具有优化的能量回收的燃烧方法和设施技术

燃烧方法和设施，其中在燃烧室(100)上游通过与热传递流体(23)热交换来预加热富氧氧化剂(43)，在该方法和设施中通过与从该室(100)排出的热烟道气(11)的第一部分热交换来加热辅助气体(21)，并且在该方法和设施中热传递流体(23)包含加热的辅助气体(22)的至少一部分与热烟道气(13)的一部分的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于使用预加热的富氧气体作为氧化剂燃烧燃料的方法。在工业中，空气仍然是最经常使用的氧化剂，即燃烧助燃剂。然而，已知的是使用氧气代替空气作为氧化剂，特别地用于改进燃烧效率以及因此包括燃烧室的工业设施的能量产率，以便使燃烧室中产生的热能的利用最大化并且以便减少该燃烧室的污染排放(如NOx)。虽然用氧气的燃烧的能量和环境优点是众所周知且公认的，但是与空气的成本相比氧气的成本继续限制氧气在工业背景下作为氧化剂的用途。对于给定的工业方法为了更多地改进氧燃烧的效率并且因此减少对于燃料以及对于氧气的需要，已经开发了用于预加热氧气的方法。特别地已知的是在热交换器中预加热氧气。特别地，已知一种方法用于用存在于燃烧室的出口处的燃烧气体(烟道气)中的余热间接预加热氧气。根据这种方法，通过与这些热烟道气直接交换在辅助交换器中预加热辅助流体。随后在至少一个主热交换器中通过与由该辅助交换器产生的热辅助流体直接交换来预加热该氧气。如果适合的话，还通过与附加的热交换器中的热辅助流体直接交换来预加热燃料。特别地在EP-A-0 872 690和WO 2006/054015中描述了这种方法的不同实施例。EP-A-2 546 204描述了一种使用该间接预加热方法的另一个实施例的玻璃熔融方法。在作为EP-A-2 546 204的主题的方法的第一阶段过程中，提供了第一流速DO1的富氧氧化剂用于在燃烧室中的燃料燃烧，通过与更贫含氧的助燃剂热交换已经预加热了这种富氧助燃剂，通过与在该燃烧室中产生的这些烟道气热交换来加热所述更贫的助燃剂。在第二阶段中，使用减少的流速DO2的该富氧助燃剂以及还有流速DA2的该已加热的更贫的氧化剂作为助燃剂。EP-A-1 338 848描述了一种用于使用富含氧气的氧化剂从来自炉的烟道气中回收热的方法。这些排出的烟道气用于直接或间接预加热在直接或间接热交换系统中的燃料和/或氧化剂。随后将这些烟道气引入至用于产生机械能的热回收锅炉内。该一个或多个直接或间接热交换系统可以配备有用于烟道气的旁路以便调节实际上被引入至该热交换系统内的所述烟道气的部分。与用于预加热氧气的其他已知方法相比，该间接预加热方法展现出较大安全性的主要优点。这是因为，在该辅助交换器内部通过腐蚀或者通过侵蚀穿孔的情况下，易于包含残余可燃物的这些热烟道气仅仅与该辅助流体接触。类似地，在主或附加的交换器内部穿孔的情况下，该氧气或者分别地该燃料仅仅与该辅助流体接触。这种方法的能量平衡是特别积极的。然而，这种方法的一个缺点是由不同的交换器以及特别地由该辅助交换器要求的空间，已知的是为了避免热损失，与来自该燃烧室的烟道气的出口尽可能近地定位所述交换器。另一个缺点是各种热交换器的成本，鉴于内部循环的流体的温度和性质，这些热交换器必须是特别稳健的。这些交换器被设计并且确定尺寸用于在对应于包括燃烧室的工业设施的标称条件，即，该工业设施的正常工作条件的条件(在这些交换器中循环的流体的温度和流速)下的最佳操作。然而，工业设施可能被诱导在它们的标称条件之外并且更具体地以比在它们的正常工作过程中更高的热需要运行，例如因为该设施的老化或磨损或者在熔融炉的增加的输出炉龄期过程中。在这种情况下，该预加热方法的操作由于该辅助交换器展现出相对于热要求太低的从这些排出的烟道气中回收余热的能力而不是最佳的：然后实际上回收的余热对于希望利用它的用途或不同用途是不足的，如氧气的预加热、燃料的预加热和/或其他用途。这导致了更大的能量消耗以及特别是更大的燃料消耗。可能设想使用具有回收比对应于该设施的标称操作的热量更大的热量的能力的辅助交换器，或者还可能设想该设施具有仅仅当回收热量的需要大于在该设施的标称操作中时使用的补充辅助交换器。然而，这将导致空间需求以及甚至更大的设施成本。本专利技术的目的是至少部分地克服以上描述的问题。特别地本专利技术的一个目的是使这些热交换的效率增加成为可能而不增加该方法的实施成本，的确甚至同时减少此成本。根据本专利技术，这通过以下方式进行：通过将热烟道气引入至用于预加热的热交换流体内的热的直接贡献。本专利技术更具体地涉及一种用于在燃烧室中用预加热的富氧氧化剂燃烧燃料的第一改进的方法。在所述燃烧室中此燃烧产生热量和热烟道气。从该燃烧室中排出这些含有余热的热烟道气。随后通过以下方式回收来自这些排出的烟道气的余热：通过在第一热交换器(被称为辅助热交换器)中与这些排出的热烟道气的至少一部分热交换来加热被称为辅助气体的气体。因此获得了热辅助气体和温和的烟道气。将由此获得的热辅助气体的至少第一部分引入至第二交换器(被称为主交换器)内，在该第二交换器中通过与包含该热辅助气体的所述至少第一部分的热交换气体热交换来预加热该氧化剂。因此获得了预加热的氧化剂和温和的热交换气体。将该预加热的氧化剂供应给用于燃料燃烧的燃烧室。根据本专利技术，有可能的是通过以下方式增加该热交换气体的热能含量：在将该热辅助气体的所述至少一部分引入至用于预加热氧化剂的主交换器内之前，将没有引入至该辅助交换器内的这些排出的热烟道气的一部分与该热辅助气体的该至少第一部分混合。凭借该热交换气体的这个更大的热能含量，本专利技术使得有可能响应于该燃烧室中对热能的更大需求，例如比该设施的标称需求更大的更多热能需求。本专利技术还使得有可能补偿这些热交换器中的一个或多个的效率的降低，例如由于该设施的老化。在本专利技术上下文中：·“富氧”或“富”气体理解为是指具有大于或等于70体积％、优选大于或等于90体积％、并且甚至大于或等于95体积％(也就是说，从95体积％至100体积％)的氧含量的气体；·“主要惰性”气体理解为是指由在该燃烧室中存在的条件下不参与该燃烧的一种或多种物质(既不作为燃料也不作为氧化剂)组成(大于50体积％)的气体。主要惰性气体因此必然包含小于50体积％的氧气：·“热交换器”理解为是指加热设施或装置，其中贡献热的第一流体(气体)和有待被加热的流体(气体)在分开的室中循环，该第一流体通过将这两个室隔开的一个或多个壁将热传递至该有待被加热的流体，即，在这两种流体之间没有直接接触并且没有混合；·“燃烧器”理解为是指用于使至少一种燃料与至少一种氧化剂接触以便借助于所述至少一种氧化剂使所述至少一种燃料的燃烧成为可能的一个装置或一组装置。燃烧器典型地包括用于将燃料和氧化剂注射至燃烧区域内的喷射器和/或喷枪。燃烧器还可以包括其他部件，如点火器、火焰检测器等；·“余热”理解为是指随着燃烧产生的烟道气从燃烧室中排出的热量；·“预加热”理解为是指在将有待被加热或熔融的产品(如燃料)、氧化剂或者还有原料引入至该燃烧室内之前它的加热。在本专利技术上下文中，当两个部件通过至少一个管道或至少一个管连接以便使通过所述至少一个管道或者通过所述至少一个管从这两个部件之一朝向这两个部件中的另一个的流体运输成为可能时，这两个部件或装置是“流体性地连接的”。根据本专利技术，该辅助气体优选地是空气或主要惰性辅助气体或者还是空气与主要惰性气体的混合物。该辅助气体可以特别地选自空气、水蒸汽和CO2、或者还有所述气体中的至少两种的混合物，该辅助气体优选地是空气。如以上指出的，通过此类辅助气体的余热回收展现出很大安全性的优点。在根据本专利技术该热交换气体中的热烟道气的含量保持相当低的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在燃烧室(100)中用预加热的富氧氧化剂(43)燃烧燃料(32)的方法，其中在所述燃烧室(100)内部产生了热量和热烟道气(11)，在该方法中：‑将这些热烟道气(11)从该燃烧室(100)中排出，所述排出的烟道气(11)含有余热；‑通过经由在辅助热交换器(10)中与这些排出的热烟道气(11)的至少一部分的热交换加热辅助气体(21)来回收余热，其中获得了热辅助气体(22)和温和的烟道气(12)，‑将该热辅助气体的至少第一部分引入至主交换器(40b)内，在该主交换器中通过与包含该热辅助气体的所述至少第一部分的第一热交换气体(23)热交换来预加热富氧氧化剂，其中获得了预加热的氧化剂(43)和温和的热交换气体(45)；并且‑将该预加热的富氧氧化剂供应给用于该燃料燃烧的该燃烧室，其特征在于：‑这些排出的热烟道气(11)的一部分(13)不被引入至该辅助交换器(10)内并且在将该热辅助气体(22)的所述至少第一部分引入至该主交换器(40b)内之前与其混合以便增加该热交换气体(23)的热能含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 FR 13634771.一种用于在燃烧室(100)中用预加热的富氧氧化剂(43)燃烧燃料(32)的方法，其中在所述燃烧室(100)内部产生了热量和热烟道气(11)，在该方法中：-将这些热烟道气(11)从该燃烧室(100)中排出，所述排出的烟道气(11)含有余热；-通过经由在辅助热交换器(10)中与这些排出的热烟道气(11)的至少一部分的热交换加热辅助气体(21)来回收余热，其中获得了热辅助气体(22)和温和的烟道气(12)，-将该热辅助气体的至少第一部分引入至主交换器(40b)内，在该主交换器中通过与包含该热辅助气体的所述至少第一部分的第一热交换气体(23)热交换来预加热富氧氧化剂，其中获得了预加热的氧化剂(43)和温和的热交换气体(45)；并且-将该预加热的富氧氧化剂供应给用于该燃料燃烧的该燃烧室，其特征在于：-这些排出的热烟道气(11)的一部分(13)不被引入至该辅助交换器(10)内并且在将该热辅助气体(22)的所述至少第一部分引入至该主交换器(40b)内之前与其混合以便增加该热交换气体(23)的热能含量。2.如权利要求1所述的方法，其中该第一热交换气体(23)由热辅助气体(22)和这些排出的热烟道气(11)的该部分(13)的混合物组成。3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中该辅助气体(21)是主要惰性气体，优选地选自水蒸汽、CO2和这两种气体的混合物。4.如权利要求1或2所述的方法，其中该辅助气体(21)选自空气或者空气与主要惰性气体的混合物。5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该第一热交换气体(23)的排出的热烟道气(11)的含量小于或等于30体积％并且优选地小于或等于20体积％。6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该热交换气体中的一方面排出的热烟道气与另一方面该第一热辅助气体的按体积计的比率小于或等于45体积％并且优选地小于或等于25体积％。7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该燃烧室(100)是熔融室、精炼室、熔融/精炼室或锅炉的燃烧室。8.如权利要求7所述的方法，其中该燃烧室(100)是玻璃熔融室、玻璃精炼室或玻璃熔融/精炼室。9.一种用于在燃烧室中用预加热的富氧氧化剂(43)燃烧燃料的方法，其中在所述燃烧室内部产生了热量和热烟道气(11)，在该方法中：-将这些热烟道气从该燃烧室(100)中排出，所述排出的烟道气(11)含有余热；-通过经由在辅助热交换器(10)中与这些排出的热烟道气(11)的至少一部分的热交换加热辅助气体(21)来回收余热，其中获得了热辅助气体(22)和温和的烟道气(12)，-将该热辅助气体(22)的至少第一部分引入至主交换器(40b)内，在该主交换器中通过与包含该热辅助气体(22)的所述至少第一部分的第一热交换气体(23)热交换来预加热富氧氧化剂(42)；并且-将该预加热的富氧氧化剂(43)供应给用于该燃料(32)燃烧的该燃烧室(100)，其特征在于，该方法包括：·第一操作模式，其中该热交换气体(23)不包含排出的热烟道气(13)，以及·对应于如以上权利要求中任一项所述的方法的第二操作模式。10.如权利要求9所述的方法，其中在该第一操作模式中，该热交换气体(13)由热辅助气体(22)组成。11.一种设施，该设施包括燃烧室(100)、被称为辅助交换器的第一热交换器(10)以及被称为主交换器的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕克·雅里，优素福·周曼尼，伯特兰·勒鲁，瑞米·特斯瓦，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR