具有集成热回收利用辐射回流换热器用于使用烟道气的热量预热燃烧反应物的炉子制造技术

辐射回流换热器预热氧化剂和/或燃料以在炉子的一个或多个燃烧器处燃烧。该换热器包括管道，该管道的至少一部分包括热导率大于1W/(m·K)、优选大于3W/(m·K)的材料，该管道接收由(多个)燃烧器产生的热烟道气。该管道将热量辐射传递给氧化剂或燃料(以便进行预热)，该氧化剂或燃料流过设置在该管道与隔热壁之间的一个或多个金属管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有集成热回收利用辐射回流换热器用于使用烟道气的热量预热燃烧反应物的炉子背景
本专利技术涉及使用来自炉子中产生的烟道气的废热预热用于在炉子的一个或多个燃烧器中燃烧的一种或两种类型的燃烧反应物(即，氧化剂和/或燃料)。相关技术通过从烟道气中回收热能来预热用于高温炉中燃烧的空气已在玻璃熔炉中实现燃料节省。例如，如图1所图示的，燃料流F和已预热空气流HA被炉子F的燃烧器B燃烧，产生烟道气流FG。烟道气流FG通过导管C输送到金属回流换热器R，该金属回流换热器用于将烟道气FG的热量传递到空气流A，然后空气流成为预热的空气流HA。如图2所示，用于预热空气燃烧炉的一种类型的回流换热器具有双管构造，其中烟道气流FG容纳在金属内管IP内并跨内管IP与容纳在内管IP和外管OP之间的环形空间中的空气流A进行热交换。如图3所图示的，用于预热空气燃烧炉的另一种类型的回流换热器包括容纳空气流A的多个内管IP，这些内管围绕圆柱形空间的外周布置，该圆柱形空间由容纳烟道气流FG的隔热耐火材料IR围成。据我们所知，由于安全原因，后两种技术(即，烟道气与氧气或天然气之间包括单个金属界面的技术)尚未在商业上应用于氧气和天然气的预热。这是因为预期单个金属内管或一圈金属内管将在适当的时候因烟道气FG对管P的金属的高温腐蚀作用而失效。氧气或天然气泄漏到烟道气流中可能导致灾难性的安全事故。预热燃烧空气的技术已一定程度成功地应用于氧气燃烧玻璃熔炉(即，通过燃烧器燃烧氧化剂来加热玻璃熔炉，氧化剂不是空气，而是某种形式的富氧气体，比如工业纯氧)。然而，加热氧气流是极具挑战性的，因为尤其是在高温下氧气的高反应性对热回收系统的设计和结构施加极大的限制。例如，虽然通常做法中使用回热器(烟道气和空气在交替循环中流动通过回热器以预热空气)，但由于担心氧气会与烟道气中不可避免地存在并沉积在回热器中的污染物发生反应，通常认为这种技术无法与氧气一起使用。与玻璃熔炉类似，也已提出将燃料和/或氧化剂预热用于金属熔炉。为了避免前述问题，US6,250,916披露了一种解决方案，其中使用热燃烧气体来预热空气，空气进而被用于预热氧气。另外，等人描述了由液化空气公司(AirLiquide)提供的HeatOx系统的一个实施例，其中空气首先在回流换热器中通过与热烟道气进行热交换而被加热，随后，氧气或天然气用单独的管壳式热交换器中的热空气被预热(等人，“Oxy-FuelTablewareFurnacewithNovelOxygen-andNaturalGasPreheatingSystem[具有新型氧气和天然气预热系统的氧气燃料餐具炉]”，第77届玻璃问题会议)。尽管这些方法非常令人满意，但有时可能在两个方面受到限制。首先，由于需要有单独的热交换器(用于空气的预热和氧气或天然气的预热)，在一定情况下，相关的资本成本在某些情况下会阻碍对此类项目的投资，因为需要增加投资回报时间。第二，氧气或天然气可以被预热到的温度受到预热的空气的温度的限制。因此，常规技术限于有多少热能可以从热烟道气回收并传递到氧气或天然气。通常，预热的空气温度不超过650℃。因此，需要通过从烟道气中回收热量来预热用于炉子的燃烧反应物，这展现出降低的灾难性安全故障的风险。还需要通过从烟道气中回收热量来预热用于炉子的燃烧反应物，这展现出改进的经济性。
技术实现思路
披露了一种利用回流式换热通过烟道气的废热能量预热燃烧反应物的炉子，包括：燃烧室，该燃烧室包括由炉壁围成的燃烧空间，在该燃烧空间中，燃烧燃料和氧化剂以加热固体和/或熔化的玻璃或玻璃制造材料或固体和/或熔化的金属，从而产生烟道气；一个或多个燃烧器，该一个或多个燃烧器安装在该炉壁中，适于并被构造为将预热的燃料和/或预热的氧化剂注入该燃烧室内部以在其中燃烧；管道，该管道沿轴线延伸并且具有接收在该燃烧室中产生的烟道气的至少一部分的第一端部和排放所接收的烟道气的第二相反端部；一个或多个隔热壁，该一个或多个隔热壁平行于该管道轴线并邻近该管道的外表面延伸，该隔热壁由隔热材料构成，在该管道的外表面与该隔热壁的内表面之间限定非反应性气体空间，一个或多个金属管，该一个或多个金属管延伸穿过该非反应性气体空间，这些管接收该燃烧氧化剂或该燃烧燃料并在预热后排放该燃烧氧化剂或该燃烧燃料，其中，该管道的至少多个部分由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。