利用液体和气体燃料的燃烧的熔融方法 【技术领域】
本发明涉及一种通过燃烧液体燃料和气体燃料的燃烧器来熔融/熔化炉料的工艺/方法。
背景技术
在工业炉中，对所用燃料种类的选择，如在液体燃料和天然气之间的选择，依赖于几个参数。第一参数是所用燃料的运行费用。另一参数是向炉料的能量传递，已知天然气的火焰比液体燃料的火焰辐射小。另一个参数是在炉料上方的燃烧产生的水蒸汽浓度，这可能对产品的质量产生影响。最后，必须考虑到污染物排放，比如NOx或SOx，一般在使用液体燃料的情况下这种排放会大于使用天然气的情况。
使用两种燃料的混合操作使得最大化每种燃料的优点并限制其缺点成为可能。很多研究最近提出了不同的工艺用以提高天然气火焰的辐射。例如A.J.Faber和M.Van Kersbergen在“Glass technology Vol.46，No.2，April 2005”中表明，通过增加少量的柴油或者通过喷射有助于形成烟灰的气体，如丙烯或乙炔，可在可见和近红外的范围内提高天然气火焰的辐射能力。而所喷射的柴油量保持低于燃料总流量20％。一种增加液体燃料相对于天然气的比例的方法是，发展一种将天然气作为雾化气体使用的喷射器。L.S.Messias，M.M.Dos Santos和H.F.D.Schettini在“Proceedings of Clean Air 2005，April 2005”中提出一种喷射50％的液体和50％的天然气的雾化器的例子，并表明对于空气燃料火焰、由于该系统的使用而使污染物排放--如氮氧化物和硫氧化物--明显降低。这种类型的双燃料雾化器也存在于用氧作为燃料的燃烧器的情况：B.Leroux，F.Lacas，P.Recourt和O.Delabroy在“Proceedings of AFRC-JFRCInternational symposium，Hawaii，September 2001”中描述了一种能够将天然气作为雾化气体使用的外射喷射器。然而，这几种类型的喷射器都致力于氧燃料燃烧，可能的天然气流率的范围很窄：天然气的质量流量一般维持在液体燃料的质量流量的15％到30％。低于15％，则雾化的质量变得过于平庸而且存在不完全燃烧。相反，超过30％，则由于雾化气体速度过高而使火焰可能变得不稳定。
【发明内容】
本发明的一个目的在于，解决现有混合氧燃料系统的所述缺乏适应性的问题。
为此目的，本发明涉及一种在炉中通过氧燃料燃烧器/全氧燃烧燃烧器(oxy-fuel combustion burner)来熔融炉料的工艺，该炉包括至少一个上游废气出口，在该炉中，在炉料熔融区中，
-邻近所述上游废气出口设置的燃烧器燃烧液体燃料；和
-至少一个远离所述上游废气出口设置的燃烧器燃烧气体燃料。
【附图说明】
通过阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将更加明晰。实施本发明的具体方式和方法通过非限制性的实施例给出并通过附图示出，其中：
-图1是实施根据本发明的工艺的炉的示意图；
-图2是实施根据本发明的工艺的一种替代方法；和
-图3是实施根据本发明的工艺的另一种替代方法。
【具体实施方式】
根据本发明地工艺涉及到通过氧燃料燃烧器加热炉料，也就是说燃烧器使用含富氧气体的氧化剂。术语“富氧气体”理解为一种氧含量大于70％的气体。该工艺在一炉内进行，该炉包括至少一个在炉上游部分的燃烧废气出口。在本文中，术语“上游”理解为炉的引入待加热炉料的部分，而术语“下游”理解为炉的排出已加热炉料的部分。废气出口可以位于炉的末端或者横向侧之一上。一般来说，上游的废气出口位于炉长度的第一个四分之一处。上游的废气出口优选位于炉的一个或者多个横向侧上。炉可以包括一个或者多个上游废气出口。在存在多个废气出口的情况下，这些废气出口可以沿着炉的长度布置在相同的高度上或交错布置。如何布置根据本发明的燃烧器的原则相对于所有上游出口都适用。本发明的工艺涉及根据氧燃料燃烧器燃烧的燃料的性质来在炉中布置所述氧燃料燃烧器。这样，在炉的熔融区中：
