè)噴射器對(duì)總化學(xué)計(jì)量比率的分擔(dān)額為0.1。然而，噴入的富集空氣和/或空氣(第二氧化劑)對(duì)化學(xué)計(jì)量比率的分擔(dān)額范圍可以更大或更小，例如，如表I所示的0.02至0.3，或?qū)τ谄渌麑?shí)施方案，為0.05至0.75，或0.05至0.5，或0.1至0.3，這決定于窖爐的設(shè)計(jì)和為減少NOx燃燒側(cè)所需的富燃料運(yùn)行水平。表I還顯示，噴入窖爐的燃燒側(cè)富集空氣和/或空氣中的氧氣濃度在0.21至1的范圍內(nèi)。盡管在表1中沒有顯示，但是在本發(fā)明方法中，富集水平作為選擇可以在0.25至0.9，或0.3至0.8的范圍內(nèi)。1.00的富集水平意指純度為99.999％的純氧作為富集空氣在燃燒側(cè)噴入。
在表II中，說明了本發(fā)明另外的實(shí)施方案(實(shí)施例)，該實(shí)施例對(duì)應(yīng)于典型浮法玻璃窖爐(產(chǎn)量為600噸/天，燃燒加熱速度為150MM Btu/Hr)的一個(gè)單通道。假設(shè)該通道使用1000Btu/scf的天然氣(NG)燃料，以30MM Btu/Hr的燃燒速度燃燒。表中顯示了為減少排氣通道處測(cè)得的NOx(估計(jì)大約為60％)，燃燒空氣(第一氧化劑)和噴入的富集空氣和/或噴入的空氣(第二氧化劑)的典型流速。
表II燃燒側(cè)運(yùn)行的實(shí)施例流速

對(duì)于表II所示實(shí)施方案，為了維持燃燒側(cè)化學(xué)計(jì)量在0.8(使用燃燒空氣時(shí)S＝0.7)，燃燒側(cè)的富集空氣和空氣噴射器將噴射3,150scfh的高純度氧氣和15,000scfh的風(fēng)機(jī)空氣(兩者一起作為第二氧化劑)?？蛇x擇的是，如果使用40％氧氣純度的排出氣流，富集空氣噴射器的氣流是7,875scfh的排出氣流和15,000scfh的風(fēng)機(jī)空氣(兩者一起作為第二氧化劑)。對(duì)于這些得出的富集空氣和空氣噴射器(第二氧化劑)氣流中的任何一個(gè)，氧氣水平都為0.35。為了得到更低的NOx排放，任一個(gè)實(shí)施方案都將實(shí)現(xiàn)低峰值火焰溫度運(yùn)行，但與此同時(shí)將限制熔化器內(nèi)的火焰。空氣和富集空氣(第二氧化劑)可以在噴入窖爐之前、期間或之后混合，并且可以通過用于富集空氣和空氣流的單個(gè)或分開的噴射器噴射。
對(duì)于本發(fā)明的一些實(shí)施方案，第三氧化劑以比第二氧化劑更高的流速噴射。第三氧化劑可以在排放區(qū)的幾個(gè)位置噴射，其中該位置取決于窖爐的構(gòu)造。為了減少所需設(shè)備的數(shù)量，優(yōu)選的是，當(dāng)那個(gè)相同的爐側(cè)是排放側(cè)時(shí)，把在半窖爐周期內(nèi)將第二氧化劑(富集空氣和/或空氣)引入燃燒區(qū)的同一工具用于在第二個(gè)半周期內(nèi)將第三氧化劑引入到排放區(qū)；但是，這不是必需的，并且如果希望使NOx的減少最佳化，可以配備兩個(gè)分立的引入工具，例如多組噴嘴或噴射器。第一組的一個(gè)或更多噴嘴用于噴射第二氧化劑到燃燒區(qū)，而第二組的一個(gè)或更多噴嘴則提供第三(排放側(cè))氧化劑到排放區(qū)的噴射。排放區(qū)的氧化劑噴射噴嘴可能在大小、結(jié)構(gòu)、位置和定向方面與用于噴射氧化劑到燃燒區(qū)的噴嘴不同。用于燃燒和排放側(cè)噴嘴的氧化劑噴射方向可以與燃燒空氣和排放氣流的方向同向或逆向或成一角度。同向、逆向或其他氧化劑噴射氣流的角度可以根據(jù)窖爐的特性，例如窖爐尺寸、通道幾何形狀、燃燒速度和其他運(yùn)行因素進(jìn)行優(yōu)化。
