CN105121362B - 带热回收的炉内燃烧方法 - Google Patents

带热回收的炉内燃烧方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105121362B
CN105121362B CN201480020589.XA CN201480020589A CN105121362B CN 105121362 B CN105121362 B CN 105121362B CN 201480020589 A CN201480020589 A CN 201480020589A CN 105121362 B CN105121362 B CN 105121362B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
oxygen
preheated
outlet
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480020589.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105121362A (zh
Inventor
G·康斯坦丁
B·勒鲁
R·卡尔切维克
R·齐阿瓦
P·迪佩雷
B·格朗德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of CN105121362A publication Critical patent/CN105121362A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105121362B publication Critical patent/CN105121362B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1653—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape
    • F28D7/1661—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having a square or rectangular shape with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/2353—Heating the glass by combustion with pure oxygen or oxygen-enriched air, e.g. using oxy-fuel burners or oxygen lances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/235—Heating the glass
    • C03B5/237—Regenerators or recuperators specially adapted for glass-melting furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04—Arrangements of recuperators
    • F23L15/045—Arrangements of recuperators using intermediate heat-transfer fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/001—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for thermal power plants or industrial processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2211/00—Heating processes for glass melting in glass melting furnaces
    • C03B2211/40—Heating processes for glass melting in glass melting furnaces using oxy-fuel burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/05081—Disposition of burners relative to each other creating specific heat patterns
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于在炉的腔室(100)中利用经预热的工业氧气富氧燃烧燃料的设备和方法，所述炉包括4到20个富氧燃料燃烧器(107，109)，至少第一系列的富氧燃料燃烧器(107)沿第一方向排列在该腔室的壁(114)中，该设备和方法涉及通过与从腔室(100)排出的烟气进行热交换来加热传热流体，并且涉及借助于热的传热流体在邻近腔室(100)的壳体且平行于第一系列的富氧燃料燃烧器(107)的主热交换器(103)中加热工业氧气，待预热的工业氧气在主交换器(103)的上游或其氧气入口区域中被分成多股待预热的氧气流，所述主交换器包括多个出口，第一系列的每个富氧燃料燃烧器(107)与主热交换器(103)的出口(131，132)连接以向所述富氧燃料燃烧器(107)供给经预热的工业氧气流，该主交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。

Description

带热回收的炉内燃烧方法
技术领域
本发明涉及包括4到20个燃烧器的炉。
背景技术
此类炉在玻璃行业中是已知的。尤其已知此类玻璃熔炉，特别是生产能力在每天20到200公吨熔融玻璃的这样的玻璃熔炉。
在这些炉中，通过利用氧化剂燃烧燃料来产生热，所述氧化剂通常是空气。
各燃烧器的功率被单独调节，或燃烧器被分组调节，以便建立炉内的期望热曲线。燃烧器的总功率根据在炉内执行的方法且例如在熔炉的情况下尤其根据炉的出料量(draw)进行调节。
为了减少炉的污染物排放(NOx、灰尘)和能量消耗，已知的做法是用工业级氧气代替燃烧用空气。在本文中，工业级氧气或工业氧气是指含氧量为70vol％或更高的气体。使用工业级氧气的燃烧通常称为“富氧燃烧”，执行“富氧燃烧”的燃烧器称为“富氧燃料燃烧器”。
为了执行富氧燃烧，因而在实践中已知在环境温度下将工业级氧气喷射到炉内，这就是说没有炉前预热的步骤。然后燃料通常同样在环境温度下喷射(例如当燃料为天然气或轻燃油时)。另一方面，在粘性燃料(例如重燃油)的情况下，燃料首先升温至燃料的粘度已充分减小以允许它被容易地喷射入炉内的温度(例如在重燃料的情况下约120℃的温度)。
在实践中还已知通过在富氧燃料燃烧器的上游预热至少一种反应剂(工业级氧气和/或燃料)来利用富氧燃烧改善炉的经济平衡。
主要有两种利用热烟气预热反应剂的已知方式。
首先是包括热交换器的装置，所述热交换器允许利用由炉产生的热烟气跨壁直接加热反应剂。文献EP950031和US5,807,418记载了此类装置。
此第一方案，尽管由于它仅需一个热交换器而成本较低，但不会始终提供充分的安全水平，特别是在预热工业级氧气时，原因在于经预热的工业级氧气的反应性和腐蚀性特别高。问题在于烟气通常包含未燃物质，要么由于该方法需要炉内的还原气氛，要么由于燃烧器的不良运转。在一定时间过后，这种热交换器的材料可能由于与热烟气和热氧气的接触而尤其通过侵蚀/腐蚀被损坏。交换器的缺陷部件因而可允许氧气与热烟气中的未燃物质接触，从而产生火源，其后果将是灾难性的。此外，对于此第一方案，经预热的工业级氧气通过输送管道网络从热交换器输送到依靠经预热的氧气操作的各个富氧燃料燃烧器，所述输送管道也易于被它们正在输送的经预热的氧气腐蚀。
作为此问题的一个解决方案，存在包括利用两个连续的热交换器分两级在热烟气与燃烧反应剂之间进行热交换的预热装置。第一热交换器用于由热烟气加热中间流体，尤其是空气，而第二热交换器用于由事先利用第一热交换器加热的中间流体来加热燃烧反应剂，特别是工业级氧气。申请人公司名下的文献US6,071,116和US6,250,916记载了此类装置。对于此解决方案，用于每种待预热的燃烧反应剂的第二热交换器直接位于使用经预热的反应剂的每个燃烧器的上游处。此第二方案比上文描述的第一方案更安全，因为所选择的中间流体是含氧量对于烟气中的未燃物质的点燃而言不够高的流体，并且运送经预热的反应剂的管道且尤其是运送经预热的工业级氧气的管道被保持为最少。另一方面，它由于所需的更大数量的热交换器而更昂贵。
申请人公司名下的文献EP-A-2546204和文献WO-A-2009/118337记载了此类装置的具体实施例。
发明内容
本发明的一个目的是允许在包括4到20个富氧燃料燃烧器的炉中实施该第二方案，同时最大限度地减少回收热量和预热工业级氧气所需的投资。本发明的另一个目的是允许该第二方案在玻璃熔炉中的应用，特别是生产能力在每天20到200公吨熔融玻璃的玻璃熔炉。
本发明首先涉及一种包括炉的设备。该炉包括一方面由炉底且另一方面由耐火壳体界定出的腔室，该壳体包括壁和炉顶。该腔室还包括烟气出口。该炉包括4到20个朝向腔室内部定向的富氧燃料燃烧器。至少第一系列的所述富氧燃料燃烧器处于腔室的第一壁中且排列在称为“第一方向”的方向上。
该设备还包括与腔室的烟气出口连接的加热装置。该加热装置被设计成利用从腔室排出的烟气来加热传热流体，由此获得热的传热流体。
本文中所用的术语“连接”是指流体地连接，这就是说，以允许流体在相连接的两个元件之间输送的方式进行连接。
该设备还包括称为主热交换器或主交换器并与加热装置连接的热交换器。主交换器用于通过跨壁与热的传热流体进行热交换来预热工业级氧气以获得经预热的工业级氧气，并且包括用于向至少其中一个富氧燃料燃烧器供给经预热的工业级氧气的至少一个经预热工业氧气的出口。根据本发明的设备的主交换器邻近腔室的壳体并且包括多个经预热工业氧气的出口。
为了向第一系列的富氧燃料燃烧器供给经预热的工业级氧气，该第一系列的每个富氧燃料燃烧器与主交换器的一出口连接。优选地，主交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。
因此，概括而言，主交换器的每个出口可与一富氧燃料燃烧器连接。当所述主交换器仅与第一系列的富氧燃料燃烧器连接时，该主交换器的每个出口通常与该第一系列的一富氧燃料燃烧器连接。然而，在一些情形中，主交换器还可包括额外的出口，用于向该设备的另一装置供给经预热的工业氧气流。
