CN101311625B - 具有成渣燃烧器、用于工业熔化的固体燃料燃烧 - Google Patents

Abstract

具有成渣燃烧器、用于工业熔化的固体燃料燃烧和一种向使用含灰燃料的生产熔化产物的熔化炉供热的方法。将具有灰分的燃料引入成渣燃烧器的成渣室，并且在成渣室之内所述燃料与第一氧化剂混合物和第二氧化剂混合物一起至少部分燃烧。在成渣室内收集灰分作为熔渣层。在高温下将成渣燃烧器的气体排放物从成渣燃烧器的成渣室传至熔化炉的燃烧空间内来供热以形成熔化产物。熔渣从成渣燃烧器的成渣室排出，并且可以选择地引入到熔化炉内或不引入到熔化炉内。

Description

具有成渣燃烧器、用于工业熔化的固体燃料燃烧

技术领域

本发明通常涉及材料熔化和熔化炉领域，并且更特别的是涉及通过燃烧含灰燃料向熔化过程提供热量的材料的熔化。

背景技术

通常使用气体和液体燃料向熔化炉供热。将气体或液体燃料与氧化剂一起引入到熔化炉，以形成覆盖熔料(melt)和/或装料(charge)的燃烧火焰，氧化剂可以是空气、富氧空气和/或工业氧。由于灰分(ash component)会潜在的给熔化产物带来缺陷和由于灰分会潜在的加速熔炉耐火材料的老化，因此熔化炉中不常使用固体的含灰燃料。

利用固体燃料向熔化炉供热的现有技术具有以下的教导：使用灰分低的燃料，利用不同的熔炉耐火材料，在燃烧固体燃料之前改进固体燃料以除去灰分，以及操作炉子以便气动地把灰颗粒从熔炉中移除。

由Kobayashi申请的、用于在玻璃熔炉中减少磨蚀和颗粒排放的美国专利申请2006/0150677陈述：优选使用低灰分的燃料来减少燃料中的灰混入玻璃熔体和影响玻璃的质量的风险以及减少由于灰的沉积而导致的耐火材料的磨蚀的风险。按重量计算，煤炭和石油焦炭典型地分别含有5-20％和0.1-1％的灰分。因此，石油焦是Kobayashi工序中优选的燃料。

Olin-Nunez等的美国专利6,789,396涉及一种在玻璃熔炉中提供和燃烧粉状燃料的方法和系统，以及涉及在相同系统中使用的燃烧器，该发明陈述的目的是提供一种在玻璃熔炉中提供和燃烧粉状燃料的方法和系统，该发明使用特殊的耐火材料来用于玻璃熔炉的炉膛结构，其目的是减少由所述的粉状燃料燃烧产生的侵蚀和磨蚀现象，尤其由V₂O₅引起的侵蚀和磨蚀现象。

Stambaugh等人的美国专利4,055,400、Nowak的美国专利5,312,462、Salem等人的美国专利4,741,741公开了减少煤炭中的灰分含量的方法。

Daiga的美国专利4,006,003提供了一种熔化玻璃工序，指出通过保持来自煤炭燃烧的流动的残留灰足够大的速度，在没有允许灰与通过表面运输的熔化玻璃或任何物料配合剂接触的情况下，残留灰能够在气体流中保持悬浮，并且，因此灰气动地从玻璃熔炉传递的合适的端口外。在这样的方式下，通过调整玻璃表面上的气体流动速度，在残留灰不允许其与在它之下的熔体池接触的情况下，基本上能够除去所有残留灰。

