CN111121872B - 一种能够实时监控、调节炉内燃烧状况的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够实时监控、调节炉内燃烧状况的装置，包含一个具有加热室、燃烧器、装料门、排出气流口和排出气流管道的炉子，其中燃烧器用以将燃料和/或含氧气体引入所述加热室中以形成火焰，装料门用以添加原料，加热室中燃烧产生的气体经排出气流口进入排出气流管道。布置在排出气流管道中不同位置的两个同一类型的传感器以及接收两个传感器的信号，并根据信号之间的差别调节进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量的控制设备。其中第一传感器靠近排出气流口布置，第二传感器布置在其下游5‑10米处，两个传感器可以都选择火焰传感器、温度传感器、压力传感器、氧气浓度传感器、一氧化碳浓度传感器或二氧化碳浓度传感器。

Description

一种能够实时监控、调节炉内燃烧状况的装置和方法
技术领域
本发明属于燃烧领域，涉及监控、调节炉内燃烧状况的装置和方法。
背景技术
燃烧在工业中有广泛的应用，例如熔融金属，包括铝、铜、铅等，或焚烧含有机物的垃圾。这类燃烧一般在工业燃烧炉中进行，通过将含氧气体，或将燃料和含氧气体一起输入燃烧炉中，产生火焰和大量的热量。由于输入炉中的原料的组成和品质常常改变，炉内燃烧状况也会随之变化。例如，在熔融金属时，金属原料中有时会添加煤炭等添加物；罐头上的油漆、涂层、残渣等含有大量的碳元素；垃圾中的各种成分也含有大量的碳元素。这些可燃烧的含碳化合物在炉子的运行过程中暴露于氧化剂之下时，会反应产生大量的一氧化碳，此一现象称为一氧化碳释放。当一氧化碳进一步与氧化剂接触时，将产生二氧化碳并释放大量的热。在燃烧炉中，除了通过燃烧器引入炉腔或加热室的含氧空气，在烟道或排出气流管道中也会引入新鲜空气，因此如果有一氧化碳进入排出气流管道，它将与新鲜空气接触并燃烧，生成二氧化碳同时放出大量的热，该热量可以使排出气流的温度升高300℃以上。这种在烟道或排出气流管道中由一氧化碳和氧化剂接触而产生的燃烧称为后期燃烧(postcombustion)。
输入燃烧器的燃料和含氧气体的量一般符合使燃料充分燃烧所需氧气的化学计量比，如此会使得燃料和氧气都得到充分的利用。当原料中含有大量含碳物时，它们与氧气的燃烧会消耗氧气，使燃料得不到充分的燃烧，造成浪费。因此现有技术中公开了不少方法用来监测燃烧炉中气氛的变化并对燃料和含氧气体的流量进行即时的调整。
CN103424005B公开了一种在燃烧炉中加热金属原料的方法，包括在加热室和/或排出气流内安装至少一个监测燃烧强度的光学传感器以及监测所述排出气流的温度T随时间的改变dT/dt，并根据监测的结果调节燃料：氧气比。此方法需要测量温度相对于时间的变化，增加了传感器及其控制设备的复杂性和成本。
US8,721,764B披露了一种在燃烧炉中熔融金属的方法，包括在烟道中后期燃烧区域的下游按照预定的时间频率测定烟道气的温度，并将其与一个阈值相比较。当该值大于阈值时，降低燃料流与含氧气体流的比值而使燃烧炉进入一个还原工作状态。此方法的准确性有赖于确定阈值的准确性。
有鉴于此，如何设计一种实时监控、调节炉内燃烧状况的装置和方法，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的技术问题，本发明提供了一种经济、方便、准确的实时监控、调节炉内燃烧状况的装置和方法。
在一方面，本发明公开了一种能够实时监控、调节炉内燃烧状况的装置，包含：
a)提供一个具有加热室、燃烧器、装料门、排出气流口和排出气流管道的炉子，其中燃烧器用以将燃料和/或含氧气体引入所述加热室中以形成火焰，装料门用以添加原料，加热室中燃烧产生的气体经排出气流口进入排出气流管道，
b)布置在排出气流管道中不同位置的两个同一类型的传感器，
c)接收两个传感器的信号，并根据信号之间的差别调节进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量的控制设备。
在另一方面，其中第一传感器靠近排出气流口布置，第二传感器布置在其下游5-10米处，两个传感器信号之间的差别可用以判断加热室中的气氛状态和/或在排出气流管道中是否发生后期燃烧。
在再一方面，其中两个传感器皆为火焰传感器。
在再一方面，其中两个传感器皆为温度传感器。
在又一方面，其中两个传感器皆为压力传感器。
在又一方面，其中两个传感器皆为氧气浓度传感器。
在又一方面，其中两个传感器皆为一氧化碳浓度传感器。
在又一方面，其中两个传感器皆为二氧化碳浓度传感器。
在再一方面，排出气流口位于加热室的腔壁上，排出气流口和排出气流管道之间有间隙或排出气流管道由耐火材料砌成，空气可以通过耐火材料之间的缝隙进入排出气流管道。
本发明还披露了在如上所述的装置中加热原料的方法，包含：
a)经由燃烧器将燃料和/或含氧气体引入所述炉子的加热室中，从而形成火焰，加热原料，燃烧产生的气体经排出气流口进入排出气流管道，
b)在排出气流管道中引入空气，