某些噴射器實(shí)施方案的細(xì)節(jié)將在下面描述。使用術(shù)語(yǔ)“排放側(cè)(排放區(qū))噴入的氧化劑”或“排放側(cè)(排放區(qū))氧化劑”與術(shù)語(yǔ)“燃燒側(cè)(燃燒區(qū))噴入的富集空氣或空氣”進(jìn)行對(duì)照僅僅是為了分清正在描述周期的哪一部分；然而，排放側(cè)氧化劑可以是與燃燒側(cè)噴入的富集空氣和/或空氣的成分相同和相似的富集空氣和/或空氣。術(shù)語(yǔ)“排放側(cè)(排放區(qū))噴入的氧化劑”或“排放側(cè)(排放區(qū))氧化劑”是第三氧化劑?！叭紵齻?cè)(燃燒區(qū))噴入的富集空氣和/或空氣”是第二氧化劑。第三氧化劑噴入排放區(qū)，第一和第二氧化劑則噴入燃燒區(qū)。
第三或排放側(cè)氧化劑噴射速度可以高于、低于或等于燃燒側(cè)噴入的第二氧化劑流速；然而，在一些實(shí)施方案中，排放側(cè)氧化劑噴射速度比相應(yīng)的燃燒側(cè)第二氧化劑流速高2至20倍可能是有效的。噴射第三氧化劑的目的是完成未燃燃料、CO和其他碳?xì)浠衔锏娜紵Ｓ捎谌紵齻?cè)的富燃料燃燒，按濕量計(jì)算剩余的CO在燃燒器火焰中可能占整個(gè)火焰氣體例如1至10％體積。這些CO則用引入排放區(qū)的第三氧化劑將其燃燒。引入第三氧化劑的工具，以及這些工具，例如噴射器的數(shù)量和位置選擇成能使第三氧化劑充分地與排放氣流混合，以在熔化器中并且優(yōu)選為不在排放通道或蓄熱器格子體內(nèi)完成燃燒過程。第三氧化劑的流速和富集水平(即氧氣在第三氧化劑中的百分比)根據(jù)燃燒側(cè)的和總的窖爐化學(xué)計(jì)量進(jìn)行計(jì)算。在本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)例子中，可計(jì)算窖爐的化學(xué)計(jì)量，如表III所示。
表III實(shí)施例窖爐的化學(xué)計(jì)量參數(shù)

對(duì)于表III所示實(shí)施方案的計(jì)算結(jié)果來說，在表III中表示為“O2”的排放側(cè)富集空氣的化學(xué)計(jì)量比率在0至0.35的范圍內(nèi)。0表示沒有噴射富集空氣(在這種情況下，僅僅將空氣作為第三氧化劑在排放側(cè)噴射)。0.35是排放側(cè)的氧化劑噴射對(duì)化學(xué)計(jì)量比率的優(yōu)選最大分擔(dān)額，其中排放側(cè)的氧化劑噴射由排放側(cè)噴入的富集空氣、或排放側(cè)噴入的空氣、或排放側(cè)噴入的空氣與富集空氣的組合物提供(第三氧化劑)。在一個(gè)混合式(空氣燃料和氧燃料結(jié)合)窖爐實(shí)施方案的情況下，排放側(cè)氧化劑化學(xué)計(jì)量比率的最大限度可以高達(dá)0.6。然而，表III反映了一個(gè)實(shí)施方案，在該實(shí)施方案中空氣總是作為第三氧化劑的一部分或全部噴入排放區(qū)，也就是說，存在一個(gè)排放側(cè)噴入的空氣對(duì)化學(xué)計(jì)量比率的最小分擔(dān)額，其值為0.15。引入排放區(qū)的富集空氣和空氣的來源可以與上面所述用于燃燒區(qū)的相同或不同。
使用上述用于表II的同一窖爐，計(jì)算了一個(gè)本發(fā)明實(shí)施方案中進(jìn)入排放區(qū)的第三氧化劑流速，并且示于表IV中。
表IV實(shí)施例窖爐的排放側(cè)氣流實(shí)例

如表IV所示，總?cè)紵齾^(qū)化學(xué)計(jì)量為0.8，因此窖爐需要將9,450scfh的高純度氧氣和45,000scfh的風(fēng)機(jī)空氣作為第三氧化劑用于噴射，以得到希望的總窖爐化學(xué)計(jì)量1.10。如果用40％氧氣純度的排出氣流代替，則可以用23,625scfh的排放氣流和相同量的風(fēng)機(jī)空氣作為第三氧化劑。包括高純度氧氣或排出氣流的第三氧化劑有35％的氧氣含量。上面的流量值僅僅是為了舉例說明，并且它們非常依賴于窖爐設(shè)計(jì)、燃燒器構(gòu)造和噴射器構(gòu)造。如所希望的，如果可利用的富集空氣(高純度或排出氣流)更多或更少，將調(diào)節(jié)第三氧化劑中噴入的空氣量。
在爐子周期的整個(gè)排放周期或部分排放周期期間排放區(qū)噴射的持續(xù)是有利的，例如，在多數(shù)熱力型NOx的生成時(shí)間，其中該生成時(shí)間接近每個(gè)爐子半周期(排放周期)的末期。在蓄熱式窖爐中，當(dāng)燃燒側(cè)從爐子的A側(cè)轉(zhuǎn)換到爐子的B側(cè)時(shí)，最初NOx的生成相對(duì)低；然而隨著時(shí)間的推移，NOx的生成增加。在整個(gè)B側(cè)的燃燒時(shí)間內(nèi)噴射第三氧化劑到排放區(qū)，例如A側(cè)，能減少NOx的生成，但如果優(yōu)選，可僅僅在該周期的部分時(shí)段內(nèi)進(jìn)行排放側(cè)的噴射。例如，排放側(cè)的氧化劑可以在四分之三或更低、二分之一或更低、或四分之一或更低的排放周期內(nèi)噴入爐子。目前相信，氧化劑在每個(gè)排放周期的后期噴射更有利，即，在窖爐排放側(cè)不發(fā)生燃燒的時(shí)間的后期；然而，排放側(cè)氧化劑噴射的次數(shù)和數(shù)量可以調(diào)節(jié)，以獲得最低的NOx，并在燃燒的任何時(shí)段內(nèi)控制熔化器和蓄熱器格子體內(nèi)的溫度?？蛇x擇的，在排放周期內(nèi)第三氧化劑噴射的數(shù)量可以增加(或減少)。第一、第二和第三氧化劑噴射的時(shí)間和數(shù)量對(duì)于給定的窖爐可由試驗(yàn)確定。
然而在總?cè)紵齻?cè)化學(xué)計(jì)量比率低于1的窖爐實(shí)施方案中，優(yōu)選的是，在燃燒期間噴射第三氧化劑到排放區(qū)中，這樣可以為熔化器內(nèi)燃料的完全燃燒不斷地提供所需的氧氣。
氧化劑可通過噴射器或噴嘴引入窖爐。用于燃燒側(cè)和排放側(cè)的噴射器和噴嘴可以是可用于此目的的具有任何設(shè)計(jì)的任何噴射器和噴嘴。燃燒區(qū)和排放區(qū)噴射器的位置可以是任意位置，只要氧化劑能噴入并且分別與燃燒區(qū)的燃料流和排放區(qū)的排氣良好混合。例如，噴射器400可以置于圖3所示的側(cè)通道、圖5所示的底通道、圖6所示的穿通道、上通道(未圖示)、在或穿過爐頂(未圖示)的位置，其中該位置決定于窖爐和燃燒器的構(gòu)造、安全性和可采用性。
本申請(qǐng)的發(fā)明的另一方面是如圖4所示的新噴射器400，它可以在本發(fā)明方法或其他現(xiàn)有技術(shù)窖爐的運(yùn)行方法中使用。噴射器400適合于空氣的單獨(dú)噴射，富集空氣(工業(yè)氧氣或排出氣流)的單獨(dú)噴射，或空氣和富集空氣的同時(shí)噴射。為了維持空氣和富集空氣的各自流動(dòng)和壓力的獨(dú)立性，空氣和富集空氣分別在分開的管道或歧管中輸送，然而在一個(gè)管中管(同軸管)的噴射器400中混合?？蛇x擇的是，內(nèi)管和外管輸送不同壓力下的相同組成的氣流，其中這些氣流可以同時(shí)或交替引入窖爐。在圖4所示噴嘴實(shí)施方案中，內(nèi)管410用于富集空氣，而由內(nèi)管和外管420形成的環(huán)形空間450則用于供應(yīng)風(fēng)機(jī)空氣；但是，如果希望在環(huán)形空間注入富集空氣而在內(nèi)管注入空氣，或注入其他兩種氧化劑組合，例如不同組成和/或流速的兩種富集空氣，可以將這種配置互換。風(fēng)機(jī)或壓縮空氣應(yīng)該有足夠的壓力，例如2至5psig，以獲得必要的噴射速度。圖4所示的噴射器簡(jiǎn)圖對(duì)于底通道氧化劑噴射有效，可同時(shí)用于燃燒和排放兩側(cè)，并在爐子周期期間能適應(yīng)一根管或兩根管內(nèi)氧化劑的組成和/或流速的變化。例如，當(dāng)爐子的一側(cè)從燃燒側(cè)轉(zhuǎn)換到排放側(cè)，空氣的流速可能增加2至6倍，而富集空氣可能被切斷。
