燃料炉和用于控制燃料炉中的燃烧的方法技术

本发明专利技术涉及燃料炉及其操作方法，在该方法中：以受控的流率将主氧化剂注入到该炉的燃烧室（2）中；使燃烧材料在燃烧室（2）中与主氧化剂一起燃烧，产生热能和温度高于600℃的烟气（6）；通过排出管道（13）将烟气（6）移走，所述被移走的烟气（6）可能含有可被氧化的残余材料，排出管道（13）在燃烧室（2）的下游设有用于稀释氧化剂的入口（14）；通过用于稀释氧化剂的入口（14）处的火焰使可被氧化的残余材料与稀释氧化剂一起燃烧；检测排出管道（12）内部的火焰强度；和根据检测到的火焰强度调节注入到燃烧室（2）中的主氧化剂的注入流率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对燃料炉中的燃烧的调节。
技术介绍
燃料炉通常用在用于产生热能和用于以高温处理材料的工业中。术语“燃料炉”表示一种炉，比如熔炼炉或焚化炉，其中通过燃料与存在于氧化剂物质中的氧化剂的燃烧在所述炉的燃烧室中产生至少部分热能。因此，术语“燃料炉”还涵盖其中至少部分热能是由没有明火的燃烧(通常称作“无焰燃烧”)而产生的炉子。通过燃烧产生的一般包含C02、C0和H2O的烟气以高于600°C的温度从燃料炉的燃烧室通过排出管道排出。 理论上，当燃烧按照化学配比进行时，即，当将氧化剂以与用于使存在于燃烧区域中的燃料完全燃烧所需要的氧化剂的量相对应的量注入到燃烧区域中时，产生最大量的热能。在这种情况下，存在于燃料中的碳完全被氧化成CO2，通常存在于燃料中的氢完全被氧化成H2O,等。但是，在工业实践中发现，为了获得燃料的完全燃烧，氧化剂稍微过剩是必要的。不足的氧化剂注入会由于燃料的不燃烧或者部分燃烧而导致炉子性能的下降。氧化剂过剩太多也导致炉子性能的下降(例如，通过排放烟气损失更多热能，以及在氧燃烧的情况下随同烟气一起排出没有参与燃烧的部分氧气、而该氧气具有不可忽略的成本)。在氧化剂流率过大的其它缺点中，特别可提及对装载物的更大级别的氧化——在装载物可被氧化的情况下，正如在用于熔炼可被氧化的金属比如铝的炉子中以及在某些再热炉的情况下。特别公知的是以大于化学配比或小于化学配比的配置操作燃料炉，以便于防止或限制由燃烧区域中的大气造成的对装载物有害的还原或氧化。因此，对于某些应用，最佳燃烧不同于按照化学配比进行的燃烧。在燃料和所添加的氧化剂以及这些物质的组成得到很好地控制的燃料炉中通常可以实现对燃料炉的最佳操作。但是，在燃料炉的大量的工业应用中，在燃烧区域中可以获得的可燃烧材料的量和/或组成控制得不好或者仅是稍微地得到控制。例如在如下情况中便是如此-在其中装载物包含可变量和/或质量的燃烧材料的燃料炉中，例如废物焚烧炉和用于金属回收的二次熔炼炉；-在其中装载物包含固有的和/或添加的燃烧材料以及其中装载物以非受控方式将这些燃烧材料释放到基本位于装载物上方的燃烧区域中的燃料熔炼炉中，比如用于金属回收的二次熔炼炉；-在用于对例如从上文描述的炉子获得的烟气进行二次燃烧的燃料炉中，例如在用于钢的二次熔炼的电弧炉的二次燃烧室中。从JP-A-1314809和JP-A-2001004116获知给焚化炉装配面向燃烧室内部的照相机并且根据所获得的燃烧室内部的燃烧的图像来调节在主燃烧上方的燃烧室内部的二次燃烧。从W0-A-2005/024398获知对包含在从金属处理炉(比如电弧炉或转炉)获得的气体中的化学物质/元素的量进行测量——通过收集部分待分析的气体、将其冷却到低于300°C、并通过激光二极管发射的相干光信号测量气体中存在的CO和/或CO2的量——所述过程允许以少于10秒的响应时间和对炉子的实时控制来测量所述量。W0-A-03/056044描述了一种熔炼铝的方法，其中将固体铝引入到炉子中，熔炼铝以便形成铝浴，检测一氧化碳(CO)的浓度和从炉子排出的烟气的温度的变化，从中推断出铝浴表面上的铝的氧化物的形成并且根据铝的氧化物的形成来调节熔炼过程。但是，由于所述烟气中的污染物(比如烟尘)的性质和数量，使得难于测量燃料炉的烟气中的某些种类的化学物质的浓度。 W0-A-2004/083469描述了一种熔炼铝的方法，其中根据烟气排出管道中的烟气的温度来调节通过燃烧器注入到燃料炉中的燃料和氧化剂的比率，所述烟气排出管道设有用于被称作“稀释空气”的空气的入口。在该种方法中，可以根据不同的参数(开口的尺寸、燃气的抽出速度、烟气管道的状态、通过相同的抽出机收集的其它烟气流的流率)改变稀释空气的流率。这种可变的流率可以对排出管道中的烟气的温度产生影响，并从而对炉子的调节具有影响。通常是环境空气的稀释空气的温度的日变化(白天和黑夜)和季节变化(夏季和冬季)也可以对排出管道中的烟气的温度有影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供对燃料炉中的燃烧的调节，其没有上面描述的已知方法的缺点。因此本专利技术涉及一种改进的燃料炉的操作方法。根据该方法，将称作主“氧化剂”的氧化剂以调节后的流率注入到燃料炉的燃烧室中。燃烧材料在燃烧室中与由此注入的主氧化剂一起燃烧，从而在燃烧室中产生热能和温度高于600°C的烟气。通过排出管道将由此产生的烟气从燃烧室排出。该排出管道在燃烧室的下游设有用于称作“稀释氧化剂”的氧化剂(其一般是但未必是环境空气)的入口，使得稀释氧化剂与600°C或者更高温度下的烟气接触。因此，当烟气仍然含有可被氧化的材料时，即，当燃烧室中的燃烧材料的燃烧不完全时，在排出管道内部在用于稀释氧化剂的入口的高度上获得火焰。事实上，稀释氧化剂与高温下的烟气中的可被氧化的材料之间的接触会造成存在于排出烟气中的可被氧化的所述材料(比如CO和/或H2)的自动燃烧。根据本专利技术，存在对排出管道内部且因此位于燃烧室下游的火焰强度的检测，并且根据检测到的火焰强度来调节注入到燃烧室中的主氧化剂的流率。特别地，可以以受控方式将燃烧材料引入到燃烧室中，例如通过喷枪或燃烧器将燃料射流注入到燃烧室中。燃烧材料可存在于装载物中，并因此可与装载物一起被引入到燃烧室中。还可以通过向燃烧室中的受控的引入与连同装载物的引入的结合将燃烧材料引入到燃烧室中。有利地，当由此检测到的火焰强度低于预定下限时减小注入到燃烧室中的主氧化剂的注入流率，和当由此检测到的火焰强度高于预定上限时增大注入到燃烧室中的主氧化剂的流率。由此通过火焰检测器检测烟气中可被氧化的材料(比如CO)与稀释氧化剂的燃烧的强度来检测所述可被氧化的材料的存在，所述火焰检测器返回表示排出管道内部的燃烧强度/火焰强度的信号(a)高强度表示排出烟气中明显存在可被氧化的材料，(b)低强度表示排出烟气中存在少量可被氧化的材料。因此本专利技术使得可以确定烟气中存在可被氧化的材料的水平，并实时施加对燃烧区域中的燃烧的调节的校正。 正如之前所描述的，预定下限和预定上限是根据燃烧室中的燃烧过程的性质来确定的。当燃烧过程旨在实现燃烧材料在燃烧室中的完全燃烧时，预定下限非常低，但是高于零。由此可以确保主氧化剂的注入流率对于燃烧室中的燃烧过程既不过大也不太低。本专利技术通过实时地调整对主氧化剂的流率的调节以及可选地如下面所述的还有对注入到燃烧室中的燃料的流率的调节，使得特别地可以补偿对炉装载物(一般情况是对回收炉)中燃烧材料的含量、燃烧材料的量和/或其在燃烧室中的释放的不完美的认识。本专利技术的另一个优点是其可以通过廉价且容易使用的火焰强度检测器来实施。在某些燃烧过程中，排出烟气中可被氧化的材料的含量可能频繁地变化，但是通常具有短的持续时间。根据一个实施方式，在预定持续时间Atl和At2期间检测排出管道内部的火焰强度。当检测到的火焰强度在预定持续时间Atl期间保持低于下限时减小注入到燃烧室中的主氧化剂的注入流率。类似地，当检测到的火焰强度在预定持续时间At2期间保持高于上限时增大注入到燃烧室中的主氧化剂的注入流率。因此，避免了燃烧过程中的过大的波动。另一种可能是(a)当在预定持续时间Atl期间检测到的火焰强度的平均值低于下限时减小注入到燃烧室中的主氧化剂的注入流率，和(b)当在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·博杜安，B·卢瓦瑟莱，
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：
国别省市：