CN104813103A - 用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统以及包括其的炉料加热设备 - Google Patents

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Abstract

多股被独立地控制流速的氧化剂流可在热交换器中(或氧化剂和燃料两者在单独的热交换器中)通过与热的壳体侧(传热)流体进行的热交换而被预热。单独的热氧化剂流被引导到相关的单独燃烧器，在此它们与燃料流一起燃烧而产生热燃烧气体。热燃烧气体用来在复热器或再生器中预热热的壳体侧流体。

Description

用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统以及包括其的炉料加热设备
对相关申请的交叉引用
本专利申请要求在2013年7月31日提交的美国专利申请No.13/955,890的优先权，该美国专利申请要求在2012年9月26日提交的美国临时专利申请No.61/706,094的优先权，这些申请的全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
在依赖于通过燃料的燃烧来将大量热能输送到炉内的方法中，特别重要的是实现尽可能高的能量效率。因此，普通做法是例如通过利用烟气加热燃烧用空气来回收烟气中的余热。另一种提高效率的方式是氧燃烧，其通过用主要为氧气的流代替通常用于燃烧的空气来避免加热空气的氮气成分。虽然在氧燃烧中减少了烟气的热损失(因为烟气量较小)，但热损失量依然相当大，并且回收这种热会是有利的。
题为“Development of an advanced glass melting system:TheThermally Efficient Alternative Melter,TEAM.Phase 1,Final report.-Progress rept.”的论文中详细论述了从玻璃制造中的氧燃烧进行的热回收，所述论文由美国能源部资助并由Air Products在协议DE-AC02-89CE40917F下完成(报告编号为DOE/CE/40917-T2，于1992年2月出版，并且可从美国政府的国家技术信息服务查到)。在该报告中，所论述的主要方法为：1)配合料和碎玻璃(即玻璃制造原料)预热，2)使用蒸汽或CO2进行天然气重整，和3)燃气涡轮循环(其中热变换为用于空气分离单元的气体压缩)。在这些方法之中，发现配合料和碎玻璃预热选择提供了最大的效率提高。然而，来自玻璃制造商的反馈表明，已尝试了配合料和碎玻璃预热方法并且发现它们由于堵塞、机械复杂性和持续的维护问题而极为困难。发现使用蒸汽进行天然气重整提供了良好的效率提高并且推荐进行进一步的开发。
在汽车领域中，已知允许向多股独立的流体流传递热能的热交换器。US2006/0266501描述了这种热交换器。它们是板式热交换器，由于多个原因而不适合用于氧气设施。例如，该类型的热交换器不会提供充分平顺的流动路径，并且对于氧气设施而言且尤其对于热氧气设施而言很难以充分的清洁度制造。热氧气设施的清洁度由于安全原因当然非常重要，因为局部高氧化环境会造成无法接受的不受控燃烧的高风险。
US5,006,141公开了碎玻璃预热方案，其中包括将碎玻璃预热和燃料预热两者组合的方案。这些方案存在上述碎玻璃预热的困难。
US5,057,133公开了一种天然气重整方案，其中用来向重整器供热的烟气与来自重整器下游的再循环流结合，用以提供温度控制。还描述了利用热砂的流化床来捕集凝结物并使砂再循环到玻璃制造炉。
US5,714,132公开了利用烟气自身作为蒸汽和/或CO2的源的天然气重整。虽然该概念的原理看上去有吸引力，但在实践中，烟气中的硫和其它催化剂毒物难以经济地去除。
尽管认为天然气重整有望进行热回收，但它尚未被实施。尽管蒸汽重整是众所周知的方法，但该应用需要另外的开发，尤其是与在玻璃烟气流中预期的硫酸盐和硼酸盐的凝结物相容的重整器管，以及适合于低能量密度燃料的燃烧器技术。这些障碍已证实过于令人气馁而不允许该概念的实践应用。
上述DOE报告中还提到了加热氧气流和天然气流两者的概念。O2预热的温度极限被给出为465°F(240℃)，其由材料与热氧气的相容性决定，而天然气预热的温度极限被给出为750°F(399℃)，其由天然气在更高温度下的热裂解(碳形成)决定。
上述方案的一个替代方案是将氧气加热到240℃以上的温度。但是，加热氧气流极具挑战性，因为氧气的尤其在高温下的高反应性对热回收系统的设计和结构提出了极端的约束。例如，虽然通常的做法是使用再生器，烟气和空气流在交替的循环中流经该再生器以预热空气，但一般认为不可能对氧气使用该技术，其原因在于担心氧气将与氧气将与烟气中不可避免地存在并且沉积在再生器中的污染物反应。
另一种已知的方案是使用陶瓷热交换器。这些系统通常被预期在约1000℃的温度下操作，其中热传递是辐射性的。但是，已知陶瓷材料易碎并且陶瓷热交换器容易泄漏。虽然可以接受空气向烟气流中的少量泄漏，但由于安全问题，对于氧气或燃气流而言情况却并非如此。因此，该类型的热交换器对于加热氧气或燃气流而言是无法接受的。
因此，需要提供一种用于从燃烧产物回收热的方法和系统，其可靠并且不易发生导致安全问题的泄漏。
US2009/0298002公开壳管式热交换器的使用，其中氧气流经双壁管，而热燃烧气体流经外壳。可能包含未燃燃料的热燃烧气体与氧气之间的接触不仅由于内管的壁的存在而且由于外管的壁的存在而被抑制。管道与管之间的环形空间包含静态惰性气体，以使得热交换首先在热燃烧气体与惰性气体之间进行，然后在惰性气体与氧气之间进行。US2009/0298002未提出如何在具有多个燃烧器的炉中使用该新型热交换器。此外，它存在由于热交换的两个单独的阶段均发生在流动的流体与静态流体之间而呈现较低的热交换系数的缺点。
因此，需要提供一种用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其包括多个燃烧器且其具有足够高的热交换系数。
US5,807,418公开了通过在氧化剂(至少50％O2)与烟气进行“并流间接热交换”之后利用部分地冷却后的烟气来预热配合料和/或碎玻璃而进行的热回收。如US5,807,418所用，“并流间接热交换”仅仅指氧化剂和热交换器由通过壁分离的热交换器，其中氧化剂和烟气沿相同方向流动。尽管提供了梗概，却未提供诸如热交换器的构成材料的细节，而是注明该热交换器“利用材料并以使它与处理富氧氧化剂和高温相容并且安全的方式构成”。考虑到构造这种热交换器的实际困难，该教导不足以允许由技术人员进行实际实施。
