多喷燃器旋转炉熔融系统和方法技术方案

一种在具有门的双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，包括：以第一燃烧速率操作第一喷燃器，第一喷燃器安装在门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；以第二燃烧速率操作第二喷燃器，第二喷燃器安装在门的上部部分中并产生具有长度的第二火焰，第二火焰相对于第一火焰远离炉料；在炉料中的固体阻碍第一火焰的初始阶段，将第二燃烧速率控制为大于第一燃烧速率；以及在炉料中的固体充分熔融使得第一火焰不受阻碍之后的后期阶段，将第一燃烧速率控制为大于第二燃烧速率。

【技术实现步骤摘要】
多喷燃器旋转炉熔融系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2019年10月21日提交的美国临时申请No.62/923,848的优先权，该申请全文以引用方式并入本文中。
本文描述了一种用于改善旋转炉的熔融操作的多喷燃器系统和方法。
技术介绍
图1示出了在具有在门44中的单个喷燃器10的旋转炉100中扩散火焰12如何在没有任何阻碍的情况下自然演化。烟道气体18在经由烟道管道16离开之前在熔融金属池14上方循环。但是当炉100被装填材料以加热或熔融时，如图2所示，燃烧空间可分为两种类型：典型地位于炉100的上部部分中的具有通常大于99%的高材料孔隙率的燃烧空间20(即开放空间)；以及典型地位于炉100的下部部分中的具有通常小于或等于99%的低材料孔隙率的燃烧空间22(即被装填材料部分地或完全地堵塞的空间)。喷燃器通常位于靠近装填的材料处，以确保能量优先地传递到炉料(而不是耐火材料)。尽管到废料的直接热传递速率较高，但取决于烟道的位置，存在过程挑战的趋势，包括：(1)在遇到废料之前不完全混合或燃烧，(2)燃料和氧化剂的分离，导致流短路到烟道，以及(3)不均匀的热分布，其导致炉料的一侧过热而另一侧欠热，如图3和图4所示。这些挑战的结合可导致更高的燃料消耗、氧化熔体损失和降低的炉容量(由于在冷端处的堆积)。这些问题也限制了炉可被燃烧的困难程度，这迅速减少了经由喷燃器的额外能量输入的回报。在图3中，炉料24阻止火焰12的完全演化，导致较热的炉100的前部部分26和较冷的炉100的后部部分28。该炉料24可为一大块废料，或者是一大堆废料、铸锭或浮渣。此外，由于较热的前部部分26和火焰对炉料24的冲击，炉料24的一部分可能过热并被氧化，导致产量损失。图4示出了同一旋转炉100的俯视图。这些挑战在废料或炉料的孔隙率低(即大而密的炉料)的情况下更为显著。当炉料较轻且多孔时，火焰可部分穿透炉料到达炉的后部。
技术实现思路
典型的工业金属熔融或再加热炉是“间歇式”的，其中材料以循环方式被装填、熔融/再加热，然后从炉中放出/抽出。大尺寸废料或浮渣的引入或超过其设计容量给炉装料阻止了炉中火焰的充分展开，从而影响了炉中热传递的效率和能量分布。这导致像局部冷点和炉渣堆积的问题，这会降低炉容量和生产率。本文描述的系统和方法涉及在工业熔融或再加热炉中多个喷燃器的策略使用，以提高过程的生产率、能量效率和金属回收。方面1：一种在双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，该炉具有：由大体圆柱形壁界定的腔室，其具有从封闭端延伸到开口端的轴线；和门，其被构造成覆盖开口端，该方法包括：将包含固体的炉料加入腔室中；在围绕轴线的旋转方向上旋转炉；以第一燃烧速率操作第一喷燃器，第一喷燃器安装在门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；以第二燃烧速率操作第二喷燃器，第二喷燃器安装在门的高于门的下部部分的上部部分中，并产生具有长度的第二火焰，第二火焰相对于第一火焰远离炉料；通过在门中定位在炉料上方的烟道排出由第一火焰和第二火焰产生的燃烧气体；在炉料中的固体阻碍第一火焰展开的初始阶段，将第二燃烧速率控制为大于第一燃烧速率；以及在炉料中的固体充分熔融使得第一火焰的展开不受阻碍之后的后期阶段，将第一燃烧速率控制为大于第二燃烧速率。方面2.根据方面1所述的方法，还包括：在初始阶段期间，操作第一喷燃器和第二喷燃器，使得第一火焰长度小于第二火焰长度。方面3.根据方面2所述的方法，其中，燃料和氧化剂中的至少一种在第一喷燃器中分级，并且通过调节第一喷燃器的分级比来控制第一火焰长度。方面4.根据方面2所述的方法，其中，燃料和氧化剂中的至少一种在第二喷燃器中分级，并且通过调节第二喷燃器的分级比来控制第二火焰长度。方面5.根据方面1至4中任一方面所述的方法，还包括操作第二喷燃器以产生速度为至少250英尺/秒的具有高动量的火焰。方面6.根据方面1至5中任一方面所述的方法，其中，作为旋转方向的结果，形成其中圆柱形壁旋转进入炉料的浸没界面，并且形成其中圆柱形壁从炉料旋转出来的浮现界面；并且其中，第一喷燃器和第二喷燃器定位成离浸没界面比离浮现界面更近。方面7.根据方面6所述的方法，其中，烟道定位成离浮现界面比离浸没界面更近。方面8.根据方面1至7中任一方面所述的方法，还包括：以富燃料的方式操作第一喷燃器以产生减小的第一火焰；以及以化学计量的方式操作第二喷燃器。方面9.根据方面1至8中任一方面所述的方法，其中，炉门是分体的，使得下部部分和上部部分可独立地打开，该方法还包括：当门的下部部分打开以用于装料或倾倒时，继续操作第二喷燃器，以保持热量输入到腔室中并且在腔室中保持正压。方面10.一种用于在双程旋转炉中熔融炉料的多喷燃器系统，该双程旋转炉具有由大体圆柱形壁界定的腔室、从封闭端延伸到开口端的轴线、构造成覆盖开口端的门以及旋转方向，该腔室包含炉料，该系统包括：第一喷燃器，其安装在门的下部部分中，并定位成将具有长度的第一火焰引导到腔室中；第二喷燃器，其安装在门的上部部分中，并定位成相对于第一火焰远离炉料而将具有长度的第二火焰引导到腔室中；烟道，其定位在门的上部部分中，以从腔室排出由第一火焰和第二火焰产生的燃烧气体；以及控制器，其被编程为根据炉中熔融操作的阶段以第一燃烧速率和第一化学计量比操作第一喷燃器并以第二燃烧速率和第二化学计量比操作第二喷燃器，其中在炉料中的固体阻碍第一火焰的展开的初始阶段，第二燃烧速率大于第一燃烧速率，并且其中在炉料中的固体充分熔融使得第一火焰的展开不受阻碍之后的后期阶段，第一燃烧速率大于第二燃烧速率。方面11.根据方面10所述的系统，其中，控制器被编程为在熔融操作的初始阶段期间将第一火焰长度控制为短于第二火焰长度。方面12.根据方面11所述的系统，其中，燃料和氧化剂中的至少一种在第一喷燃器中分级，并且通过调节第一喷燃器的分级比来控制一火焰长度。方面13.根据方面11所述的系统，其中，燃料和氧化剂中的至少一种在第二喷燃器中分级，并且通过调节第二喷燃器的分级比来控制第二火焰长度。方面14.根据方面10所述的系统，其中，炉还包括形成其中圆柱形壁旋转进入炉料的浸没界面以及形成其中圆柱形壁旋转离开炉料的浮现界面；并且其中，第一喷燃器和第二喷燃器定位成离浸没界面比离浮现界面更近。方面15.根据方面14所述的系统，其中，烟道定位成离浮现界面比离浸没界面更近。方面16.根据方面10至15中任一方面所述的系统，其中，炉门是分体的，使得下部部分和上部部分可独立打开。方面17.一种在单程炉中熔融炉料的方法，该炉具有由第一端壁、第二端壁以及接合第一端和第二端的至少一个侧壁界定的腔室，该方法包括：将包含固体的炉料添加到腔室中；以第一燃烧速率操作第一喷燃器，该第一喷燃器安装在端壁之一中并产生具有第二长度的第一火焰；以第二燃烧速率操作第二喷燃器，该第二喷燃器安装在端壁之一中并产生具有第二长度的第二火焰；通过定位在端壁之一中的烟道排出由第一火焰和第二火焰产生的燃烧气体；在炉料中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，所述炉具有：由大体圆柱形壁界定的腔室，其具有从封闭端延伸到开口端的轴线；以及构造成覆盖所述开口端的门，所述方法包括：/n将包含固体的炉料添加到所述腔室中；/n在围绕所述轴线的旋转方向上旋转所述炉；/n以第一燃烧速率操作第一喷燃器，所述第一喷燃器安装在所述门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；/n以第二燃烧速率操作第二喷燃器，所述第二喷燃器安装在所述门的高于所述门的所述下部部分的上部部分中，并产生具有长度的第二火焰，所述第二火焰相对于所述第一火焰远离所述炉料；/n通过在所述门中定位在所述炉料上方的烟道排出由所述第一火焰和所述第二火焰产生的燃烧气体；/n在所述炉料中的所述固体阻碍所述第一火焰的展开的初始阶段，将所述第二燃烧速率控制为大于所述第一燃烧速率；和/n在所述炉料中的所述固体充分熔融使得所述第一火焰的展开不受阻碍之后的后期阶段，将所述第一燃烧速率控制为大于所述第二燃烧速率。/n

【技术特征摘要】
20191021 US 62/923848;20201009 US 17/0667331.一种在双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，所述炉具有：由大体圆柱形壁界定的腔室，其具有从封闭端延伸到开口端的轴线；以及构造成覆盖所述开口端的门，所述方法包括：
将包含固体的炉料添加到所述腔室中；
在围绕所述轴线的旋转方向上旋转所述炉；
以第一燃烧速率操作第一喷燃器，所述第一喷燃器安装在所述门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；
以第二燃烧速率操作第二喷燃器，所述第二喷燃器安装在所述门的高于所述门的所述下部部分的上部部分中，并产生具有长度的第二火焰，所述第二火焰相对于所述第一火焰远离所述炉料；
通过在所述门中定位在所述炉料上方的烟道排出由所述第一火焰和所述第二火焰产生的燃烧气体；
在所述炉料中的所述固体阻碍所述第一火焰的展开的初始阶段，将所述第二燃烧速率控制为大于所述第一燃烧速率；和
在所述炉料中的所述固体充分熔融使得所述第一火焰的展开不受阻碍之后的后期阶段，将所述第一燃烧速率控制为大于所述第二燃烧速率。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述初始阶段期间，操作所述第一喷燃器和所述第二喷燃器，使得所述第一火焰长度小于所述第二火焰长度。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，燃料和氧化剂中的至少一种在所述第一喷燃器中分级，并且通过调节所述第一喷燃器的分级比来控制所述第一火焰长度。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，燃料和氧化剂中的至少一种在所述第二喷燃器中分级，并且通过调节所述第二喷燃器的分级比来控制所述第二火焰长度。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括操作所述第二喷燃器以产生速度为至少250英尺/秒的具有高动量的火焰。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述旋转方向的结果，形成其中所述圆柱形壁旋转进入所述炉料的浸没界面，并且形成其中所述圆柱形壁旋转离开所述炉料的浮现界面；并且其中，所述第一喷燃器和所述第二喷燃器定位成离所述浸没界面比离所述浮现界面更近，并且其中，所述烟道定位成离所述浮现界面比离所述浸没界面更近。


7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
以富燃料的方式操作所述第一喷燃器以产生减小的第一火焰；和
以化学计量的方式操作所述第二喷燃器。


8.一种用于在双程旋转炉中熔融炉料的多喷燃器系统，所述双程旋转炉具有由大体圆柱形壁界定的腔室、从封闭端延伸到开口端的轴线、构造成覆盖所述开口端的门以及旋转方向，所述腔室包含炉料，所述多喷燃器系统包括：
第一喷燃器，其安装在所述门的下部部分中，并定位成将具有长度的第一火焰引导到所述腔室中；
第二喷燃器，其安装在所述门的上部部分中，并定位成相对于所述第一火焰远离所述炉料而将具有长度的第二火焰引导到所述腔室中；
烟道，其定位在所述门的所述上部部分中，以从所述腔室排出由所述第一火焰和所述第二火焰产生的燃烧气体；以及
控制器，其被编程为根据所述炉中熔融操作的阶段以第一燃烧速率和第一化学计量比操作所述第一喷燃器并以第二燃烧速率和第二化学计量比操作所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·赫韦特森，S·P·冈戈利，J·B·肯沃蒂，何筱毅，A·V·萨内，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US