專利名稱：燃燒氧燃料的熔爐中氧的回?zé)崾筋A(yù)熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把輸入燃燒氧燃料的熔爐(oxy-fuel fired furnace)的氧進(jìn)行預(yù)熱的方法和裝置。
在很多工藝過程中，例如金屬熔化和玻璃加工中，都要用到熔爐。在這樣的熔爐中，加入燃料并燃燒以給被加工的材料加熱，同時(shí)也就產(chǎn)生出熱的廢煙氣。許多現(xiàn)代的熔爐都燃燒氧燃料，亦即用氧代替通常的助燃空氣來配合燃料燃燒，以改進(jìn)能效和生產(chǎn)率，減少煙氣中不必要的氮的氧化物(NOx)排放。在這種燃燒氧燃料的熔爐中要考慮的一個(gè)因素是燃燒過程的效率，因?yàn)檠醣戎伎諝獾馁M(fèi)用要高。
在高溫熔爐中，即使是燃燒氧燃料的熔爐中，有很大一部分的能量是損失掉了。在某些以空氣助燃的熔爐系統(tǒng)中，煙氣被用來在回?zé)崞髦蓄A(yù)熱助燃空氣，然后再送入爐中以增大燃燒效率。
由于處理燃燒用的高溫氧有技術(shù)困難，因此在燃燒氧燃料的熔爐中通常都使用環(huán)境溫度下的氧。氧可在間壁式換熱器內(nèi)預(yù)熱到高達(dá)1300°F的溫度。預(yù)熱到更高的溫度會(huì)引起麻煩，并會(huì)更加擔(dān)心間壁式換熱器管道的材料。加之，使用間壁式換熱器的經(jīng)濟(jì)性并無(wú)很大吸引力，因?yàn)楸换厥諄眍A(yù)熱氧的煙氣熱量較小。
現(xiàn)可購(gòu)得一種適用于燃燒空氣燃料的熔爐的快速循環(huán)回?zé)崞?，其中是用熱煙氣來預(yù)熱空氣。由于快速循環(huán)回?zé)崞鞯牡湫脱h(huán)時(shí)間為小于2分鐘，因此床的尺寸很小。但是，用這種回?zé)崞鱽眍A(yù)熱氧卻存在著工藝技術(shù)問題。問題之一是，按照預(yù)熱空氣的規(guī)定，爐內(nèi)產(chǎn)出的全部煙氣都是要通過回?zé)崞鞯?。?dāng)用來預(yù)熱氧時(shí)，與在空氣助燃的回?zé)崞髦蓄A(yù)熱空氣相比，流出回?zé)崞鞯臒煔鉁囟冗^高。另一個(gè)問題是，在氧預(yù)熱循環(huán)終了時(shí)殘留在回?zé)崞髦械难醯膯栴}。殘留氧的容積可相當(dāng)于每個(gè)預(yù)熱循環(huán)中氧氣流容積的約5～10％。再一個(gè)問題是較高的氧化劑預(yù)熱溫度會(huì)導(dǎo)致較高的NOx排放。
本發(fā)明提供一種把氧預(yù)熱到高溫的方法和裝置，而不存在上述的缺點(diǎn)。本發(fā)明在燃燒氧燃料的熔爐中有特殊的用途。
按照本發(fā)明，熔爐應(yīng)相伴有一臺(tái)或一臺(tái)以上的回?zé)崞?。每臺(tái)回?zé)崞髋溆械谝缓偷诙責(zé)岽?。每臺(tái)回?zé)崞鞯亩€(gè)床被交替地、有控制地輸入環(huán)境溫度下的氧和從爐中出來的煙氣。在作業(yè)循環(huán)的一部分中，第一床被從爐中排出的熱煙氣加熱，同時(shí)，環(huán)境溫度下的氧則被輸入已加過熱的第二床。該床使氧預(yù)熱，預(yù)熱后，氧被輸入爐中。輸入第二床的環(huán)境溫度下的氧耗盡了第二床的熱量，使之達(dá)到不能再把氧有效預(yù)熱到足夠高的溫度。在循環(huán)的下一部分中，兩床的作業(yè)被轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案是，在實(shí)行轉(zhuǎn)換以前，就停止向第二床輸送氧，并用已冷卻的煙氣輸送給第二床，以把床內(nèi)殘留的氧吹入爐中。然后向第二床輸入熔爐熱煙氣，使其預(yù)熱，而這時(shí)向已預(yù)熱好的第一床輸入要預(yù)熱的氧，然后將經(jīng)預(yù)熱的氧輸入到爐中。
給床加熱和給氧預(yù)熱在兩床之間交替地進(jìn)行，以使熔爐可得到連續(xù)的預(yù)熱氧的供應(yīng)。床的加熱不是用的熔爐所產(chǎn)生煙氣的全部容積。同時(shí)，床中殘留的氧也被吹洗，以防浪費(fèi)。
回?zé)崞骺砂演斎肴蹱t的氧預(yù)熱到比煙氣溫度低400°F以下。這一措施既可減少燃料的消耗，又可減少氧的消耗。舉例說，一個(gè)燒天然氣和氧的熔爐，當(dāng)氧被預(yù)熱到2000°F而煙氣溫度為2400°F時(shí)，可達(dá)到0.42的熱回收率。這種氧的預(yù)熱，在燃燒氧燃料而不搞煙氣熱回收的基礎(chǔ)上，約可達(dá)到8％的燃料和氧的節(jié)省。節(jié)省8％，就相當(dāng)于空氣助燃情況下節(jié)省燃料量的兩倍，因?yàn)檠醯某杀敬篌w上與燃料的成本相同。
因此本發(fā)明的目的之一是要提供出一種新穎的方法和裝置，來利用燃燒氧燃料熔爐的煙氣對(duì)氧進(jìn)行回?zé)崾筋A(yù)熱。
另一個(gè)目的是提供出一種方法和裝置，它能減少燃料和預(yù)熱氧燃燒時(shí)NOx的排放。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，在參閱下列詳細(xì)說明和附圖以后，會(huì)變得更加明確，附圖有

圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝備簡(jiǎn)圖2為一曲線圖，它示出用旁通放走一部分煙氣的辦法使煙氣和氧的顯熱達(dá)到平衡；圖3示出四個(gè)床的回?zé)崞飨到y(tǒng)的定時(shí)圖；圖4示出用變壓吸附床(PSA)作為氧源的簡(jiǎn)圖。
圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工藝過程的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖中示出一個(gè)例如用來加熱金屬的適當(dāng)大小和型號(hào)的熔爐10。圍繞熔爐壁分布有多個(gè)燃料注入口141和142。燃料注入器141或142通過管道26從燃料源交替地接收任何類型的燃料，例如煤、天然氣、燃料油等等，隨各自的供料閥231和232的控制而定。這些閥，也象本系統(tǒng)中使用的其它閥一樣，只要能與所接觸的溫度和材料相適配，用任何適當(dāng)?shù)男吞?hào)都行。系統(tǒng)中的閥可借助于普通的控制器(圖中未示)按預(yù)定的時(shí)間順序進(jìn)行控制和操作，操作動(dòng)力可以是電氣的、液動(dòng)的或氣動(dòng)的。控制器可從按需要為系統(tǒng)中每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的適當(dāng)敏感頭接收到溫度和氣流量的信息。
圍繞熔爐壁還分布有多個(gè)分別與回?zé)岽?51和252連通的口151和152，現(xiàn)描述如下。被加過熱的氧交替地通過熔爐回?zé)崞骺?51和152被輸入熔爐10中。在描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，“氧”這個(gè)詞是定義為氧化劑，它含有的氧濃度至少為30％，優(yōu)選為至少80％，或者是氧濃度最少為99.5％的工業(yè)純氧。一部分熱煙氣也是交替地通過口151和152被吸入相應(yīng)的回?zé)岽?，用來預(yù)熱輸入熔爐的氧。在圖中只畫出了一對(duì)燃料注入口和一對(duì)回?zé)崞骺?，目的是為了說明。下面將要說明，口的數(shù)量可按需要擴(kuò)充。
熔爐10上有一煙氣出口17，供連續(xù)排出一部分熔爐熱煙氣之用，排出的理由下面將會(huì)講到。煙氣調(diào)節(jié)板18可控制從熔爐出來通過出口17的煙氣的量。
與熔爐10相聯(lián)結(jié)的是一個(gè)或一個(gè)以上的回?zé)崞?，其機(jī)械設(shè)計(jì)例如可與T.Martin所作的題為“回?zé)崾教沾扇紵隣t的制造工藝和應(yīng)用”的論文(工業(yè)加熱雜志，1988年11月，p.12～15)所描述的一種空氣式快速循環(huán)回?zé)崞飨嗨?。每臺(tái)回?zé)崞髦卸季哂卸鄠€(gè)床。每個(gè)床上都裝有例如陶瓷球材料，該材料可被流過的熱煙氣加熱，也能給流過熱床的冷氣體加熱。在上述本發(fā)明的說明性實(shí)施例中，一臺(tái)這樣的回?zé)崞魇境龅氖蔷哂袃蓚€(gè)床251和252。床251和252系被簡(jiǎn)單地示為分布在同一面熔爐壁上。床可被邊靠邊放置，也可分開放置在熔爐的不同壁上。
每個(gè)回?zé)岽?51和252通過供氧管27分別通過閥301或302從未畫出的源頭，接收在環(huán)境溫度下的氧。閥310和302有選擇地從管道27分別向回?zé)岽?51和252輸送氧。當(dāng)氧被輸入床251和252時(shí)，它流過該床并在其中被預(yù)熱，隨后通過各自的口151和152進(jìn)入爐中。
每個(gè)床251和252都具有出口，通過各自的閥411和412通向排出管或排氣管39，在排出管中裝有鼓風(fēng)機(jī)40，它把氣體吹向系統(tǒng)的出口42。當(dāng)一個(gè)床要加熱時(shí)，借助于開動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)40和打開相應(yīng)的床的出口閥411或412，熔爐熱煙氣就被排出而通過該床。這一動(dòng)作是從熔爐中排出熱煙氣使之流經(jīng)該床。
每個(gè)回?zé)岽?51和252還可通過各自的閥331和332通過管道34從鼓風(fēng)機(jī)40的出口處把已冷卻的煙氣作為吹洗用氣輸入進(jìn)來。管道34中的吹洗用氣由于熱損失，比排氣管39中的氣體溫度要低些，但壓力要高些。
圖1中系統(tǒng)的動(dòng)作過程如下。設(shè)想床252是在被加熱，而同時(shí)已加過熱的床251正在預(yù)熱要輸入熔爐的氧氣。
(1)閥231開啟，從管道26通過燃料注入器141向熔爐10注入燃料。閥232關(guān)閉，因此無(wú)燃料輸向燃料注入器142。閥301開啟，從管道27向已加過熱的回?zé)岽?51輸送氧，氧從床中流過并被預(yù)熱。預(yù)熱過的氧被從床251通過入口151輸入熔爐中。此時(shí)，閥302關(guān)閉，以阻斷氧進(jìn)入回?zé)岽?52。鼓風(fēng)機(jī)40被啟動(dòng)，閥412被開啟，因而熱煙氣被排出而通過床252，通過入口152進(jìn)入，而通過開啟的閥412流入排出管39。在熱煙氣穿過回?zé)崞?52的過程中，回?zé)崞?52中的床被加熱，而煙氣被冷卻。第一回?zé)岽?51的閥411是關(guān)閉著的，因此鼓風(fēng)機(jī)對(duì)它不產(chǎn)生影響。
(2)當(dāng)?shù)诙責(zé)岽?52被加熱到要求的溫度后，閥301即關(guān)閉，以停止氧流入第一床251。床的溫度可以直接測(cè)量。要不然也可測(cè)量排出管39中的煙氣溫度。例如，測(cè)量到的溫度為100至500°F可被用來觸發(fā)閥301的關(guān)閉。
(3)第一回?zé)岽?51已將它的熱量丟失給了流經(jīng)它而進(jìn)入熔爐的氧，并已不接受從氣源27來的冷的氧。閥331短時(shí)開啟，將排出管39中的部分已冷卻的煙氣通過回輸管34返回到回?zé)岽?51中，以把任何殘留的氧吹洗出去，被吹洗的氧則通過口151輸入到熔爐中。
(4)閥231關(guān)閉，以停止燃料流通過燃料注入器141，而閥412也關(guān)閉，以停止通過回?zé)岽?52排出煙氣?，F(xiàn)在，閥302開啟，以從氣源27向第二回?zé)岽?52輸送冷的氧，床252已被加過熱。閥411也開啟，以使從熔爐排出來的熱煙氣通過回?zé)岽?51對(duì)它加熱。氧被回?zé)岽?52預(yù)熱后被輸往熔爐口152。由于回?zé)岽?52中的煙氣在供氧閥302開啟后會(huì)立刻首先流出，因而為計(jì)及床的這一吹洗階段，向熔爐燃料注入器142輸送燃料的閥232系經(jīng)短時(shí)停頓后再開啟。由于閥301是關(guān)閉的，因此沒有氧輸入到第一回?zé)岽?51中去。
上述步驟在兩床中每個(gè)床的交替循環(huán)中重復(fù)進(jìn)行，交替地被從熔爐中抽出的煙氣加熱和往熔爐中輸送預(yù)熱過的氧。亦即，在同一時(shí)間內(nèi)，兩回?zé)岽仓械囊粋€(gè)床被流過的熱煙氣加熱，而另一個(gè)已經(jīng)預(yù)熱過的床則有環(huán)境溫度下的氧通過被預(yù)熱并被輸入熔爐中。由于兩床之間不斷轉(zhuǎn)換，因此熔爐可得到恒定的預(yù)熱氧供應(yīng)。當(dāng)兩回?zé)崞鞯目诓贾迷谕粻t壁上相距很近時(shí)，可用一個(gè)或一個(gè)以上的燃料注入器來配合兩個(gè)口使用。同時(shí)，每個(gè)床也可能配有多個(gè)口和燃料注入器。
為空氣燃燒熔爐設(shè)計(jì)的普通快速循環(huán)回?zé)崞?，例如T.Martin在前述論文中所描述的那種回?zé)崞鳎瑥牟牧系目苫煊眯杂^點(diǎn)來看，是不能考慮進(jìn)行翻新改進(jìn)以預(yù)熱氧的。所存在的其它問題則已被本發(fā)明克服，下面將加以描述。
首先，倘若燃燒氧燃料的熔爐其全部煙氣都通過回?zé)崞?，則從回?zé)崞鞒鰜淼臒煔鉁囟热员３窒喈?dāng)高(對(duì)工作在約2400°F下的燒天然氣和氧的熔爐來說，約為1500°F )，而對(duì)比之下，空氣燃燒的回?zé)崞鞒鰜淼臒煔鉁囟鹊湫偷丶s為300°F。這是由煙氣容積與氧化劑容積不平衡所引起的。當(dāng)天然氣配合空氣燃燒時(shí)，一個(gè)單位容積的天然氣要配合燃燒約十個(gè)單位容積的空氣而產(chǎn)生出十一個(gè)單位容積的煙氣。因此，煙氣容積與空氣容積接近。當(dāng)用工業(yè)純的氧來助燃時(shí)，則煙氣容積對(duì)氧容積之比變?yōu)榧s3比2。加之，煙氣的比熱要比氧高得多。回?zé)岽渤鰜淼臒煔鉁囟群芨?，則會(huì)加大處理煙氣所用的管道、閥門和鼓風(fēng)機(jī)的成本。優(yōu)選是把回?zé)岽埠蟮臒煔鉁囟瓤刂圃诘陀?00°F，更優(yōu)選低于500°F。
按照本發(fā)明，解決這一問題的方法是，通過另外的煙氣口、例如口17來旁路排出一部分煙氣，旁流量可在熔爐煙氣總?cè)莘e的20～70％之間，優(yōu)選為30～60％之間。圖2示出旁路排出部分煙氣以求煙氣和氧的顯熱達(dá)到適當(dāng)平衡的例子。直線A示出不旁路排出任何煙氣時(shí)煙氣的顯熱與煙氣溫度的函數(shù)關(guān)系。直線C示出從進(jìn)入回?zé)崞鞯娜繜煔庵信月放懦?0％時(shí)，剩余40％的煙氣的顯比熱與煙氣溫度的函數(shù)關(guān)系。直線B作為對(duì)比，示出100％的氧氣流的比熱與氣體溫度的函數(shù)關(guān)系。如果煙氣溫度為2400°F，以CH4和工業(yè)純氧按化學(xué)當(dāng)量成比例配合的燃燒來計(jì)算，100％和40％的煙氣中所含的顯熱分別為每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺CH4為193和77英熱單位(Btu)。在約1900°F時(shí)，氧的顯熱為每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺CH4為77Btu。這樣，在理想的回?zé)崞髦校?400°F的40％的煙氣所含有的顯熱被轉(zhuǎn)交給氧，煙氣溫度將被冷卻到環(huán)境溫度，而氧將被預(yù)熱到1900°F。反之，如果100％的煙氣通過回?zé)崞?，而氧被預(yù)熱到1900°F，則每標(biāo)準(zhǔn)立方英尺CH4為116Btu的多余顯熱將被留在煙氣中，結(jié)果是在回?zé)崞髦蟮臒煔鉁囟冗^高。旁路排走煙氣的最佳的量，部分地取決于氧流中的純氧濃度和滲入爐中的環(huán)境空氣的量。如果氧濃度大于80％而空氣滲入量很小可以忽略，則熔爐煙氣總量的40～60％可被不經(jīng)回?zé)岽才月放抛?。?dāng)氧的濃度較低并只有30～50％，則煙氣總量的20～40％可被旁路排走。當(dāng)空氣滲入量很大時(shí)，則旁路排走的煙氣量應(yīng)加大，以抵消煙氣容積的增大。
在本發(fā)明中，旁路煙氣出口17容許對(duì)不經(jīng)回?zé)岽捕月放抛叩臒煔獾牧窟M(jìn)行選擇。出口17連續(xù)不斷地排走熔爐煙氣總?cè)莘e的一部分。該部分的大小由煙氣調(diào)節(jié)板18控制。對(duì)調(diào)節(jié)板18加以調(diào)節(jié)，以控制允許進(jìn)入回?zé)崞鞯娜蹱t煙氣總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)。這一調(diào)節(jié)可自動(dòng)地進(jìn)行，以達(dá)到預(yù)設(shè)的水平。
可以使用適當(dāng)?shù)氖占艋?或回收系統(tǒng)(圖中未示)來進(jìn)一步處理從出口17的排出管39出來的氣體。
普通的快速循環(huán)回?zé)崞鞯牡诙€(gè)問題是，在回?zé)岽脖婚_始加熱以前殘留在其中的氧的問題。殘留氧的容積，對(duì)循環(huán)時(shí)間小于1分鐘的快速循環(huán)回?zé)崞鱽碚f，視回?zé)岽驳脑O(shè)計(jì)和循環(huán)時(shí)間不同，可高達(dá)相當(dāng)于每個(gè)循環(huán)中氧流容積的5～10％。利用這些殘留氧在熔爐中作有效燃燒是很必要的。如果用空氣吹洗回?zé)岽簿蜁?huì)往爐中導(dǎo)入氮?dú)獠⒃龃鬆t子的NOx排放。利用煙氣作連續(xù)的吹洗流倒是一種選擇。例如，在給回?zé)岽布訜岷罄鋮s下來的煙氣可以以氧流量的1/2的流量不斷地回輸?shù)交責(zé)岽仓?。這樣就會(huì)把輸入爐中的氧的濃度降到67％，并可能減輕對(duì)高純度的氧接觸回?zé)崞麂撡|(zhì)外殼的安全的擔(dān)心。不過，這樣做并未妥善解決總的熱效率問題，而回?zé)岽驳某叽鐓s要增大約25％。本發(fā)明所用的優(yōu)選解決辦法，正如上述步驟(3)所描述的那樣，是只在每個(gè)床的加熱循環(huán)開始以前，回輸已冷卻的煙氣來吹洗回?zé)岽病?br> 第三個(gè)問題是當(dāng)采用氧化劑的高溫預(yù)熱方法時(shí)，高預(yù)熱溫度的氧會(huì)使燃燒器零部件過熱，并產(chǎn)生高NOx排放。這一問題可借助于使用美國(guó)專利5,076,779的低NOx燃燒方法來解決，在該方法中，燃料和氧是由燃燒器以高速分開注入的。按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，燃料和氧都是以高于50英尺/秒的速度、更優(yōu)選高于100英尺/秒的速度、最優(yōu)選高于200英尺/秒的速度分開通過各自的入口注入的。
第四個(gè)問題是氧流和煙氣流在熔爐回?zé)崞骺?51和152處的流速。為使NOx排放量低，常優(yōu)選以高速噴射氧。另一方面，煙氣則優(yōu)選用低速，以減小在循環(huán)的排氣階段煙氣流過回?zé)崞骺跁r(shí)的壓降。這一問題的解決辦法是每個(gè)床采取短時(shí)間注氧和長(zhǎng)時(shí)間排氣，并可通過多個(gè)床排出熱煙氣，以降低煙氣通過回?zé)崞骺诤突責(zé)岽驳乃俣?。煙氣通過熔爐回?zé)崞骺诘乃俣葍?yōu)選小于200英尺秒，更優(yōu)選小于100英尺/秒，最優(yōu)選小于50英尺/秒。
一個(gè)使用四個(gè)床的回?zé)崞餮h(huán)的系統(tǒng)示例于圖3。為說明問題，假定4個(gè)床是由一臺(tái)回?zé)崞魈峁┑模趫D3中，4個(gè)床分別被標(biāo)示在各自的行上。圖1中的系統(tǒng)可擴(kuò)大為具有4個(gè)燃料注入口，或者具有一個(gè)或一個(gè)以上的公共注入器為所有的床共用。共有4個(gè)熔爐回?zé)崞骺冢總€(gè)回?zé)岽?個(gè)。也可把多個(gè)口用于每個(gè)床。說明性的循環(huán)已示出為40秒，它由10秒的氧預(yù)熱、1秒的吹洗和29秒的排氣組成。如圖所示，排出煙氣通過回?zé)岽彩怪A(yù)熱的時(shí)間，約相當(dāng)于給流過回?zé)岽驳难跫訜峄蚝婵镜臅r(shí)間的三倍。每個(gè)床在流過被預(yù)熱的氧以后都要對(duì)殘留的氧作一次吹洗并送入爐中。
如圖3所示，4個(gè)床的循環(huán)是交錯(cuò)排列的，排列成同一時(shí)間只有一個(gè)床向熔爐中輸入氧氣，而4個(gè)床中的3個(gè)只是被所排出的熔爐煙氣加熱。比之在四床回?zé)崞飨到y(tǒng)中氧和煙氣平行地各通過兩個(gè)床的情況，氧的速度提高了一倍，煙氣的速度減到了三分之二。如果使用一臺(tái)以上的回?zé)崞鳎缬脙膳_(tái)回?zé)崞鞴?個(gè)床，則可有兩組各4個(gè)床平行，每組都工作在圖3所示的狀態(tài)，或者也可對(duì)8個(gè)床順序地交錯(cuò)排列烘烤時(shí)間和排氣時(shí)間。
下面將描述一個(gè)按照本發(fā)明使用回?zé)崾綗煔忸A(yù)熱氧的熔爐的實(shí)施例。實(shí)施例A一臺(tái)現(xiàn)有的批量型鋼加熱爐，它用4個(gè)天然氣和氧燃料燃燒器來點(diǎn)火燃燒，它的加熱速度為20MM Btu/小時(shí)。用于燃燒的天然氣為20,000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)，商品氧為41,300標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)，不采用任何煙氣熱回收系統(tǒng)。煙氣的平均溫度為2400°F。
四個(gè)氧燃料燃燒器全部都用低NOx氧燃料燃燒器代替，其型號(hào)如美國(guó)專利5,076,779所示。該加熱爐配有兩臺(tái)4床回?zé)崞?亦即共有8個(gè)床)和相應(yīng)的控制閥。46％的煙氣被從另外的煙氣出口(如17)連續(xù)不斷地排往煙囪，不做熱回收；56％的煙氣被導(dǎo)入回?zé)崞鲗?duì)它加熱?；?zé)岽驳牟牧鲜怯?/2英寸直徑的礬土球制成的，在一個(gè)循環(huán)中加熱階段的末尾可被煙氣加熱到的最高溫度約2200°F。每個(gè)床的尺寸被設(shè)計(jì)成在每個(gè)40秒的回?zé)嵫h(huán)中儲(chǔ)存4,000Btu的熱量。每個(gè)床的氧預(yù)熱階段為19.5秒，吹洗階段為O.5秒，排出煙氣預(yù)熱床的階段為20秒。
在該實(shí)施例中，工業(yè)純氧被回?zé)岽差A(yù)熱后的平均溫度為約2000°F。煙氣在流過床以后的溫度，借助于床對(duì)煙氣熱的吸收而控制在低于300°F。由于進(jìn)行了熱回收，天然氣的平均流量率被降低為18,200標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)，氧的平均流量被降為37,600標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)。在一個(gè)循環(huán)的排氣階段，從加熱爐下游連續(xù)循環(huán)的煙氣為18,800標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)，并在氧的預(yù)熱和吹洗循環(huán)中被輸送入回?zé)崞髦小Ｔ搶?shí)施例顯示出來的燃料和氧的節(jié)省各為9％。
在圖1的系統(tǒng)中所示出的環(huán)境溫度下的氧是從某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣源輸送來的。另外一種辦法是把預(yù)熱的回?zé)崞髋c變壓吸附空氣分離系統(tǒng)或稱PSA系統(tǒng)連結(jié)在一起，用以產(chǎn)生氧。一個(gè)“PSA系統(tǒng)”是在一個(gè)或一個(gè)以上的吸附床中，利用吸附劑從氣體混合物中分離出氣體組分的系統(tǒng)，它包括的主要步驟為吸附和再生或解吸，在吸附時(shí)，混合氣中一種或數(shù)種組分被優(yōu)先吸附在吸附劑上，在解吸時(shí)，借助于降壓可使優(yōu)先吸附的組分從吸附劑上移走?？捎脕韺?shí)踐本發(fā)明的兩床PSA系統(tǒng)，包括有兩個(gè)裝填有氮吸附材料的床。圖4示出一個(gè)PSA床551，它被串聯(lián)在通向回?zé)岽?51的氧閥301的上游。在烘烤循環(huán)時(shí)，原料空氣56通過空氣閥571被送入PSA床551?？諝庵兴牡晃皆诖矁?nèi)，而空氣中含有的氧和氬則通過閥301流出床551進(jìn)入回?zé)岽?51被預(yù)熱，然后通過口151被送入爐中。在烘烤循環(huán)中閥411和581是關(guān)閉的。在床251的排氣循環(huán)時(shí)，熔爐熱煙氣被排出通過床，并通過閥411進(jìn)入排氣管39。在此循環(huán)中，氧閥301是關(guān)閉的。在排氣循環(huán)中，被吸附在PSA床551中的氮和剩余的空氣，在閥581開啟后，即被真空泵59同時(shí)排走。在此循環(huán)中空氣閥571是關(guān)閉的?；?zé)岽?52也可具有一個(gè)類似的PSA系統(tǒng)，兩個(gè)PSA系統(tǒng)可交替地工作?；?zé)崞魃吓鋫銹SA空氣分離系統(tǒng)后，氧的成本即可大大降低。
為使床的尺寸小，應(yīng)優(yōu)先使用快速循環(huán)回?zé)岽?。但是，若是從含有顆粒物或能凝結(jié)的蒸汽的煙氣中回收熱量，回?zé)崞髦械臍怏w通道必須足夠地大，以防堵塞。例如，玻璃熔爐配用的商品回?zé)崞?，典型地是?0至30分鐘轉(zhuǎn)換一次，其氣體通道的平均直徑為數(shù)英寸。本發(fā)明可同樣適用于大型回?zé)崞鳌?br> 由于按照本發(fā)明可把每種特性與其它特性結(jié)合起來，因此本發(fā)明的多項(xiàng)特有特性都是在一兩個(gè)圖中示出的，這只是為了說明的方便。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，會(huì)承認(rèn)有多種替代方案，并應(yīng)被認(rèn)為是包括在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1．一種將待輸入具有熱煙氣出口的熔爐的氧進(jìn)行預(yù)熱的方法，它包括下列步驟交替地對(duì)第一、第二回?zé)岽仓械囊粋€(gè)床進(jìn)行預(yù)熱，方法是從一個(gè)床排出一部分熔爐的煙氣，同時(shí)通過使氧流經(jīng)已預(yù)熱的另一個(gè)床，往熔爐中輸送預(yù)熱的氧；在熔爐煙氣流經(jīng)一個(gè)床排出期間，停止對(duì)該床的輸氧，而在往熔爐中輸送預(yù)熱的氧期間，停止通過該床排出熔爐煙氣；以及不斷地從熔爐中排走一部分熱煙氣。
2．權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)停止向一個(gè)床輸氧時(shí)，在床中停留著殘余的氧，該方法還包括對(duì)每個(gè)床進(jìn)行吹洗殘留氧的步驟，該步驟是在往該床輸氧預(yù)熱停止后，并通過該床排出熱煙氣前、借助于把已冷卻的煙氣再循環(huán)而把該床中殘留的氧吹入爐中。
3．權(quán)利要求1的方法，它還包括把已冷卻的煙氣再循環(huán)，連續(xù)地往每個(gè)床中輸送吹洗氣流。
4．權(quán)利要求1的方法，其中從熔爐流往回?zé)岽驳臒煔獾乃俣鹊陀趶幕責(zé)岽餐蹱t中輸送預(yù)熱氧的速度。
5．權(quán)利要求1的方法，它還包括從連結(jié)在回?zé)岽采嫌蔚腜SA系統(tǒng)的吸附床供應(yīng)氧的步驟，當(dāng)熔爐煙氣被排出通過該回?zé)岽矔r(shí)，就進(jìn)行PSA系統(tǒng)吸附床的解吸。
6．權(quán)利要求1的方法，其中預(yù)熱床的步驟所進(jìn)行的時(shí)間要比通過該床流通氧氣的步驟所進(jìn)行的時(shí)間更長(zhǎng)。
7．權(quán)利要求1的方法，它還包括提供多組所說的第一回?zé)岽埠偷诙責(zé)岽?，并交錯(cuò)排到一組中第一床和第二床的加熱和通過它們流通氧交替進(jìn)行的步驟，以便基本上連續(xù)地往熔爐中輸送預(yù)熱的氧。
8．一種將待輸入具有熱煙氣出口的熔爐的來自氣源的氧進(jìn)行預(yù)熱的裝置，它包括第一和第二回?zé)岽?；控制裝置，它們能交替地操作，以從熔爐往第一床和第二床中的一個(gè)床排出煙氣，以使該床加熱，并從氣源供氧使之流過另一個(gè)床，使氧預(yù)熱并輸入熔爐中；以及排氣管，用以不斷地從熔爐中排出一部分煙氣。
9．權(quán)利要求8的裝置，它還包括一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，用以排出煙氣使之流過回?zé)岽膊⑹怪訜帷?br> 10．權(quán)利要求8的裝置，它還包括一個(gè)閥，該閥是在一個(gè)床停止流通氧以后、流通煙氣以前動(dòng)作，以便往該床輸送煙氣以吹洗該床中殘留的氧。
全文摘要
一種往燃燒氧燃料的熔爐中輸送預(yù)熱氧的方法和裝置,方法是氧的預(yù)熱是借助于由加熱從熔爐循環(huán)的熱煙氣來進(jìn)行的。配備有一臺(tái)或一臺(tái)以上的回?zé)崞?每臺(tái)都至少具有第一回?zé)岽埠偷诙責(zé)岽?。這些床交替地循環(huán),以使一個(gè)床被從熔爐中抽出的熱煙氣預(yù)熱,而另一個(gè)已加過熱的床則對(duì)流過的氧氣進(jìn)行預(yù)熱,然后輸入熔爐的燃燒器。輸入回?zé)岽驳臒釤煔獾牧拷柚谶B續(xù)地排走熔爐煙氣總量的一部分來加以控制,使這部分煙氣不經(jīng)回?zé)崞鞫月放抛?。回?zé)岽仓袣埩舻难鯕饨柚诨剌數(shù)睦錈煔庠诨責(zé)岽灿脽煔饧訜崆氨淮迪炊斎霠t中。
文檔編號(hào)F23L15/02GK1234495SQ99100910
公開日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1999年1月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月6日
發(fā)明者小林尚 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司