CN102730937A - 熔化熔料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于熔化熔料如玻璃的方法和装置，其中熔炉(10)通过利用燃烧器喷射口产生的燃烧器火焰(25；29)加热，燃料和氧化剂通过所述燃烧器喷射口供应，富燃料的燃料-氧气混合物通过至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)而从所述燃烧器喷射口下游通入熔炉(10)中，和/或燃料或燃料混合物通过至少一个燃料喷嘴从所述燃烧器的下游通入熔炉(10)中，并且含氧气的气流从所述至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述至少一个燃料喷嘴的下游通入熔炉(10)中。

Description

熔化熔料的方法和装置

技术领域

本发明涉及按照独立权利要求的各项前序的熔化熔料如玻璃的方法和装置。

背景技术

使用玻璃熔炉熔化玻璃是已知的，通过前端连接的燃烧器喷射口加热所述熔炉。对应的燃烧器通常被称为前侧燃烧器(frontal burner)或U型火焰燃烧器；对应的熔炉被称为U型火焰熔炉(马蹄焰式熔炉)。通常交替使用两个燃烧器喷射口而使这样的熔炉回热式地运行，即燃料和氧化剂(通常是空气)供应至两个燃烧器喷射口中的一个，同时通过另一燃烧器喷射口的空气供料口排出热废气。通过燃料燃烧而产生用于保持玻璃熔体所需的热量(通常通过单独的辅助燃烧器等缓慢地进行熔体的点火)。燃烧气体在熔炉中覆盖U型路径，因此给出以上的命名。燃烧器喷射口交替地以燃烧器喷射口和废气口的功能运行，在一定的周期时间如10至30分钟，特别为15至25分钟之后进行交替。交流换热器在氧化剂(空气)的供料路径的上游由燃烧器喷射口的供料口连接。例如，通过废气预先加热至约1500℃温度的蓄热块安置在交流换热器中。在下一循环中，氧化剂(空气)经过加热的蓄热块传导至燃烧器喷射口，流入的空气能被预热至约1350℃。这两个燃烧器喷射口的回热式交替运行是众多工业熔炉的基础，即Siemens-Martin法。

如果没有具体说明是另一物流，以下的术语“上游”和“下游”是指燃烧气体的主气流方向，其从燃烧器喷射口排出，并通过废气口离开熔炉。在马蹄焰式熔炉的情况中，燃烧气体覆盖从燃烧器喷射口、经过熔炉室、返回废气口的基本U型的路径。主气流路径从位于熔炉一个前侧的燃烧器喷射口沿熔炉的纵向延伸然后反转，燃烧气体通过设置在与燃烧器喷射口相邻的前侧的废气口离开熔炉。在两个口切换之后，之前的废气口作为燃烧器喷射口，而之前的燃烧器喷射口作为废气口。熔炉中的主气流方向也相应反转，并且与之前的主气流方向反向延伸。

在燃烧过程中可能产生氮氧化物(NOx)。已尝试减少废气中的氮氧化物比例。在金属熔炼中或在热处理熔炉中，为此目的而优选使用所谓的FLOX燃烧或无焰燃烧。在该情况中，废气在燃烧室中强烈地再循环，并与燃烧空气混合。通过该方式，并由于空气和燃烧气体的延迟混合，不再形成火焰锋。在至少800℃的充分高的温度下，燃料在整个燃烧室体积中氧化，同时形成非常均一的温度。尤其在具有高的峰值温度的火焰边界处出现的氮氧化物的形成得以减少。但在熔融玻璃的情况中，无焰燃烧的应用受到限制，因为在该情况中，需要改变经验所得的生产细节的常规制造方法。

近来，已要求700mg/Nm³的NOx限值。已知的玻璃熔化方法通常达不到该限值。由于高加工温度，通常产生大于1100mg/Nm³废气的热NOx。

以产生一氧化碳(CO)的方式亚化学计量运行燃烧器也是已知的。一氧化碳还原氮氧化物形成二氧化碳和氮气。但是，产生的CO排放由于后续燃烧而导致废气回热器(交流换热器)中的升温，这可造成回热器受损甚至破坏。为此，通常排除该类型的操作。

