CN102147110B - 用于使低级燃料燃烧的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用现有的空气燃烧器(1)使燃料燃烧的方法，所述空气燃烧器(1)包括用于燃料的第一供应开口(5)和用于空气的第二供应开口(7)，所述用于燃料的第一供应开口和用于空气的第二供应开口(5，7)通向燃烧区域(3)。本发明的特征在于：经由第二供应开口(7)供应低热值小于7.5MJ/Nm3的气体燃料，经由用于氧化剂的供应装置将包括至少85％重量百分比的氧的氧化剂也供应到燃烧区域(3)，并且使所述气体燃料与所述氧化剂一起在燃烧区域(3)中燃烧。

Description

用于使低级燃料燃烧的方法
技术领域
本发明涉及用于使燃料在炉中燃烧的方法。具体地，本发明涉及用于使低级燃料燃烧的方法。
背景技术
在使用工业炉来生产钢和其它材料的设备中，各种低级气体燃料通常被制成副产品。一个例子是所谓的炼钢高炉炉顶煤气。另一个例子是转炉废气。上述低级燃料典型地包括多种化合物的混合物，所述化合物例如包括各种烃、氮气、氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽。由于在上述燃料中能量密度通常是被限定的，所以上述燃料常规地用于低温处理，诸如用于加热或用在发电设备中。可供选择地，上述燃料可以与具有高能量密度的燃料混合。
因为上述低级燃料通常是在例如炼钢设备中大量产出，因此上述低级燃料相当便宜，期望能够更大程度地将上述低级燃料也用在高温处理中，在高温处理中一般需要高级燃料。如今，上述低级燃料常常燃烧并排出到大气而没有用途。
本发明解决了上述问题。
发明内容
因此，本发明涉及一种使用现有的空气燃烧器使燃料燃烧的方法，所述空气燃烧器包括用于燃料的第一供应开口和用于空气的第二供应开口，所述用于燃料的第一供应开口和用于空气的第二供应开口通向燃烧区域，其特征在于：经由第二供应开口供应低热值小于7.5MJ/Nm3的气体燃料，经由用于氧化剂的供应装置将包括至少85％重量百分比的氧的氧化剂也供应到燃烧区域，并且使所述气体燃料与所述氧化剂一起在燃烧区域中燃烧。
附图说明
在下面，将参考本发明的示例性实施例以及附图对本发明进行详细地描述，附图中：
图1是用于根据本发明的方法的空气燃烧器的概略示意图；并且
图2是布置在同一炼钢设备中的高炉和工业炉的概略示意图。
具体实施方式
因此，图1示出如所指的常规的空气燃烧器1，空气燃烧器1在常规的操作过程中用于加热工业炉。空气燃烧器1安装在工业炉的炉壁2中。空气燃烧器1布置成在常规的操作过程中使燃料与氧化剂一起在燃烧区域3中燃烧，所述氧化剂是空气。在上述常规的操作过程中，由空气燃烧器1经由供应管道4供应燃料，并且经由用于燃料的供应开口5将燃料供应到燃烧区域3。以相当的方式，经由相应的用于空气的供应管道6和相应的用于空气的供应开口7供应空气。
空气燃烧器1还可以以其它方式设计，空气燃烧器1的设计本身是常规的，诸如具有一个或多个用于燃料的开口以及一个或多个用于空气的开口。用于常规操作的燃料可以是液体燃料或气体燃料。常规的燃料是高级燃料或中级燃料，诸如液化石油气、天然气或焦炉煤气。
根据本发明，空气燃烧器1不是利用常规的高级燃料或中级燃料进行操作，而是利用低级气体燃料(诸如高炉炉顶煤气)进行操作。
表1是诸如焦炉煤气的中级燃料、诸如高炉炉顶煤气的低级燃料以及转炉废气之间的各种成分的典型含量的比较。所有数值均以体积百分比给出。
表1
  N2   O2   H2   CO   CO2   CH4   CmHn   H2O
  焦炉煤气   3.5   0.55   60   7.5   2.35   23.5   2.4   0.2
  炉顶煤气   52.5   0.55   2.3   23.5   20   -   -   1.15
  转炉废气   17.2   0.1   2.5   64.5   15.6   -   -   0.1
表2是焦炉煤气、高炉炉顶煤气和转炉废气的低热值(LHV)的比较。
表2
  LHV(MJ/Nm3)   LHV(MJ/kg)
  焦炉煤气   17.9   8.2
  炉顶煤气   3.2   4.3
  转炉废气   7.5   10.4
