燃料爐和用于控制燃料爐中的燃燒的方法技術

本發明專利技術涉及燃料爐及其操作方法，在該方法中：以受控的流率將主氧化劑注入到該爐的燃燒室（2）中；使燃燒材料在燃燒室（2）中與主氧化劑一起燃燒，產生熱能和溫度高于600℃的煙氣（6）；通過排出管道（13）將煙氣（6）移走，所述被移走的煙氣（6）可能含有可被氧化的殘余材料，排出管道（13）在燃燒室（2）的下游設有用于稀釋氧化劑的入口（14）；通過用于稀釋氧化劑的入口（14）處的火焰使可被氧化的殘余材料與稀釋氧化劑一起燃燒；檢測排出管道（12）內部的火焰強度；和根據檢測到的火焰強度調節注入到燃燒室（2）中的主氧化劑的注入流率。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及對燃料爐中的燃燒的調節。
技術介紹
燃料爐通常用在用于產生熱能和用于以高溫處理材料的工業中。術語“燃料爐”表示一種爐，比如熔煉爐或焚化爐，其中通過燃料與存在于氧化劑物質中的氧化劑的燃燒在所述爐的燃燒室中產生至少部分熱能。因此，術語“燃料爐”還涵蓋其中至少部分熱能是由沒有明火的燃燒(通常稱作“無焰燃燒”)而產生的爐子。通過燃燒產生的一般包含C02、C0和H2O的煙氣以高于600°C的溫度從燃料爐的燃燒室通過排出管道排出。 理論上，當燃燒按照化學配比進行時，即，當將氧化劑以與用于使存在于燃燒區域中的燃料完全燃燒所需要的氧化劑的量相對應的量注入到燃燒區域中時，產生最大量的熱能。在這種情況下，存在于燃料中的碳完全被氧化成CO2，通常存在于燃料中的氫完全被氧化成H2O,等。但是，在工業實踐中發現，為了獲得燃料的完全燃燒，氧化劑稍微過剩是必要的。不足的氧化劑注入會由于燃料的不燃燒或者部分燃燒而導致爐子性能的下降。氧化劑過剩太多也導致爐子性能的下降(例如，通過排放煙氣損失更多熱能，以及在氧燃燒的情況下隨同煙氣一起排出沒有參與燃燒的部分氧氣、而該氧氣具有不可忽略的成本)。在氧化劑流率過大的其它缺點中，特別可提及對裝載物的更大級別的氧化——在裝載物可被氧化的情況下，正如在用于熔煉可被氧化的金屬比如鋁的爐子中以及在某些再熱爐的情況下。特別公知的是以大于化學配比或小于化學配比的配置操作燃料爐，以便于防止或限制由燃燒區域中的大氣造成的對裝載物有害的還原或氧化。因此，對于某些應用，最佳燃燒不同于按照化學配比進行的燃燒。在燃料和所添加的氧化劑以及這些物質的組成得到很好地控制的燃料爐中通常可以實現對燃料爐的最佳操作。但是，在燃料爐的大量的工業應用中，在燃燒區域中可以獲得的可燃燒材料的量和/或組成控制得不好或者僅是稍微地得到控制。例如在如下情況中便是如此-在其中裝載物包含可變量和/或質量的燃燒材料的燃料爐中，例如廢物焚燒爐和用于金屬回收的二次熔煉爐；-在其中裝載物包含固有的和/或添加的燃燒材料以及其中裝載物以非受控方式將這些燃燒材料釋放到基本位于裝載物上方的燃燒區域中的燃料熔煉爐中，比如用于金屬回收的二次熔煉爐；-在用于對例如從上文描述的爐子獲得的煙氣進行二次燃燒的燃料爐中，例如在用于鋼的二次熔煉的電弧爐的二次燃燒室中。從JP-A-1314809和JP-A-2001004116獲知給焚化爐裝配面向燃燒室內部的照相機并且根據所獲得的燃燒室內部的燃燒的圖像來調節在主燃燒上方的燃燒室內部的二次燃燒。從W0-A-2005/024398獲知對包含在從金屬處理爐(比如電弧爐或轉爐)獲得的氣體中的化學物質/元素的量進行測量——通過收集部分待分析的氣體、將其冷卻到低于300°C、并通過激光二極管發射的相干光信號測量氣體中存在的CO和/或CO2的量——所述過程允許以少于10秒的響應時間和對爐子的實時控制來測量所述量。W0-A-03/056044描述了一種熔煉鋁的方法，其中將固體鋁引入到爐子中，熔煉鋁以便形成鋁浴，檢測一氧化碳(CO)的濃度和從爐子排出的煙氣的溫度的變化，從中推斷出鋁浴表面上的鋁的氧化物的形成并且根據鋁的氧化物的形成來調節熔煉過程。但是，由于所述煙氣中的污染物(比如煙塵)的性質和數量，使得難于測量燃料爐的煙氣中的某些種類的化學物質的濃度。 W0-A-2004/083469描述了一種熔煉鋁的方法，其中根據煙氣排出管道中的煙氣的溫度來調節通過燃燒器注入到燃料爐中的燃料和氧化劑的比率，所述煙氣排出管道設有用于被稱作“稀釋空氣”的空氣的入口。在該種方法中，可以根據不同的參數(開口的尺寸、燃氣的抽出速度、煙氣管道的狀態、通過相同的抽出機收集的其它煙氣流的流率)改變稀釋空氣的流率。這種可變的流率可以對排出管道中的煙氣的溫度產生影響，并從而對爐子的調節具有影響。通常是環境空氣的稀釋空氣的溫度的日變化(白天和黑夜)和季節變化(夏季和冬季)也可以對排出管道中的煙氣的溫度有影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供對燃料爐中的燃燒的調節，其沒有上面描述的已知方法的缺點。因此本專利技術涉及一種改進的燃料爐的操作方法。根據該方法，將稱作主“氧化劑”的氧化劑以調節后的流率注入到燃料爐的燃燒室中。燃燒材料在燃燒室中與由此注入的主氧化劑一起燃燒，從而在燃燒室中產生熱能和溫度高于600°C的煙氣。通過排出管道將由此產生的煙氣從燃燒室排出。該排出管道在燃燒室的下游設有用于稱作“稀釋氧化劑”的氧化劑(其一般是但未必是環境空氣)的入口，使得稀釋氧化劑與600°C或者更高溫度下的煙氣接觸。因此，當煙氣仍然含有可被氧化的材料時，即，當燃燒室中的燃燒材料的燃燒不完全時，在排出管道內部在用于稀釋氧化劑的入口的高度上獲得火焰。事實上，稀釋氧化劑與高溫下的煙氣中的可被氧化的材料之間的接觸會造成存在于排出煙氣中的可被氧化的所述材料(比如CO和/或H2)的自動燃燒。根據本專利技術，存在對排出管道內部且因此位于燃燒室下游的火焰強度的檢測，并且根據檢測到的火焰強度來調節注入到燃燒室中的主氧化劑的流率。特別地，可以以受控方式將燃燒材料引入到燃燒室中，例如通過噴槍或燃燒器將燃料射流注入到燃燒室中。燃燒材料可存在于裝載物中，并因此可與裝載物一起被引入到燃燒室中。還可以通過向燃燒室中的受控的引入與連同裝載物的引入的結合將燃燒材料引入到燃燒室中。有利地，當由此檢測到的火焰強度低于預定下限時減小注入到燃燒室中的主氧化劑的注入流率，和當由此檢測到的火焰強度高于預定上限時增大注入到燃燒室中的主氧化劑的流率。由此通過火焰檢測器檢測煙氣中可被氧化的材料(比如CO)與稀釋氧化劑的燃燒的強度來檢測所述可被氧化的材料的存在，所述火焰檢測器返回表示排出管道內部的燃燒強度/火焰強度的信號(a)高強度表示排出煙氣中明顯存在可被氧化的材料，(b)低強度表示排出煙氣中存在少量可被氧化的材料。因此本專利技術使得可以確定煙氣中存在可被氧化的材料的水平，并實時施加對燃燒區域中的燃燒的調節的校正。 正如之前所描述的，預定下限和預定上限是根據燃燒室中的燃燒過程的性質來確定的。當燃燒過程旨在實現燃燒材料在燃燒室中的完全燃燒時，預定下限非常低，但是高于零。由此可以確保主氧化劑的注入流率對于燃燒室中的燃燒過程既不過大也不太低。本專利技術通過實時地調整對主氧化劑的流率的調節以及可選地如下面所述的還有對注入到燃燒室中的燃料的流率的調節，使得特別地可以補償對爐裝載物(一般情況是對回收爐)中燃燒材料的含量、燃燒材料的量和/或其在燃燒室中的釋放的不完美的認識。本專利技術的另一個優點是其可以通過廉價且容易使用的火焰強度檢測器來實施。在某些燃燒過程中，排出煙氣中可被氧化的材料的含量可能頻繁地變化，但是通常具有短的持續時間。根據一個實施方式，在預定持續時間Atl和At2期間檢測排出管道內部的火焰強度。當檢測到的火焰強度在預定持續時間Atl期間保持低于下限時減小注入到燃燒室中的主氧化劑的注入流率。類似地，當檢測到的火焰強度在預定持續時間At2期間保持高于上限時增大注入到燃燒室中的主氧化劑的注入流率。因此，避免了燃燒過程中的過大的波動。另一種可能是(a)當在預定持續時間Atl期間檢測到的火焰強度的平均值低于下限時減小注入到燃燒室中的主氧化劑的注入流率，和(b)當在本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P·博杜安，B·盧瓦瑟萊，
申請(專利權)人：喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司，
類型：
國別省市：