c)在排出气流管道中布置至少两个同一类型的传感器，其中第一传感器靠近排出气流口布置，第二传感器布置在其下游5-10米处，将两者的信号传递到控制设备，控制设备根据两个传感器信号之间的差别调整进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量。
如上文所述的方法，其中，空气通过位于排出气流口和排出气流管道之间的间隙进入排出气流管道或当排出气流管道由耐火材料砌成时，空气通过耐火材料之间的缝隙进入排出气流管道。
如上文所述的方法，其中的原料包括含铁，含铜，含铝和/或含其他金属的一种和/或多种材料的混合物或者其中的原料包括垃圾。
如上文所述的方法，其中所述含氧气体具有至少80％摩尔比值的氧气。
如上文所述的方法，其中所述燃料包含天然气、其它碳氢化合物、石油焦中的一种或几种的混合。
如上文所述的方法，其中所述炉子包含转炉、反射炉和/或竖炉。
如上文所述的方法，其中炉内燃烧状况包含：
a)当炉内氧气的实际含量少于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为还原气氛，或
b)当炉内氧气的实际含量大致等于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为中性气氛，或
c)当炉内氧气的实际含量高于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为氧化气氛。
如上文所述的方法，在一方面，当其中当两个传感器皆为火焰传感器时，
a)如果两个火焰传感器都检测到火焰，则推定炉内为还原气氛，
b)如果靠近排出气流口的第一火焰传感器按规律的时间间隔检测到火焰，而远离排出气流口的第二火焰传感器没有检测到火焰，则推定炉内为中性气氛，或
c)如果两个火焰传感器都没有检测到火焰，则推定炉内为氧化气氛。
如上文所述的方法，其中当两个传感器皆为温度传感器时，
a)如果靠近排出气流口的第一温度传感器检测到的温度高于远离排出气流口的第二温度传感器检测到的温度，则推定炉内为中性或氧化气氛，或
b)反之，则推定炉内为还原气氛。
如上文所述的方法，在另一方面，其中当两个传感器皆为压力传感器时，
a)如果靠近排出气流口的第一压力传感器检测到的压力与远离排出气流口的第二压力传感器检测到的压力大致相等，则推定炉内为中性或氧化气氛，或
b)如果靠近排出气流口的第一压力传感器检测到的压力低于远离排出气流口的第二压力传感器检测到的压力，则推定炉内为还原气氛。
如上文所述的方法，其中当两个传感器皆为氧气浓度传感器时，
a)如果靠近排出气流口的第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度低于中性气氛时的理论值但高于远离排出气流口的第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度，则推定炉内为还原气氛，
b)如果靠近排出气流口的第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度等于中性气氛时的理论值，且略高于远离排出气流口的第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个氧气浓度传感器之间发生；或
c)如果两个氧气浓度传感器检测到的氧气浓度皆高于中性气氛时的理论值，则推定炉内为氧化气氛。
如上文所述的方法，在又一方面，当其中当两个传感器皆为一氧化碳浓度传感器时，
a)如果靠近排出气流口的第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度高于远离排出气流口的第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度，则推定炉内为还原气氛，
b)如果靠近排出气流口的第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度等于中性气氛时的理论值，且略高于远离排出气流口的第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个一氧化碳浓度传感器之间发生；或
c)如果两个一氧化碳浓度传感器皆几乎没有检测到一氧化碳，则推定炉内为氧化气氛。
如上文所述的方法，在又一方面，当其中当两个传感器皆为二氧化碳浓度传感器时，
a)如果靠近排出气流口的第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度低于远离排出气流口的第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度，则推定炉内为还原气氛，
b)如果靠近排出气流口的第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度等于中性气氛时的理论值，且略低于远离排出气流口的第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个二氧化碳浓度传感器之间发生；或
c)如果两个二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度大致相等，则推定炉内为氧化气氛。