本发明有许多优点。本发明能通过回收能量来预热燃烧反应剂、特别是预热被用作氧化剂的工业级氧气，以实现燃料节省和与富氧燃烧相关的污染物排放的减少。本发明还提供了与利用热烟气预热燃烧反应剂的第二方案相关的高安全级别。此外，本发明能利用最少的装备和被限制在最少的用于将经预热的工业级氧气输送到富氧燃料燃烧器所需的管道量实现这种高安全级别。
具有多个工业级氧气出口的主交换器的使用提供了供给多股经预热的工业级氧气流的很大灵活性。具有多个经预热的工业氧气出口的主交换器的使用还提供了以下显著优点：即，限制了(如果不是消除的话)对用于将经预热的工业级氧气流分摊到多股子流中的***、尤其是阀的需求。当每个经预热工业氧气的出口与单个富氧燃料燃烧器连接时，不必分割处于预热状态的工业级氧气以将它分配到各个燃烧器中。考虑到热的工业级氧气的特别高的氧化和腐蚀特性，很少有***能可靠地分割热氧气流并且已有的可靠***特别昂贵，因此非常希望有一种可以不利用或最低限度地利用此类***进行操作的设备。
根据本发明，单个主交换器能借助于以下事实来产生多股经预热的工业氧气流：即，工业级氧气在被预热之前——这就是说在主交换器的上游或在氧气进入主交换器的区域中——被分流成多股流。
为此，该设备包括分流装置，该分流装置用于将待预热的工业级氧气分流成多股待预热的氧气流，并且定位在主交换器的上游或氧气进入主交换器的区域中。
优选地，分流装置将一股待预热的工业氧气流分成一定数量的待预热的工业氧气流，该数量对应于由主交换器供给的经预热的工业氧气流的数量。
该炉优选地包括5到16个富氧燃料燃烧器，更优选地5到10个富氧燃料燃烧器。
“一系列富氧燃料燃烧器”在定义上包括多个富氧燃料燃烧器，通常至少三个富氧燃料燃烧器。“一系列”有利地包括3到8个富氧燃料燃烧器，优选地3到6个富氧燃料燃烧器。
本发明特别有益地涉及包括玻璃熔炉且特别是生产能力或出料量在每天20到200公吨熔融玻璃的熔炉的设备。
腔室周围的区域通常处于比环境温度高的温度。结果，将主热交换器定位在腔室的壳体附近也有助于限制热能损失。
根据本发明的一个实施例，主热交换器邻近包括第一系列的富氧燃料燃烧器的壁。这种情况下，用于来自主热交换器的经预热的工业级氧气的出口通常仅与第一系列的富氧燃料燃烧器连接。
根据此实施例，当熔炉包括位于腔室的第二壁中的第二系列的富氧燃料燃烧器时，该第二系列的富氧燃料燃烧器排列在称为“第二方向”的方向上，该设备有利地包括如上所述类型的第二主热交换器。该第二主交换器也与加热装置连接。
该第二主交换器因此有利地定位成使得它邻近包括第二系列的富氧燃料燃烧器的第二壁，其中第二主交换器的纵向尺寸平行于该第二系列的富氧燃料燃烧器的第二方向。
这种情况下，第二主交换器的出口可有益地沿第二主交换器的该纵向尺寸散布。第二系列的每个富氧燃料燃烧器因此有利地与第二主交换器的最接近所述富氧燃料燃烧器的经预热的工业氧气出口连接，第二主交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。
第二主交换器的经预热的工业氧气出口可仅与第二系列的富氧燃料燃烧器连接。
该腔室的第一壁——第一系列的富氧燃料燃烧器将位于其中——通常定位成与该腔室的第二壁——第二系列的富氧燃料燃烧器将位于其中——相对。优选地，第一系列的第一方向和第二系列的第二方向基本平行。
根据本发明的另一实施例，主热交换器定位在腔室的炉顶上方和附近。
根据其中主交换器位于炉顶上方的此第二实施例，尤其当炉在腔室的定位成与第一壁相对的第二壁中包括排列在第二方向上的第二系列的富氧燃料燃烧器时，第二系列的每个富氧燃料燃烧器还有利地与此主热交换器的交换器出口连接，如同第一系列的富氧燃料燃烧器那样。同样，该第二系列的富氧燃料燃烧器有利地与主热交换器的最接近所述富氧燃料燃烧器的出口连接。这种情况下，第一系列的富氧燃料燃烧器的第一方向优选地平行于第二系列的富氧燃料燃烧器的第二方向。
很多炉具有矩形腔室，包括上游壁、与上游壁相对的下游壁以及将上游壁和下游壁连接的两个侧壁。这些侧壁对应于矩形的最长边。当炉在腔室的相对两个壁中包括两个系列的富氧燃料燃烧器时，这两个系列优选地分别安装在各侧壁中。
在用于处理跨越腔室从一侧行进到另一侧的炉料的炉例如连续熔炉中，炉料通常经上游壁或在其附近导入腔室中并且经处理的炉料(例如熔融炉料)从腔室经下游壁或在其附近排出。
可使用各种加热装置利用在主热交换器上游从腔室除去的烟气来加热传热流体。根据一个有益的实施例，此加热装置是称为二级热交换器或二级交换器的热交换器，用于通过跨壁与从腔室排出的烟气进行热交换来加热传热流体。
传热流体的含氧量有利地不高于空气的含氧量。传热流体例如可以是空气、氮气或CO2。
工业级氧气有利地具有70％或更高、例如至少80％且优选地至少90％的含氧量。
根据一个有益的实施例，主热交换器是管式热交换器。经预热的工业氧气出口因此与所述管式交换器的管连接，工业级氧气在所述管中通过跨管壁与热的传热流体进行热交换而被预热。
这种管式热交换器有利地包括彼此流体地分隔的多个管束(管集群，tubebundle)，每个管束与至少一个经预热的工业氧气出口连接且每个经预热的工业氧气出口与单个管束连接。例如，一个管束可向主交换器的两个经预热的工业氧气出口供给经预热的工业氧气，但每个所述出口仅与此管束连接而不与其它管束之一连接。
优选地，每个管束与不超过两个经预热的工业氧气出口连接，并且更加优选地，每个管束与单个经预热的工业氧气出口连接，使得通过其中一个管束预热的工业级氧气流全部被供给到与所述管束连接的经预热的工业氧气出口。
为了分割待预热的工业级氧气，热交换器可包括多个工业氧气入口，例如每个管束一个入口。当分流装置位于主交换器的上游时，尤其就是这种情况。