根据本发明，利用低热值等于或小于7.5MJ/Nm3的气体燃料驱动常规的空气燃烧器1。所述燃料可以包括别的更高级燃料的某一掺入物，只要混合物的低热值不超过7.5MJ/Nm3。然而，出于成本的原因，优选地在燃烧之前不掺入高级燃料。
为了补偿与常规使用的燃料相比热值较低的燃料，常规的空气燃烧器1不是利用空气作为氧化剂来驱动，而是利用空气以外的具有更高氧含量的氧化剂来驱动。优选地，氧化剂包括至少85％重量百分比的氧，最有选地，氧化剂包括至少95％重量百分比的氧。
通过利用上述氧化剂使低级气体燃料燃烧，火焰温度和废气体积基本上相当于能够以相当的燃烧能量实现的高级燃料的常规燃烧过程中产生的火焰温度和废气体积。由此，高炉炉顶煤气类型的便宜的低级燃料可以利用足够的处理产物来加热工业炉。优选地是，尤其是在炉顶煤气的情况下优选地是，在空气燃烧器的常规的操作过程中，使每时间单位供应的燃料的量基本上相当于供应的空气的量。换言之，优选地是，在空气燃烧器的常规操作过程中，在某一预定燃烧能量下每时间单位供应的低级燃料的体积量是在相同燃烧能量下供应的空气的体积量的0.5倍-2.0倍，更优选地是0.5倍-1.5倍。尤其优选地是，在空气燃烧器的常规操作过程中，在某一预定燃烧能量下每时间单位供应的低级燃料的体积量与在相同燃烧能量下供应的空气的±10％的体积量相同。
根据本发明，经由常规的用于空气的供应开口7将低级燃料供应到燃烧区域3。另外优选地但不是必须地，经由现有的用于空气的供应管道6来给供应开口7进行供应。因为每能量单位的低级燃料的体积流量与常规高级燃料的燃烧过程中每能量单位的空气的体积流量非常接近，所以可以在不进行任何较大修改(可能根本不用修改)的情况下使用常规的用于空气的供应管道6和常规的用于空气的供应开口7。这样使得在不进行任何需要昂贵安装工作的变化的情况下，常规的空气燃烧器1可以转变成利用便宜的低级燃料代替常规的高级燃料来操作。
此外，这样还使得可以根据各种类型的燃料的进出通路灵活地进行操作。
氧化剂还被供应到燃烧区域3，并且低级燃料连同所述氧化剂一起在燃烧区域内燃烧。
根据第一优选实施例，经由现有的用于燃料的供应开口5供应氧化剂，优选地经由现有的用于燃料的供应管道4供应氧化剂。
根据第二优选实施例，经由附加供应装置8将氧化剂供应到燃烧区域3，附加供应装置8的供应开口布置在距离现有的用于燃料的供应开口5和用于空气的供应开口7这两者一定距离处，优选地布置在距离空气燃烧器1的孔口一定距离处。这样带来的优点是：同一现有的空气燃烧器可以适于通过布置多个用于将氧化剂供应到燃烧区域3的不同喷射点而实现一般的火焰燃烧或无火焰燃烧。
根据第三优选实施例，经由现有的用于燃料的供应开口5部分地供应氧化剂，并且通过经由供应装置8的附加供应来补给氧化剂，以便达到对于预定化学计算条件来说足够大的量度，以便在燃烧区域3中影响较大(prevail)。
优选地是，经由适于供应氧化剂的喷管(lance)来供应氧化剂。上述喷管可以例如布置成在现有的用于燃料的供应管道4内延伸并且在靠近现有的用于燃料的供应开口5的位置处打开(open out)。可供选择地或附加地，附加地布置的供应装置8可以包括上述喷管。
此外优选地是，在根据本发明的燃烧器1操作的初始推进(boosting)步骤中，将高级燃料或中级燃料喷射进燃烧区域3中，高级燃料或中级燃料在这里被点燃，以便引发低级燃料和氧化剂之间的燃烧反应。可以经由现有的空气燃烧器1、例如通过现有的用于空气的供应开口7或通过现有的用于燃料的供应开口5进行上述喷射。
另外优选地是，在空气燃烧器1包括本身是常规的并且用于通过预加热经由供应开口7供应的助燃空气来回收热能的蓄热器(recuperator)(未示出)的情况下，所述蓄热器在根据本发明的操作过程中连接到被供应的低级燃料流，从而预加热所述燃料。这样就在没有耗资驱动额外的装置的情况下获得更好的经济燃烧。
图2示意性地示出通过使用常规的空气燃烧器1被加热的工业炉14。在根据本发明的一个优选实施例的操作过程中，具有高氧含量的氧化剂从氧化剂供应装置12经由管道13被供给到燃烧器1，所述氧化剂在空气燃烧器1中被供应到上面描述的燃烧区域。燃料经由另一管道11被从高炉10引导到燃烧器1。被从高炉10引导的燃料包括炉顶煤气，炉顶煤气在高炉10操作的过程中生成。可能地，该炉顶煤气与附加的气体燃料混合，优选地与一种或多种低级燃料混合。优选地是，由燃烧器1供应的至少一半燃烧能量源自于高炉炉顶煤气。