因此，需要提供一种用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其允许由本领域的普通技术人员进行实际实施。
US2009/0084140使用与US5,807,418相似的方案，但配合料/碎玻璃预热与氧化剂预热并列进行，并且具有与配合料/碎玻璃热交换器有关的附加公开内容。同样，未公开关于氧化剂热交换器的结构的细节。如图1中最佳所示，热燃烧气体FG用来在热交换器HX中预热氧气OM。热氧气被分流成三股流OA、OB、OC，每股流都在相关的燃烧器B中与燃料流F一起燃烧而产生热燃烧气体FG。该方案的缺点在于，单独的氧气流的流速仅可在氧气热交换器的下游被单独控制。这意味着流量控制装置经受热氧气冲击，从而引起提前和潜在的灾难性失效。该方案的缺点还在于，热燃烧气体中的未燃燃料可能与来自泄漏的氧气或再生器中的氧气接触，由此带来灾难性不受控燃烧的无法接受的高风险。
因此，需要提供一种用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其允许从单个热交换器对通向多个燃烧器的热氧气的流速进行单独控制，该控制不会呈现提前和潜在的灾难性失效的无法接受的高风险。
为了提供一种用于以烟气加热氧气的实用方法，针对玻璃熔炉的情形，Illy等人论述了使用传热流体的概念(国际玻璃期刊96期，第65-72页，1998年)。为清楚起见，应该指出的是，Illy等人将其中烟气和氧化剂仅通过壁分离的热交换器称为“直接的”，而Chamberland等人将它称为“间接的”。Illy等人公开了使用三个热交换器的方案：第一方案从烟气向传热流体传热，第二方案从经加热的流体向烟气传热，而第三方案从经加热的流体空气向天然气燃料传热。根据他们的描述，传热流体可以是利用闭环再循环系统的氦气，但可以是任何气体，例如蒸汽或空气，其中空气是最廉价的选择。Illy等人未考虑如何在热交换器下游控制热氧气流动。
一种以每个热交换器为基础的已商业地实施和运用的方案包括一个用于预热氧气的热交换器和一个用于预热天然气的热交换器。氧气和天然气在热交换器中借助于热空气流被预热，所述热空气流自身在复热器中借助于热燃烧气体被加热。尽管该方案已产生理想的热回收，但在适合于氧气设施的金属的价格本身高的情况下大量的热交换器会将资本费用推高至不理想的高水平。此外，在小型到中型炉内，可用空间可能不足以适应大量热交换器所占据的大覆盖范围。
因此，需要提供一种用于从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其不会产生无法接受的高资本费用或呈现不合意的大覆盖范围。
US2007/0287107公开了在使用热氧气时氧气流动的控制问题的一个解决方案。输送两种氧化剂，其中第一种氧化剂被加热到至少300℃，而第二种氧化剂维持200℃以下。该方法的缺点在于，相当大一部分氧气流未被明显加热，因此从烟气进行的热回收有限。
因此，需要提供一种从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其实现合意的高热回收程度。
另一方案在于使用多个热交换器，优选每个燃烧器一个热交换器，但至少每3个燃烧器一个热交换器。US2010/0258263和WO2008/141937中描述了该方案。该方案引起极高的资本费用，其原因在于每1-3个燃烧器需要有一个用于氧气的热交换器，并且每1-3个燃烧器需要有一个用于燃料的热交换器。此外，大量热交换器整体上消耗了大量空间，因为每个热交换器都相当大。
因此，需要提供一种从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其不需要很高的资本费用并且不会消耗不理想地高的空间量。
US6,250,916公开了一种方案，其中使用热燃烧气体来预热空气，所述空气又被用来预热氧气。在一个实施例中，并且如图2中最佳所示，若干燃烧器B的其中每一个都与一个用于预热氧气OC的热交换器HXO和一个用于预热燃料FC的热交换器HXF相关。经预热的氧气OH和经预热的燃料FH在燃烧器B中燃烧而产生热燃烧气体FG。空气A在复热器R中与热燃烧气体FG进行热交换，并且作为数量与燃烧器的数量相等的多股流与热交换器HXO、HXF并列地被引导。与US2010/0258263和WO2008/141937相似，该方案也引起极高的资本费用并且消耗大量空间。
在US6,250,916的另一实施例中，并且如图3中最佳所示，空气A在复热器R中利用热燃烧气体FG被预热并被先后引导通过三个热交换器HXO以预热氧气OC。来自各热交换器HXO的经预热的氧气OH被分流到两个管路中，每个管路都被引导到一对燃烧器B中的两个燃烧器B之一。离开最后一个用于预热氧气OC的热交换器HXO的较冷空气然后再次先后被引导通过三个热交换器HXF，以预热燃料FC。来自各热交换器HXF的经预热的燃料FH被分流到两个管路中，每个管路都被引导到一对燃烧器B中的两个燃烧器B的其中一个。与US2009/0084140相似，为了对一对燃烧器中的每个燃烧器分别控制氧气的流速，流量控制装置必须位于热交换器的下游，由此使它们经历热氧气依附并且提高了过早和潜在的灾难性失效的可能性。虽然一对燃烧器中的每个燃烧器的氧气流速可以是固定的，并且由此显著降低了控制炉内的热通量的能力，但热交换器与燃烧器的比例依然高达1：2。因此，该方案并未实现资本费用和空间要求的充分理想的下降。
因此，需要提供一种从燃烧产物进行热回收的方法和系统，其允许更大的对燃烧器氧气的单独流速的控制程度，而不存在流速控制装置的过早和潜在的灾难性失效的无法接受的高风险并且不会招致无法接受的高资本费用。
发明内容
提供了一种用于从炉进行热回收的系统，其包括：氧化剂源；复热器或再生器；n个燃烧器，n是大于或等于2的整数，每个所述燃烧器都包括燃料喷嘴和氧化剂喷嘴；热交换器，其包括具有相对的进料端和排出端的壳体、与所述壳体的内部流体连通的热流体入口和冷流体出口以及多个氧化剂管，该进料入口具有n个冷氧化剂入口，该排出端具有n个热氧化剂出口，该多个氧化剂管包括n组氧化剂管，每组氧化剂管都在所述n个冷氧化剂入口中的相关一个与所述n个热氧化剂出口中的相关一个之间流体连通；热换热流体管道，其具有与所述复热器或再生器连接并从其接收热换热流体的第一端和与所述热流体入口流体连通的第二端；n个冷氧化剂进料管道，其中每一个都具有第一端和第二端，每个所述冷氧化剂进料管道第一端都与所述氧化剂源流体连通，每个所述冷氧化剂进料管道第二端都与相应的一个所述冷氧化剂入口流体连通；n个冷氧化剂流量控制装置，其中每一个都设置在所述n个冷氧化剂进料管道中的相应一个中，从所述n个冷氧化剂进料管道通过的氧化剂流可由所述对应的冷氧化剂流量控制装置分开和独立地控制；和n个热氧化剂进料管道，其中每一个都具有第一端和第二端，每一个所述热氧化剂进料管道第一端都与所述热氧化剂出口中的相应一个流体连通，每一个所述热氧化剂进料管道第二端都与所述燃烧器中的相应一个流体连通。
还提供了一种从炉进行热回收的方法，其包括以下步骤。通过与热燃烧气体进行热交换而在再生器或复热器中加热传热流体，以产生热传热流体。使N股冷氧化剂流从氧化剂源流到热交换器，所述热交换器包括：壳体；多个氧化剂管，其包括n组氧化剂管，每组都延伸穿过壳体的内部并在形成于壳体中的所述冷氧化剂入口中的相应一个与形成于壳体中的所述热氧化剂出口中的相应一个之间流体连通；与壳体的内部流体连通的热换热流体入口；和与壳体内部流体连通的热流体出口，所述n股冷氧化剂流中的每一股都被引导到所述多组氧化剂管中的相应一组中，n是等于或大于2的整数。热传热流体流到所述热换热流体入口。热传热流体与所述冷氧化剂流之间在所述热交换器中进行热交换，以在所述热氧化剂出口处产生n股热氧化剂流并产生冷却后的热传热流体流。所述热氧化剂流从所述热氧化剂出口流到n个燃烧器，每个燃烧器都包括氧化剂喷嘴和燃料喷嘴。燃料和所述热氧化剂在所述燃烧器中燃烧而产生热燃烧气体，其中可使用设置在所述热交换器下游的n个氧化剂流量控制装置彼此独立地控制所述冷氧化剂流的流速。
还提供了一种用于从炉进行热回收的系统，其包括：氧化剂源，其具有比空气大的氧浓度；复热器或再生器，所述复热器或再生器适合并且构造成在冷的壳体侧流体流与来自炉的热燃烧气流之间进行热交换以产生热的壳体侧流体流；第一壳管式热交换器；第一壳管式热交换器；第一和第二冷氧化剂进料管道；第一控制器；以及第一和第二热氧化剂进料管道。所述第一壳管式热交换器包括：壳体；形成在壳体中的热的壳体侧流体入口和冷的壳体侧流体出口；分别接收第一和第二主氧化剂流的第一和第二氧化剂入口；第一和第二组一个或多个氧化剂管，该第一和第二组各自分别从第一和第二氧化剂入口接收第一和第二主氧化剂流，每个氧化剂管都延伸穿过壳体的内部；以及第一和第二氧化剂出口，其各自分别从第一和第二组氧化剂管接收第一和第二主氧化剂流。第一壳管式热交换器适合并且构造成从热的壳体侧流体流向流经氧化剂管的主氧化剂流传热。第一冷氧化剂进料管道在氧化剂源与第一氧化剂入口之间流体连通。第二冷氧化剂进料管道在氧化剂源与第二氧化剂入口之间流体连通。第一和第二氧化剂流量控制装置分别设置在第一和第二冷氧化剂进料管道中。第一控制器适合并且构造成分别使用第一和第二氧化剂流量控制装置控制来自氧化剂源并从第一和第二冷氧化剂进料管道通过的氧化剂的流量。从冷氧化剂进料管道通过的第一和第二氧化剂流均可由所述第一控制器彼此独立和分开地控制。第一和第二热氧化剂进料管道各自分别从第一和第二氧化剂出口接收第一和第二主氧化剂流。
还提供了一种利用经预热的氧化剂的炉料加热设备，其包括：上述用于从炉进行热回收的系统；第一和第二燃烧器，其各自分别从第一和第二热氧化剂进料管道接收第一和第二热氧化剂流；和包含炉料的熔炉。每个燃烧器都与炉操作性地相关，以使得炉料通过由燃烧器喷射的燃料和热氧化剂的燃烧而被加热。复热器或再热器从炉内的热氧化剂和燃料的燃烧接收热燃烧气流以产生热的壳体侧流体流。
还提供了另一种用于从炉进行热回收的方法。该方法包括以下步骤。燃料和第一热氧化剂流从第一燃烧器喷射，该热氧化剂具有比空气高的氧浓度。从第二燃烧器喷射燃料和第二热氧化剂流。使所喷射的燃料和热氧化剂燃烧，以加热炉内的炉料并产生热燃烧气体。使用复热器或再生器在冷的壳体侧流体流与热燃烧气流之间进行热交换，以产生热的壳体侧流体流。第一和第二主氧化剂流通过在壳管式热交换器中与热的壳体侧流体进行热交换而被加热，以产生第一和第二热氧化剂流。独立和分开地控制在氧化剂入口上游的第一和第二冷氧化剂进料管道中流动的第一和第二氧化剂流的流速，其中从第一和第二氧化剂流获得第一和第二主氧化剂流。
以上公开的系统、设备或方法中的任何一个或多个可包括以下方面中的一个或多个：
-冷却后的传热流体流被收集在与壳体内部流体连通的冷流体出口处并被引导回到所述复热器或再生器以完成传热循环。
-传热流体为空气、二氧化碳、氦气、其它惰性气体或这些的混合物。
-壳体内存在导热填充物且所述导热填充物在相邻的氧化剂管之间热接触。
-填充物为陶瓷材料。
-每股所述冷氧化剂流都被分流成被引导所述氧化剂管中的内部流和被引导到所述热交换器外部的外部流，外部流与对应的内部流重新结合以提供所述热氧化剂流，各冷氧化剂流在相应内部流与相应外部流之间被分流的程度由相关的n个热氧化剂流量控制装置独立于其它所述冷氧化剂流控制。
-冷氧化剂流的各自分流基于在所述重新结合下游的相关热氧化剂进料管道中感测出的温度而独立于其它所述冷氧化剂流被控制。
-冷却后的换热流体被收集在与所述壳体的内部流体连通的冷流体出口处。
-在所述重新结合之前，所述外部流在另一个热交换器中通过与所述冷却后的换热流体进行的热交换而被加热。
-n为4以上。
-所述炉为玻璃熔炉。
-第一和第二氧化剂流均不绕开热交换器，以使得第一和第二氧化剂流分别变成第一和第二主氧化剂流。
-第一和第二旁通阀设置在第一和第二冷氧化剂进料管道中。
-每个旁通阀都适合并且构造成将相关的一股氧化剂流分流成第一和第二部分。
-由第一旁通阀分流的第一部分为第一主氧化剂流且由第一旁通阀分流的第二部分为第一旁通氧化剂流。
-由第二旁通阀分流的第一部分为第二主氧化剂流且由第二旁通阀分流的第二部分为第二旁通氧化剂流。
-第一和第二旁通流流经完全设置在壳体外部的第一和第二旁通流管道。
-第一热氧化剂进料管道从第一旁通流管道接收第一旁通流，第一旁通流在所述第一旁通流管道处与第一主氧化剂流结合。
-第二热氧化剂进料管道从第二旁通流管道接收第二旁通流，第二旁通流在所述第二旁通流管道处与第二主氧化剂流结合。
-第一和第二氧化剂流各自分流成相应的第一和第二部分由控制器分开和彼此独立地控制。
-它还包括：气态燃料源和第二壳管式热交换器，第二冷燃料进料管道；第二冷燃料进料管道；设置在第一和第二冷燃料进料管道中的第一和第二燃料流量控制装置；以及第一和第二热燃料进料管道。第二壳管式热交换器包括：
·壳体，
·形成在壳体中的热的壳体侧流体入口和冷的壳体侧流体出口，
·分别接收第一和第二主燃料流的第一和第二燃料入口，
·第一和第二组一个或多个燃料管，其各自分别从第一和第二燃料入口接收第一和第二主燃料流，每个燃料管都延伸穿过壳体的内部，和
·第一和第二燃料出口，其各自分别从第一和第二组燃料管接收第一和第二主燃料流，第二壳管式热交换器适合并且构造成从热的壳体侧流体流向流经燃料管的主燃料流传热。
第一冷燃料进料管道在燃料源与第一燃料入口之间流体连通。第二冷燃料进料管道在燃料源与第二燃料入口之间流体连通。第一控制器或第二控制器适合并且构造成分别使用第一和第二燃料流量控制装置控制来自燃料源并从第一和第二冷燃料进料管道通过的燃料的流速。从冷燃料进料管道通过的第一和第二燃料流均可可由所述控制器彼此独立和分开地控制。第一和第二热燃料进料管道各自分别从第一和第二燃料出口接收第一和第二主燃料流。
-壳体侧流体为空气、二氧化碳、氦气、氮气、其它惰性气体或这些的混合物。
-冷的壳体侧流体通过壳管式热交换器中的热的壳体侧流体与第一和第二主氧化剂流之间的热交换产生。
-第一和第二氧化剂流均分别由第一和第二旁通阀分流成第一和第二部分。由第一旁通阀分流的第一部分为第一主氧化剂流且由第一旁通阀分流的第二部分为第一旁通氧化剂流。由第二旁通阀分流的第一部分为第二主氧化剂流且由第二旁通阀分流的第二部分为第二旁通氧化剂流。第一和第二旁通流流经完全设置在壳体外部的第一和第二旁通流管道。第一旁通流在壳管式热交换器下游与第一主氧化剂流结合。第二旁通流在壳管式热交换器下游与第二主氧化剂流结合。
-第一和第二氧化剂流各自分流成相应的第一和第二部分由控制器分开和彼此独立地控制。
-基于结合的接收经预热的氧化剂的燃烧器的总功率来优化热交换器的总体设计。这意味着基于接收经预热的燃料的燃烧器的总组合功率来优化氧化剂管的直径、氧化剂管的数量、氧化剂管间距(即，管到管间隔)和氧化剂管长度与直径比例。一旦优化了这些变量，便对热交换器设置单个壳体。然后，基于要通过热交换器预热的燃料流的数量来将燃料管分割成多组，其中每组接收单独的燃料流。该设计优化可区别于其中每一个都已基于它供给经预热的燃料的燃烧器而被单独优化的热交换器的组合，其中该组合包括等于所组合的热交换器的数量的壳体数量。热交换器的组合不如本发明的经优化的热交换有效。
-该热交换器设置有单个壳体。
附图说明
为了进一步理解本发明的实质和目的，应当参考以下结合附图进行的详细描述，附图中同样的元件被赋予相同或类似的附图标记，并且其中：
图1是炉中的一种现有技术热回收方案的示意图。
图2是炉中的另一种现有技术热回收方案的示意图。
图3是炉中的又一种现有技术热回收方案的示意图。
图4是每四个燃烧器包含一个氧化剂热交换器和一个燃料热交换器的炉中的热回收的非限制性的示例的示意图。
图5是本发明的壳管式热交换器的一个非限制性的示例的示意性立面端视图(从氧化剂进料端)，示出了内部特征。
图6是图5的壳管式热交换器的示意性立面侧视图，示出了内部特征。
图7是示出了替代的内部特征的与图5相似的壳管式热交换器的示意性立面侧视图。
图8是用于控制热交换器下游的一股氧化剂流的温度的旁通方案的方法流程图
具体实施方式
在传统炉中，单个氧化剂源和单个燃料源典型地被分流成多股流(在环境温度下)以由多个燃烧器喷射。如果操作人员希望控制独立于其它燃烧器的功率控制特定的一个或多个燃烧器的功率，则利用位于燃烧器上游或处于燃烧器高度处的流量控制装置来调节用于所讨论的燃烧器的燃料和/或氧化剂的流速相对简单。
在包括使用经预热的氧化剂和/或经预热的燃料的传统炉的情况下，各反应剂(燃料和氧化剂)作为单一流氧化剂被引导到热交换器，在此它通过与热流体进行热交换而被加热。经加热的反应剂然后被分流成多股流，同时由多个燃烧器喷射。如果操作人员希望独立于其它燃烧器的功率控制单独的一个或多个燃烧器的功率，则可利用从经预热的氧化剂流分支的管路和/或从经预热的燃料流分支的管路中的流量控制装置来调节用于假设地讨论的燃烧器的燃料和/或氧化剂的流速。
然而，该假设方案存在三个明显缺点。首先，流量控制装置的内部构件之间的公差由于从热反应剂向这些构件的传热导致的这些构件的热膨胀而增大。增大的公差引起设备泄漏的形成和因此在未形成安全风险的情况下对流速的不良控制。其次，多股流中的单股流的流速的任何变化将影响传送其它流的管路中的压力，因为这些管路是并列的并且彼此流动连通。该影响由于经预热的反应剂在加热之后的压力比环境温度反应剂高的事实而加重。由于其它管路中的流速发生明显的压力变化并且必须被同时控制，所这引起很复杂和困难的控制方案。第三，以及尤其在热氧化剂的情况下，对流量控制装置的内部构件的热氧化冲击会由于设备所包含的材料的提高的氧化反应率而导致过早或甚至灾难性的失效。
本发明通过以下方式克服了这些缺点：a)在加热之前将反应剂分流成多股流，b)使用新型热交换器，和c)使用设置在热交换器上游的流量控制装置控制反应剂流的流速。流量控制装置未经受加热且因此保持相对防漏，因为内部构件之间的公差不受影响。由于反应剂源(氧化剂或燃料)的压力比热交换器上游的多股氧化剂流高得多，所以对热交换器上游的流的其中一股的流速的调节不会对其它流的压力产生明显影响。因此，不再需要同时控制其它流的流速，或替代地，这种同时控制由于在环境温度下的较小压力变化而更容易完成。
一般而言，该系统和方法包括包含用来从炉(包含炉料)内产生的热燃烧气体向传热流体传热的复热器或再生器。使用壳管式热交换器来从热传热流体向多股氧化剂流和/或多股天然气流传热。传热流体被称为壳侧流体，因为它流经位于壳侧的热交换器的内部，即壳的内表面与管的外表面之间的空间中，所述管在该空间中延伸。因此，氧化剂或燃料称为管侧流体，因为它在管侧流动(即，流经延伸穿过热交换器的管)。数量与氧化剂和/或燃料流的数量相等的流量控制装置设置在热交换器上游并且用来控制流向热交换器的氧化剂和/或燃料流的流速。使用控制器彼此分开和独立地控制这些流量控制装置。这意味着对一股氧化剂(或燃料)流的调节不需要伴随的对另一股氧化剂(或燃料)流的流速的调节。
该壳管式热交换器包括数量与被预热的氧化剂(或燃料)流的数量相等的多个氧化剂(或燃料)入口和出口。一组管在相关的入口和出口之间流动连通地延伸，所述一组管在氧化剂预热的情况下被称为氧化剂管，或在燃料预热的情况下被称为燃料管。各氧化剂(或燃料)流首先被氧化剂(或燃料)入口接收并被分流成流经相关的一组管的多股子流。典型地，管在上游和下游管板之间延伸，用以从热壳侧流体分离氧化剂或燃料。用于给定的一组管的氧化剂(或燃料)的子流然后重新结合成这样被加热的氧化剂(或燃料)流，其在相关的氧化剂(或燃料)出口处从热交换器流出。因此，可见每股待预热的氧化剂(或燃料)流都与氧化剂(或燃料)入口的其中一个、一组氧化剂(或燃料)管的其中一组和氧化剂(或燃料)出口的其中一个相关。每组管数是非限制性的并且可基于空间、设计和材料限制来选择。典型地，每组管数在2-12的范围内。
壳管式热交换器可非必要地包括传统挡板，其垂直于氧化剂(或燃料)管定向并定向在其外部，以使得热壳侧流体顺循曲折路径，该曲折路径允许热壳侧流体与氧化剂(或燃料)管的第一部分、然后与氧化剂(或燃料)管的与第一部分邻接的第二部分之间的传热，等等。这样，热壳侧流体用于使氧化剂(或燃料)管的温度均衡，并因此使流经这些管的氧化剂(或燃料)的温度均衡。壳管式热交换器可具有热交换器领域中传统地使用的截面构型，包括但不限于：圆形，椭圆形，长方形，和正方形。
虽然热交换器可由各种各样的材料制成，但典型地它由被认可为适合于应对热氧化剂(在氧气预热的情况下)或热气态燃料(在燃料预热的情况下)的材料制成。此外，每组氧化剂(或燃料)管可非必要地通过平行于管延伸的壁彼此分离。这种情况下，热壳侧流体被分流成数量与组数相等的多股子流，其中使热壳侧流体的每一股子流仅与一组氧化剂(或燃料)管并排流动。
氧化剂具有比空气高的氧浓度。典型地，氧化剂是氧增浓空气或工业纯氧。在不进行燃料预热的情况下，燃料可以是与用于加热炉料的炉相关的燃烧器中传统地使用的任何燃料，包括干粉、颗粒或压碎的固态燃料、液态燃料或气态燃料。在进行燃料预热的情况下，燃料为气态的。典型地，燃料为天然气、甲烷或丙烷。所述炉可以是设计用于加热和/或熔化诸如陶瓷、玻璃或金属的炉料的任何传统炉。典型地，它是熔炉，例如玻璃熔炉。壳侧流体可为空气、二氧化碳、氦气、其它惰性气体或这些气体的混合物。
该燃烧器可以是适合于在用于加热和/或熔化炉料(例如金属或玻璃)的炉内使用氧化剂燃烧燃料的任何燃烧器，例如US6,910,879、US2007-0172781和US2007-0281254公开的燃烧器。
在运行中，壳侧流体的流速与氧化剂流或燃料流的流速的比例以简单的方式取决于各种因素，包括壳侧流体的类型、氧化剂的类型、壳侧流体的温度、氧化剂在预热之前的温度、燃料在预热之前的温度、期望的热氧化剂和热燃料温度、方法要求和热交换器的具体构型。典型地，该比例至少为2：1。
壳侧流体和热燃烧气体的温度也以简单的方式取决于各种因素，包括壳侧流体的类型、燃烧气体的类型、壳侧流体在复热器或再生器中的热交换之前的温度、热燃烧气体的温度、方法要求和复热器或再生器的具体构型。虽然更高温度是可能的，但典型地热壳侧流体的温度高达约730℃。典型地，氧化剂和燃料在预热之前处于环境温度下。在预热之后，氧化剂的温度典型地高达约700℃，但更高温度依然是可能的。在预热之后，燃料的温度典型地高达约450℃。在热壳侧流体与氧化剂和燃料流之间的热交换之后，冷却后的壳侧流体的温度典型地为约200-300℃。
非必要地，各氧化剂流在第一热交换器中被预热，而各燃料流在第二热交换器中被预热。热壳侧流体流可并列设置，由此两股热壳侧流体流被引导到两个热交换器。热壳侧流体流可改为串列设置，由此一股氧化剂和燃料流在第一热交换器中通过与热壳侧流体进行的热交换而被预热，并且离开第一热交换器的现在在一定程度上冷却的热壳侧流体用来在第二热交换器中预热另一股氧化剂和燃料流。
非必要地，壳侧流体可再循环。再循环是指在壳侧流体与氧化剂和/或燃料流之间执行热交换之后，它回到再生器或复热器以完成回路。这种情况下，不同于空气的壳侧流体变得更加成本经济。壳侧流体可被选择成例如通过选择诸如氦气的高热导率流体来优化管道之间的传热。替代地，可通过选择二氧化碳的高热容量流体来优化总体传热。非必要地，壳侧流体是任何其它惰性气体或氦气、二氧化碳和其它惰性气体的任何混合物。
基于组合的接收经预热的氧化剂(和/或燃料)的燃烧的总功率来优化热交换器的总体设计。这意味着基于接收经预热的氧化剂(或燃料)的燃烧器的总组合功率来优化氧化剂(或燃料)管的直径、氧化剂(或燃料)管的数量、氧化剂(或燃料)管间距(即，管与管间隔)和氧化剂(或燃料)管长度与直径比例。一旦优化了这些变量，便对热交换器设置单个壳。然后，基于要通过热交换器预热的氧化剂(或燃料)流的数量来将氧化剂(或燃料)管分割成多组，其中每组都接收单独的氧化剂(或燃料)流。该设计优化可区别于其中每一个都已基于它供给经预热的氧化剂或燃料的燃烧器而被单独优化的热交换器的组合，其中该组合包括等于所组合的热交换器的数量的壳数量。热交换器的组合不如本发明的经优化的热交换有效。
各单独、分开控制的氧化剂(或燃料)流的流速典型地响应于方法要求而随时变化。如果一股或非全部氧化剂(或燃料)流的流速降低，则较慢的氧化剂(或燃料)流流速导致速度较慢的流被加热至比其它速度较快的流相对更高的温度。这是因为氧化剂(或燃料)在热交换器内的更长停留时间允许热传热流体向速率较慢的流的更大传热。相反地，较高的氧化剂(或燃料)流流速导致速度较快的流由于速度较快的流的较短停留时间而被加热至比其它速度较慢的流相对更低的温度。
由于单独的氧化剂(或燃料)流可具有较高或较低的流速(且因此氧化剂(或燃料)管具有相应较低或较高的温度)，所以传送该较高或较低流速流的每个氧化剂(或燃料)管的热膨胀或热收缩可比其它氧化剂(或燃料)流大或小。为了避免不同热膨胀和/或收缩可能在氧化剂(或燃料)管和壳上施加不必要的应力的可能性，每组氧化剂(或燃料)管可设置有单独的热膨胀接头。这样，单独的接头可在热交换器不经受不必要的应力的情况下允许不同组管的不同膨胀或收缩。
希望维持各种经预热的氧化剂(或燃料)流的氧化剂(或燃料)温度尽可能接近。但是，并且如上所述，当单独的氧化剂(或燃料)流具有较高或较低流速时，它们的温度可低于或高于其它较低或较高流速流。存在若干补偿这些不同温度的方式。
在一种方法中并且在合适的情况下，可使用导热填充材料来促进传热，例如可使用铝填充物。当使用填充材料时，重要的是填充物足够松以使得压降最大限度地减小，同时仍实现与热交换器的热和冷表面的良好热接触。此外，氧化剂(或燃料)流之间的导热例如通过使用导热板来将氧化剂(或燃料)管彼此连接而被最大限度地增加。因此，各股流之间经由板发生传热。通过促进各管之间的传热，可补偿各股氧化剂(或燃料)流之间的温差。
在另一种方法中，给定的一组氧化剂(或燃料)管的氧化剂(或燃料)管未如上所述彼此并排设置。因此，在给定的氧化剂(或燃料)流被分流成多股子流之后，用于各股氧化剂(或燃料)流的氧化剂(或燃料)管彼此交错。例如并且在每股都在三个氧化剂(或燃料)管之间被分流的三股氧化剂(或燃料)流的情况下，第一股流的第一管与第二股流的第一管并排延伸，所述第二股流的第一管又与第三股流的第一管并排延伸。第一股流的第二管与第二股流的第二管并排延伸，所述第二股流的第二管又与第三股流的第二管并排延伸。最后，第一股流的第三管与第二股流的第三管并排延伸，所述第二股流的第三管又与第三股流的第三管并排延伸。在各情况下，(第一、第二和第三股流的)对应第一管彼此之间比它们与设定的流的第二管或第三管更接近。
在又一种方法中，一股或多股氧化剂(或燃料)流由控制阀分流成主流和旁通流。主流被引导到热交换器中，在此它通过与热壳侧流体进行的热交换而被加热。旁通流完全绕开热交换器并与此时已被加热的主流重新结合。控制器经由控制阀将主流速和旁通流速的比例控制为在1：0至0：1的范围内的值。典型地，该值在9：1至7：3的范围内。虽然可利用任何已知的过程控制方案来控制该比例，但一般而言，当该流(主流和旁通流在其下游重新结合)的温度超过设定的最高温度时，控制器命令控制阀提高旁通流速并降低主流速。当该流(同样，主流和旁通流在其下游重新结合)的温度低于设定的最低温度时，控制器命令控制阀降低旁通流速并且提高主流速。
上述旁通控制由图8所示。冷氧化剂总流量M1A,M1B、M1C、M1D在相关的内部流M2A、M2B、M2C、M2D与外部流M3A、M3B、M3C、b之间被分流。内部流被引导到热交换器的进料端，在氧化剂管中通过与热传热流体进行热交换而被加热，并且从热氧化剂出口排出。外部流保持在热交换器的外部并与内部流重新结合以再次提供总流量M1。对重新结合的热氧化剂流预先确定温度设定点。通过测量T2并调节总流量M1向内部流流量M2和外部流流量M3中的分配，可控制热氧化剂在流的重新结合之后的温度。换言之，如果T2高于设定点温度，则在完成分流的阀中M3增大并且M2减小，直至T2达到设定点。优选地，使用蝶阀来实现这一点。T1将随着M1减小而升高，并且最终将接近与热传热流体温度接近的极限。在与该极限接近的情况下，T1将随着M1减小而缓慢升高。另一方面，T2将通过内部流被冷的、未经加热的外部流(具有流量M3)稀释而降低。该温度降低越接近极限越快。这样，不论总流速如何，都能实现期望的温度。
本发明的一个一般化和说明性的布置结构在图4中示出。热燃烧气体1在复热器或再生器5中预热传热流体(即，壳侧流体)3。得到的热壳侧流体7流向热交换器9以预热氧化剂，在此它与冷氧化剂流11A、11B、11C、11D进行热交换。得到的热氧化剂流13A、13B、13C、13D被引导到燃烧器23A、23B、23C、23D。燃料流19A、19B、19C、19D被引导到燃烧器23A、23B、23C、23D，在此燃料利用热氧化剂燃烧而产生热燃烧气体1。热壳侧流体在热交换器9中被冷却并且作为壳侧流体3非必要地再循环到复热器或再生器5以完成环路。
本发明的另一个一般化和说明性的布置结构在图5中示出。热燃烧气体1在复热器或再生器5中预热壳侧流体3。得到的热壳侧流体7流向热交换器17以预热燃料，在此它与冷燃料流19A、19B、19C、19D进行热交换。得到的热燃料流21A、21B、21C、21D被引导到燃烧器23A、23B、23C、23D，在此热燃料与氧化剂流11A、11B、11C、11D一起燃烧。热壳侧流体在热交换器17中被冷却并且作为壳侧流体3非必要地再循环到复热器或再生器5以完成环路。
本发明的另一个一般化和说明性的布置结构在图6中示出。热燃烧气体1在复热器或再生器5中预热壳侧流体3。得到的热壳侧流体7流向热交换器9以预热氧化剂，在此它与冷氧化剂流11A、11B、11C、11D进行热交换。得到的热氧化剂流13A、13B、13C、13D被引导到燃烧器23A、23B、23C、23D。热壳侧流体在热交换器9中被冷却并被引导到热交换器17以预热燃料，在此它与冷燃料流19A、19B、19C、19D进行热交换。得到的热燃料流21A、21B、21C、21D被引导到燃烧器23A、23B、23C、23D，在此热燃料与热氧化剂一起燃烧而产生热燃烧气体1。非必要地，壳侧流体3(在复热器或再生器5中被加热之前)可为在热交换器17中进行热交换之后的冷却后的壳侧流体。
虽然图4-6示出了用于每4股氧化剂流11A、11B、11C、11D的一个热交换器和用于每4股燃料流19A、19B、19C、19D的一个热交换器，但本发明不受这种方式的限制。确切地说，每个热交换器都可处理少至2股或3股氧化剂流11A、11B、11C、11D或燃料流19A、19B、19C、19D，或者它可处理4股以上所述流。此外，虽然图4-6示出了仅四个燃烧器，但可存在少至2个或3个，或多至几十个。在玻璃熔炉的情况下，典型地位于炉一侧的燃烧器(利用经预热的氧化剂和/或燃料)全部从一对热交换器(一个用于氧化剂，一个用于燃料)接收经预热的氧化剂和经预热的燃料，而位于相对侧的燃烧器全都从不同的一对热交换器(同样，一个用于氧化剂，一个用于燃料)接收经预热的氧化剂和经预热的燃料。此外，虽然图6示出了氧化剂在壳侧流体3被用来预热燃料之前的预热，但该次序可颠倒。
用于本发明中的壳管式热交换器的一个非限制性的示例在图7A-F中最佳地示出，冷氧化剂流11A、11B、11C、11D在形成于壳36中的相应氧化剂通道/喷嘴33A、33B、33C、33D中被接收。热氧化剂流13A、13B、13C、13D从也形成于壳36中的相应氧化剂通道/喷嘴51A、51B、51C、51D离开热交换器。热壳侧流体流7经由热流体入口35被引导到壳36的内部。冷却后的壳侧流体从冷流体出口37离开热交换器。
壳体的与氧化剂(或燃料)通道/喷嘴33A、33B、33C、33D邻接的内部空间41A、41B、41C、41D由隔板39分隔以保持氧化剂(或燃料)流13A、13B、13C、13D(21A、21B、21C、21D)彼此分离。与氧化剂(或燃料)通道/喷嘴51A、51B、51C、51D邻接的内部空间49A、49B、49C、49D类似地由隔板59分隔以保持氧化剂(或燃料)流13A、13B、13C、13D(21A、21B、21C、21D)彼此分离。
每股氧化剂(或燃料)流13A、13B、13C、13D(21A、21B、21C、21D)都被分流成从对应腔室流入对应的一组氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D中的多股子流。流经给定的一组氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D的各股子流在相关腔室49A、49B、49C、49D中重新结合成单股热氧化剂(或燃料)流13A、13B、13C、13D(21A、21B、21C、21D)。这样，热氧化剂(或燃料)流13A、13B、13C、13D(21A、21B、21C、21D)未彼此结合，而是由隔板39和氧化剂管45A、45B、45C、45D以及隔板59保持分离。
继续参考图7A-F，借助于管板43、47来防止氧化剂(或燃料)和壳侧流体彼此接触，所述管板分离热交换器的内部，热壳侧流体流经所述热交换器的内部并且氧化剂管45A、45B、45C、45D从构成内部空间41A、41B、41C、41D、49A、49B、49C、49D的端部延伸穿过所述热交换器的内部。换言之，通过管板43、47的存在来使氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D的进料端和排出端与热壳侧流体密闭隔离。
图7A-7F的壳管式交换器的一个变型在图7G中最佳地示出，其中包括补偿壳与各组氧化剂(或燃料)管之间的热膨胀差的部件。当一个或多个氧化剂流例如氧化剂流11A通过热交换器减少而其它氧化剂流例如氧化剂流11B、11C、11D保持未被调节或增加时，本领域的普通技术人员将认识到，流量较低的氧化剂流11A(通过相关的氧化剂管45A)将被加热到比流量较高的氧化剂流11B、11C、11D(和相关的氧化剂管45B、45C、45D)相对更高的温度。温度较高的氧化剂管45A将经历比温度较低的氧化剂管45B、45C、45D大的热膨胀。本领域的普通技术人员还将认识到，相反的状况以同样的效力适用，也即：氧化剂流11A的流速较高，而氧化剂流11B、11C、11D的流速较低，并且氧化剂管45A经历的热膨胀比氧化剂管45B、45C、45D小。如果热膨胀(和/或收缩)的差异超过热交换器能经历合成应力的程度，则氧化剂管与管板之间的密封可能爆裂或泄漏。
为了补偿以上热膨胀的差异，壳36可设置有膨胀接头59。此外，与氧化剂(或燃料)流11A、11B、11C(19D、19A、19B、19C、19D)相关的一组中的各氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D排出到使用帽53A、53B(与其它流相关的帽在图7G中未示出)封闭和密封的相关收集空间中。各帽53A、53B(包括用于其它流的帽)经由相关的膨胀接头55A、55B与壳36连接，用以吸纳不同热膨胀/收缩。
在图7G的变型中，热交换器未设置下游管板47。确切地说，该热交换器包括“管状板”隔板48，其提供一方面壳的供热壳侧流体流经的内部与另一方面隔板48与壳36的下游端之间的不完美密封。隔板48包括截面与氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D的截面接近的孔，仅尺寸较宽以使得氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D可通过膨胀或收缩滑动通过所述孔。代替在热交换器的排出端使用管板47来从收集空间中的氧化剂(或燃料)分离热壳侧流体，氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D和隔板48的组合保持氧化剂(或燃料)和热壳侧流体分离。
本领域的普通技术人员将认识到，虽然图7A-7G将每组示出为各自包括仅四个氧化剂(或燃料)管45A、45B、45C、45D，但每组可包括仅受制造复杂性和/或制造成本限制的任何数量。
在一个变型中，各燃烧器也可从两个热交换器接收经预热的氧化剂(或燃料)。这实现了通向燃烧器的总氧化剂(或燃料)流量的更大变化，而不会导致燃烧器温度的大幅变化。例如，对于各自都消耗200Nm3/hr的氧气(或燃料)的四个燃烧器和各自都构造成预热四股氧化剂(或燃料)流的两个热交换器而言，每个热交换器都可从各热交换向各燃烧器输送100Nm3/hr的经预热的氧化剂(或燃料)。然后，如果需要将通向一个燃烧器的氧化剂(或燃料)流量减小为100Nm3/hr，则切断通向该燃烧器的一股氧化剂(或燃料)流，并且减小通向对应的热交换器的热空气的流量以维持其余三股流的温度。这样，可大比例地减小通向一个燃烧器的流量而不影响流向任何燃烧器的氧化剂(或燃料)的温度。
虽然已结合本发明的具体实施例描述了本发明，但显然，根据前文的描述，众多替代方案、改型和变型对本领域的技术人员来说将显而易见。因此，预期使处于所附权利要求的精神和宽泛范围内的所有此类替代方案、改型和变型均受到涵盖。本发明可适当地包括所公开的要素，由所公开的要素组成，或主要由所公开的要素组成，并且可在缺少未公开的要素的情况下实施。此外，如果存在涉及次序的语言，例如第一和第二，则应该在示范意义上而不是在限制意义上进行理解。例如，本领域的技术人员可认识到某些步骤可以合并为一个步骤。
单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数对象，除非在上下文中明确指出不是这样。
权利要求中的“包括”是开放的过渡用语，其意味着随后提到的权利要求要素为非穷举的清单，别的内容即可另外被包括在内并且保持处于“包括”的范围内。“包括”在此定义为必定涵盖更有限的过渡用语“主要由...组成”和“由...组成”；“包括”因此可由“主要由...组成”和“由...组成”替代并且保持处于“包括”的清楚地限定的范围内。
权利要求中的“提供”定义为指供给、供应、使...可用或准备某物。在权利要求中未清楚地相反指出的情况下，该步骤可由任何参与者执行。
非必要的或非必要地意味着随后描述的事件或情况可以发生或不发生。该描述包括该事件或情况发生的例子和它不发生的例子。
范围在文中可能被表达为从约一个特定值开始，和/或到约另一个特定值结束。当表达这种范围时，应理解另一实施例从一个特定值开始和/或到另一个特定值结束，以及所述范围内的所有组合。
文中提到的所有参考文献的全部内容以及各参考文献所引用的具体信息在此均通过引用并入本申请。

Claims (15)

1.一种用于从炉进行热回收的系统，包括：
氧化剂源，其具有比空气大的氧浓度；
复热器或再生器，所述复热器或再生器适合于并且构造成在冷的壳体侧流体流与来自炉的热的燃烧气流之间进行热交换以产生热的壳体侧流体流；
第一壳管式热交换器，其包括：
-壳体，
-形成在壳体中的热的壳体侧流体入口和冷的壳体侧流体出口，
-分别接收第一和第二主氧化剂流的第一和第二氧化剂入口，
-第一和第二组一个或多个氧化剂管，所述第一和第二组各自分别从所述第一和第二氧化剂入口接收所述第一和第二主氧化剂流，每个氧化剂管都延伸穿过所述壳体的内部，和
-第一和第二氧化剂出口，所述第一和第二氧化剂出口各自分别从所述第一和第二组氧化剂管接收所述第一和第二主氧化剂流，所述第一壳管式热交换器适合于并且构造成从所述热的壳体侧流体流向流经氧化剂管的主氧化剂流传热；
第一冷氧化剂进料管道，其流体连通在所述氧化剂源与所述第一氧化剂入口之间；
第二冷氧化剂进料管道，其流体连通在所述氧化剂源与所述第二氧化剂入口之间；
第一和第二氧化剂流量控制装置，其分别设置在所述第一和第二冷氧化剂进料管道中；
第一控制器，其适合于并且构造成分别利用所述第一和第二氧化剂流量控制装置控制来自所述氧化剂源并通过所述第一和第二冷氧化剂进料管道的氧化剂的流速，其中通过所述第一和第二冷氧化剂进料管道的所述第一和第二氧化剂流均可由所述第一控制器彼此独立和分开地控制；和
第一和第二热氧化剂进料管道，其各自分别从所述第一和第二氧化剂出口接收所述第一和第二主氧化剂流。
2.根据权利要求1的系统，其中，所述第一和第二氧化剂流均不绕开所述热交换器，以使得所述第一和第二氧化剂流分别成为所述第一和第二主氧化剂流。
3.根据权利要求1的系统，还包括分别设置在所述第一和第二冷氧化剂进料管道中的第一和第二旁通阀，其中：
每个旁通阀都适合于并且构造成将相关的一股氧化剂流分流成第一和第二部分；
由所述第一旁通阀分流的第一部分为第一主氧化剂流且由所述第一旁通阀分流的第二部分为第一旁通氧化剂流；
由所述第二旁通阀分流的第一部分为第二主氧化剂流且由所述第二旁通阀分流的第二部分为第二旁通氧化剂流；
所述第一和第二旁通氧化剂流流经完全设置在所述壳体外部的第一和第二旁通流管道；
所述第一热氧化剂进料管道从所述第一旁通流管道接收所述第一旁通氧化剂流，所述第一旁通氧化剂流在所述第一热氧化剂进料管道处与所述第一主氧化剂流结合；并且
所述第二热氧化剂进料管道从所述第二旁通流管道接收所述第二旁通氧化剂流，所述第二旁通氧化剂流在所述第二热氧化剂进料管道处与所述第二主氧化剂流结合。
4.根据权利要求3的系统，其中，所述第一和第二氧化剂流各自分流成相应的第一和第二部分的过程由所述控制器彼此分开和独立地控制。
5.根据权利要求1的系统，还包括：
气态燃料源；
第二壳管式热交换器，其包括：
-壳体，
-形成在壳体中的热的壳体侧流体入口和冷的壳体侧流体出口，
-分别接收第一和第二主燃料流的第一和第二燃料入口，
-第一和第二组一个或多个燃料管，所述第一和第二组燃料管各自分别从所述第一和第二燃料入口接收所述第一和第二主燃料流，每个所述燃料管都延伸穿过所述壳体的内部，和
-第一和第二燃料出口，其各自分别从所述第一和第二组燃料管接收第一和第二主燃料流，所述第二壳管式热交换器适合于并且构造成从所述热的壳体侧流体流向流经燃料管的主燃料流传热；
第一冷燃料进料管道，其流体连通在所述燃料源与所述第一燃料入口之间；
第二冷燃料进料管道，其流体连通在所述燃料源与所述第二燃料入口之间；
第一和第二燃料流量控制装置，其分别设置在所述第一和第二冷燃料进料管道中，其中：
第一控制器或第二控制器适合于并且构造成分别利用所述第一和第二燃料流量控制装置控制来自所述燃料源并通过所述第一和第二冷燃料进料管道的燃料的流速，并且
通过冷燃料进料管道的所述第一和第二燃料流均可由所述控制器彼此独立和分开地控制；和
第一和第二热燃料进料管道，其各自分别从所述第一和第二燃料出口接收所述第一和第二主燃料流。
6.一种利用经预热的氧化剂的炉料加热设备，包括：
根据权利要求1的用于从炉进行热回收的系统；
第一和第二燃烧器，其各自分别从所述第一和第二热氧化剂进料管道接收第一和第二热氧化剂流；和
包含炉料的熔炉，每个所述燃烧器都与炉操作性地相关，以使得所述炉料通过由所述燃烧器喷射的热氧化剂和燃料的燃烧而被加热，其中所述复热器或再生器接收由炉内的热氧化剂和燃料的燃烧产生的热燃烧气流以产生所述热的壳体侧流体流。
7.根据权利要求6的设备，其中，所述第一和第二氧化剂流均不绕开所述热交换器，以使得所述第一和第二氧化剂流分别成为所述第一和第二主氧化剂流。
8.根据权利要求6的设备，还包括分别设置在所述第一和第二冷氧化剂进料管道中的第一和第二旁通阀，其中：
每个旁通阀都适合于并且构造成将相关的一股氧化剂流分流成第一和第二部分；
由所述第一旁通阀分流的第一部分为所述第一主氧化剂流且由所述第一旁通阀分流的第二部分为第一旁通氧化剂流；
由所述第二旁通阀分流的第一部分为所述第二主氧化剂流且由所述第二旁通阀分流的第二部分为第二旁通氧化剂流；
所述第一和第二旁通氧化剂流流经完全设置在所述壳体外部的第一和第二旁通流管道；
所述第一热氧化剂进料管道从所述第一旁通流管道接收所述第一旁通氧化剂流，所述第一旁通氧化剂流在所述第一热氧化剂进料管道处与所述第一主氧化剂流结合；并且
所述第二热氧化剂进料管道从所述第二旁通流管道接收所述第二旁通氧化剂流，所述第二旁通氧化剂流在所述第二热氧化剂进料管道处与所述第二主氧化剂流结合。
9.根据权利要求8的设备，其中，所述第一和第二氧化剂流各自分流成相应的第一和第二部分的过程由所述控制器彼此分开和独立地控制。
10.一种从炉进行热回收的方法，包括以下步骤：
从第一燃烧器喷射燃料和第一热氧化剂流，所述热氧化剂具有比空气高的氧浓度；
从第二燃烧器喷射燃料和第二热氧化剂流；
燃烧所喷射的燃料和热氧化剂，以加热炉内的炉料并产生热燃烧气体；
利用复热器或再生器在冷的壳体侧流体流与热燃烧气流之间进行热交换，以产生热的壳体侧流体流；
通过在壳管式热交换器处与热的壳体侧流体进行的热交换而加热第一和第二主氧化剂流，以产生所述第一和第二热氧化剂流；以及
独立和分开地控制在氧化剂入口上游的第一和第二冷氧化剂进料管道中流动的第一和第二氧化剂流的流速，其中从所述第一和第二氧化剂流获得所述第一和第二主氧化剂流。
11.根据权利要求10的方法，其中，壳体侧流体为空气、二氧化碳、氦气、氮气、其它惰性气体或它们的混合物。
12.根据权利要求10的方法，还包括通过在壳管式热交换器处所述热的壳体侧流体与所述第一和第二主氧化剂流之间的热交换来产生冷的壳体侧流体的步骤。
13.根据权利要求10的方法，其中，所述第一和第二氧化剂流均不绕开所述热交换器，以使得所述第一和第二氧化剂流分别成为所述第一和第二主氧化剂流。
14.根据权利要求10的方法，还包括以下步骤：
分别利用第一和第二旁通阀将所述第一和第二氧化剂流各自分流成第一和第二部分，其中：
由所述第一旁通阀分流的第一部分为第一主氧化剂流且由所述第一旁通阀分流的第二部分为第一旁通氧化剂流，并且
由所述第二旁通阀分流的第一部分为第二主氧化剂流且由所述第二旁通阀分流的第二部分为第二旁通氧化剂流，所述第一和第二旁通流流经完全设置在所述壳体外部的第一和第二旁通流管道；
在所述壳管式热交换器下游使所述第一旁通流与所述第一主氧化剂流结合；以及
在所述壳管式热交换器下游使所述第二旁通流与所述第二主氧化剂流结合。
15.根据权利要求14的方法，其中，所述第一和第二氧化剂流各自分流成相应的第一和第二部分的过程由所述控制器彼此分开和独立地控制。
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