專利名稱：提高井式爐中溫度均勻性的方法
提高井式爐中溫度均勻性的方法本發(fā)明涉及一種提高井式爐中溫度均勻性的方法。在井式爐中加熱鑄錠的過(guò)程中，鑄錠通常倚靠在井式爐內(nèi)的對(duì)面內(nèi)壁上并且停放在爐底，經(jīng)常是在一層來(lái)自之前運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氧化層上。在此類爐中，我們期望能夠獲得良好的溫度均勻性，換句話說(shuō)，最小化爐內(nèi)的溫度梯度。然而，對(duì)于正常使用的爐的幾何形狀而言，仍然存在問(wèn)題，在其中鑄錠倚靠在爐的內(nèi)壁上。在傳統(tǒng)技術(shù)中，空氣燃燒器被用于加熱此類井式爐。所述空氣燃燒器翻轉(zhuǎn)大量的空氣和燃料，導(dǎo)致大量的熱的燃燒氣體在加熱爐中循環(huán)。例如，通過(guò)在加熱爐其中一個(gè)短邊側(cè)放置空氣燃燒器并在該側(cè)但低于或高于空氣燃燒器處設(shè)置排氣口，可實(shí)現(xiàn)沿著整個(gè)加熱爐的縱向循環(huán)，從而來(lái)自空氣燃燒器的氣體能夠在爐中產(chǎn)生充分的溫度均勻性。然而，為了降低形成的CO和Ox的量并提高能量效率，越來(lái)越經(jīng)常使用富氧燃燒，即在其中使用具有高氧含量的氧化劑燃燒燃料。因?yàn)樗鲅趸瘎┍犬?dāng)使用空氣作為氧化劑時(shí)候的情況包含顯著較少的以氮?dú)庑问酱嬖诘亩栊再|(zhì)，所以產(chǎn)生較小體積的燃燒氣體，在許多情況中，與相應(yīng)的空氣燃燒器相比不超過(guò)1/5。因此，更難獲得充分的溫度均勻性。特別普遍的是，鑄錠的上面部分面臨過(guò)熱的危險(xiǎn)，同時(shí)其下面部分變得過(guò)冷。因?yàn)榭拷紵恢妹媾R局部過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)，使燃燒反應(yīng)指向加熱爐較冷部分的可能性有限。通常，通過(guò)提高富氧燃料燃燒器的功率來(lái)補(bǔ)償較小量的燃燒氣體也不可能。在一個(gè)爐中放置多個(gè)富氧燃料燃燒器是可能的，但是非常昂貴。而且其結(jié)果仍然不讓人滿意。因此我們期望在同一個(gè)爐中在不同時(shí)刻加熱不同數(shù)量的鑄錠。本發(fā)明解決了上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明涉及一種提高井式爐中溫度均勻性的方法，其中至少兩塊待加熱的鑄錠分別倚靠在井式爐的相對(duì)的第一和第二內(nèi)壁上，使得沿著所述第一和第二壁看在鑄錠之間形成具有V型截面的拉長(zhǎng)空間，所述方法的特征在于，至少一個(gè)單獨(dú)的用于氧含量為至少85重量％的氧化劑的噴槍和至少一個(gè)單獨(dú)的用于燃料的噴槍彼此以一定距離被放置在爐壁中，其噴嘴打開(kāi)進(jìn)入爐內(nèi)，使得氧化劑和燃料分別能供應(yīng)到所述V型空間中，并在其中燃燒，以及使氧化劑噴槍的噴嘴設(shè)置在燃料噴槍噴嘴之上并被導(dǎo)向以使氧化劑斜向下沿著所述V型空間的縱向方向流動(dòng)。下面將參照示例性實(shí)施方案和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中，圖I是顯示了傳統(tǒng)的井式爐的部分切面透視圖2顯示了從長(zhǎng)邊看去的圖I中的井式爐。圖3顯示了從頂部看去的圖I中的井式爐。圖4是顯示了依照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方案的井式爐的部分切面透視圖；圖5顯示了從長(zhǎng)邊看去的圖4中的井式爐。圖6顯示了從短邊看去的圖4中的井式爐。圖7顯示了從頂部看去的圖4中的井式爐。圖8是對(duì)應(yīng)于圖5視角的視圖，但其顯示了從長(zhǎng)邊看去的依照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方案的井式爐；圖9顯示了從短邊看去的圖8中的井式爐。

圖10顯示了從頂部看去的圖8中的井式爐。圖1-3使用一套共同的參考數(shù)字顯示了傳統(tǒng)的井式爐100，其中，十塊鑄錠101以每五塊鑄錠為一行排成兩行被加熱。鑄錠放在來(lái)自先前運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氧化床102上，并分行沿著爐100的縱向方向104分別倚靠在爐100的對(duì)面的長(zhǎng)邊內(nèi)壁上。爐100使用傳統(tǒng)空氣燃燒器103加熱，指向沿著爐100的縱向方向104?？諝馊紵?03被置于爐100的其中一個(gè)短邊的壁中。因?yàn)樵趫D1-3中顯示的是部分切面的爐，所述短邊和爐100的頂部以及它其中一個(gè)長(zhǎng)邊均未顯示。來(lái)自空氣燃燒器103的熱的燃燒氣體沿著鑄錠行101的方向104流動(dòng)，并在爐的遠(yuǎn)側(cè)短邊105處翻轉(zhuǎn)，再流回被放置空氣燃燒器的短邊，并在那里通過(guò)用于廢氣的排氣通道106排空。因?yàn)榭諝馊紵?03和排氣通道 106被設(shè)置在加熱爐100的同一壁上但在不同高度上，產(chǎn)生自然的對(duì)流，導(dǎo)致在整個(gè)爐腔內(nèi)充分的溫度均勻性。圖4-7使用一套共同的參考數(shù)字顯示了井式爐200，其中應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的提高溫度均勻性的方法。爐200很大程度上類似于圖1-3中顯示的爐100。在爐200中，放置了許多，至少兩塊鑄錠201。鑄錠201沿著爐200的主軸方向250分兩行排列，每塊鑄錠分別倚靠在井式爐200相應(yīng)對(duì)面的第一和第二內(nèi)壁上，使得鑄錠201沿著所述第一和第二內(nèi)壁在其之間和之上形成具有V型截面的空間203 (見(jiàn)圖6)。所述內(nèi)壁優(yōu)選構(gòu)成爐200的長(zhǎng)邊的內(nèi)壁。在圖4-7的部分切面圖中，所述其中一個(gè)壁未顯示。鑄錠201放置在類似于床102的氧化床202上?；蛘撸T錠201可以直接放置在爐底。用于廢氣的排氣通道206布置在爐200的一個(gè)短邊處。優(yōu)選至少一個(gè)單獨(dú)的用于氧化劑的噴槍211，212和至少一個(gè)單獨(dú)的用于燃料的噴槍210被放置在爐壁中以使它們的噴嘴彼此間隔一定距離開(kāi)口朝爐200內(nèi)；以及使氧化劑和燃料能分別被供應(yīng)到鑄錠201之間的V型空間203中并在那里發(fā)生反應(yīng)。較低的燃料噴槍210和兩個(gè)氧化劑噴槍211、212位于燃料噴槍210的噴嘴之上，形成噴槍組。只要至少一個(gè)氧化劑噴槍的噴嘴位于至少一個(gè)燃料噴槍之上，該噴槍組也可以以其它構(gòu)型的用于燃料和氧化劑的噴槍被設(shè)計(jì)。優(yōu)選在每個(gè)氧化劑噴槍和燃料噴槍之間的距離為至少5cm。依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)至少一個(gè)但優(yōu)選全部用于氧化劑的噴槍供應(yīng)的氧化劑具有的氧含量為至少85重量％,優(yōu)選至少95重量％。燃料可以是任何適合的、傳統(tǒng)的氣體、液體或固體燃料，例如油或天然氣。優(yōu)選燃料是氣體或液體燃料。優(yōu)選用于氧化劑的噴槍211、212中的至少一個(gè)，優(yōu)選所有用于氧化劑的噴槍211、212的噴嘴設(shè)置至少一個(gè)燃料噴槍210的噴嘴之上，并且所述用于氧化劑的噴槍的指向使得氧化劑斜向下沿著V型空間203的縱向方向流動(dòng)，基本上平行于所述第一和第二爐壁。換句話說(shuō)，氧化劑被供應(yīng)到鑄錠201之間的V型空間203中，使得朝下傾斜的氧化劑流沿爐200的縱向方向250流動(dòng)。另外，優(yōu)選來(lái)自每個(gè)氧化劑噴槍211、212的氧化劑流被設(shè)置通過(guò)在空間203內(nèi)的使用燃料噴槍210供應(yīng)燃料的區(qū)域。優(yōu)選至少一個(gè)氧化劑流和至少一個(gè)燃料流在空間203內(nèi)相遇。
因?yàn)檠趸瘎┯腥绱烁叩难鹾?，源于通過(guò)噴槍210、211、212供應(yīng)的燃料和氧化劑的熱的燃燒氣體的量將顯著小于源于用于相應(yīng)加熱功率的空氣燃燒器103的燃燒氣體的相應(yīng)量。如前所述，操作如此的氧化劑通常導(dǎo)致變差的溫度均勻性。值得注意的是，已經(jīng)證明在鑄錠201之間的V型空間203的底部，即在爐200底部的氧化床202附近區(qū)域，以及在鑄錠201下面、在每個(gè)鑄錠201之間或鑄錠行與鑄錠所倚靠的爐壁之間的三角形截面空間205內(nèi)(見(jiàn)圖6)難于獲得充分高的溫度。因此，氧化劑從噴槍211、212流出，并在鑄錠201之間的V型空間203內(nèi)與從燃料噴槍210流出的燃料相遇。因?yàn)檠趸瘎┮赃@種方式通過(guò)單獨(dú)的噴槍供應(yīng)，氧化劑流的幾何形狀和速度可以被控制以使其可以載著所得到的燃料和氧化劑的混合物朝V型空間203的底部向下。從而，那里的溫度能在沒(méi)有增加過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的情況下被提高，這在如果空氣燃燒器被置于較靠近底部或者如果單獨(dú)的氧化劑噴槍的位置使其直接在鑄錠201的附近區(qū)域打 開(kāi)，存在增加過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的情況。
燃料噴槍210可以水平放置以使燃料流基本上沿著V型空間主縱向方向筆直導(dǎo)向。然而，優(yōu)選燃料噴槍相較于水平面稍向下以最大5°角傾斜。在這種情況下，來(lái)自噴槍
211、212的氧化劑流分別以相較于水平面同樣角度或更大角度傾斜導(dǎo)向。在此，向下傾斜的氧化劑流能攜載燃燒混合物向下朝著V型空間底部流動(dòng)。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212在所有供應(yīng)燃料的位置之上打開(kāi)，在本例中那么，燃料噴槍210被置于與所述氧化劑噴槍210、212同樣的爐壁中。這導(dǎo)致所有通過(guò)噴槍組210、211、211供應(yīng)的燃料利用來(lái)自所述噴槍的氧化劑流在V型空間203中向下傳輸。依據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，氧化劑通過(guò)至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212，優(yōu)選通過(guò)其噴嘴位于每個(gè)各自噴槍組的頂部位置的氧化劑噴槍212以高速度供應(yīng)。這導(dǎo)致增加了在爐腔內(nèi)的對(duì)流，其補(bǔ)償了相對(duì)于如果用一個(gè)或幾個(gè)空氣燃燒器替代噴槍組210、211、212形式的富氧燃燒器使用較小量的燃燒氣體。噴槍氣體流速優(yōu)選為至少100m/s，這在許多應(yīng)用中導(dǎo)致在爐腔內(nèi)產(chǎn)生充分的對(duì)流。爐氣氛氣體被吸入燃燒混合物內(nèi)，這降低了燃燒溫度并因此導(dǎo)致較少生成N0X。然后，向下傾斜的氧化劑流，包括V型空間203的底部的整個(gè)爐腔將被充分加熱而沒(méi)有局部過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，氧化劑通過(guò)至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212以至少音速的速度被噴入。這導(dǎo)致在整個(gè)爐腔內(nèi)大大增加的對(duì)流和再循環(huán)，相應(yīng)提高了溫度均勻性并降低了 CO和NOx產(chǎn)生速率。這種方法特別優(yōu)選在較大的爐中被使用。最優(yōu)選的是，通過(guò)至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212以至少I. 5馬赫的速度供應(yīng)氧化齊U。如此高的噴入速度已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致對(duì)流作為速度的函數(shù)呈非線性增加。在高于約I. 5馬赫時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)焰型燃燒，其中燃燒能夠在爐腔的大部分區(qū)域中同時(shí)發(fā)生而沒(méi)有明顯的火焰。因此，這導(dǎo)致了非常好的溫度均勻性，甚至在難于到達(dá)的爐腔部分。優(yōu)選安置至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212，更優(yōu)選每一個(gè)氧化劑噴槍使得各自的氧化劑以相對(duì)于水平面大于0°但不超過(guò)20°的角度，最優(yōu)選3-5°的角度流出進(jìn)入爐腔。因此，至少一個(gè)氧化劑噴槍211、212沿箭頭251的方向從水平位置傾斜。這導(dǎo)致了在正常尺寸的井式爐200內(nèi)氧化劑和燃料的混合物朝著V型空間203的底部充分傳輸從而得獲得期望的溫度均勻性。依據(jù)一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案，如在圖4-7中所示，使用超過(guò)一個(gè)氧化劑噴槍
211、212，其各自的噴嘴一個(gè)高于另一個(gè)被放置。在這種情況下，優(yōu)選所得氧化劑流所導(dǎo)向的相對(duì)于水平面的向下傾斜的角度，對(duì)于自身噴嘴被放置更上方的氧化劑噴槍212，等于或者大于自身噴嘴被放置更下方的氧化劑噴槍211。在例舉的具有兩個(gè)氧化劑噴槍211、212的情況中，優(yōu)選較低的氧化劑噴槍211的角度大于0°但不大于10°，但至少與上方的氧化劑噴槍212角度相同，而上方的氧化劑噴槍212的角度為大于0°但不大于20°。通過(guò)這種方式放置幾個(gè)氧化劑噴槍，一個(gè)在另一個(gè)之上，全部的燃料和氧化劑流能被控制，從而在空間205中能實(shí)現(xiàn)燃料和氧化劑的良好分布。在例舉的圖4-7所示的實(shí)施方案中，第一個(gè)噴槍組，其包括燃料噴槍210和兩個(gè)氧化劑噴槍211、212，被放置在爐200的一個(gè)短邊中；第二個(gè)噴槍組，其包括燃料噴槍220和兩個(gè)氧化劑噴槍221、222，被放置在爐200的對(duì)面的另一短邊中。因此，兩個(gè)噴槍組分別包括燃料噴槍210和220，在所述燃料噴槍的噴嘴之上分別設(shè)置兩個(gè)相應(yīng)的氧化劑噴槍211、
212、221、222的噴嘴。只要至少一個(gè)向下傾斜的用于大于85重量％的氧化劑的氧化劑噴槍的噴嘴位于每個(gè)噴槍組中至少一個(gè)燃料噴槍之上，每個(gè)這樣的噴槍組就可以設(shè)計(jì)為具有其它用于燃料和氧化劑的噴槍構(gòu)型。如從圖5和6清晰可見(jiàn)，這兩個(gè)噴槍組位于爐200內(nèi)不同的高度上。通過(guò)這樣的一個(gè)設(shè)置，因?yàn)樵跔t腔內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)效應(yīng)，能進(jìn)一步提高溫度均勻性。在這種情況下，其噴嘴位于第一噴槍組210、211、212的最低高度的燃料噴槍210被放置為其噴嘴位于爐底之上的
O.7-1.2米的高度上，在這個(gè)高度之上設(shè)置其噴嘴位于第二噴槍組220、221、222的最低高度處的噴槍220的噴嘴。而且，優(yōu)選其噴嘴的設(shè)置使得各自的噴槍打開(kāi)進(jìn)入V型空間203中的所有這樣的燃料和氧化劑噴槍組210、211、212、220、221、222被設(shè)置使得沒(méi)有噴槍噴嘴位于離爐底垂直方向上太高，以至于由通過(guò)這樣的噴槍供應(yīng)的燃料或氧化劑而局部供應(yīng)的熱能直接導(dǎo)致鑄錠201面臨過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。這個(gè)垂直高度依賴于爐200的設(shè)計(jì)以及鑄錠201的位置和形狀，但優(yōu)選沒(méi)有噴槍其噴嘴位于底部之上低于I. 5米處。圖8-10，其視角對(duì)應(yīng)于圖5-7的視角，顯示了另一個(gè)可供選擇的實(shí)施方案，其中井式爐300，以類似于前面所述的圖4-7的方式，包括被氧化床302所支撐的鑄錠301，并被兩個(gè)相對(duì)的燃料噴槍組310、320結(jié)合氧化劑噴槍311、312、321、322加熱。箭頭350指示了爐300的縱向方向。306是廢氣的排氣口。然而，如在圖9和10中最清晰可見(jiàn)，氧化劑噴槍311、312并不僅僅類似于圖4_7中的噴槍211、212—樣，沿著箭頭351所指的旋轉(zhuǎn)方向相對(duì)于水平面傾斜，噴槍311、312也沿著箭頭352所指的旋轉(zhuǎn)方向相對(duì)于縱向垂直平面，在水平面中傾斜。結(jié)果，所得氧化劑和燃料的混合物在鑄錠301之間的V型空間303 (見(jiàn)圖9)中能比根據(jù)上述僅僅使噴槍311、312相對(duì)于水平面以一個(gè)角度放置，更均勻地分布。優(yōu)選依照實(shí)際應(yīng)用調(diào)整每一個(gè)獨(dú)立的氧化劑噴槍的噴槍角度，以使在V型空間203中所得溫度分布變得盡可能的均勻。特別優(yōu)選安置的至少兩個(gè)氧化劑噴槍311、312的噴嘴在爐腔中一個(gè)在另一個(gè)之上，使得它們各自的氧化劑能在水平面或在垂直面中以不同的角度流出進(jìn)入爐腔。這導(dǎo)致燃料/氧化劑混合物的均勻分布，但仍然因?yàn)樗?yīng)的氧化劑而保持了低的局部過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的可能性。優(yōu)選在水平面中，沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向302，來(lái)自每個(gè)獨(dú)立氧化劑噴槍的氧化劑流和V型空間303的主縱向方向之間的角度，在任何方向上都為10°
或者更小。特別優(yōu)選至少一個(gè)氧化劑噴槍311、312、321、322，優(yōu)選所有這些噴槍是可改變方向的以使得在水平面中和/或在垂直面中可以改變它們各自的氧化劑流的方向。這將使得爐300根據(jù)變化的操作先決條件，例如不同數(shù)量的和/或不同尺寸的待加熱的鑄錠301，而
可調(diào)節(jié)。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在爐中使用多于一個(gè)的氧化劑噴槍，優(yōu) 選結(jié)合一個(gè)燃料噴槍，從而通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)噴槍的開(kāi)或關(guān)控制操作期間爐內(nèi)的加熱功率，同時(shí)控制供應(yīng)的燃料的量以使其量及時(shí)或至少隨時(shí)間化學(xué)計(jì)量上對(duì)應(yīng)于通過(guò)氧化劑所供應(yīng)的全部氧量。為了在爐內(nèi)將總加熱功率從一個(gè)較高水平降低到一個(gè)較低水平，可以脈沖方式操作氧化劑噴槍，其中控制開(kāi)關(guān)時(shí)間周期以使平均發(fā)射功率成為期望值。并且或換另一種方式，可完全關(guān)閉一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍。關(guān)于這點(diǎn)，優(yōu)選在所有氧化劑噴槍都打開(kāi)的情況下開(kāi)始加熱方法，從而總的加熱功率是最大的。一旦爐已經(jīng)達(dá)到某一個(gè)預(yù)先設(shè)定的操作溫度，或者可以脈沖方式操作一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍或者可以關(guān)閉一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍。這種總加熱功率的降低可以通過(guò)改變打開(kāi)的氧化劑噴槍數(shù)量和/或通過(guò)改變以脈沖方式操作的一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍的時(shí)間周期分一步或幾步實(shí)施。此后，總加熱功率能用同樣的方式被持續(xù)地降低，同時(shí)保持爐中的操作溫度，直到鑄錠已經(jīng)達(dá)到期望的最終溫度。然后，總加熱功率仍然用上面所述的同樣方式能被進(jìn)一步降低，以使在保持恒定的鑄錠溫度期間溫度平衡。在這整個(gè)過(guò)程中，優(yōu)選每次以全功率操作至少一個(gè)氧化劑噴槍。而且優(yōu)選至少一個(gè)氧化劑噴槍是其噴嘴被設(shè)置在爐中的包括至少一個(gè)燃料噴槍和至少一個(gè)氧化劑噴槍的噴槍組中最上方的噴槍，其以全功率操作。特別優(yōu)選該至少一個(gè)氧化劑噴槍以上面所述的高噴射速度來(lái)操作。這樣可以控制在寬廣的功率區(qū)域控制總加熱功率，并且總是確保在整個(gè)爐腔內(nèi)滿意的對(duì)流和隨即產(chǎn)生的溫度均勻性，其包括在鑄錠之間的V型空間。如果所期望的總加熱功率低于僅全功率操作一個(gè)氧化劑噴槍所獲的功率，優(yōu)選以脈沖方式操作僅一個(gè)氧化劑噴槍。在這種情況下，這一個(gè)氧化劑噴槍優(yōu)選為其噴嘴在包括至少一個(gè)燃料噴槍和一個(gè)氧化劑噴槍的組中設(shè)置在最低高度處的氧化劑噴槍，其中這一個(gè)噴槍的噴嘴被設(shè)置在至少一個(gè)供應(yīng)燃料的燃料噴槍之上。為了在實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的方法期間進(jìn)一步提高熱均勻性，此外優(yōu)選通過(guò)不同的氧化劑噴槍或通過(guò)不同的氧化劑噴槍組合方式以交替的方式來(lái)供應(yīng)氧化劑。這樣，可保持同樣的總加熱功率，但是使用交替的氧化劑噴槍。這導(dǎo)致隨時(shí)間的溫度均勻性，并降低了在所謂的“熱點(diǎn)”局部過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。特別優(yōu)選通過(guò)安置依據(jù)上述操作的一個(gè)或幾個(gè)燃料噴槍和一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍將現(xiàn)有的以傳統(tǒng)空氣燃燒器操作的井式爐轉(zhuǎn)化為使用富氧燃料燃燒操作。通過(guò)在此類操作之后的此類轉(zhuǎn)換，現(xiàn)有的井式爐能成本有效地轉(zhuǎn)化成環(huán)境更為友好的富氧操作，而沒(méi)有因此在爐內(nèi)遭遇差的熱均勻性的問(wèn)題。再一次參照在圖4-7中所示的井式爐200，此外優(yōu)選在爐壁中設(shè)置至少一個(gè)用于氧含量為至少85重量％的氧化劑的噴槍230，使得噴槍的噴嘴位于爐200內(nèi)，并使氧化劑能夠被直接供應(yīng)入具有三角形截面的空間205 (見(jiàn)圖6)中，從而提高爐200內(nèi)的熱均勻性，所述空間存在于至少一個(gè)倚靠在井式爐200內(nèi)壁上的鑄錠201下面，在鑄錠201和壁之間。所謂氧化劑能被直接供應(yīng)入空間205內(nèi)就是指源于噴槍230的氧化劑流流入空間205內(nèi)而沒(méi)有沖擊碰到任何在其路上的障礙物。優(yōu)選，噴槍230自身在空間205內(nèi)打開(kāi)，但其也可以在外面打開(kāi)一些并將氧化劑流射入空間205內(nèi)。在幾個(gè)鑄錠201沿著同樣的爐壁放置在爐200內(nèi)的情況中，這個(gè)三角截面的空間205通常將構(gòu)成一個(gè)拉長(zhǎng)的具有三角形截面的基本圓柱形體，并部分與爐200的加熱部分分離。在富氧燃料被用于加熱爐200的情況時(shí)，難以也在空間205內(nèi)獲得充分提高的溫度。如圖4-7所不在一個(gè)或幾個(gè)鑄錠201沿著一排倚靠在同一側(cè)內(nèi)壁和在鑄錠倚靠在兩個(gè)對(duì)面的長(zhǎng)邊的情況中，這都將導(dǎo)致問(wèn)題。氧化床202的高度在操作期間變化，并且在幾個(gè)操作循環(huán)期間隨時(shí)間變化。因?yàn)槠鋰娮毂环胖弥苯哟蜷_(kāi)進(jìn)入空間205內(nèi)的氧化劑噴槍230、240，當(dāng)充分量的氧化物在爐底上時(shí)，具有最終低于床202的平面的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)選在一定高度上設(shè)置所有的噴槍打開(kāi)進(jìn)入鑄 錠201下面的空間205，以使可以監(jiān)視氧化物高度并在其到達(dá)安置的噴槍噴嘴的高度之前，將氧化物從爐底清空。特別優(yōu)選氧化劑噴槍230、240的噴嘴被設(shè)置在一個(gè)高于爐底的高度上，所述高度高于在操作期間在爐內(nèi)出現(xiàn)的氧化床的最大高度。更具體而言，優(yōu)選它們被設(shè)置在爐底之上O. 5-1. O米的高度上。此外，類似于從噴槍211供應(yīng)的氧化劑而從噴槍230供應(yīng)的氧化劑優(yōu)選以提高的速度供應(yīng)，所述速度優(yōu)選為至少100m/S，更優(yōu)選為至少音速，最優(yōu)選至少I. 5馬赫。在如此升高的噴槍速度下，實(shí)現(xiàn)了上面所述的溫度均勻性和低火焰溫度方面的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致低的CO和NOx生成速率。這對(duì)于在鑄錠201下相對(duì)狹小的空間205內(nèi)避免局部過(guò)熱是特別重要的，另外這導(dǎo)致了噴槍230的噴嘴能沿著爐200的內(nèi)壁更向上設(shè)置，而沒(méi)有導(dǎo)致在低氧化床202深度上鑄錠局部過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)。另外，高噴射速度的氧化劑流將從爐200的周圍部分將熱的爐氣體吸入空間205內(nèi)，這通過(guò)分布熱能到空間205中而另外提高了爐200內(nèi)的熱均勻性。本發(fā)明人已經(jīng)驚訝地發(fā)現(xiàn)在操作過(guò)程中形成的氧化物容易消耗大量的氧氣。我們已經(jīng)注意到這在一些情況中能導(dǎo)致在燃燒反應(yīng)中氧氣缺乏，從而在爐氣氛內(nèi)CO的濃度能被非常迅速地提高。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，利用這個(gè)現(xiàn)象，其中在包括那些由空間205組成的爐200部分的主爐腔內(nèi)通過(guò)調(diào)整向下調(diào)整由其噴嘴位于空間205之上的氧化劑噴槍211、212供應(yīng)的氧化劑總量，持續(xù)控制主要的燃燒，以使它們是不足化學(xué)計(jì)量的。因此，這將導(dǎo)致在爐氣氛內(nèi)提升的CO水平。該CO之后在空間205內(nèi)借助通過(guò)氧化劑噴槍230額外供應(yīng)入空間205的具有至少85重量％氧的氧化劑被氧化。由于該額外的氧化劑，在爐200內(nèi)實(shí)現(xiàn)總體的化學(xué)計(jì)量平衡。在這種情況下，這樣就沒(méi)有額外的燃料被供應(yīng)入空間205。反而，利用供應(yīng)入不是由在鑄錠下面空間組成的爐部分的氧化劑，使通過(guò)噴槍230供應(yīng)的氧化劑主要與在爐200內(nèi)燃料不完全燃燒期間生成的CO反應(yīng)。從而在爐200內(nèi)，燃料的燃燒發(fā)生在兩個(gè)階段，即在形成CO的第一階段和在發(fā)生完全燃燒生成CO2的隨后階段。在圖8-10中顯示了一個(gè)可選的實(shí)施方案，其中除了通過(guò)噴槍310、320供應(yīng)入V型空間203和爐腔其余部分的燃料之外，單獨(dú)的燃料噴槍331供應(yīng)額外的燃料到空間305(見(jiàn)圖9)，使通過(guò)噴槍330供應(yīng)的氧化劑與所述燃料發(fā)生反應(yīng)。在這種情況下，不需要向下調(diào)整供應(yīng)入爐腔其余部分的氧化劑量來(lái)獲得不足化學(xué)計(jì)量燃燒。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在空間205、305中設(shè)置多于一個(gè)的氧化劑噴槍。因此，在圖4-7中，除了噴槍203之外，對(duì)應(yīng)的噴槍230也設(shè)置在爐200對(duì)面的短邊終端處，以使它打開(kāi)進(jìn)入倚靠在爐的對(duì)面長(zhǎng)邊的鑄錠201之下的空間205。在這種情況下，當(dāng)至少兩個(gè)待加熱的鑄錠201各自依靠在井式爐200相對(duì)的第一和第二內(nèi)壁上，以在每個(gè)鑄錠下分別形成具有三角形截面的空間205時(shí)，通常優(yōu)選至少一個(gè)用于氧含量為至少85重量％的氧化劑的噴槍230、240設(shè)置在相應(yīng)的爐壁，所述噴槍的噴嘴設(shè)置使得噴嘴打開(kāi)進(jìn)入爐200并使氧化劑能供應(yīng)入相應(yīng)的空間205，以及另外使噴槍230、240的噴嘴打開(kāi)進(jìn)入相應(yīng)對(duì)面的爐壁并被導(dǎo)向，以使氧化劑流一起在爐200內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)。因此，在圖7中，循環(huán)流動(dòng)將從噴槍240開(kāi)始沿方向250到對(duì)面的短邊終端，垂直從噴槍230的噴嘴離開(kāi)，此后回到第一個(gè)短 邊處并最后垂直回到噴槍240的噴嘴處。如此安排將導(dǎo)致在所有放置在爐200內(nèi)的鑄錠之下的整個(gè)空間205內(nèi)優(yōu)良的溫度均勻性。在圖8-10內(nèi)顯示了對(duì)應(yīng)的布置，其分別包括氧化劑噴槍330和340。在這個(gè)情況下，顯示了優(yōu)選但不是必需的設(shè)計(jì)，其中一個(gè)燃料噴槍331、341分別組合氧化劑噴槍330、340使用。上述的用于提高溫度均勻性關(guān)于使用幾個(gè)不同氧化劑噴槍的交替操作對(duì)于噴槍230、240、330、340的操作也是有效的。因此，可以以交替的方式操作例如噴槍230、240，使首先操作第一個(gè)噴槍230，然后另一個(gè)噴槍240，再然后第一個(gè)噴槍230，而在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)不被操作的噴槍被關(guān)閉。也可以并優(yōu)選對(duì)打開(kāi)進(jìn)入空間205、305的氧化劑噴槍230、240、330、340，以及打開(kāi)進(jìn)入空間203,303的氧化劑噴槍211、212、221、222、311、312、321、322進(jìn)行如此的交替操作。用這樣的操作模式，以能容易適應(yīng)當(dāng)前的操作條件的方式可以最大化隨時(shí)間的溫度均勻性并且避免局部過(guò)熱。依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在不同的擔(dān)心局部過(guò)熱的區(qū)域，使用溫度傳感器(未顯示)測(cè)量爐內(nèi)的溫度，如傳統(tǒng)一樣，并且控制交替操作以使在被測(cè)量的溫度過(guò)高面臨過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)處，即高于某一個(gè)依據(jù)加熱材料而得的預(yù)設(shè)值處降低加熱功率。因?yàn)樯鲜鏊龅年P(guān)于氧化物形成過(guò)程中的氧氣消耗，為了在爐內(nèi)控制CO的濃度，也優(yōu)選在操作期間在爐內(nèi)測(cè)量氧氣水平，例如使用一個(gè)或幾個(gè)傳統(tǒng)的λ傳感器，并基于這個(gè)測(cè)量值或這些測(cè)量值，來(lái)控制通過(guò)氧化劑噴槍230、240、330、340、205、305、211、212、221、222、311、312、321供應(yīng)的氧氣量，以使?fàn)t內(nèi)的氧氣濃度基本保持恒定。例如，可通過(guò)連續(xù)的控制由一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍的氧化劑供應(yīng)或通過(guò)以脈沖方式在開(kāi)關(guān)時(shí)間之間有合適的關(guān)系下操作一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍進(jìn)行控制。這一方面導(dǎo)致廢氣中CO量能被控制到期望的低水平，另一方面導(dǎo)致任何在空間205、305內(nèi)的補(bǔ)燃能得到最優(yōu)化。以上描述了優(yōu)選的實(shí)施方案。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的思想的情況下可對(duì)所描述的實(shí)施方案進(jìn)行許多修改。例如，依據(jù)本發(fā)明的富氧燃料燃燒可用作對(duì)井式爐中一個(gè)或幾個(gè)現(xiàn)有的空氣燃燒器的補(bǔ)充，用于提高井式爐的最大容量或在保持容量但具有較小的環(huán)境負(fù)作用下降低空氣燃燒器的功率。
另外，在圖4-10中所示的氧化劑噴槍和燃料噴槍可以設(shè)置為其它構(gòu)型。例如，為了加熱特別難以到達(dá)的空間和/或?yàn)榱嗽跔t內(nèi)產(chǎn)生額外的湍流，根據(jù)實(shí)際的操作條件，可設(shè)置更多的氧化劑噴槍。打開(kāi)進(jìn)入V型空間的噴槍不必被安放在所述空間的中心，但可例如設(shè)置為它們各自的噴嘴在水平面內(nèi)稍微錯(cuò)開(kāi)。在這種情況下，優(yōu)選所得向下傾斜的氧化劑流通過(guò)V型空間中供應(yīng)燃料的區(qū)域。在每個(gè)噴槍組中，或者在爐內(nèi)的其它地方也可使用更多的燃料噴槍，以使燃料供應(yīng)到被一個(gè)或幾個(gè)高速氧化劑流通過(guò)的位置。最后，也可以設(shè)置一個(gè)氧化劑噴槍在加熱爐內(nèi)的每個(gè)角落的低高度處，以使氧化 劑沿著兩個(gè)爐長(zhǎng)邊從兩個(gè)方向都供應(yīng)入鑄錠下面的空間。因此，本發(fā)明將不限于所述的實(shí)施方案，可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.提高井式爐(200；300)中溫度均勻性的方法，其中至少兩塊待加熱的鑄錠(201 ；301)分別倚靠在井式爐(200 ；300)的相對(duì)的第一和第二內(nèi)壁上，使得沿著所述第一和第二壁看在鑄錠(201 ；301)之間形成具有V型截面的拉長(zhǎng)空間(203 ;303)，其特征在于，至少一個(gè)單獨(dú)的用于氧含量為至少85重量％的氧化劑的噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)和至少一個(gè)單獨(dú)的用于燃料的噴槍(210，220 ;310，320)彼此以一定距離被放置在爐壁中，其噴嘴打開(kāi)進(jìn)入爐(200 ;300)內(nèi)，使得氧化劑和燃料分別能供應(yīng)到所述V型空間(203 ;303)中，并在其中燃燒，以及使氧化劑噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)的噴嘴設(shè)置在燃料噴槍(210，220 ；310,320)的噴嘴之上并被導(dǎo)向以使氧化劑斜向下沿著所述V型空間(203 ；303)的縱向方向流動(dòng)。
2.依據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，氧化劑噴槍(211，212，221，222;311，312，321，322)的噴嘴被設(shè)置在所有燃料的供應(yīng)位置(210，220 ;310，320)之上，所述燃料的供應(yīng)位置被設(shè)置在氧化劑噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)的噴嘴所在的同一爐壁中。
3.依據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其特征在于，以至少100m/S的速度供應(yīng)所述氧化劑。
4.依據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，以音速或更高的速度供應(yīng)所述氧化劑。
5.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，氧化劑噴槍(211，212，221，222;311，312,321,322)和燃料噴槍(210，220 ;310，320)分別被導(dǎo)向以使各自的氣流在V型空間(203 ；303)相聚。
6.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，安置氧化劑噴槍(211，212，221，222；311，312，321，322)以使氧化劑以相對(duì)于水平面0° -20°的角度流出進(jìn)入爐腔。
7.依據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，安置氧化劑噴槍(211，212，221，222;311，312，321，322)以使氧化劑以相對(duì)于水平面3° -5°的角度流出進(jìn)入爐腔。
8.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，改變氧化劑噴槍(211，212，221，222；311，312，321，322)的方向，使得可以根據(jù)操作條件在水平和垂直平面上控制氧化劑流的角度。
9.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，安置至少兩個(gè)氧化劑噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)使得它們的噴嘴在爐腔中以一個(gè)在另一個(gè)之上的方式設(shè)置，并使得噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)各自的氧化劑能在水平和/或垂直平面上以不同的角度流出進(jìn)入爐腔。
10.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，設(shè)置其噴嘴被設(shè)置相對(duì)較高的氧化劑噴槍(212，222 ;312，322)以使來(lái)自這些噴槍的氧化劑能以相對(duì)水平面的一個(gè)角度流出進(jìn)入爐腔，所述角度等于或大于來(lái)自噴嘴被設(shè)置相對(duì)較低的氧化劑噴槍(211，221 ;311，321)的氧化劑流。
11.依據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其特征在于，首先開(kāi)或關(guān)一個(gè)或幾個(gè)氧化劑噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)，并其次控制供應(yīng)的燃料的量以與由氧化劑提供的總氧氣量化學(xué)計(jì)量相符，由此控制在操作期間爐(200 ；300)的加熱功率。
12.依據(jù)權(quán)利要求9-11之一的方法，其特征在于，由不同的氧化劑噴槍(211，212，221，222 ;311，312，321，322)或氧化劑噴槍組，以交替方式供應(yīng)氧化劑，由此進(jìn)一步提高操作期間爐(200 ；300)內(nèi)的溫度均勻性。
13.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，例如使用一個(gè)或幾個(gè)λ傳感器，測(cè)量爐(200 ；300)內(nèi)的氧氣含量，以及控制在操作期間通過(guò)氧化劑噴槍(211，212，221，222 ；.311，312，321，322)供應(yīng)的氧氣，以使?fàn)t(200 ；300)內(nèi)的氧氣濃度基本保持恒定。
14.依據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，設(shè)置由至少一個(gè)用于氧含量為至少.85重量％的氧化劑的噴槍構(gòu)成的第一噴槍組(210，211，212 ;310，311，312)和至少一個(gè)燃料噴槍使它們的噴嘴在爐(200 ;300)的短邊，以及設(shè)置由至少一個(gè)用于氧含量為至少85重量％的氧化劑的噴槍構(gòu)成的另一噴槍組(210，211，212 ;310，311，312)和至少一個(gè)燃料噴槍使它們的噴嘴在爐(200 ；300)中相對(duì)的短邊，以及設(shè)置第一組中所有的噴槍使它們的噴嘴在爐底之上的一個(gè)高度上，所述高度為第二組的噴嘴設(shè)置在最低高度的噴槍水平之上的.O. 9-1. 5 米。
全文摘要
本發(fā)明涉及提高井式爐(200；300)中溫度均勻性的方法，其中至少兩塊待加熱的鑄錠(201；301)分別倚靠在井式爐(200；300)的相對(duì)的第一和第二內(nèi)壁上，使得沿著所述第一和第二壁看在鑄錠(201；301)之間形成具有V型截面的拉長(zhǎng)空間(203；303)。本發(fā)明的特征在于，至少一個(gè)單獨(dú)的用于氧含量為至少85重量%的氧化劑的噴槍(211，212，221，222；311，312，321，322)和至少一個(gè)單獨(dú)的用于燃料的噴槍(210，220；310，320)彼此以一定距離被放置在爐壁中，其噴嘴打開(kāi)進(jìn)入爐(200；300)內(nèi)，使得氧化劑和燃料分別能供應(yīng)到所述V型空間(203；303)中，并在其中燃燒，以及使氧化劑噴槍(211，212，221，222；311，312，321，322)的噴嘴設(shè)置在燃料噴槍(210，220；310，320)的噴嘴之上并被導(dǎo)向以使氧化劑斜向下沿著所述V型空間(203；303)的縱向方向流動(dòng)。
文檔編號(hào)F27D7/02GK102869796SQ201180022218
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日
發(fā)明者R·艾希勒 申請(qǐng)人:林德股份公司