还可以为主交换器内部的每个管束设置一个入口端盖，每个入口端盖都布置成用于向单个管束供给待预热的工业级氧气。所述入口端盖因此形成位于主交换器上游的区域中的氧气分流装置的一部分。
有益地，管式主交换器的每个经预热的工业氧气出口经由返回端盖和返回管路与仅其中一个管束连接，所述返回管路位于主交换器内部。主交换器因此包括用于每个管束的一个返回端盖。当主交换器的出口沿交换器的纵向尺寸定位时，此实施例是尤其有益的。
根据本发明的设备有利地还包括至少一个燃料交换器，用于通过跨壁与热的传热流体进行热交换而在腔室的富氧燃料燃烧器的上游预热燃料。此交换器也称为燃料主交换器。所述至少一个交换器有利地对应于上文关于一个或多个工业氧气主交换器描述的实施例之一(在位置、出口、与(一系列)富氧燃料燃烧器的连接、分流装置、结构等方面)，但是，由所述燃料主交换器预热和供给的流体是燃料，而不是工业级氧气。
本发明还涉及一种利用根据任何一个上文描述的实施例的根据本发明的设备的燃烧方法。
根据此方法，通过借助于富氧燃料燃烧器利用经预热的工业级氧气作为氧化剂燃烧燃料，在腔室中产生热和烟气。烟气经由烟气出口从腔室排出。借助于从腔室排出的烟气在加热装置中加热传热流体，以便获得热的传热流体。通过跨壁与来自加热装置的热的传热流体进行热交换而在主热交换器中预热工业级氧气，以便获得经预热的工业级氧气。将该经预热的工业级氧气的流传送到主交换器的每个经预热的工业氧气出口。经预热的工业级氧气的流被供给到与经预热的工业氧气出口连接的富氧燃料燃烧器，使得它可被用作燃烧腔室内的燃料的氧化剂。
根据一个特别有利的实施例，根据本发明的燃烧方法在玻璃熔炉中执行。
本发明还涉及如上文所述的管式主热交换器的各种形式的实施例。
因而，本发明还涉及一种包括互相流体地分隔的多个管束的管式热交换器。每个所述管束与交换器的至少一个出口连接以从交换器排出经加热流体的流，并且每个经加热流体的出口仅与一个管束连接。
管式交换器具有与管束的方向对应的纵向尺寸，且在沿该纵向尺寸的各个位置包括经加热流体的出口。
如上文所述，所述多个位置是根据至少一个系列的富氧燃料燃烧器或甚至多个系列的富氧燃料燃烧器在腔室的壁中的位置而选择的。
如上文所述，为了分割待预热的流体，热交换器可包括用于待加热的流体的多个入口，例如每个管束一个入口。
还如上文所述，也可为管式主热交换器设置用于每个管束的一个入口端盖，每个入口端盖布置成仅向一个管束供给待加热的流体。
有益地，管式主交换器的每个经预热的工业氧气出口经由返回端盖和返回管路与其中一个管束连接，所述返回管路位于交换器内部。主交换器因此包括用于每个管束的一个返回端盖。
附图说明
本发明及其优点通过以下参照附图1至4的示例说明，其中图1是根据本发明的设备的示意图，图2是根据本发明的管式主热交换器的截面示意图。图3和4是这4个管束的一种可行的构型的示意图，这些图是分别从管入口端和管出口端观察的。
具体实施方式
图1更具体地示出包括玻璃熔炉的设备。该炉的腔室100包括炉底(未示出)、炉顶111以及四个壁112至115，更具体地为上游壁112、下游壁113及两个侧壁114和115。
该炉包括安装在腔室100的壁中的8个富氧燃料燃烧器107、109。第一系列的四个富氧燃料燃烧器107安装在第一侧壁114中，且第二系列的四个富氧燃料燃烧器109安装在第二侧壁115中。
每个系列的富氧燃料燃烧器107、109在平行于腔室100的长度的水平方向上均匀地间隔开。第一系列的富氧燃料燃烧器107和第二系列的富氧燃料燃烧器109更具体地定位成使得，当沿腔室100的长度看时，第一系列的富氧燃料燃烧器107位于第二系列的两个接连的富氧燃料燃烧器109之间，且反之亦然。
由富氧燃料燃烧器107、109产生的烟气从腔室100经上游壁112经由单个烟气出口116排出，然后被送至烟道(未示出)。可玻璃化的物质经上游壁112经由两个进料器108被引入腔室100中。熔融材料从腔室100经由腔室100的下游壁113中的出口(未示出)排出。
单个复热器101利用从腔室100排出的烟气的热而被用作加热空气的加热装置，所述空气被用作传热流体。该复热器101安装在腔室100的烟道中。在图1所示的实施例中，复热器101因而安装在腔室100的上游侧。
由此产生的热空气沿管道102从复热器101排出。
该热空气的流被引向在炉顶111附近安装在腔室100的顶部上的主热交换器103。交换器103距两个系列的富氧燃料燃烧器107和109的距离相等。所述主交换器103的纵向尺寸因此平行于腔室100的纵向轴线。
在所述主交换器103内，工业级氧气通过跨壁与来自复热器101的热的传热流体进行的热交换而被预热。
主交换器103包括用于经预热的工业级氧气的8个出口131、132：位于第一系列的4个富氧燃料燃烧器107侧的4个出口131和位于第二系列的4个富氧燃料燃烧器109侧的4个出口132。每个出口131、132以这样的方式定位：即，经预热的工业氧气出口131、132与最近的富氧燃料燃烧器107、109之间的距离最小。经预热的工业氧气管道133、134将各出口131、132与最近的燃烧器107、109连接，以向所述燃烧器107、109供给经预热的工业级氧气作为氧化剂。由于出口131、132相对于燃烧器107、109的位置，所述管道133、134的长度保持在最小。
这种布置的第一优点是：它提高了设备的热效率。具体地，主交换器103和管道133、134的紧挨的周边包括热的炉顶111，围绕主交换器103和管道133、134经保温材料(lagging)的热损失因而降低。