如上文所述的方法，在再一方面，其中控制设备根据推定出的加热室中的气氛状态和/或在排出气流管道中是否发生后期燃烧(post combustion)，通过调节进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量来实现加热室中的理想气氛。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
1.适用于各种燃烧炉，各种原料。
2.能够监测到燃烧炉中的各种气氛情况，不局限于还原气氛或氧化气氛。
3.传感器和控制设备结构简单，价格便宜。
4.根据两个同一类型的传感器测量值的比较来调节炉内气氛，不需要复杂的校准过程，不需要理论计算，更直接、准确、方便。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。
图1是本发明所提供的装置的结构示意图；
图中：1-加热室；2-燃烧器；3-装料门；4-排出气流口；5-排出气流管道；10-含氧气体通路；11-燃料通路；20-第一传感器；21-第二传感器；30-控制设备。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
在以下具体实施例的说明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非清楚地指出相反的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。
本发明所涉及的燃烧炉，包含工业上常规使用的各种炉子，例如转炉，又叫转鼓炉，或反射炉、竖炉等。根据待加热原料的种类，成本的考量，污染物排放标准等选择适宜的炉子。燃烧炉中对原料进行加热熔融的区域为加热室，燃烧器伸入加热室，通过输入含氧气体或含氧气体及燃料而在加热室中产生火焰，火焰产生的热量可以使金属熔化，有机物焚烧。
燃烧器中通入的燃料和含氧气体的流量是可以调节的。如果加热室中没有其他的可燃物质，那么可以调节燃料和含氧气体的比值，使得加热室中燃料和氧气的摩尔比值符合二者燃烧的化学计量比，此时二者完全燃烧，理论上不会有剩余的氧气或燃料，炉中的气氛为中性气氛。如果加热室中氧气与燃料的摩尔比值超过二者燃烧的化学计量比，此时燃料完全被消耗，加热室中有剩余的氧气，炉中的气氛为氧化气氛。如果加热室中氧气与燃料的摩尔比值小于二者燃烧的化学计量比，理论上氧气完全被消耗，加热室中有剩余的燃料和/或一氧化碳，炉中的气氛为还原气氛。
即使输入加热室的燃料和含氧气体的比值符合二者燃烧的化学计量比，也不能保证炉内的气氛总为中性气氛，这是由于原料中有杂质存在，而且进入加热室中的各个批次的原料中杂质的含量和种类往往不同。以熔融回收金属为例，金属罐头上常常有涂料、油漆、内容物残渣、塑料等杂质，这些杂质中含碳的可燃成分与氧气在高温下接触会发生燃烧生成一氧化碳，结果消耗了氧气，使得与燃料进行完全燃烧的氧气不足，炉内的主要成分为多余的燃料和生成的一氧化碳。此种气氛称为还原气氛。如果需要将炉内气氛调节为中性气氛，可以减少输入加热室的燃料或增加输入加热室的氧气。
虽然中性气氛可以最大限度地利用输入加热室的燃料和含氧气体，但是从原料处理的角度来看，中性气氛并不总是适宜的。比如铝容易氧化，为了避免原料的损失，加热室中应该保持还原气氛。又比如垃圾焚烧时，垃圾的绝大部分为可燃物质，此时可以少输入或不输入燃料进入加热室，而只输入氧气，从而在加热室中创造氧化气氛。如果熔融的金属是铜、铅等不易被氧化的金属，则加热室中可以保持中性气氛以避免对燃料或氧气的浪费。由此可见，对加热室中的气氛实时监测，并按照需要调节燃料或含氧气体的流量以实现适宜的炉内气氛是十分必要的。
加热室中产生的气体经过排出气流口进入排出气流管道。排出气流管道有多种设计。例如，转炉的排出气流口和排出气流管道之间有间隙，通过在排出气流管道内设置吸入扇而将新鲜空气从间隙中吸入排出气流管道来冷却高温的排出气流。反射炉等炉子的排出气流管道和排出气流口无缝连接，排出气流管道由耐火材料砌成，管道内外的压力差使得新鲜空气从耐火材料的缝隙之间渗透入管道，也能起到冷却高温的排出气流的作用。但是，如果炉内的气氛为还原气氛，排出气流中含有大量的一氧化碳，当高温下的一氧化碳在排出气流管道中遇到含有氧气的新鲜空气，会发生燃烧生成二氧化碳。这种燃烧是在加热室外的排出气流管道中发生的，称为后期燃烧(post combustion)。后期燃烧放出大量的热量，可能会造成排出气流管道的老化和损害。从后期燃烧的存在可以认定排出气流中含有大量一氧化碳，进一步推出加热室内为还原气氛。
传感器是指测量某一设定参数并将其转化为电信号后通过无线和/或有线的方法传导给控制设备的元件。适用于本发明的传感器包括火焰传感器、温度传感器、压力传感器、氧气浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器等。传感器可以在市售的各个型号中根据需要进行常规选择。控制设备一方面接收来自传感器的信号，并做出是否调节燃料和含氧气体流量的逻辑判断，一方面根据这一判断相应地调节燃料和/或含氧气体的流量。适宜的控制设备例如可编程逻辑控制器(PLC)。