WO 2010/114714A1也涉及马蹄焰式燃烧器，其提出另一种减少氮氧化物的形式。优选设置在熔炉的热区中或邻近处，并且优选以亚化学计量即富燃料运行的燃料燃烧器位于形成燃烧火焰的燃烧器喷射口的下游。以超化学计量即富氧运行的另一燃料燃烧器设置在更下游。实际上，这两个燃料燃烧器优选设置在液体玻璃的出口端的另一侧熔炉壁上。可使用油或气体作为燃料。富燃料的、以亚化学计量运行的燃烧器的使用导致熔炉中富燃料区域的扩大，使得由于缺少氧气并因为产生CO而减少了NOx的形成。更下游并因此在熔炉的废气侧方向上的第二富氧并因此以超化学计量运行的燃料燃烧器确保了废气与富氧火焰的彻底混合，因此确保了未完全燃烧的燃料组分尽可能完全的后续燃烧。亦称为“热区燃烧器”的这两个燃料燃烧器优选彼此相对地设置在位于更下游的熔炉纵向壁的三分之一处，并由此位于熔炉中的燃烧气流的U形反转区域中。可容易进行交替的熔炉运行，其中燃料燃烧器从亚化学计量运行切换为超化学计量运行(或相反)。使用该方法已可检测到NOx废气值明显下降。

此外，氮氧化物的减少通常还可通过废气后处理和纯化进行。这样的废气纯化装置是耗费空间和耗费投资的，并且通常要求高运行和维护成本。或者或另外地，可明显扩大熔炉中的熔化区域以减少熔炉的比热载荷。在此其缺点将是熔炉明显更大但性能未变。

因此，本发明所基于的问题是减少特别是用于玻璃熔化和玻璃加工的上述熔炉的废气中的氮氧化物含量。该解决方案将是尽可能节约空间和节约成本的。

发明内容

本发明提供用于熔化熔料，特别是玻璃的方法。具体而言，本发明涉及用于在熔炉中熔化熔料如玻璃的方法，所述熔炉是马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在所述熔炉前侧，并交替地作为燃烧器喷射口和废气口运行，燃料和氧化剂供应至所述燃烧器喷射口并发生反应，所得的燃烧气体沿基本U形的主气流方向流动通过所述熔炉至所述废气口，相对于所述主气流方向，富燃料的燃料-氧气混合物通过至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)从所述燃烧器喷射口下游通入熔炉(10)中，和/或燃料或燃料混合物通过至少一个燃料喷嘴从所述燃烧器喷射口下游通入熔炉(10)，并且含氧气的气流从所述至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述至少一个燃料喷嘴下游通入熔炉(10)中。

本发明还涉及相应的装置。具体而言，本发明涉及用于熔化熔料如玻璃的装置，所述装置具有熔炉(10)，所述熔炉(10)是马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在所述熔炉前侧，每个喷射口处具有燃烧器喷射口，这两个喷射口可交替运行，一个交流换热器(24；26)设置在各燃烧器喷射口处，通过所述燃烧器喷射口能将燃料和氧化剂供应至熔炉中而形成燃烧反应(25；29)以加热熔炉(10)，并且至少一个可以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)设置在用于将富燃料的燃料-氧气混合物通入熔炉(10)中的燃烧器的下游，和/或至少一个燃料喷嘴设置在用于将燃料或燃料混合物通入熔炉(10)中的燃料器的下游，所述可以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述燃料喷嘴设置在熔炉的远离具有燃烧器喷射口和废气口的前侧的二分之一上，并且至少一个气流喷嘴(1)用于将含氧气的气流供应至熔炉中，所述气流喷嘴(1)设置在熔炉的邻近具有燃烧器喷射口和废气口的前侧的二分之一上。

在本发明中使用的术语炉和熔炉是同义。

本发明涉及在熔炉中熔化熔料如玻璃的方法，所述熔炉具体是马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在熔炉前侧而交替地作为燃烧器喷射口和废气口运行。燃料和氧化剂供应至燃烧器喷射口，并发生(燃烧)反应。所得的燃烧气体沿基本U形的主气流方向流动穿过熔炉至废气口。U形主气流方向的两个“腿”基本上垂直于具有燃烧器喷射口的熔炉前侧，并基本平行于熔炉的侧壁。通常将空气用作氧化剂，供应至燃烧器喷射口，为此该燃烧器喷射口也常被称为“空气燃烧器”。在该燃烧器喷射口的下游，通过至少一个以亚化学计量运行的燃烧器将富燃料的燃料-氧气混合物通入到熔炉中。这种以亚化学计量运行的燃烧器常被称为“氧-燃料燃烧器”，或者由于将其有利地设置在熔炉的热区中而被称为“热区燃烧器”，简称为“HSB”。这种以亚化学计量运行的燃烧器导致更高的能量导入熔炉热区中，并因此支持熔炉中熔体的对流。另一方面，由于缺少氧气和相应的CO产生，减少了NOx的形成。根据本发明，还提出将含氧气的气流从至少一个亚化学计量运行的燃烧器的下游通入或注入熔炉中。这样可以高速将含氧气的气体注入燃烧气体中以彻底混合燃烧气体，并后续燃烧CO。高速通入气流是有利的，一方面为了吸入尽可能多的燃烧气体，并将其与氧气混合，另一方面为了实现位于熔炉中的燃烧气体的再循环，并由此稀释所谓空气燃烧器的氧化剂和燃料气流。这造成火焰温度的降低，由此进而减少NOx的出现。由于熔炉中CO的后续燃烧发生在熔炉的废气侧，可避免废气回热器(即在废气口设置的交流换热器中)的温度上升。由此与已知的熔化方法相比，本发明进一步降低了NOx浓度，而不存在用于熔炉回热式运行的交流换热器受热损坏的危险。

在本发明的另一变型中，除了至少一个以亚化学计量运行的用于将富燃料的燃料-氧气混合物通入熔炉中的燃烧器(氧-燃料燃烧器)之外或代替之，仅将燃料(不含氧气)如纯天然气通入或更佳地注入熔炉中。该变型是可能的，因为通过通入含氧气的气流，充分的氧气可用于燃烧额外的燃料并可用于后续燃烧未完全燃烧的燃料。

有利的是将空气、富氧空气或纯氧气用作含氧气的气流。如上所述，高速注入气流是有利的。优选的进气速度的下限为50m/s、100m/s，或更优选150m/s；优选的上限是326m/s(声速)，优选200m/s。建议在该情况中将气流以一个或多个细射流的形式通入或注入熔炉中。为了产生高流速，有利的是通过拉伐尔喷嘴或文丘里喷嘴注入气流。已知的喷枪如氧气喷枪可用于注入含氧气的气流。

在说明气体的优选注入点之前，先解释熔炉的几何条件：其加工方向开始自燃烧器喷射口(空气燃烧器)。然后下游是一个或多个氧-燃料燃烧器或所述的燃料燃烧器(或这两种可能性的组合)。在熔炉更下游是用于通入含氧气气流的气流喷嘴，其下游进而是熔炉的废气口。

燃烧器喷射口和废气口位于熔炉的前侧。两个喷射口具有一个或多个用于氧化剂供料(优选是空气供料)的通道和一个或多个用于燃料供料的通道。这两个喷射口交替运行，在交换时，之前的燃烧器喷射口变为废气口，而之前的废气口变为燃烧器喷射口。如果一个喷射口以燃烧器喷射口的功能运行，通过相应的通道向其供应氧化剂(特别是空气)。通过为此目的设置的通道进行燃料供料。如果一个喷射口用作废气口，通过在另一种情况下是用于氧化剂供料的通道而从熔炉排出燃烧气体。

在回热式运行过程中，通过交流换热器引导氧化剂或燃烧气体。热废气将它们的热量输送至交流换热器，而在下一循环中，氧化剂(空气)可再次吸收该热量，从而经过强烈预热的氧化剂(空气)可用作产生燃烧器火焰的氧化剂。两个喷射口设置在马蹄焰式熔炉前侧的同一侧上，并且产生在说明书开始部分已说明的燃烧气体的U型主气流方向。这样的前侧熔炉(frontal melting furnace)(马蹄焰式熔炉)通常在燃烧气路径转180°的区域中具有最高温度(热区)。从熔炉的前侧看，该区域处于熔炉长度的下三分之一中。液体玻璃的出口所处的熔炉后侧与具有燃烧器喷射口和废气口的前侧相对。热区位于熔炉远离前侧的三分之一处，其邻近后侧。熔炉由侧壁沿纵向即基本与熔炉前垂直的方向上围封。

在上述常规的熔炉几何条件的情况中，可容易地理解喷嘴和燃烧器有利的设置：通过至少一个气流喷嘴从以下一个或多个点合理地将气流通入熔炉内：熔炉的前壁、侧壁或拱顶，特别是与熔炉的废气口邻近的区域。例如，因此将气流喷嘴设置在邻近废气口处，该喷嘴设置在侧壁、前壁或熔炉的拱顶上。在具有交替运行的燃烧器喷射口(空气燃烧器)的熔炉情况中，一个燃烧器喷射口交替地用作废气口，使得相应的气流喷嘴必须设置在两个可能的点。这些点则位于燃烧器喷射口或废气口区域中，特别是侧壁和/或前壁和/或熔炉拱顶上。

优选将气流通入到邻近具有废气口的前侧的熔炉的三分之一处。气流由此注入到由前侧和侧壁划定并且延伸经过熔炉长度的三分之一的熔炉部分中。在另一个优选的实施方案中，将气流通入邻近具有废气口的前侧的熔炉的四分之一、五分之一或十分之一处。在熔炉的纵向即垂直于前侧的方向上，气流喷嘴离前侧的距离为熔炉纵向延伸的至多33％、至多25％、至多20％、至多15％或至多10％，纵向延伸是指前侧和内侧之间的距离。

一种设置优选是位于熔炉侧壁上(在交替运行的燃烧器喷射口由此处于熔炉两个侧壁上的情况中)，通常将含氧气的气流并不是精确地沿垂直于熔炉壁方向注入废气流中，而是沿具有燃烧气的主气流方向上的矢量分量的方向注入。

在通过熔炉中的燃烧器喷射口(空气燃烧器)产生的燃烧器火焰外部的废气侧将气流通入熔炉中。如上所述，以此方法产生的CO可以尽可能优化地进行后续燃烧，并且另一方面，熔炉废气(燃烧气体)可良好地再循环，由此稀释氧化剂(燃烧空气)和空气燃烧器的燃料气流。

在另一个实施方案中，通过至少一个以超化学计量运行的燃烧器将富氧气的燃料-氧气混合物导入熔炉中，所述以超化学计量运行的燃烧器位于至少一个以亚化学计量运行的燃烧器的下游，并且位于通入含氧气的气流的点的上游。在本发明的另一变型中，将富氧气的燃料-氧气混合物通过位于燃料喷嘴下游且在所述含氧气气流的注入上游的至少一个以超化学计量运行的另外的燃烧器相应地通入熔炉中，通过所述燃料喷嘴将燃料或燃料混合物通入熔炉中。这种以超化学计量运行的燃烧器(与以亚化学计量运行的燃烧器相似地)有利地设置在熔炉的热区中。因为氧气过量，该燃烧器(氧气-燃料燃烧器或热区燃烧器)支持一氧化碳(CO)的后续燃烧。

在该实施方案中，在前侧熔炉(马蹄焰式熔炉)中提出以下设置：从前侧的燃烧器喷射口开始，第一气流喷嘴位于熔炉的一个侧壁或纵向侧上，特别在与前侧邻近的纵向侧的三分之一处。特别地，用于通入纯燃料(例如天然气)的以亚化学计量运行的氧气-燃料燃烧器和/或燃料喷嘴位于与前侧相对的后侧邻近的该纵向侧的下三分之一处，并且特别地在熔炉热区的高度上。在相对的纵向侧，以超化学计量运行的燃烧器(第二氧气-燃料燃烧器)设置在下三分之一处，特别与氧气-燃料燃烧器或燃料喷嘴相对。第二气流喷嘴位于邻近前侧的纵向侧的上三分之一处，特别地与所述的第一气流喷嘴相对。另一喷射口进而前置于更下游处。这样的对称设置对于所述的前侧熔炉是特别优选的。当然，可设置多个气流喷嘴，特别在熔炉的多个位置上对称设置(例如另外在前侧或在拱顶上)。对于氧气-燃料燃烧器或燃烧喷嘴也是如此。

此外，本发明涉及用于熔化熔料如玻璃的装置，其具有熔炉，所述熔炉具体是一种马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在熔炉前侧并可交替地作为燃烧器喷射口和废气口运行，以及交流换热器设置在各喷射口上。燃料和氧化剂可通过燃烧器喷射口供应至熔炉进行燃烧反应，以加热熔炉。熔炉具有至少一个用于将富燃料的燃料-氧气混合物通入熔炉中的可以亚化学计量运行的燃烧器和/或至少一个用于将燃料或燃料混合物通入熔炉中的燃料喷嘴，可以亚化学计量运行的燃烧器和/或燃料喷嘴设置在不与具有燃烧器喷射口和废气口的前侧邻近的熔炉的二分之一处。此外，该熔炉具有至少一个将含氧气气流供应至熔炉的气流喷嘴，所述气流喷嘴设置在与具有燃烧器喷射口和废气口的前侧邻近的熔炉的二分之一处。

对于该装置的优选实施方案，参照以上与本发明方法相关的解释。

所述熔炉是可交替(回热式)运行的，并且具有至少两个可交替运行的喷射口，在通过将氧化剂供应至第一燃烧器喷射口而产生燃烧器火焰的过程中，燃烧气通过第二燃烧器喷射口排出，在该情况中所述第二燃烧器喷射口作为废气口的功能。对于回热式运行，将交流换热器分别设置在至少两个喷射口的每个口上，按照运行路径氧化剂或废气流过交流换热器。设置至少一对可交替运行的气流喷嘴用于通入含氧气的气流，所述气流喷嘴设置在交流换热器上游且与其邻近。用该设置确保了剩余的CO在进入交流换热器之前尽可能完全地燃烧，以避免热损坏。在相同的循环中交替运行气流喷嘴和喷射口。

参照以上对于特别在前侧熔炉中的氧气-燃料燃烧器和/或燃料喷嘴和气流喷嘴的优选设置的解释。

实践中，将提供供气流装置，其提供的气流压力使得气流离开气流喷嘴时的速度有利地为至少50m/s，优选为至少100m/s，特别优选为150m/s，最高速度值为326m/s，特别优选为200m/s。所述气流是含氧气即氧化剂的气体如空气、富氧气体或纯氧气。

本发明的一个主要优点在于可达到目前对于NOx的要求限值即700mg/Nm³废气，并且可改造现有的熔炉设备以实施本发明。可省去建造更大型却性能相同的熔炉或另外建造废气纯化设备。

可在检测废气中的CO浓度或残余氧气浓度的帮助下通过气流喷嘴或喷枪调节含氧气的气体或纯氧气的量。相同的调节可能性产生通过燃料喷嘴提供的燃料。

所述燃烧器(氧-燃料燃烧器)或喷嘴(气流和燃料喷嘴)可设置为基本与熔炉的流向相反或与该流向垂直。特别是在熔炉的拱顶中使用扁平火焰燃烧器是有利的，以实现燃烧气和氧气或还原剂(CO或CH₄)最可能彻底的混合。由于扁平火焰燃烧器产生“鱼尾”型火焰(比常规的圆形燃烧器更宽且薄)，可实现还原性的氧-燃料燃烧器废气与来自空气燃烧器的废气更好的渗透，并由此CO可更好地进行后续燃烧，并且可更好地降低NOx。

明显的是上述特征和以下说明的特征不但可用于所指定的组合，还可用于其它组合或单独使用，而不背离本发明的范围。

根据附图中的示例性实施方案说明本发明，并且下面将参照附图详细说明。

附图说明

图1图示了在第一个运行循环中，根据本发明的一个特别优选的实施方案的用于熔化玻璃的熔炉的俯视图；

图2显示了在第二个运行循环中图1的熔炉。

具体实施方式

图1图示了用于熔化玻璃的熔炉(以下简称为炉)10。炉10由炉壁12围封，其前壁标为13，位于前壁右侧的侧壁标为21，位于前壁左侧的侧壁标为19，并且后壁标为15。从现有技术中已知的，并且在此不单独显示的燃烧器喷射口位于位置24A和26A。交流换热器(或回热器)24或26分别分为各喷射口24A、26A。

在各情况中，加料口16、18位于侧壁19、21上，并且邻近喷射口24A、26A，通过加料口16、18，制造玻璃所需的材料供应至炉10中。供料方向标为17。从前壁13看，两个燃烧器20、22相对地设置在侧壁19、21的下三分之一处。对于燃烧器20可替换的位置或另外的位置标为20A和28。当位置20A位于后壁15上时，位置28位于炉10的拱顶上。对于燃烧器22可替换的位置或另外的位置标为22A和30。位置22A也位于后壁15上，而位置30位于炉10的拱顶上。在位置20A和22A中，燃烧器沿流向设置。

11表示液体熔融玻璃的出口，其位于炉10的底面上。

在根据图1的运行中，通过设置在喷射口24A的燃烧器将炉10点火并加热。该燃烧器喷射口具有用于通入燃料的燃料喷嘴和用于氧化剂，通常是空气的供料管。燃料的燃烧产生燃烧器火焰25，也可将其表示为加热燃烧器火焰或主火焰。图1中显示了燃烧器火焰25的程度。在图1的运行回路中，将喷射口24A用作燃烧器喷射口。相对比，将喷射口26A用作废气口，通过废气口燃烧气体(废气)离开炉10，并进入交流换热器26。热的燃烧气体(温度约1500℃)加热交流换热器26的介质，其通常是蓄热块。

在图2所示的下一个运行回路中，喷射口26A运行为燃烧器喷射口，而喷射口24A用作废气口。用作氧化剂的燃烧空气在该运行回路中通过交流换热器26供应至喷射口26A。可在交流换热器的介质上预热燃烧空气，并达到高温(约1200℃)。通过燃烧空气的该预热可非常有效地进行后续燃烧过程。形成具有图2所示形状的燃烧器火焰29。所产生的废气进入(废气)口24A。这些废气可进而加热位于交流换热器24中的介质(蓄热块)。该下一运行回路在炉10的交替运行中对应图1所示的状态。这样的运行回路的变化通常每15-25分钟进行一次。由于两个前置的燃烧器喷射口24A、26A，形成U型气流路径，其在图1中标为27，而在图2中标为31。

热区即在炉10中具有最高温度的区域基本上处于标为20和22的燃烧器之间，因此在主气流路径相反的区域中。在该热区中，低壁在熔炉的底面上延伸，其通常平行于后壁15。熔炉被热区中的该壁分为前部的槽区域和后部的精制区域。热区和在其中延伸的壁用于支持对流并优化玻璃熔体。炉10的组件构造和功能的进一步细节可从现有技术中获得。

用于将含氧气的气流供入炉10的燃烧室14的气流喷嘴标为1。在该示例性实施方案中，它们具有氧气喷枪的形式。当设置在侧壁21上的气流喷嘴1在图1中的运行回路中工作时，位于侧壁19的气流喷嘴1在图2中的运行回路中工作。在该示例性实施方案中，气流喷嘴彼此沿炉10的纵轴相对。出于综合性考量，未显示相关的供气流装置。

在根据图1的运行回路中，由燃烧器喷射口24A产生的燃烧产物(燃烧气体)到达燃烧器20的区域，其表示所谓的氧-燃料燃烧器或热区燃烧器。通常将油或气体用作燃料。燃料20以富燃料运行，并因此是亚化学计量的。由于这样的氧气不足和所产生的一氧化碳(CO)，如在另一处详细说明的，燃烧器20使得NOx减少。

燃烧器22可以富氧即以超化学计量地运行。在该情况中，已减少了部分产生的CO。已表明也可如燃烧器20一样以亚化学计量运行燃烧器22。这使由燃烧器22引起的效果放大。由燃烧器20和22产生的其它效果是燃烧器火焰29中燃烧空气(氧化剂)和燃料流的稀释，由此冷却该燃烧器火焰29。火焰温度，特别是在火焰热点处的冷却使得热产生的NOx减少。

通过气流喷嘴1(在侧壁21上)，在熔炉的废气侧上通入包含氧气的气流可实现NOx浓度的进一步有效减少，由此可达到目前所要求的700mg/Nm³废气的限值。该情况中的运行模式如下：含氧气的气流与燃烧气流混合，并导致CO的后续燃烧。以此方式可避免回热器26受热损坏。将含氧气的气流注入炉10的速度足够高以确保达到熔炉废气(燃烧气体)的充分再循环，进而稀释空气燃烧器(在此为燃烧器喷射口24A)的燃烧空气和燃料流。这使得火焰温度降低，并因此进一步减少NOx。在该示例性实施方案中优选的注入速度为100-200m/s。还已知高流出速度使得废气的抽吸增强，并因此使得与含氧气气流中的氧气混合更强烈。在该示例性实施方案中，通过氧气喷枪将纯氧气注入熔炉内部。

在检测CO浓度的帮助下可调节注入的氧气量。为此，在气流喷嘴1上游的合适位点处进行CO浓度检测。可由此计算完全后续燃烧CO所需的氧气量。可替换地或另外地，该调节可通过检测废气中的残余氧气浓度进行。经验性检测已表明在回热器头部检测的熔炉废气中的残余氧气含量至少为1.0-1.5％。

将相似的观察用于图2中的运行回路。通过炉10的侧壁19中的气流喷嘴1将含氧气的气流注入炉10中。在该运行回路中，燃烧器22以亚化学计量即富燃料运行，而燃烧器20在此以超化学计量即富氧气运行。如在之前的运行回路中已说明的，实际上燃烧器20还可如在图2中的运行回路中的燃烧器22一样地以亚化学计量运行。由于图2中的运行回路中只有气流路径相反，也可以相同的方法应用所有其它的观察。

含氧气的气流的注入方向可垂直于侧壁19或21。已证实有利的是含氧气的气流的进气方向在燃烧气流方向上具有矢量分量(气流路径31或27)。由此可设置所示的氧气喷枪的角度。当然，在附图中仅显示了平面截面；当然可以在所有三维方向上合适地进行喷枪的取向。

燃烧器20的替换的位置或另外的位置标为20A或28。燃烧器22的替换的位置或另外的位置标为22A和30。对于这些替换的位置或另外的位置的更详细说明，参见在本说明书的开始部分中已提及的公开WO2010/114714A。在该公开中，在图1中的运行回路中，燃烧器20以亚化学计量运行，而燃烧器22以超化学计量运行。但是应注意的是，在本发明的范围中这两个燃烧器都可以亚化学计量地运行即燃烧器22也可以亚化学计量运行。这可通过注入含氧气的气流实现。如果燃烧器22也以富燃料运行，由此注入的含氧气的气流(氧气)量应相应调整。

最后，再次强调对于图1和图2中所示的燃烧器20和22，可替换的是或另外的是，可使用至少一个燃料喷嘴，特别在不加入氧化剂的情况下，通过该燃料喷嘴可将燃料或燃料混合物通入或注入炉中。该情况对应的是空气-燃料比为0的燃烧器20、22的运行。对于该情况，参考标记20、22可各表示一个燃料喷嘴的位置。

实际上，根据图1的燃烧器20以较大程度的亚化学计量运行，其空气-燃料比λ为0.1-0.8，优选为0.3-0.7，更优选为0.5-0.6。可想到以较低程度的亚化学计量运行另一燃烧器22。

本发明使得熔炉废气中的NOx进一步减少，并因此特别适于满足法律要求。

参考标记：

1气流喷嘴

10熔炉、炉

11出口

12炉壁

13前壁

14燃烧室

15后壁

16加料室

17供料方向

18加料室

19侧壁

20燃烧器

20A燃烧器位置

21侧壁

22燃烧器

24交流换热器、回热器

24A喷射口

25燃烧器火焰

26交流换热器、回热器

27气流路径

28拱顶的位置

29燃烧器火焰

30拱顶的位置

31气流路径

Claims (14)

1.用于在熔炉中熔化熔料如玻璃的方法，所述熔炉是马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在所述熔炉前侧，并交替地作为燃烧器喷射口和废气口运行，燃料和氧化剂供应至所述燃烧器喷射口并发生反应，所得的燃烧气体沿基本U形的主气流方向流动通过所述熔炉至所述废气口，相对于所述主气流方向，富燃料的燃料-氧气混合物通过至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)从所述燃烧器喷射口下游通入熔炉(10)中，和/或燃料或燃料混合物通过至少一个燃料喷嘴从所述燃烧器喷射口下游通入熔炉(10)，并且含氧气的气流从所述至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述至少一个燃料喷嘴下游通入熔炉(10)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将空气、富氧空气或纯氧气用作所述含氧气的气流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以至少50m/s，优选至少100m/s，更优选至少150m/s，并且至多326m/s，优选至多200m/s的速度将所述气流通入熔炉(10)中。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，将所述气流以一个或多个射流的形式通入熔炉(10)中。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述熔炉的废气口(24A；26A)区域中将气流通入熔炉(10)中，特别是通入至熔炉邻近具有所述废气口的前侧的三分之一、四分之一、五分之一或十分之一处。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以垂直于熔炉(10)的壁(12)或与熔炉(10)的壁(12)成另一角度地将所述气流通入熔炉中。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在通过所述燃烧器喷射口产生的燃烧器火焰(25；29)外部的废气侧上将所述气流通入熔炉(10)中。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过至少一个以超化学计量运行的燃烧器(22；20)，从所述至少一个以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述至少一个燃料喷嘴的下游以及含氧气的气流通入点的上游将富氧气的燃料-氧气混合物通入熔炉中。

9.用于熔化熔料如玻璃的装置，所述装置具有熔炉(10)，所述熔炉(10)是马蹄焰式熔炉，其两个喷射口设置在所述熔炉前侧，每个喷射口处具有燃烧器喷射口，这两个喷射口可交替运行，一个交流换热器(24；26)设置在各燃烧器喷射口处，通过所述燃烧器喷射口能将燃料和氧化剂供应至熔炉中而形成燃烧反应(25；29)以加热熔炉(10)，并且至少一个可以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)设置在用于将富燃料的燃料-氧气混合物通入熔炉(10)中的燃烧器的下游，和/或至少一个燃料喷嘴设置在用于将燃料或燃料混合物通入熔炉(10)中的燃料器的下游，所述可以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述燃料喷嘴设置在熔炉的远离具有燃烧器喷射口和废气口的前侧的二分之一上，并且至少一个气流喷嘴(1)用于将含氧气的气流供应至熔炉中，所述气流喷嘴(1)设置在熔炉的邻近具有燃烧器喷射口和废气口的前侧的二分之一上。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述至少一个气流喷嘴(1)设置得与燃烧器喷射口(10)相比更邻近废气口。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述气流喷嘴(1)设计为拉伐尔喷嘴或文丘里喷嘴。

12.根据权利要求9-11之一所述的装置，其特征在于，所述气流喷嘴(1)是喷枪，特别是氧气喷枪的一部分。

13.根据权利要求9-12之一所述的装置，其特征在于，所述至少一个气流喷嘴(1)设置在熔炉(10)的侧壁(19；21)和/或前侧(13)和/或拱顶上，特别是邻近熔炉(10)的废气口(26A；24A)处，气流喷嘴离所述前侧的距离为熔炉在垂直于前侧方向上的纵向延伸的至多33％、至多25％、至多20％、至多15％或至多10％。

14.根据权利要求9-13之一所述的装置，其特征在于，所述可以亚化学计量运行的燃烧器(20；22)和/或所述燃料喷嘴设置在侧壁上，并且设置至少一个其它的可以超化学计量运行的燃烧器(22；20)用于将富氧气的燃料-氧气混合物供应至熔炉(10)中，所述其它的可以超化学计量运行的燃烧器(22；20)设置在与所述侧壁相对的侧壁上。

Images