另一个优点是主交换器103的双重用途：一方面，用于预热燃烧器107、109上游的工业级氧气，另一方面，用于将经预热的工业氧气输送给相对的每个燃烧器。
通过最大限度地缩短主交换器103的出口与燃烧器107、109之间的距离，由于通过保温管道133、134而导致的热损失将降低。
由于每个出口131、132与单个燃烧器107、109相关联，所以不必为所述管道133、134设置用于分配来自所述出口131、132并用于多个燃烧器的经预热的工业级氧气的***，例如阀。
根据图1所示的实施例，该设备还包括称为燃料主交换器的热交换器104，其用于在燃烧器107、109的上游预热燃料，该燃料例如为气态燃料，诸如天然气。此第二热交换器104定位在主交换器103的顶部。
为了向第二交换器104供给热空气，在复热器101中产生的热空气被分成两股单独的流，第一股流被引向主热交换器103，而第二股流被引向第二交换器104。
第二交换器104以与主交换器103相同的原理操作，且因此提供相同的优点。
因而，第二交换器104安装成距两个系列的富氧燃料燃烧器107和109的距离相等。第二交换器104的纵向尺寸因此平行于腔室100的纵向轴线。
第二交换器104包括用于经预热的燃料的8个出口141、142：位于第一系列的4个富氧燃料燃烧器107侧的4个出口141和位于4个富氧燃料燃烧器109侧的4个出口142。每个出口141、142以这样的方式定位：即，经预热的燃料出口141、142与最近的富氧燃料燃烧器107、109之间的距离最小。经预热的燃料的管道143、144将每个出口141、142与最近的燃烧器107、109连接，以向所述燃烧器107、109供给经预热的燃料。
根据本发明的一个优选实施例，主交换器允许同时预热多股工业级氧气流，其流量可被彼此独立地调节。当该设备还包括用于预热燃料的第二交换器时，希望该第二交换器类似地允许同时预热其流量可彼此独立地调节的多股燃料流。由于安全和可靠性的原因，还希望可以在预热之前在燃烧反应剂的位置调节这些流量。
图2所示的交换器被设计成允许多股不同的燃烧反应剂流的同时预热。这意味着每股经预热的反应剂流的流量可被独立地调节，这样可独立地调节每个燃烧器的功率。本发明因而使得更容易实现腔室中的期望热曲线且使炉更灵活。
如图2所示，交换器103是具有以下特性的板管式交换器：
·管被分割成多个束，其数目对应于待预热的不同流的数目(在图示的情形中为4个束10、20、30和40)；
·每个束10、20、30、40由称为入口端盖的端盖11至14覆盖，每个入口端盖具有燃烧反应剂的单独进料口21至24；
·在管的相对端，每个束10、20、30、40由称为返回端盖的端盖31至34覆盖，所述端盖将经预热的反应剂从该束朝向专门与该束连接的一个或多个返回管41至44送回；
·每个返回管41至44将经预热的反应剂朝向交换器的经预热的反应剂的出口1至4之一传送，每个出口优选地由单个返回管41至44供给；
·返回管41至44的长度根据对应的出口1至4的定位而变化，如上文所述，出口的定位取决于炉的腔室内的对应燃烧器的位置；
·用于预热的反应剂的流量在入口端盖11至14的上游或甚至热交换器的上游——也就是在反应剂被预热之前——针对各管束10、20、30和40进行调节。
每束的管的数量及其直径被选择成确保反应剂通过与热的传热流体(通常为热空气)进行热交换而被充分预热，同时将交换器中的反应剂的压力和最大速率保持在不超过安全极限的水平。
图3和4示意性示出了分别在图2的III-III和IV-IV上看到的4个管束10、20、30和40的一种可行的构型。
为端盖11至14和31至34、各束的管以及返回管41至44且一般而言为与燃烧反应剂接触的任何表面选择的材料是与这些材料兼容的材料。因而，对于与经预热的氧气接触的表面，有利地采用包含60％到75％的镍和10％到30％的铬的合金。

Claims (17)

1.一种设备，包括炉，所述炉包括：
·一方面由炉底且另一方面由耐火壳体界定出的腔室(100)，所述壳体包括壁(112，113，114，115)和炉顶(111)，且所述腔室(100)包括烟气出口(116)，和
·朝向所述腔室(100)的内部定向的4到20个富氧燃料燃烧器(107，109)，至少第一系列的所述富氧燃料燃烧器(107)沿第一方向排列在所述腔室(100)的第一壁(114)中，
所述设备还包括：
·利用从所述腔室(100)排出的烟气加热传热流体以由此获得热的传热流体的加热装置(101)，所述加热装置(101)与所述腔室(100)的烟气出口(116)连接，
·用于通过经壁与所述热的传热流体进行热交换来预热工业级氧气以获得经预热的工业级氧气的主热交换器(103)，所述主热交换器(103)邻近所述腔室(100)的壳体且与所述加热装置(101)连接，并且包括用于向所述富氧燃料燃烧器(107，109)中的至少一个富氧燃料燃烧器供给经预热的工业级氧气的至少一个经预热的工业氧气出口(131，132)，
其特征在于：
·所述设备包括用于将在所述主热交换器(103)中待预热的工业级氧气分成多股在所述主热交换器(103)中待预热的氧气流的分流装置，所述分流装置定位在所述主热交换器的上游或氧气进入所述主热交换器的区域中，并且
·所述主热交换器包括用于供给经预热的工业氧气流的多个出口(131，132)，第一系列的每个富氧燃料燃烧器(107)与所述主热交换器(103)的一出口(131，132)连接以向所述富氧燃料燃烧器供给经预热的工业氧气流，所述主热交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述主热交换器(103)邻近包括所述第一系列的富氧燃料燃烧器(107)的所述第一壁(114)。
3.如权利要求1和2中任一项所述的设备，其中，所述主热交换器(103)具有平行于所述第一系列的富氧燃料燃烧器的方向的纵向尺寸，并且其中所述主热交换器的出口(131，132)沿该纵向尺寸定位，所述第一系列的每个富氧燃料燃烧器(107)与所述主热交换器(103)的最近出口连接。
4.如权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述炉是熔炉，所述熔炉包括位于所述腔室(100)的第二壁(115)中且排列在第二方向上的第二系列的富氧燃料燃烧器(109)，
所述设备包括：
·用于通过跨壁与所述热的传热流体进行热交换来预热工业级氧气以获得经预热的工业级氧气的第二主热交换器，
·用于将在所述第二主热交换器中待预热的工业级氧气分成多股在所述第二主热交换器中待预热的氧气流的第二分流装置，
其中：
-所述第二分流装置定位在所述第二主热交换器的上游或氧气进入所述第二主热交换器的区域中，
-所述第二主热交换器邻近包括所述第二系列的富氧燃料燃烧器(109)的第二壁(115)，也与所述加热装置(101)连接，并且包括用于供给经预热的工业氧气流的多个出口，
-第二系列的每个富氧燃料燃烧器(109)与所述第二主热交换器的单个出口连接以向所述富氧燃料燃烧器供给对应的经预热的工业氧气流，所述第二主热交换器没有与多个富氧燃料燃烧器连接的出口。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述第二主热交换器邻近包括所述第二系列的富氧燃料燃烧器(109)的所述第二壁(115)并具有平行于所述第二系列的富氧燃料燃烧器(109)的方向的纵向尺寸，所述第二主热交换器的出口沿该纵向尺寸定位，第二系列的每个富氧燃料燃烧器(109)与所述第二主热交换器的最近出口连接。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述主热交换器(103)位于所述腔室(100)的炉顶(111)上方并邻近所述炉顶(111)。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述炉包括在所述腔室的第二壁(115)中排列在第二方向上的第二系列的富氧燃料燃烧器(109)，所述第二壁(115)与所述第一壁(114)相对，第二系列的每个富氧燃料燃烧器(109)与所述主热交换器(103)的经预热工业氧气的出口连接，以向所述第二系列的富氧燃料燃烧器(109)供给经预热的工业级氧气流。
8.如权利要求1、2和6中任一项所述的设备，其中，所述加热装置(101)是用于通过跨壁与从所述腔室排放的烟气进行热交换来加热所述传热流体的二级热交换器。
9.如权利要求1、2和6中任一项所述的设备，其中，所述主热交换器(103)是管式热交换器，经预热的工业氧气的出口与所述管式热交换器的管连接。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述主热交换器(103)包括彼此流体地分隔开的多个管束(10，20，30，40)，每个管束(10，20，30，40)与所述主热交换器(103)的多个出口中的至少一个出口连接且每个出口与单个管束(10，20，30，40)连接，每个管束(10，20，30，40)与单个出口连接。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述主热交换器(103)包括用于每个管束(10，20，30，40)的一入口端盖(11，12，13，14)，每个入口端盖(11，12，13，14)布置成用于向单个管束(10，20，30，40)供给用于预热的工业级氧气。
12.如权利要求10所述的设备，其中，所述主热交换器(103)的每个出口经由返回端盖(31，32，33，34)和返回管路(41，42，43，44)与一管束(10，20，30，40)连接，所述主热交换器(103)包括用于每个管束(10，20，30，40)的一返回端盖(31，32，33，34)。
13.如权利要求1、2和6中任一项所述的设备，其中，所述设备包括用于通过跨壁与所述热的传热流体进行热交换而在所述富氧燃料燃烧器(107，109)的上游预热燃料的至少一个燃料主交换器(104)，所述燃料主交换器(104)邻近所述腔室(100)的壳体且与所述加热装置(101)连接，并且包括用于向所述设备的富氧燃料燃烧器(107，109)供给经预热的燃料流的多个出口，所述燃料主交换器(104)没有与多个富氧燃料燃烧器(107，109)连接的出口。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述燃料主交换器(104)的每个出口(141，142)与一个富氧燃料燃烧器(107，109)连接。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述设备还包括用于将待预热的燃料分成多股待预热的燃料流的分流装置，所述燃料分流装置定位在所述燃料主交换器的上游或燃料进入所述燃料主交换器的区域中。