此外优选地是，在燃烧器1中燃烧的至少一半或更多、优选全部的一种或多种低级燃料在装备操作时生成，因此所述的一种或多种低级燃料引发或源自于该装备的操作，所述装备布置在其中的工业设备与燃烧器1安装在其中以便操作的工业设备是同一工业设备。特别优选地是，燃料包括源自于高炉10的操作的炉顶煤气，高炉10与燃烧器1布置在同一工业设备中。
上述方法使得可以在同一设备中进行能量的回收，并且还可以控制所述设备的操作总成本，并且可以减少对昂贵输送的需要。
优选地是，燃烧器1操作以将工业炉14加热到超过500℃，更优选超过700℃，最优选超过800℃的温度。另外优选地是，工业炉14操作作为生产或处理金属(优选钢)的多个步骤之一。特别优选地是，工业炉14形成或包括在步进式炉、退火作业线或预加热铸勺的步骤中。
上面已经对优选实施例进行了描述。然而，对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离本发明的概念的情况下可以对所描述的实施例进行多种改进。
举例来说，生成低级气体燃料的与高炉属于同一类别的多种不同类型的单元可以联接到一个或多个常规的空气燃烧器。
因此，本发明不应该限于所描述的实施例，而是本发明可以在所附权利要求的范围进行变化。

Claims (10)

1.一种使用现有的空气燃烧器(1)使燃料燃烧的方法，所述空气燃烧器(1)包括用于燃料的第一供应开口(5)和用于空气的第二供应开口(7)，所述用于燃料的第一供应开口和用于空气的第二供应开口(5，7)通向燃烧区域(3)，其特征在于：经由第二供应开口(7)供应低热值小于7.5MJ/Nm3的低级燃料，经由用于氧化剂的供应装置将包括至少85％重量百分比的氧的氧化剂也供应到燃烧区域(3)，并且使所述低级燃料与所述氧化剂一起在燃烧区域(3)中燃烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述用于氧化剂的供应装置包括适于供应氧化剂的喷管。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述喷管布置在距离空气燃烧器(1)中的现有的第一供应开口(5)和第二供应开口(7)这两者一定距离处，并且氧化剂全部或部分地经由所述喷管供应。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使所述用于氧化剂的供应装置布置成使得氧化剂全部或部分地经由空气燃烧器(1)中的现有的用于燃料的第一供应开口(5)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使氧化剂和低级燃料之间发生燃烧反应，以便加热工业炉(14)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在空气燃烧器(1)的常规操作过程中，在某一预定能量下，使每时间单位供应的低级燃料的量相当于每时间单位供应的空气的量。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在初始步骤中，经由空气燃烧器(1)引入高级燃料或中级燃料，并使被引入的高级燃料或中级燃料在燃烧区域(3)中燃烧，从而引发低级燃料的燃烧。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使至少一半低级燃料由来自高炉(10)的炉顶煤气组成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：使低级燃料源自于高炉(10)的操作，所述高炉(10)与空气燃烧器(1)布置在同一工业设备中。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在空气燃烧器(1)的正常操作过程中用于预加热助燃空气的现有的蓄热器更换为用于预加热所述低级燃料。
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