披露了利用回流式换热通过烟道气的废热能量预热燃烧反应物的另一种炉子，包括：燃烧室，该燃烧室包括由炉壁围成的燃烧空间，在该燃烧空间中，燃烧燃料和氧化剂以加热固体和/或熔化的玻璃或玻璃制造材料或固体和/或熔化的金属，从而产生烟道气；一个或多个燃烧器，该一个或多个燃烧器安装在该炉壁中，适于并被构造为将预热的燃料和/或预热的氧化剂注入该燃烧室内部以在其中燃烧；回流换热器，该回流换热器包括：管道，该管道包括设置在该管道的相应四个角处的四个结构支柱以及四个管道部分，每个管道部分在一对支柱之间延伸，这些管道部分由热导率大于1W/(m·K)的材料制成；一组四个隔热壁，每个隔热壁邻近并平行于这些管道部分中的相应一个延伸，在每对相邻并平行延伸的管道部分和隔热壁之间设置非反应性气体空间；一组或多组多个金属管，每组延伸穿过这些非反应性气体空间中的相应一个，这些金属管中的每一个适于并被构造为接收燃烧反应物流并在该金属管处预热后排放该燃烧反应物，其中，这些燃烧器与这些金属管流体地连通，以从其中收预热的燃烧反应物。还披露了一种用于使用炉子产生的烟道气的废热能量预热燃烧反应物的回流式换热方法。该方法包括以下步骤。从安装在炉子的炉壁中的一个或多个燃烧器将燃料和氧化剂注入到由该炉壁围成的燃烧室内的燃烧空间中，并在该燃烧空间中燃烧所注入的燃料和氧化剂，从而加热固体和/或熔化的玻璃或固体和/或熔化的金属并产生烟道气，其中该燃料和氧化剂中的至少一个被预热。在沿轴线延伸的管道的第一端部接收该烟道气，其中该管道的至少多个部分由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。从该管道的第二端部排放所接收的烟道气。通过辐射和对流热交换在该烟道气与该管道之间进行热交换。通过穿过填充非反应性气体的非反应性气体空间的辐射热交换在该管道的由热导率大于1W/(m·K)的材料构成的部分中的一个或多个与和所述部分相对的一个或多个和一个或多个金属管之间进行热交换，该一个或多个金属管延伸穿过该非反应性气体空间，该非反应性气体空间限定在该管道的外表面与隔热壁的内表面之间，该隔热壁平行于该管道轴线延伸并且邻近该管道的外表面延伸，该管道的外表面与由热导率大于1W/(m·K)的材料构成的部分相对。通过对流热交换在该一个或多个金属管与流过这些管的燃料或氧化剂之间进行热交换，以提供预热的燃料或预热的氧化剂。将该预热的燃料或该预热的氧化剂供给到该一个或多个燃烧器。这些炉子或方法中的任一个或多个可以包括以下方面中的一个或多个：-管道是陶瓷管道。-管道的由导热率大于1W/(m·K)的材料构成的部分与这些金属管中的一个或多个相对设置-该非反应性气体是空气，该非反应性气体空间可选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用回流式换热通过烟道气的废热能量预热燃烧反应物的炉子，包括：/n燃烧室，该燃烧室包括由炉壁围成的燃烧空间，在该燃烧空间中，燃烧燃料和氧化剂以加热固体和/或熔化的玻璃或玻璃制造材料或固体和/或熔化的金属，从而产生烟道气；/n一个或多个燃烧器，该一个或多个燃烧器安装在该炉壁中，适于并被构造为将预热的燃料和/或预热的氧化剂注入该燃烧室内部以在其中燃烧；/n管道，该管道沿轴线延伸并且具有接收在该燃烧室中产生的烟道气的至少一部分的第一端部和排放所接收的烟道气的第二相反端部；/n一个或多个隔热壁，该一个或多个隔热壁平行于该管道轴线并邻近该管道的外表面延伸，该隔热壁包括隔热材料，在该管道的外表面与该隔热壁的内表面之间限定非反应性气体空间；以及/n一个或多个金属管，该一个或多个金属管延伸穿过该非反应性气体空间，这些管接收该燃烧氧化剂或该燃烧燃料并在预热后排放该燃烧氧化剂或该燃烧燃料，其中，该管道的一个或多个部分由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 US 15/639,660;20180406 US 15/947,5491.一种使用回流式换热通过烟道气的废热能量预热燃烧反应物的炉子，包括：
燃烧室，该燃烧室包括由炉壁围成的燃烧空间，在该燃烧空间中，燃烧燃料和氧化剂以加热固体和/或熔化的玻璃或玻璃制造材料或固体和/或熔化的金属，从而产生烟道气；
一个或多个燃烧器，该一个或多个燃烧器安装在该炉壁中，适于并被构造为将预热的燃料和/或预热的氧化剂注入该燃烧室内部以在其中燃烧；
管道，该管道沿轴线延伸并且具有接收在该燃烧室中产生的烟道气的至少一部分的第一端部和排放所接收的烟道气的第二相反端部；
一个或多个隔热壁，该一个或多个隔热壁平行于该管道轴线并邻近该管道的外表面延伸，该隔热壁包括隔热材料，在该管道的外表面与该隔热壁的内表面之间限定非反应性气体空间；以及
一个或多个金属管，该一个或多个金属管延伸穿过该非反应性气体空间，这些管接收该燃烧氧化剂或该燃烧燃料并在预热后排放该燃烧氧化剂或该燃烧燃料，其中，该管道的一个或多个部分由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。


2.如权利要求1所述的炉子，其中，该非反应性气体空间与环境空气自由连通，并且不使用任何机械装置来产生通过该非反应性气体空间的空气流动。


3.如权利要求1所述的炉子，进一步包括与所述一个或多个管处于流动连通的气态燃料源。


4.如权利要求1所述的炉子，进一步包括与所述一个或多个管处于流动连通的氧化剂源。


5.如权利要求4所述的炉子，其中，该氧化剂是富氧空气、工业纯氧、工业纯氧与再循环烟道气的混合物、或工业纯氧与二氧化碳的混合物。


6.如权利要求4所述的炉子，其中，该氧化剂源是低温空气分离单元、蒸气变压吸附单元、或从液氧罐中被供以液氧的汽化器。


7.如权利要求1所述的炉子，其中，该管道的包括热导率大于1W/(m·K)的材料的所述一个或多个部分中的每一个由陶瓷或金属材料构成。


8.如权利要求1所述的炉子，其中，该管道的由热导率大于1W/(m·K)的材料构成的所述一个或多个部分中的每一个是具有至少70％的SiC含量的可浇铸耐火材料。


9.如权利要求1所述的炉子，其中，整个该管道由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。


10.如权利要求1所述的炉子，其中，该管道的一些部分由热导率大于1W/(m·K)的材料构成，该管道的其余部分由热导率小于或等于1W/(m·K)的材料构成。


11.如权利要求1所述的炉子，其中：
该管道由设置在该管道的相应四个角处的四个支柱以及四个管道部分构成，每个管道部分在相应一对支柱之间延伸，使得这四个管道部分中的第一管道部分平行于这四个管道部分中的第三管道部分，并且这四个管道部分中的第二管道部分垂直于这四个管道部分中的第一管道部分并平行于这四个管道部分中的第四管道部分；
该一个或多个隔热壁包括对应的第一隔热壁、第二隔热壁、第三隔热壁和第四隔热壁，这些隔热壁分别平行于该第一管道部分、该第二管道部分、该第三管道部分和该第四管道部分延伸，从而分别限定第一非反应性气体空间、第二非反应性气体空间、第三非反应性气体空间和第四非反应性气体空间；
这些金属管中的第一组一个或多个金属管延伸穿过该第一非反应性气体空间；
这些金属管中的第二组一个或多个金属管延伸穿过该第二非反应性气体空间；
这些金属管中的第三组一个或多个金属管延伸穿过该第三非反应性气体空间；
这些金属管中的第三组一个或多个金属管延伸穿过该第三非反应性气体空间；以及
这四个管道部分中的每一个由热导率大于1W/(m·K)的材料构成。


12.如权利要求11所述的炉子，其中：
这些隔热壁中的每一个由热导率等于或小于1W/(m·K)的陶瓷材料构成；以及
这些支柱中的每一个由热导率等于或小于1W/(m·K)的陶瓷材料构成。

【专利技术属性】
技术研发人员：姜泰宇，詹姆斯·J·F·麦克安德鲁，瑞米·特斯瓦，马杰夫，瑞恩·阿德尔曼，亨利·谢弗雷尔，
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