16.如权利要求1、2和6中任一项所述的设备，其中，所述炉是玻璃熔炉。
17.一种使用如前述权利要求中任一项所述的设备的燃烧方法，在所述方法中：
·在腔室(100)中借助于富氧燃料燃烧器(107，109)通过利用经预热的工业级氧气作为氧化剂燃烧燃料来产生热和烟气，
·所述烟气从所述腔室(100)经由烟气出口(116)排出，
·借助于从所述腔室(100)排出的烟气在加热装置(101)中加热传热流体，以便获得热的传热流体，
·通过跨壁与热的传热流体进行热交换而在所述设备的一个或多个主热交换器(103)中预热工业级氧气，以便获得经预热的工业级氧气，
·将经预热的工业级氧气的流传送到所述设备的一个或多个主热交换器(103)的每个出口，并且将该经预热的工业级氧气的流作为氧化剂供给到与所述出口连接的所述富氧燃料燃烧器(107，109)。
CN201480020589.XA 2013-02-12 2014-02-12 带热回收的炉内燃烧方法 Active CN105121362B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1351194A FR3002025B1 (fr) 2013-02-12 2013-02-12 Methode de combustion dans un four avec recuperation de chaleur
FR1351194 2013-02-12
PCT/FR2014/050275 WO2014125213A2 (fr) 2013-02-12 2014-02-12 Methode de combustion dans un four avec recuperation de chaleur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105121362A CN105121362A (zh) 2015-12-02
CN105121362B true CN105121362B (zh) 2019-01-18

Family

ID=48613785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480020589.XA Active CN105121362B (zh) 2013-02-12 2014-02-12 带热回收的炉内燃烧方法

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP2956416B1 (zh)
JP (1) JP6400602B2 (zh)
KR (1) KR102154372B1 (zh)
CN (1) CN105121362B (zh)
BR (1) BR112015019195A2 (zh)
ES (1) ES2691871T3 (zh)
FR (1) FR3002025B1 (zh)
PL (1) PL2956416T3 (zh)
TR (1) TR201815416T4 (zh)
WO (1) WO2014125213A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106277718B (zh) * 2016-08-19 2019-03-15 巨石集团有限公司 一种玻璃纤维池窑用玻璃液通道加热方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464100A (zh) * 2008-03-19 2009-06-24 孔巧仪 一种塑料干燥机用的节能型空气热交换器
CN102076620A (zh) * 2008-07-02 2011-05-25 旭硝子欧洲玻璃公司 热氧燃烧器的供料
EP2546204A1 (fr) * 2011-07-15 2013-01-16 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation de fusion de verre

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6071116A (en) * 1997-04-15 2000-06-06 American Air Liquide, Inc. Heat recovery apparatus and methods of use
US6705117B2 (en) 1999-08-16 2004-03-16 The Boc Group, Inc. Method of heating a glass melting furnace using a roof mounted, staged combustion oxygen-fuel burner
JP2005233542A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Nippon Electric Glass Co Ltd 排熱回収式溶融炉
EP1995543A1 (fr) * 2007-05-10 2008-11-26 AGC Flat Glass Europe SA Echangeur de chaleur pour oxygène
MX2010010565A (es) * 2008-03-25 2011-03-21 Agc Glass Europe Horno para fundir vidrio.
EP2257500A1 (fr) * 2008-03-25 2010-12-08 AGC Glass Europe Four de fusion du verre
KR20140066699A (ko) * 2011-07-15 2014-06-02 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 유리 용융 장치 및 방법
EP2551243A1 (fr) * 2011-07-26 2013-01-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procédé hybrides de fusion de verre

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464100A (zh) * 2008-03-19 2009-06-24 孔巧仪 一种塑料干燥机用的节能型空气热交换器
CN102076620A (zh) * 2008-07-02 2011-05-25 旭硝子欧洲玻璃公司 热氧燃烧器的供料
EP2546204A1 (fr) * 2011-07-15 2013-01-16 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation de fusion de verre

Also Published As

Publication number Publication date
EP2956416B1 (fr) 2018-09-12
KR102154372B1 (ko) 2020-09-09
TR201815416T4 (tr) 2018-11-21
PL2956416T3 (pl) 2018-12-31
FR3002025B1 (fr) 2015-02-20
ES2691871T3 (es) 2018-11-29
WO2014125213A3 (fr) 2014-11-20
KR20150119114A (ko) 2015-10-23
WO2014125213A2 (fr) 2014-08-21
JP2016514079A (ja) 2016-05-19
FR3002025A1 (fr) 2014-08-15
JP6400602B2 (ja) 2018-10-03
EP2956416A2 (fr) 2015-12-23
CN105121362A (zh) 2015-12-02
BR112015019195A2 (pt) 2017-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5955958B2 (ja) ガラスを溶融させるためのハイブリッド設備および方法
CN201607131U (zh) 加热炉余热回收***
CN104822990B (zh) 用于从燃烧产物进行热回收的方法和***以及包括其的炉料加热设备
KR102205152B1 (ko) 가변적인 부분적 우회를 사용하는 방법 및 열 교환 시스템
CN104310434B (zh) 一种用于处理废盐的装置和工艺
CN108954799B (zh) 燃烧换热装置、燃气壁挂炉和燃气热水器
CN104775038B (zh) 一种新型铜精炼炉全氧燃烧***
JPS62119318A (ja) 燃料燃焼式加熱器を使用する加熱プロセスによって化学製品を形成する方法及びその装置としての化学プロセスプラント
AU2007258214B2 (en) An advanced fired heater unit for use in refinery and petro-chemical applications
CN105121362B (zh) 带热回收的炉内燃烧方法
CN101601157A (zh) 具有用于阴极空气预热的装置的燃料电池***
CN104870382B (zh) 利用燃气轮机和热交换器从熔化炉的烟气回收能量
CN106061909B (zh) 具有改进的热回收的燃烧
CN106090918A (zh) 一种烧结点火炉用预热器
CN107940461A (zh) 重整加热炉燃料气预热方法及重整装置
KR101191739B1 (ko) 고효율, 저 ＮＯｘ 가열시스템
JP5211943B2 (ja) 加熱炉の排気設備
CN214370934U (zh) 一种节能型石油加热炉
JP5398686B2 (ja) 加熱炉
KR20160073977A (ko) 열풍로 설비
CN102966942A (zh) 不换向火焰蓄热式燃烧装置
CN101307911A (zh) 烟气串联的加热方法及所用的加热***
JP2009008315A (ja) 煙道一体型バーナー
CN218379381U (zh) 一种热媒炉反应装置
CN105090954B (zh) 低热值燃气的燃烧利用方法及燃烧与热风供给***

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant