使用燃烧空气预热设备预热用于富氧燃烧器的燃料和氧化剂的方法

摘要

本发明涉及一种在装备有能量回收装置和燃烧器的窑炉中进行的燃烧方法，通过能量回收装置回收来自燃烧烟气的热量，并且所述回收的热量用来加热空气。根据本发明，至少部分所述燃烧器进行燃料和富氧氧化剂的燃烧，以及至少部分经能量回收装置加热的空气用来预热用于燃烧器的燃料和/或富氧氧化剂。

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氧燃烧方法的设备，其中在窑炉中预热氧气和/或燃 料，该窑炉装备有用于在空气预热情况下进行空气燃烧的装置。

背景技术

蓄热式窑炉是在其侧壁上装备有大量耐火材料的窑炉。所述耐火材料 是能从离开窑炉侧壁的燃烧废气中回收热量、并将该热量传递给供入该窑 炉的冷空气的热交换器。蓄热器的耐火材料被燃烧废气加热到很高的温度 (数量级为1300-1500℃)。在实践中，通过窑炉侧壁离开的燃烧废气在 通常为约20分钟的周期内与耐火材料从其上部到其下部相接触。在随后的 周期中，准备供给窑炉燃烧器的冷的燃烧空气与耐火材料从其下部到其上 部相接触，以便从其中吸收热量。所述燃烧空气由此在被引入窑炉的燃烧 室之前被加热到数量级通常为1100-1300℃的温度。燃烧废气和燃烧空气 的流在各周期中反向/倒转，从而使蓄热器的各个面可交替地被加热和用于 预热燃烧空气。预热燃烧空气使得使用空气燃烧成为可能，并能产生高的 能量。对于使用回热器的窑炉，燃烧空气通过用燃烧废气供给的金属热交 换器连续地被加热。

目前，许多窑炉通过富氧燃烧进行工作，这意味着，燃烧不再发生在 燃料和空气之间(空气燃烧)，而是发生在燃料和氧气浓度高于空气的氧 化剂/助燃剂(comburant)之间。所述氧化剂通常由富含氧气的空气组成， 或者由纯的氧气组成。用来自燃烧产物的废气预热氧气和燃料使得能够回 收废气中含有的部分能量，并能提高这种燃烧的能量效率。来自离开配备 有富氧燃料火焰的玻璃熔窑的燃烧产物的废气中含有的能量占所耗能量的 约30％。

如果构造新的窑炉则很容易实现富氧燃烧。但是，由于经济原因，很 难在最初设置为使用空气燃烧的蓄热式窑炉中仅使用富氧燃烧。其中的一 个原因在于，必须拆除蓄热器、修改窑炉的尺寸并重新构造燃烧废气的排 出装置。事实上，在富氧燃烧中，燃烧废气的体积比使用空气燃烧的燃烧 废气的体积低4至5倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧方法，该方法使得能够在装备有从燃 烧废气中回收热量的蓄热器或回热器的窑炉中至少部分地使用富氧燃烧。

本发明的另一目的是从已经存在的空气燃烧窑炉的设备开始使用该富 氧燃烧方法。

本发明的再一目的在于提供一种富氧燃烧方法，该方法可适用于为使 用空气的燃烧而设计的带有蓄热器或回热器的窑炉。

根据所述目的，本发明涉及一种在装备有用于从燃烧废气中回收能量 的装置和燃烧器的窑炉中的燃烧方法，其中，通过能量回收装置回收来自 燃烧废气的热量，并且由能量回收装置回收的该热量用于加热空气，其中：

-至少部分所述燃烧器进行燃料和富氧氧化剂的燃烧；以及

-至少部分经能量回收装置加热的空气用于预热所述燃烧器的燃料和 /或富氧氧化剂。

因此，本发明涉及一种燃烧方法在装备有设计用于回收包含在燃烧废 气中的能量的能量回收装置(如蓄热器或回热器)的窑炉中的应用。在所 述窑炉中进行的燃烧至少部分是富氧燃烧，即燃料和富氧氧化剂的燃烧。 优选地至少10％、更优选地至少20％的燃烧能量由使用燃料和富氧氧化剂 的燃烧的燃烧器产生。“富氧氧化剂”是指氧气浓度按体积计大于90％的 氧化剂。通过VSA(真空变压吸附)方法制得的氧气特别适宜。根据本发 明的方法，使用能量回收装置通过将从所有的燃烧废气中回收的能量传递 给冷空气(即环境空气)来加热该冷空气；如果使用空气燃烧器(空气燃 烧器是指其中氧化剂为空气的燃烧器)，则所述燃烧废气从富氧燃烧和空 气燃烧中得到。在现有技术中，从废气中回收的所述能量仅用于预热燃烧 空气，即在燃烧器中与燃料直接混合的空气。相反，在本发明中，通过从 燃烧废气中回收能量的装置加热的空气中所含有的能量的至少一部分被引 导到富氧燃烧器的供给燃料和富氧氧化剂的装置，以预热该燃料和该氧化 剂(富氧燃烧器是指其中的氧化剂富含氧气的燃烧器)。可通过任何用于 在热空气和燃料或氧化剂之间进行换热的装置进行预热。

已经注意到，如果空气-燃料燃烧器与富氧燃料燃烧器一起存在，则来 自富氧燃烧的废气的能量只能通过加热将用于空气-燃料燃烧器中的燃烧 的空气进行回收。事实上，空气流受到所安装的空气燃烧装置的功率和空 气/燃料燃烧比率的控制和限制。类似地，燃烧空气的预热温度受到系统中 用于从废气回收能量的耐火材料或其他材料的强度的限制。因此，富氧燃 烧在废气中产生过剩能量，这些包含在富氧燃烧废气中且通过窑炉的能量 回收装置排出的多余能量可在对空气进行预热后回收，所述空气的一部分 (或者在只通过富氧燃烧器加热的窑炉的情况下甚至全部)将被引导至用 于预热富氧燃烧器的燃料和富氧氧化剂的装置。

在加热冷空气时，对于与空气燃烧的要求相适应的体积和富氧燃烧的 氧气和/或燃料的预热，使空气达到最大预热温度。将经能量回收装置加热 的空气的至少一部分引导至用于通过直接或间接热交换器预热燃烧器的燃 料和/或富氧氧化剂的设备。“间接热交换器”是指使用惰性气体来把热量 从热空气传递到燃料和/或富氧氧化剂的热交换器。热空气的热量首先传递 给惰性气体，惰性气体再将其热量传递给燃料和/或富氧氧化剂。至于惰性 气体，可例如使用氮气或氩气。

本发明可在所有的燃烧器都进行燃料和富氧氧化剂的燃烧时实现。在 该情况下，所有经能量回收装置预热的空气将用于与燃料和/或富氧氧化剂 换热。本发明特别适用于在玻璃熔窑中进行的燃烧。

本发明还涉及一种改造进行富氧燃烧的窑炉中的装备有

·进行燃料和空气的燃烧的燃烧器；

·能量回收装置，燃烧废气的热量在该能量回收装置中进行回收 以加热空气；以及

·用于向燃烧器供给已加热的空气的装置 的窑炉的方法，其中：

-用供给富氧氧化剂替换至少部分燃烧器的空气供给；以及

-至少部分经能量回收装置加热的空气用来预热用于燃烧器的燃料和 /或氧化剂。

这种改造方法具有这样的优点，即，在维持现有窑炉结构的同时使得 进行空气燃烧的窑炉能够转变成部分或者完全进行富氧燃烧，并且通过使 用用于从废气中回收能量以预热用于富氧燃烧的氧气和/或燃料的系统以 便提高设备的能量效率。这样便使得无需从根本上重新设计窑炉——特别 是关于废气的排出——从而无需大量的投资便可采用富氧燃烧方法并从其 优点(较高的燃烧温度和废气中较低的能量损失、NOx和粉尘减少)中受 益。

通过仅部分地改造富氧燃烧窑炉以及通过使用现有的蓄热器来预热氧 气和/或燃料，保留了窑炉的部分结构，并且修改局限于设置用于排出废气 的系统。

具体实施方式

图1示出本发明的方法。窑炉9安装有：

-在上游，具有用燃料4和富氧氧化剂3供给的富氧燃烧器；

-在下游，具有用燃料6和经加热的空气51供给的燃烧器；

-蓄热器1，该蓄热器用来自窑炉的热废气2供给(蓄热器1)或者使 热空气5、51返回(蓄热器11)。由蓄热器11输送的热空气5或者用作 空气燃烧器中的燃烧空气51，或者用于通过热交换器6、7预热富氧燃烧 器的燃料4和富氧氧化剂3。在该配置中，来自与窑炉9同侧布置的回热 器11的热空气5仅使得位于窑炉的相同侧的空气-燃料燃烧器和富氧燃料 燃烧器能够分别被供给和预热，而位于窑炉另一侧的燃烧器不运行。

图2示出对反应物进行预热：将来自蓄热器11的热空气5相继地引入 热交换器7中以加热富氧氧化剂3，然后引入热交换器6中以加热燃料4。 再使已预热的氧化剂31与已预热的燃料41接触以进行富氧燃烧。

图3示出图1的方法的一种变型，其中，蓄热器11位于加热空气的工 艺流程中，使得热空气作为用于空气燃烧燃烧器的燃烧空气被输送，以及 输送热空气以预热位于窑炉任一侧的富氧燃料燃烧器的反应物。通过该应 用，能够使位于窑炉各侧的富氧燃料燃烧器连续地运行，而不依赖于蓄热 器的工作周期。