图1描述了本发明的一个实施例。在加热室1的一端安装有燃烧器2和装料门3，待加热原料通过装料门3进入加热室1。燃烧器2内有含氧气体通路10和燃料通路11，燃料与含氧气体在加热室1内形成火焰。加热室1中的气体自排出气流口4离开。本实施例中排出气流口4与排出气流管道5之间有间隙，以供新鲜空气进入排出气流管道5。在排出气流管道5内设置有两个同一类型的传感器，其中的第一传感器20靠近排出气流口4布置，它测得的数据基本上反映了刚离开加热室内的气体的性质；第二传感器21在第一传感器的下游5-10米处布置，具体的位置通过实验或经验确定，目的是布置在可能发生的后期燃烧之后。如果排出气流管道中有后期燃烧，在第二传感器21处测得的数据反映了燃烧发生后气体的性质。两个传感器将测得的信号传送至控制设备30，控制设备30根据二者信号的差别调整燃料和/或含氧气体的流量，实现改变加热室内气氛的目的。
具体来说，可选择两个传感器皆为火焰传感器。常用的火焰探测传感器包括紫外线和红外线火焰探测传感器，二者可以检测特定波长范围内的辐射强度，并将其转化为电信号。本发明中根据火焰的性质一般选择紫外线火焰探测传感器，火焰探测传感器只需探测火焰是否存在，而不需检测火焰的强度。当加热室内为还原气氛时，排出气流中含有大量的一氧化碳，进入排出气流管道后与新鲜的空气接触发生燃烧，产生火焰，此时布置在排出气流管道中的两个传感器都能检测到火焰。如果加热室内是中性气氛，则氧气与燃料的配比基本能保证燃料的完全燃烧。然而，每一次打开装料门3添加原料时，都不可避免地向加热室中引入一些含碳杂质，这些杂质与氧气燃烧生成一氧化碳。所以随着装料门周期性地打开，加热室中也会周期性地释放出一阵阵一氧化碳。一氧化碳进入排出气流管道后马上与新鲜空气混合发生燃烧，故设置在排出气流口的第一火焰传感器会按照装料门打开的时间间隔探测到火焰；由于中性气氛下一氧化碳的浓度不会太高，其在排出气流口即燃烧殆尽，位于排出气流管道深处的第二火焰传感器不会检测到火焰。加热室是氧化性气氛时，排出气流中没有未燃烧完全的一氧化碳，排出气流管道中不会发生后期燃烧，故两个火焰探测传感器都检测不到火焰。
可替代地，也可选择两个传感器皆为温度传感器。温度传感器按照测量元件主要分为热电阻和热电偶，本发明较好地使用热电偶式温度传感器。当加热室内为还原气氛时，排出气流中含有大量的一氧化碳，进入排出气流管道后与新鲜的空气接触发生燃烧，气体的温度升高，此时布置在排出气流管道深处的第二温度传感器检测到后期燃烧后气体的温度，此一温度应当高于位于排出气流口的第一温度传感器检测到的后期燃烧前气体的温度。当加热室内为氧化或中性气氛时，在排出气流管道中不会产生后期燃烧，排出气体在排出气流管道中被新鲜空气冷却，故第二传感器检测到的温度低于第一传感器检测到的温度。
可选择地，两个传感器皆为压力传感器。适宜的压力传感器包括压力变送器。当加热室内为还原气氛时，排出气流中含有大量的一氧化碳，进入排出气流管道后与新鲜的空气接触发生燃烧，燃烧使气体膨胀，温度升高，气体压力也相应升高，此时布置在排出气流管道深处的第二压力传感器检测到后期燃烧后气体的压力，此一压力应当高于位于排出气流口的第一压力传感器检测到的后期燃烧前气体的压力。当加热室内为氧化或中性气氛时，在排出气流管道中不会产生后期燃烧，故两个压力传感器检测到的压力大致相等。
两个传感器也可都选择氧气浓度传感器。当加热室内的燃烧仅在氧气和燃料之间按化学计量比发生时，加热室内的氧气仍有一个残余浓度，此即为中性气氛时的氧气理论值。当加热室内为还原气氛时，意味着更多的氧气被与含碳杂质的燃烧消耗掉，此时位于排出气流口的第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度低于中性气氛时的氧气理论值，而由于排出气流管道中的后期燃烧继续消耗氧气，位于排出气流管道深处的第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度进一步降低。当加热室内为中性气氛，此时第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度大致等于中性气氛时的氧气理论值，如果排出气流管道中发生少量的后期燃烧继续消耗氧气，则第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度进一步降低。当加热室内为氧化气氛时，两个氧气浓度传感器检测到的氧气浓度皆大于中性气氛时的氧气理论值。
两个传感器也可都选择一氧化碳浓度传感器。当加热室内的燃烧仅在氧气和燃料之间按化学计量比发生时，加热室内的一氧化碳有一个基准浓度，此即为中性气氛时的一氧化碳理论值。当加热室内为还原气氛时，排出气流管道中发生后期燃烧，消耗一氧化碳，故位于排出气流口的第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度高于位于排出气流管道深处的第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度。当加热室内为中性气氛，此时第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度大致等于中性气氛时的一氧化碳理论值，如果排出气流管道中发生少量的后期燃烧继续消耗一氧化碳，则第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度进一步降低。当加热室内为氧化气氛时，加热室中的一氧化碳都与氧气反应生成二氧化碳，两个一氧化碳浓度传感器都几乎检测不到一氧化碳。
两个传感器也可都选择二氧化碳浓度传感器。当加热室内的燃烧仅在氧气和燃料之间按化学计量比发生时，加热室内的二氧化碳有一个基准浓度，此即为中性气氛时的二氧化碳理论值。当加热室内为还原气氛时，排出气流管道中发生后期燃烧，消耗一氧化碳，生成二氧化碳，故位于排出气流口的第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度低于位于排出气流管道深处的第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度。当加热室内为中性气氛，此时第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度大致等于中性气氛时的二氧化碳理论值，如果排出气流管道中发生少量的后期燃烧继续产生二氧化碳，则第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度将升高。当加热室内为氧化气氛时，不可能产生后期燃烧，两个二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度大致相等。
如果需要将加热室内的还原性气氛调节为中性气氛，则可以减少燃料的输入或者增加含氧气体的输入，从而使加热室内的氧气量满足与燃料和其它含碳杂质的完全燃烧。反之，如果需要将加热室内的氧化性气氛调节为中性气氛，则可以增加燃料的输入或者减少含氧气体的输入。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种能够实时监控、调节炉内燃烧状况的装置，其特征为，包含：
a) 提供一个具有加热室、燃烧器、装料门、排出气流口和排出气流管道的炉子，其中燃烧器用以将燃料和/或含氧气体引入所述加热室中以形成火焰，装料门用以添加原料，加热室中燃烧产生的气体经排出气流口进入排出气流管道，排出气流口和排出气流管道之间有间隙，空气通过所述间隙进入排出气流管道；
b) 布置在排出气流管道中不同位置的两个同一类型的传感器，第一传感器靠近排出气流口布置，第二传感器布置在其下游5-10米处，两个传感器信号之间的差别可用以判断加热室中的气氛状态和/或在排出气流管道中是否发生后期燃烧；以及
c) 接收两个传感器的信号，并根据信号之间的差别调节进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量的控制设备。
2.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为火焰传感器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为温度传感器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为压力传感器。
5.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为氧气浓度传感器。
6.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为一氧化碳浓度传感器。
7.如权利要求1所述的装置，其特征为，两个传感器皆为二氧化碳浓度传感器。
8.如权利要求1所述的装置，其特征为，排出气流管道由耐火材料砌成，空气能通过耐火材料之间的缝隙进入排出气流管道。
9.在如权利要求1-8中任意一项所述的装置中加热原料的方法，其特征为，包含：
a)经由燃烧器将燃料和/或含氧气体引入所述炉子的加热室中，从而形成火焰，加热原料，燃烧产生的气体经排出气流口进入排出气流管道，
b)在排出气流口和排出气流管道之间的间隙中引入空气，
c) 在排出气流管道中布置至少两个同一类型的传感器，其中第一传感器靠近排出气流口布置，第二传感器布置在其下游5-10米处，将两者的信号传递到控制设备，控制设备根据两个传感器信号之间的差别调整进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征为，当排出气流管道由耐火材料砌成时，空气通过耐火材料之间的缝隙进入排出气流管道。
11.如权利要求9所述的方法，其特征为，原料包括含铁，含铜，含铝和/或含其他金属的一种和/或多种材料的混合物。
12.如权利要求9所述的方法，其特征为，原料包括垃圾。
13.如权利要求9所述的方法，其特征为，所述含氧气体具有至少80%摩尔比值的氧气。
14.如权利要求9所述的方法，其特征为，所述燃料包含天然气、其它碳氢化合物、石油焦中的一种或几种的混合。
15.如权利要求9所述的方法，其特征为，所述炉子包含转炉、反射炉和/或竖炉。
16.如权利要求9所述的方法，其特征为，其中炉内燃烧状况包含：
a) 当炉内氧气的实际含量少于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为还原气氛，或
b) 当炉内氧气的实际含量大致等于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为中性气氛，或
c) 当炉内氧气的实际含量高于理论上使炉内可燃含碳化合物完全燃烧所需的氧气含量时为氧化气氛。
17.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为火焰传感器时，
a) 如果两个火焰传感器都检测到火焰，则推定炉内为还原气氛，
b) 如果靠近排出气流口的第一火焰传感器按规律的时间间隔检测到火焰，而远离排出气流口的第二火焰传感器没有检测到火焰，则推定炉内为中性气氛，或
c) 如果两个火焰传感器都没有检测到火焰，则推定炉内为氧化气氛。
18.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为温度传感器时，
a) 如果靠近排出气流口的第一温度传感器检测到的温度高于远离排出气流口的第二温度传感器检测到的温度，则推定炉内为中性或氧化气氛，或
b) 反之，则推定炉内为还原气氛。
19.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为压力传感器时，
a) 如果靠近排出气流口的第一压力传感器检测到的压力与远离排出气流口的第二压力传感器检测到的压力大致相等，则推定炉内为中性或氧化气氛，或
b) 如果靠近排出气流口的第一压力传感器检测到的压力低于远离排出气流口的第二压力传感器检测到的压力，则推定炉内为还原气氛。
20.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为氧气浓度传感器时，
a) 如果靠近排出气流口的第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度低于中性气氛时的理论值但高于远离排出气流口的第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度，则推定炉内为还原气氛，
b) 如果靠近排出气流口的第一氧气浓度传感器检测到的氧气浓度等于中性气氛时的理论值，且略高于远离排出气流口的第二氧气浓度传感器检测到的氧气浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个氧气浓度传感器之间发生；或
c) 如果两个氧气浓度传感器检测到的氧气浓度皆高于中性气氛时的理论值，则推定炉内为氧化气氛。
21.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为一氧化碳浓度传感器时，
a) 如果靠近排出气流口的第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度高于远离排出气流口的第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度，则推定炉内为还原气氛，
b) 如果靠近排出气流口的第一一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度等于中性气氛时的理论值，且略高于远离排出气流口的第二一氧化碳浓度传感器检测到的一氧化碳浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个一氧化碳浓度传感器之间发生；或
c) 如果两个一氧化碳浓度传感器皆几乎没有检测到一氧化碳，则推定炉内为氧化气氛。
22.如权利要求16所述的方法，其特征为，当两个传感器皆为二氧化碳浓度传感器时，
a) 如果靠近排出气流口的第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度低于远离排出气流口的第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度，则推定炉内为还原气氛，
b) 如果靠近排出气流口的第一二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度等于中性气氛时的理论值，且略低于远离排出气流口的第二二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度,则推定炉内为中性气氛而且后期燃烧在两个二氧化碳浓度传感器之间发生；或
c) 如果两个二氧化碳浓度传感器检测到的二氧化碳浓度大致相等，则推定炉内为氧化气氛。
23.如权利要求16-22中任意一项所述的方法，其特征为，控制设备根据推定出的加热室中的气氛状态和/或在排出气流管道中是否发生后期燃烧，通过调节进入燃烧器的燃料和/或含氧气体的量来实现加热室中的理想气氛。
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