圖4所示的噴射器400顯示在一底通道結(jié)構(gòu)中。噴射器400有兩個(gè)分開的連接件或管子412、422，用于兩個(gè)不同的氣流。在所示實(shí)施方案的一個(gè)例子中，噴射器有富集空氣(例如，氧含量比空氣高的工業(yè)氧氣)連接件412和風(fēng)機(jī)空氣連接件422；但是，任何氧化劑氣體流的組合都可以用于噴射器400。富集空氣和風(fēng)機(jī)空氣的各自流動(dòng)可以分別使用偏移閥414、424偏移。此外，使用合適的有傾斜能力431的固定架430可以使噴射器對(duì)準(zhǔn)不同的角度。為了防止窖爐輻射，噴嘴頭440縮進(jìn)耐火磚441內(nèi)，這與窖爐中的燃燒器(未圖示)相似。每個(gè)管412、422分別設(shè)有測(cè)壓孔416，426，以分別顯示供應(yīng)壓力，該壓力作為氧化劑流速的一個(gè)示值。流速可以根據(jù)上游壓力和出口噴嘴尺寸簡(jiǎn)單地計(jì)算出。為了在不產(chǎn)生明顯壓降的情況下使從每個(gè)管412、422流出的氧化劑之間產(chǎn)生良好混合，高壓力氧化劑，例如富集空氣可以在中心管410中流動(dòng)，而低壓氧化劑，例如空氣可以在環(huán)形空間450中流動(dòng)。這樣，由于文丘里效應(yīng)，就能有一個(gè)邊界清楚的富集氧化劑混合物噴入窖爐。下面將說明具有多個(gè)孔451，例如洞或縫的噴嘴頭440。管道412、422還分別包含集管417、427。
對(duì)于不同的燃燒器燃燒配置，氧化劑噴射器的位置可不同。例如，參見圖3所示的側(cè)通道燃燒器燃燒配置。在圖3中，兩個(gè)噴射器安裝在側(cè)通道燃燒器的上部和下部。噴射器以一定的角度對(duì)準(zhǔn)第一氧化劑(燃燒空氣)流。噴射器的角度可以與燃燒器的相同，其中該噴射器安裝在該燃燒器的附近。基于與燃燒空氣流成10°角度的典型燃燒器，第二氧化劑噴射器與燃燒空氣(第一氧化劑)流所成角度可以是10至30°。該角度在下面的噴射器噴嘴討論中描述成傾斜角(toe angle)。可選擇的，本發(fā)明方法中可以使用任何傾斜角，或者例如0至45°范圍內(nèi)的傾斜角。
對(duì)于燃燒器(未圖示)周圍的氧化劑噴射，重要的是考慮燃燒器的設(shè)計(jì)。當(dāng)計(jì)算氧化劑噴射器速度和引入工具(例如，噴射器)的對(duì)準(zhǔn)角度時(shí)，應(yīng)該考慮噴嘴頭的孔中的燃料噴射速度和角度以及燃燒器的傾斜角。在燃燒區(qū)，氧化劑噴射器的氣流可直接卷入燃料射流，并且熱裂化燃料流使其成為煙灰粒。在排放區(qū)，氧化劑噴射器應(yīng)該以最大可能的捕獲角度或發(fā)散度卷入排放流，以能夠在熔化器中迅速燃盡CO。多個(gè)具有經(jīng)認(rèn)真確定的傾斜角的引入工具(噴射器)的使用應(yīng)該提供與排氣的有效混合。在圖6和7中，圖解了氧化劑噴射器的底通道和穿通道構(gòu)造。
對(duì)于圖5所示的底通道氧化劑噴射器，傾斜角指向上面或指向爐頂180。這樣，氧化劑流能夠卷入燃燒側(cè)的燃料或排放區(qū)的排放氣流。對(duì)于圖6所示的穿通道氧化劑噴射器，噴射器需要得到充分的冷卻，例如水冷，以防止在排放通道的高溫環(huán)境下的金屬氧化。采用一個(gè)噴嘴傾斜角使噴射器在噴嘴頭處也微微向下傾斜，以防止在爐頂出現(xiàn)熱點(diǎn)。
在剛剛描述的有兩種氧化劑穿流的噴射器中，每一種氧化劑流都可以使用標(biāo)準(zhǔn)的流動(dòng)制動(dòng)器來調(diào)節(jié)和控制。高氧氣含量的氧化劑(例如，排出氣流或工業(yè)氧氣)可以使用標(biāo)準(zhǔn)的流動(dòng)制動(dòng)器來調(diào)節(jié)和控制。為了調(diào)節(jié)流速與燃燒速度，該流動(dòng)制動(dòng)器需要安全設(shè)備(雙阻塞和排放部件)和流動(dòng)控制閥。如果風(fēng)機(jī)空氣是噴入窖爐的氧化劑中的一種，該風(fēng)機(jī)空氣可以由安裝在流動(dòng)控制制動(dòng)器上的高壓風(fēng)機(jī)供應(yīng)。風(fēng)機(jī)的速度和氧化劑流速可以由變頻驅(qū)動(dòng)機(jī)(VFD)控制。為了增加可靠性，可以提供一備用風(fēng)機(jī)。
為了提供有效的混合(除了管中管設(shè)計(jì)和噴射器角度以外)，氧化劑噴射器的另一方面是噴嘴頭440的設(shè)計(jì)。該噴嘴孔的尺寸根據(jù)氧化劑流速和可提供的壓力確定。為了得到良好混合，氧化劑噴射速度在100至1000feet/sec范圍內(nèi)是必要的。如果燃燒側(cè)和排放側(cè)都使用相同的噴嘴，那么燃燒側(cè)與排放側(cè)比較，流速會(huì)有明顯不同。例如，排放側(cè)可能有高于燃燒側(cè)5倍的流速；因此，排放側(cè)的速度可能高出燃燒側(cè)5倍。
圖7所示為多孔噴嘴頭440和端面459的截面圖和正視圖，其中噴嘴頭440和端面459是圖4所示氧化劑噴射器400的一部分。噴嘴有孔451，在這種情況下孔鉆成復(fù)合角。如圖所示，角α是軸向發(fā)散角。該角有助于通過軸向發(fā)散分配氧化劑。α可以在0至30°之間變化。α的最佳值為約15°。傾斜角β可以在0°至15°之間。β的最佳值為約7°。對(duì)在爐子燃燒側(cè)使氧化劑氣流折向燃燒器的燃料射流或在排放側(cè)使其折向煙氣流來說，該傾斜角是重要的。
圖8所示為一個(gè)多縫氧化劑噴射器結(jié)構(gòu)。這里，角α1和α2是軸向發(fā)散角，角β則是傾斜角。由于大長(zhǎng)寬比的縫結(jié)構(gòu)，這種噴嘴的輸送效率比圖7所示多孔噴嘴的好。該拉鏈形噴嘴能在比圓孔形噴嘴短3倍的距離內(nèi)混合氧化劑流，其中該圓孔形噴嘴具有相似的流通面積。一個(gè)優(yōu)選的孔幾何形狀在美國(guó)專利6,866,503中已經(jīng)公開；在此作為參考引入。
本發(fā)明方法可以用于氧—燃料爐子(未圖示)，其中在該爐子中，第一氧化劑是經(jīng)由燃燒器引入燃燒區(qū)的富集空氣流，第二氧化劑是經(jīng)由燃燒器，或鄰近燃燒器，或在前面提及的第二氧化劑在燃燒側(cè)可引入的任意其他位置引入燃燒區(qū)。表述“經(jīng)由燃燒器”意為氧化劑通過作為燃燒器的一部分或連接到燃燒器的連接件在燃料的上方、下方、側(cè)面或周圍引入。本實(shí)施方案中的第一氧化劑和/或第二氧化劑可以通過分離的出口離開燃燒器，盡管它們可能通過與燃燒器連接的單一管線或管子進(jìn)入燃燒器。能在本發(fā)明方法中用于引入第一和第二氧化劑到燃燒區(qū)的燃燒器的一個(gè)例子分級(jí)氧—燃料燃燒器在現(xiàn)有技術(shù)中有提及，可以從Air Products and Chemicals公司買到，Cleanfire HRTM。帶分級(jí)的氧—燃料燃燒器有兩個(gè)用于第一和第二氧化劑的單獨(dú)出口，盡管第一和第二氧化劑的組成可能相同，并且可能由單一來源引入燃燒器。具有兩個(gè)第一和第二氧化劑單獨(dú)出口的燃燒器例子包括那些在Air Product的專利5,611,682，美國(guó)序列號(hào)No.10/919940中披露的燃燒器，該專利在此作為參考引入。對(duì)于本發(fā)明方法的其他實(shí)施方案，按如上所述方法將第三氧化劑引入爐子。在第一和第二氧化劑通過燃燒器引入爐子區(qū)的本發(fā)明方法中，第一和第二氧化劑優(yōu)選為氧氣成分高于90％體積或高于93％體積的富集空氣流。
本發(fā)明是以玻璃窖爐為參考進(jìn)行描述；但是，它同樣適用于其他類型的用于熔化鐵或非鐵金屬的高溫工業(yè)爐。該方法可在用于熔化浮法玻璃或其他類型的平板玻璃、瓶灌玻璃、纖維玻璃、或歸類于專業(yè)玻璃(CRT/TV玻璃、餐具、照明設(shè)備等)的其他玻璃類型的玻璃窖爐中使用。這些爐子包括單元式熔化器、換熱式熔化器、側(cè)通道蓄熱式熔化器、端通道蓄熱式熔化器、混合式空氣—燃料/氧—燃料熔化器、和“全轉(zhuǎn)換”完全氧—燃料燃燒熔化器。對(duì)于不同構(gòu)造的爐子，燃燒區(qū)和排放區(qū)可以不像在此圖示的那樣設(shè)置在爐子的相對(duì)側(cè)，但是將設(shè)置在燃料射流的位置(燃燒區(qū))和排氣流向排放出口的位置(排放區(qū))。
在用于熔化玻璃的混合式窖爐中，例如在此作為參考引入的US 6,519,973中披露的，窖爐熔化區(qū)上方的多數(shù)燃燒熱是由氧—燃料燃燒提供的，而窖爐澄清區(qū)上方的多數(shù)燃燒熱是由空氣—燃料燃燒提供的。混合式窖爐有一個(gè)區(qū)，在那里僅僅氧—燃料燃燒器在熔化器的熔化區(qū)上方使用，和另一個(gè)區(qū)，在那里空氣—燃料燃燒器在熔化器的澄清區(qū)上方使用。本發(fā)明方法將可適用于利用了氧—燃料和空氣—燃料燃燒的優(yōu)點(diǎn)的混合式窖爐。燃燒空氣的化學(xué)計(jì)量比率S可以設(shè)定在0.2＜S＜1的范圍內(nèi)，使得能在空氣—燃料燃燒器的燃燒側(cè)產(chǎn)生富燃料燃燒。第二氧化劑在空氣—燃料燃燒器的燃燒側(cè)噴射，以減少總火焰長(zhǎng)度。在排放側(cè)，第三氧化劑可以以0.05至0.75的排放側(cè)化學(xué)計(jì)量噴射，例如，為了完全燃盡爐子中的CO和未燃燃料。使用具有建議的氧化劑噴射的氧—燃料和空氣—燃料燃燒方法，將能夠?qū)崿F(xiàn)高熱效率、玻璃質(zhì)量的提高和低NOx排放。
本發(fā)明的多數(shù)實(shí)施方案將落入在此定義的一個(gè)或更多化學(xué)計(jì)量比率。第一氧化劑的化學(xué)計(jì)量比率可以在0.2至1.1，或0.4至0.9，或0.6至0.8的范圍內(nèi)。第二氧化劑的化學(xué)計(jì)量比率可以在0.05至0.75，或0.05至0.5，或0.1至0.3的范圍內(nèi)。燃燒側(cè)的總化學(xué)計(jì)量比率可以在0.45至1.15，或0.5至1.1，或0.7至0.95的范圍內(nèi)。排放側(cè)第三氧化劑的化學(xué)計(jì)量比率可以在0.05至0.75，或0.1至0.6，或0.2至0.4的范圍內(nèi)。窖爐(燃燒和排放區(qū))的總化學(xué)計(jì)量比率可以在0.9至1.3，或0.9至1.1，或0.95至1.05的范圍內(nèi)。具有上述所列S范圍的任何組合的方法都屬于本發(fā)明的部分。這些S值都是根據(jù)燃料以及第一、第二和第三氧化劑引入爐子的速度計(jì)算得到的。
盡管本發(fā)明以特殊的注意力對(duì)特殊的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明方法對(duì)另外實(shí)施例的應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的，因此本發(fā)明包括落入權(quán)利要求中的顯而易見的實(shí)施方案的變化形式。
權(quán)利要求
1.一種在包括燃燒區(qū)和排放區(qū)，三種氧化劑和燃料的爐子中的燃燒方法，其包括如下步驟引入燃料到所述燃燒區(qū)；引入第一氧化劑到燃燒區(qū)；引入第二氧化劑到燃燒區(qū)；和引入第三氧化劑到排放區(qū)；其中在所述引入第一氧化劑的步驟期間，進(jìn)行引入第二氧化劑的步驟，和引入第三氧化劑的步驟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述引入第二氧化劑的步驟和所述引入第三氧化劑的步驟都在所述引入所述第一氧化劑的步驟的至少一些部分內(nèi)發(fā)生。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.2至1.1之間的化學(xué)計(jì)量比率。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氧化劑在所述燃燒區(qū)提供小于1的化學(xué)計(jì)量比率。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氧化劑在所述燃燒區(qū)提供小于或等于0.9的化學(xué)計(jì)量比率。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氧化劑在所述燃燒區(qū)提供小于或等于0.8的化學(xué)計(jì)量比率。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述第二氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.05至0.5之間的化學(xué)計(jì)量比率。
8.權(quán)利要求3的方法，其中所述第二氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.05至0.5之間的化學(xué)計(jì)量比率。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.45至1.15之間的化學(xué)計(jì)量比率。
10.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一和第二氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.45至1.15之間的化學(xué)計(jì)量比率。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述第三氧化劑在所述排放區(qū)提供在0.05至0.75之間的化學(xué)計(jì)量比率。
12.權(quán)利要求3的方法，其中所述第三氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.05至0.75之間的化學(xué)計(jì)量比率。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一、第二和第三氧化劑在所述燃燒和排放區(qū)提供在0.9至1.3之間的化學(xué)計(jì)量比率。
14.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一、第二和第三氧化劑在所述燃燒和排放區(qū)提供在0.9至1.3之間的化學(xué)計(jì)量比率。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.4至0.9之間的化學(xué)計(jì)量比率，和所述第二氧化劑在所述燃燒區(qū)提供在0.1至0.3之間的化學(xué)計(jì)量比率。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述第三氧化劑在所述排放區(qū)提供在0.1至0.6之間的化學(xué)計(jì)量比率。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述第一、第二和第三氧化劑在所述燃燒區(qū)和所述排放區(qū)提供在0.9至1.1之間的化學(xué)計(jì)量比率。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一、第二氧化劑和所述第三氧化劑各自單獨(dú)地選自空氣、加熱空氣、風(fēng)機(jī)空氣、富集空氣和排出氣流。
19.權(quán)利要求1的方法，其中所述爐子選自蓄熱式熔化器、單元式熔化器、換熱式熔化器、混合式空氣—燃料/氧—燃料熔化器、和氧—燃料燃燒熔化器。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述引入所述第二氧化劑到燃燒區(qū)的步驟通過由噴射器噴射所述第二氧化劑來完成，和其中所述引入所述第三氧化劑到排放區(qū)的步驟通過由噴射器噴射所述第三氧化劑來完成。
全文摘要
一種在包括燃燒區(qū)和排放區(qū)，三種氧化劑和燃料的爐子中的燃燒方法，該方法包括步驟引入燃料到所述燃燒區(qū)；引入第一氧化劑到燃燒區(qū)；引入第二氧化劑到燃燒區(qū)；和引入第三氧化劑到排放區(qū)；其中在所述引入第一氧化劑的步驟期間，進(jìn)行引入第二氧化劑的步驟和引入第三氧化劑的步驟。
文檔編號(hào)F23C6/04GK1928428SQ20051011325
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者M·L·喬斯, M·E·哈貝, K·A·里伊雷 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司