-邻近上游废气出口设置的燃烧器燃烧液体燃料。在本文中，表述：炉的“邻近一元件或区设置的燃烧器”理解为燃烧器与所述元件或区相距小于4m。优选地，认为“邻近一元件或区设置的燃烧器”是指与所述元件或区相距小于8m的燃烧器。在实践中，技术人员通常根据炉的总长度选择4或8m；
-远离上游废气出口设置的至少一个燃烧器燃烧气体燃料。表述“远离一元件或区设置的燃烧器”理解为不邻近所述元件或所述区的燃烧器，也就是说，燃烧器与所述元件或所述区相距至少4m、或甚至至少8m，这种选择通常如上文所述地根据炉的总长度来进行。
炉包括3个区：
-炉的熔融区，该熔融区被限定为位于区分固体材料和熔融材料的线上游的区。一般地，对于熔融玻璃，熔融区在代表炉的第一个三分之一到第一个二分之一的上游区上延伸；
-加热区，该加热区被限定为被燃烧器的火焰覆盖的区，该加热区包括熔融区的一部分和紧邻在熔融区下游的区；
-精炼/提纯区，该精炼区被限定为位于加热区下游的区，该精炼区不受热。
根据所述工艺的一种变型，在加热区中，邻近精炼区设置的燃烧器可燃烧液体燃料。该变型使接近精炼区的水蒸汽浓度水平可能降低。
另外，在炉包括至少一个下游废气出口的情况下：
-邻近下游废气出口设置的燃烧器燃烧液体燃料；
-至少一个远离下游废气出口设置的燃烧器燃烧气体燃料。
优选地，下游废气出口设置在炉长度的最后三分之一处。
根据本发明的工艺优选适用于炉料是玻璃或者珐琅的炉。本发明的工艺特别适用于长度至少20m，优选至少30m的玻璃窑炉。
图1，2和3示出了根据本发明的设备和工艺。
在图1中，为炉1配设有：
-用于引入待熔融的炉料的加料机2；
-两个上游废气出口3；和
-八个氧燃料燃烧器41，42，43，44，51，52，53，54，或者彼此面对、或者以交错的形式布置。
根据本发明，邻近上游废气出口3设置的燃烧器41，42，43，44燃烧液体燃料，而远离上游废气出口3设置的燃烧器51，52，53，54燃烧气体燃料。
在图2中，为炉1配设有：
-用于引入待熔融的炉料的加料机2；
-两个上游废气出口3；和
-九个氧燃料燃烧器41，42，43，44，45，46，51，52，53，或者彼此面对、或者以交错的形式布置。
根据本发明，邻近上游废气出口3设置的燃烧器41，42，43，44燃烧液体燃料，而远离上游废气出口3设置的燃烧器51，52，53燃烧气体燃料。另外，接近精炼区8设置的燃烧器45和46燃烧液体燃料。
在图3中，为炉1配设有：
-用于引入待熔融的炉料的加料机2；
-两个上游废气出口3；
-两个下游废气出口7；和
-九个氧燃料燃烧器41，42，43，44，45，46，51，52，53，或者彼此面对、或者以交错的形式布置。
根据本发明，邻近上游废气出口3设置的燃烧器41，42，43，44燃烧液体燃料，而远离上游废气出口3并且远离下游废气出口7设置的燃烧器51，52，53燃烧气体燃料。另外，邻近下游废气出口7设置的燃烧器45和46燃烧液体燃料。
通过如上所述地实施工艺，能够以最优的方式结合使用液体和气体燃料的火焰的优点。这样，尽管接近废气出口，但液体燃料火焰的较大惯性保证所述火焰的稳定。另外，由于所述火焰向炉料的传递较大，使来自这些火焰的废气的温度较低，能量平衡比安装气体燃料燃烧器的情况更好。气体燃料燃烧器本身被定位的方式保证，来自这些火焰的废气在炉内停留较长的时间从而确保向炉料的完全传递。