没有产生由灰所引起的不可接受的缺陷时，使用含灰燃料是可取的。

没有产生不可接受的熔炉耐火材料老化时，使用含灰燃料是可取的。

发明内容

本发明涉及一种向制造熔化产物的熔化炉供热的方法。所述方法包括将具有灰分和可燃组分的第一燃料引入到成渣(slagging)燃烧器的成渣室中，将第一氧化剂混合物引入到成渣燃烧器的成渣室内，所述第一氧化剂混合物具有10体积％至100体积％或10体积％至20体积％或20体积％至30体积％的氧浓度，可选择的将第二燃料引入到成渣燃烧器的成渣室，将第二氧化剂混合物引入到成渣燃烧器的成渣室内，第二氧化剂混合物具有22体积％至100体积％或60体积％至75体积％或85体积％至100体积％的氧浓度，在成渣燃烧器的成渣室中燃烧至少一部分第一燃料的可燃组分和选择性地燃烧至少一部分第二燃料，因此形成单独的灰分和形成成渣燃烧器的气体排放物，收集至少一部分分离的灰分，在邻近成渣室的内表面的至少一部分的位置形成熔渣(molten slag)层，在1000℃至2500℃温度下，从成渣燃烧器的成渣室向熔化炉中的燃烧空间传递至少一部分成渣燃烧器的气体排放物来供热，从而形成熔化产物，以及从成渣燃烧器的成渣室排出熔渣。

成渣燃烧器的气体排放物可以含有至少一种未燃烧的可燃气体。所述方法可以进一步包括将第三氧化剂混合物引入到熔化炉的燃烧空间内，所述第三氧化剂混合物具有20体积％至100体积％或60体积％至75体积％或85体积％至100体积％的氧浓度，并且在熔化炉的燃烧空间燃烧成渣燃烧器的气体排放物中的至少一种未燃烧的可燃气体的至少一部分，和至少一部分的第三氧化剂混合物。第三氧化剂混合物可以引入到成渣燃烧器的气体排放物和熔料/原料空间之间。

第一氧化剂混合物可以具有10体积％到20体积％的氧浓度和第一氧化剂混合物可以含有来自熔化炉中的烟道气。

第二燃料可以含有至少一部分成渣燃烧器的气体排放物。

所述方法可以进一步包括将熔渣引入到熔化炉内。

熔化炉是可以具有熔化区和精制(finning)区的玻璃熔炉。所述方法可以进一步包括将熔渣引入到熔化区以及不将熔渣引入到精制区。

所述方法可以进一步包括将成渣添加剂引入到成渣室内。成渣添加剂可以包括碎玻璃、生的玻璃制造原料和来自其它工序的灰中的至少一种。

附图说明

图1是具有成渣燃烧器的熔化炉示意图；

图2是NO_x排放量相对于第二燃料和第二氧化剂混合物的当量比图表。

具体实施方式

本发明涉及一种向生产熔化产物的熔化炉供热的方法。所述方法可以包括一个或多个以下的特征，单独采取，或以任何可能的技术的结合。实行所述方法的示例性装置1的示意图如图1所示。所述装置包括熔化炉10和成渣燃烧器14。

为了简单和清楚，将省略已知的设备和方法的详细说明，防止具有不必要的详细说明的本发明变得难以理解。

熔化炉是任何密封结构，在所述密封结构中产生用于从固体材料中制造液化材料的热量。当运行的时候，熔化炉通常具有设置在熔化/原料空间18上部的燃烧空间16，熔化/原料空间18含有熔化和未熔化的材料。燃烧空间是在含有熔化和未熔化材料的空间上部的主要气体区域，并通过炉膛的壁和顶部限定边界。除了热的不燃气体引入到熔炉内来熔化材料或使用无焰燃烧技术的场合之外，可见的燃烧火焰通常在燃烧空间出现。玻璃熔炉、铜熔炉和铝熔炉是熔化炉的实施例。熔化炉是众所周知的。构造的材料和构造的方法是已知的。

熔化产物是任何通过加热熔化或液化的产品。熔化玻璃、熔化铜和熔化铝是熔化产品的实施例。除了供热之外，生成熔化产物的方法还包括把熔化产物制造材料引入到熔化炉。

供热的方法包括把第一燃料20引入到成渣燃烧器14内的成渣室12中。第一燃料具有灰分和可燃组分。可以将所述第一燃料直接地引入到成渣室内或间接地通过次级燃烧器导管的方法引入到成渣室内。第一燃料可以与运载气体一起引入，典型的运载气体是空气。第一燃料以第一燃料流速F₁引入，其中F₁具有例如kg/s的单位，或其它合适的测量单位。第一燃料具有第一燃料总热值H₁，其中H₁具有例如J/kg的单位或其它合适的测量单位。

燃料是用于通过燃烧或燃尽产生热或能量的含碳材料。煤炭，石油焦炭(petcoke)，生物燃料，燃料油，柴油机，气油，煤油，丙烷，甲烷和天然气是燃料的实例。

第一燃料可以是具有灰分和可燃组分的任何燃料。例如，第一燃料可以是煤炭、石油焦炭、生物燃料或它们的混合物。

灰分定义为当可燃材料通过化学方法彻底地燃烧或氧化，作为残留物留下的任何不燃的矿物。灰包括存在于原始燃料的无机的不可燃物，通常包括硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾和钒的氧化物。

可燃组分是能够同氧气进行放热性的化学反应的任何物质。

成渣燃烧器是用于使具有灰分的燃料的至少一部分与氧化剂一起燃烧的设备，所述设备具有至少一根用于引入燃料和/或氧化剂的导管，至少一个成渣室，和至少一个排放成渣燃烧器气体排放物的排气口。熔渣可以从至少一个排气口或通过一个或多个其它的熔渣排出端口或排出孔排出。

成渣室定义为由与熔渣相容的材料构造的任何燃烧室或导管，用于接收至少一种具有灰分的燃料和用于接收至少一种氧化剂混合物，和收集至少一部分灰分成为熔渣层。可以将具有灰分和氧化剂的燃料引入到成渣室并至少部分地燃烧。可以将燃料中包含的灰加热到高于灰熔点的温度，从而使灰从固相转变为液相或熔融相。熔灰(炉渣)可以与来自燃料燃烧的气体产物物理上分离，并且作为灰渣的熔融层收集起来。由于离心的、惯性的、重力的、静电的、磁性的、其它的合适的力或它们的结合，可以实现熔灰从成渣室内的气体产物中分离。

依赖离心力的成渣室可以是圆柱形“桶”，随着引起灰颗粒相对于燃烧室内壁加速度的相当大的切线动量，具有灰分的燃料被引入到该圆柱形″桶″成渣室，其中渣层在所述的室内壁处形成。熔渣可以在重力作用下流向用于排放的出渣口并排掉。

依赖惯性力和/或重力的成渣室可以包括“U”形导管。具有灰分的燃料和氧化剂混合物可以向下引入到“U”形导管内，燃烧生成燃烧产物和单独的灰分。单独的灰分可以在“U”形的导管底部形成渣层。熔渣可以从“U”形导管底部流出。通过惯性的和/或重力来进行燃烧产物中单独的灰分的分离的各种几何结构，是可以很容易地想到。

燃料和氧化剂可以水平地引入具有水平断面和垂直断面的基于重力的成渣室。当分离的灰分碰撞在纵断面的壁上，并随后向下运动和从纵断面的底部排出时，气体可以在垂直断面向上流动。

本领域技术人员可以容易地选取一种合适的具有成渣室的成渣燃烧器。对于方法来说，成渣室的具体形式不是关键的。

锅炉的成渣燃烧器是公知的。例如D‘Agostini等的美国专利6,910,432和6,968,791，Ashworth的美国专利6,085,674，Farzan等的美国专利5,878,700和Khinkis的美国专利5,209,187。

所述方法包括将第一氧化剂混合物22引入到成渣燃烧器的成渣室内。第一氧化剂混合物通常是气体并且可以具有10体积％到100体积％的氧浓度Y₁。第一氧化剂混合物的平衡余量可以包含例如氮和氩的物类，并且例如如果应用烟道气再循环，可以进一步包含例如二氧化碳，二氧化硫和水蒸汽的物类。

第一氧化剂混合物可以具有20体积％到30体积％的氧浓度。第一氧化剂混合物可以是空气。

通过利用烟道气的再循环，第一氧化剂混合物可以包含来自熔化炉的烟道气和具有10体积％到20体积％的氧浓度。如图1所示，第一氧化剂混合物可以直接引入到成渣室内，或用次级燃烧器导管方式间接地引入到成渣室内。第一氧化剂混合物是在第一氧化剂混合物的体积流速V₁下引入的。

第一氧化剂混合物可以以切线的方式引入以产生离心力，所述离心力使得分离的灰分从第一燃料朝向成渣室内壁的方向移动。

可选择的，所述方法包括将第二燃料30引入到成渣燃烧器的成渣室内。第二燃料可以是一种灰分含量不大的燃料，即灰分小于0.1重量％。第二燃料可以是燃料油、柴油、汽油、煤油、丙烷、甲烷、天然气或它们的混合物。第二燃料可以包含一部分成渣燃烧器的气体排放物。可以提供第二燃料来加强成渣室内的燃烧和提高成渣室内的温度，从而影响已经在成渣室聚集的熔渣层的粘度。如果使用第二燃料，第二燃料是在第二燃料流速F₂下引入，所述燃料流速具有例如kg/s单位或其它合适的的测量单位。第二燃料具有第二燃料总热值H₂，所述H₂具有例如J/kg的单位或其它合适的测量单位。如果使用第二燃料，第二燃料可以提供达到和包括引入到成渣燃烧器总能量的25％，这样使得

$\frac{F_2\×H_2}{F_1\×H_1+F_2\×H_2}\≤0.25$

所述方法包括将第二氧化剂混合物32引入到成渣燃烧器的成渣室内。第二氧化剂混合物通常是气体并且可以具有22体积％至100体积％的氧浓度Y₂。第二氧化剂混合物的平衡余量可以包括氮，二氧化碳，水蒸汽，氩和痕量其它的物类。

第二氧化剂混合物的氧浓度可以是60体积％至75体积％。用于氮生产的空气分离设备的氧气排放流可以具有60体积％至75体积％的氧气浓度。

第二氧化剂混合物的氧浓度可以是85体积％到100体积％。第二氧化剂混合物可以是由空气分离设备产生的工业级氧气。

如美国专利6,968,791进一步描述的，第二氧化剂混合物可以用来加强成渣室的燃烧和提高温度，从而影响已经聚集在成渣室的熔渣层的粘度。第二氧化剂混合物是在第二氧化剂混合物体积流速V₂下引入的。

所述方法包括在成渣燃烧器的成渣室内燃烧第一燃料的至少一部分可燃组分和至少一部分第二燃料(如果存在第二燃料)，因此形成分离的灰分和形成成渣燃烧器的气体排放物40。

分离的灰分是任何非气体组分，其包括在燃烧期间来自第一燃料的已经与可燃组分分离的灰分。

成渣燃烧器的气体排放物是来自成渣燃烧器的任何气态排放物。成渣燃烧器的气体排放物可以包含燃烧产物和/或至少一种未燃烧的可燃气体。

基本上所有的，例如至少95％的第一燃料和所有第二燃料可以在成渣燃烧器内燃烧。可选择的，第一燃料的一部分可以在成渣燃烧器内燃烧，而剩下至少一种未燃烧的可燃气体，其中未燃烧的可燃气体也叫不完全燃烧的产物，其可以有效地在熔化炉10内燃烧。如果仅仅一部分第一燃料在成渣燃烧器内燃烧，成渣燃烧器的气体排放物将典型地包括作为未燃烧的可燃气体一种的一氧化碳。

所述方法包括将至少一部分分离的灰分聚集起来成为熔渣层44。熔渣层可以邻近成渣室内表面的至少一部分形成。熔渣层有助于防止成渣室的壁面受到任何存在于成渣室内的高温火焰的破坏。可以设计和运行成渣燃烧器，以使基本上所有的，即大于90％的分离的灰分在成渣室中聚集起来成为熔渣层。聚集的灰分的百分比可以由已知的第一燃料的灰平均含量和成渣室排出的渣量的质量平衡来计算。因为大多数灰聚集在成渣室中，所以在熔化产物中，灰具有更少的导致缺陷的机会。

进入熔化炉内的分离的灰分也可以加速熔化炉耐火材料的老化。减少进入熔炉的燃烧空间的分离灰分的量可以减少熔化炉耐火材料的磨蚀。

进入熔化炉内的分离灰分也可以提高从熔化炉排出的固体颗粒的质量流速。减少进入燃烧空间分离灰分的量可以因此减少需要清理来自熔化炉的废气流的颗粒控制装置的尺寸。

通过利用第二氧化剂混合物和可选择的第二燃料，可以提供几个好处。提高渣温控制是所述方法的一种好处，因为它增加了颗粒颗粒捕获和改进工序调节。渣温和颗粒收集之间的相关性是通过炉渣粘度来实现的。通过连接到成渣室壁面的熔渣，需要合适的炉渣粘度来进行有效的颗粒捕获。低的炉渣温度产生的粘度过高，导致局部凝结和，随后颗粒回弹脱离渣面，返回到气相内。反之，高的炉渣温度产生低粘度的工况导致松软的炉渣，其也具有相对差的粘合性能。富氧和/或二次燃料选择性的使用提供一种独立于其他工序运行参数的有效的控制渣温的手段。

所述方法包括在1000℃至2500℃温度下，从成渣燃烧器的成渣室传递成渣燃烧器的气体排放物，进入熔化炉10中的燃烧空间16内，以传递热量，从而形成熔化产物。可以使用热的燃烧气体来提供熔化原材料的热量，从而形成熔化产物。

温度可以使用真空高温计测量，例如，可以从瑞典，METLAB，Enkoping获得水冷的真空高温计探针。水冷的真空高温计探针也可以从荷兰的International Flame Research Foundation(国际火焰研究基金会)(IFRF)得到。在现有技术中，熔炉气体的温度测量是已知的。在本领域内已知的任何合适的设备可以用来确定成渣燃烧器气体排放物的温度。

成渣燃烧器气体排放物通常是用于向熔化炉供热的不发光的气态介质。光度可以根据光度比值来描述。在这里光度比值定义为从600-1500纳米频带宽度的热源发出热辐射与从600-4800纳米频带宽度热源发出的热辐射的比值(例如，参见美国专利5,575,637)。不发光的热源具有小于或等于0.14的光度比值，而发光的热源具有大于0.14的光度比值。所述光度比值可以由气态加热介质的辐射光谱信号计算。辐射光谱数据可以使用光谱辐射计测量，例如Macam分光辐射谱仪系统。

高温气体的光度是通过包含在气体内的颗粒发出的黑体辐射产生的。这些颗粒包括两个组分：在燃料燃烧过程中通过气态烃类的成核现象形成的烟灰粒和包含在燃料源内的残留颗粒。然而，由于在成渣室内发生的相对大的燃烧量以保持温度超过灰的熔解温度，因此由本发明产生的气态烃类的浓度很小。此外，因为通过所述方法提供除灰工序，所以残留燃料颗粒的数量很少。因此，在熔化室内加热的主要模式是从成渣燃烧器气体排放物到熔化材料/原料的对流和从熔化炉壁和顶壁到熔化/原料的辐射。

不发光的加热与本领域使用煤炭或其它粉化固体燃料的教导相反。

例如，Daiga的美国专利4,006,003指出，也已经注意到由分别具有按重量计算27％的煤炭(73％的石油)和按重量计算40％的煤炭(60％按重量计算的石油)的煤炭和石油浆液产生的火焰比单独石油产生的火焰更亮。Daiga也指出燃烧器布置在大约高于熔化玻璃平面2ft的位置，并且调整燃烧器，以使火焰倾斜向下朝着玻璃熔体池表面的方向，火焰的末尾卷过物料配合剂的上表面，物料配合剂漂浮在玻璃熔体池的上部。

Miller等的美国专利3,969,068是一种用于玻璃槽熔炉的直接烧煤方法和装置，其中推动气流中携带的煤粉通过喷嘴进入熔炉内，并且直接在玻璃熔炉中的溶料上方的空气中燃烧，从而形成发光光焰，直接烧煤优选地与补充的常规热源一起使用。专利‘068的目标，是提供一种新的和改进的方法和装置，该方法和装置用于具有煤炭的玻璃桶熔炉的直接燃烧，以提供玻璃熔料更有效加热的发光光焰。

Olin-Nunez等的美国专利6,789,396指出，在熔炉的操作期间，再生器在燃烧空气和排气循环之间交替地循环。每20分钟或30分钟，依赖专门的熔炉，一系列燃烧器的火焰路径是相反的。因此，每个燃烧器中产生的最终火焰和燃烧产物横穿熔化玻璃的表面，并向熔化室和精炼室的玻璃传输热量。

Kobayashi的美国专利申请2006/0150677指出设置氧气燃料燃烧器，以使它们维持的火焰是在熔化玻璃的表面上方的熔炉的内部。

成渣燃烧器气体排放物的光度可以通过向熔化炉的燃烧空间注入第三燃料、使至少一部分第三燃料和至少一部分成渣燃烧器气体排放物混合、和在熔化炉的燃烧空间内燃烧至少一部分第三燃料以形成光焰而选择性地增加。第三燃料可以是灰分含量不大，即小于0.1重量％的灰分的燃料。第三燃料可以是燃料油、柴油、汽油、煤油、丙烷、甲烷、天然气或它们的混合物。第三燃料可以与第二燃料具有同样的组成。

所述方法包括从成渣燃烧器14的成渣室12排出熔渣42。如果熔渣与熔化产物不相容，可以除去熔渣。如果熔渣与熔化产物相容，可以把熔渣控制的引入到熔料/原料空间18。

对于玻璃熔炉的情况，可选择地把熔渣引入到玻璃熔炉的熔化端部或熔化区而不引入到精制区。在玻璃成型操作之前，将熔渣引入到玻璃熔炉的熔化区，会给玻璃熔炉带来更多的机会来使玻璃产品中的熔渣均匀分布。

玻璃熔炉可以分成两个区：熔化区和精制区。熔化区是在熔料的表面上具有可见批料(不熔化的原材料)的玻璃熔炉的长度。熔料表面上的可见批料可以以批料垫层、批料堆、批料岛、批料原木等的形式。熔化区的长度从后壁延伸至最远下游的可见批料，并且可以包含玻璃表面上没有可见批料的熔料区域。精制区是玻璃熔炉的剩余长度。如这里所述，前壁相当于下游炉壁，后壁相当于上游炉壁。长度尺寸是相当于从后壁到前壁的玻璃熔体的总体流动的尺寸。加料端部分相当于把玻璃制造原材料引入的炉体端部分。玻璃制造原材料可以在后壁或从靠近后壁的一侧或两侧的壁引入到熔炉中。

在玻璃熔炉中，可以以各种混合配置采用所述方法。所述方法可以在熔化区中具有超过50％的氧气-燃料燃烧和在精制区具有超过50％的空气-燃料燃烧。所述方法可以在熔化区使用成渣燃烧器和在精制区使用常规的氧气-燃料燃烧器和/或空气-燃料燃烧器。

在这里氧气-燃料燃烧定义为燃烧现象中的氧化剂混合物的平均氧浓度是30体积％至100体积％。在这里空气-燃料燃烧定义为燃烧现象中的氧化剂混合物的平均氧浓度是15体积％至22体积％。在这里富氧空气-燃料燃烧定义为燃烧现象中的氧化剂混合物的平均氧浓度是在22体积％和30体积％之间。如果引入多个氧化剂流来燃烧燃料，燃烧类型的确定基于多氧化剂流的体积流量的加权平均值。

如上所述，仅仅一部分第一燃料可以在炉渣燃烧器之内燃烧，而留下对燃烧有帮助的未燃烧的可燃气体在熔化炉10内。所述方法可以包括仅仅使一部分第一燃料反应，剩下大量的至少一种未燃烧可燃气体。所述方法可以进一步包括将第三氧化剂混合物引入到熔化炉10的燃烧空间16内。第三氧化剂混合物可以在第三氧化剂混合物体积流速V₃下引入。

第三氧化剂混合物可以具有20体积％至100体积％的氧浓度Y₃。平衡余量的第三氧化剂混合物可以包括氮、二氧化碳、水蒸汽、氩和痕量的其它物类。

第三氧化剂混合物可以具有60体积％至75体积％或85体积％至100体积％的氧浓度。第三氧化剂混合物可以来自氮工厂的排出流。第三氧化剂混合物可以是由空气分离装置产生的工业级氧气。第三氧化剂混合物可以与第二氧化剂混合物来自同样的源头和可以具有同样的组成。

所述方法可以包括燃烧来自炉渣燃烧器气体排放物的至少一种没有燃烧的可燃气体的至少一部分，和在熔化炉的燃烧空间中的至少一部分第三氧化剂混合物。

第三氧化剂混合物可以在炉渣燃烧器气体排放物和熔料/原料空间之间引入。炉渣燃烧器具有至少一个用于排出炉渣燃烧器气体排放物的排气口。用于引入第三氧化剂混合物的喷嘴可以位于至少一个用于排出炉渣燃烧器排放物的排气口和溶料/原料空间之间。

所述方法可以进一步包括将成渣添加剂引入到成渣室。成渣添加剂可以包括碎玻璃、一个或多个生的玻璃制造材料和/或来自其它工序的灰。

如果第一燃料具有非常低的灰含量，例如是和石油焦炭或无烟煤一样的情况，可能难以形成合适的熔渣层。熔渣层用于作为阻挡层来防止成渣室的下层基质遭到高温的危害。添加剂另外的作用是除去来自燃料/灰混合物的污染物。基于常规的钙或镁的吸附剂是能够用于这一目的的吸附剂的实例。成渣添加剂可以以任何合适的方式引入成渣室。成渣添加剂可以和第一燃料、第二燃料、第一氧化剂混合物、第二氧化剂混合物一起引入或作为单独的流引入。

那些本领域的技术人员将认识到通过氧气的选择性使用能够减少NO_x排放量。例如，在第一燃料喷嘴附近的吹氧将在第一燃料和第一氧化剂混合物完全混合之前，加强第一燃料的挥发，吹氧通过第一燃料喷嘴引入到成渣室内。可选择的，氧化剂混合物可以在成渣室的下游区段引入，因此在成渣室内部是分段燃烧的。如上所述，对于第三氧化剂混合物，氧化剂混合物可以在熔炉中引入，因此分段燃烧是在熔炉内和成渣室外部进行。

当使用可选择的第二燃料，可以观察到NO_x排放量是受第二燃料和第二氧化剂混合物的当量比的影响。可以在当量比是1.4至3的工况下引入第二燃料和第二氧化剂混合物。一般地说，当量比定义为燃料∶氧化剂的比值除以对应于完全燃烧的燃料∶氧化剂的比值。后者比值(对应于完全燃烧燃料∶氧化剂的比值)通常称为化学当量的燃料∶氧化剂的比值。1的当量比意思指在理论上提供的燃料和氧化剂的校对值或化学当量值。大于1的当量比表示燃料富余以及小于1当量比是燃料缺乏。

图2展示作为第二燃料和第二氧化剂混合物的当量比函数的正规化(normalized)NO_x排放量图表。对于这些实验，第一氧化剂混合物是空气，第一燃料是烟煤，第二燃料是2号燃料油，并且第二氧化剂混合物是接近100％氧气(来自LOX源)。来自第二燃料的燃料能量输入占总能量的18％。包括所有的燃料和氧化剂混合物的燃烧过程的全部当量比大约是0.79。如图2所示，NO_x的减少值超过了第二燃料和第二氧化剂混合物运行的化学计量当量附近(也就是当量比大约等于1)值的一半。当当量比提高时，第二燃料和第二氧化剂混合物协助保持液体炉渣层的有效性就会降低，因此建议当量比的上限大约为3。

使用氧气的另一个潜在的好处是向熔化炉供热的可供选择的燃料种类扩大了。如前面所述，这再一次源于通过第二氧化剂混合物/第二燃料燃烧或者可选择的富氧的调节来独立地控制渣温的能力。例如，由于不能产生保持稳定的渣流所需要的足够高的温度，因此，通常在空气-燃料燃烧的成渣燃烧器内具有高灰熔温度的煤炭的燃烧存在问题。在2.5MMBtu/h(0.73MW热)的成渣燃烧器上进行测试，所述燃烧器燃烧具有低硫、高灰熔温度的煤，利用本发明的方法并使所述煤与20％的2号燃料油互燃(co-firing)运行，试验结果证明具有恒定的炉渣和测得所有的运行性能。反之，单独使用空气燃料燃烧，不能保持稳定的熔渣。类似的好处可以在其它的具有复杂炉渣的固体燃料帮助下获得，其它的固体燃料包括许多高水分煤和生物燃料。

所述方法的具体实施方式已经进行了详细的说明，所属技术领域的技术人员将认识到可以根据公开的所有教导进行各种改进和变型。因此，这里虽然参考某些具体实施方式和它们的变型来进行图示和说明，然而，本发明不意味着局限于所展示和说明的具体实施方式。相反地，可以在权利要求的同等物和没有脱离本发明精神上的范围内进行各种改进。

Claims (16)

1.一种向用于形成熔化产物的熔化炉供热的方法，所述方法包括：

将具有灰分和可燃组分的第一燃料引入到成渣燃烧器的成渣室内；

将第一氧化剂混合物引入到成渣燃烧器的成渣室，第一氧化剂混合物具有10体积％至100体积％的氧浓度；

将第二燃料引入到成渣燃烧器的成渣室内；

将第二氧化剂混合物引入到成渣燃烧器的成渣室内，第二氧化剂混合物具有22体积％至100体积％的氧浓度，其中引入的所述第二燃料和第二氧化剂混合物的当量比为1.4至3；

在成渣燃烧器的成渣室内燃烧至少一部分第一燃料的可燃组分和至少一部分第二燃料，因此形成分离的灰分和形成成渣燃烧器的气体排放物；

收集至少一部分分离的灰分，使其在邻近成渣室内表面的至少一部分处形成熔渣层；

在1000℃至2500℃温度下从成渣燃烧器的成渣室将至少一部分成渣燃烧器的气体排放物传递到熔化炉中的燃烧空间内来供热，从而形成熔化产物；和

从成渣燃烧器的成渣室中排出熔渣。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一氧化剂混合物的氧浓度是20体积％至30体积％。

3.如权利要求1所述的方法，其中第一氧化剂混合物的氧浓度是10体积％至20体积％。

4.如权利要求1所述的方法，其中第二氧化剂混合物的氧浓度是60体积％至75体积％。

5.如权利要求1所述的方法，其中第二氧化剂混合物的氧浓度是85体积％至100体积％。

6.如权利要求1所述的方法，其中成渣燃烧器的气体排放物包含至少一种未燃烧的可燃气体。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

将第三氧化剂混合物引入到熔化炉的燃烧空间内，第三氧化剂混合物具有20体积％至100体积％的氧浓度；和

通过至少一部分第三氧化剂混合物，在熔化炉的燃烧空间内燃烧来自成渣燃烧器的气体排放物的所述至少一种未燃烧的可燃气体的至少一部分。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述第三氧化剂混合物的氧浓度是60体积％至75体积％。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述第三氧化剂混合物的氧浓度是85体积％至100体积％。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述第三氧化剂混合物是在成渣燃烧器的气体排放物和熔料/原料空间之间引入的。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将熔渣引入熔化炉的熔料/原料空间内。

12.如权利要求1所述的方法，其中熔化炉是具有熔化区和精制区的玻璃熔炉，所述方法进一步包括：

将熔渣引入到熔化区内而不把熔渣引入到精制区内。

13.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将成渣添加剂引入到成渣室内。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述成渣添加剂包括碎玻璃、玻璃制造原料和来自其他工序的灰中的至少一种。

15.如权利要求1所述的方法，其中第一氧化剂混合物包含来自熔化炉的烟道气体且第一氧化剂混合物具有10体积％至20体积％的氧浓度。

16.如权利要求1所述的方法，其中第二燃料包含至少一部分成渣燃烧器的气体排放物。

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