CN111315900A - 竖炉以及氧化剂向其中的注入 - Google Patents

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Abstract

将氧化剂声速或超音速地注入在具有至少一个热点和/或至少一个冷点的竖炉中，其中，减少了将氧化剂声速或超音速地注入热点区段中的主动持续时间，并且其中，增加了将氧化剂声速或超音速地注入冷点区段中的主动持续时间。

Description

竖炉以及氧化剂向其中的注入
本发明涉及竖炉的运行。
术语“竖炉”是指立式竖炉或柱形炉。
竖炉用于各种各样的工艺中。这样的工艺的实例包括但不限于固体废物的燃烧、还原铁矿石以生产生铁、金属和矿棉的熔化等，由此将固体炉料经由顶部给送到炉。
已知可以经由围绕炉子的圆周分布的许多注入器将可以预热或可以不预热的燃烧用氧化剂或氧化剂(比如空气)注入到竖炉中。
尽管氧化剂注入围绕炉子的圆周分布，但是燃烧过程在炉子的整个截面上并不一直是均匀的，并且在竖炉中经常观察到热点。这些可能是由于竖炉本身的结构不对称和/或由于炉子的整个截面上的炉料或炉料组成分布不均匀而引起的。
例如，当加料系统系统地在整个炉子中产生相同的炉料非均匀分布时，热点的位置可以是恒定的或不变的，或者例如当炉料的性质随时间变化时，热点的位置可能随时间变化。
一个或多个这样的热点的存在会导致炉子效率降低、熔化工艺的产品的恒定质量降低或下降以及在热点区域处或附近损坏耐火炉壁。
类似地，在竖炉中也观察到了冷点。在冷点中，温度下降到低于在炉子内进行的工艺的最佳温度，从而在熔化工艺的情况下影响炉子的效率和产品的质量。例如，竖炉中存在冷点可能导致形成所谓的“桥”，并阻止炉子内的固体炉料的均匀下降。
AU-B-660238披露了一种用于由铁矿石生产铁水的鼓风炉，该鼓风炉的风口位于鼓风炉下部并且将热鼓风连续吹入鼓风炉中。如AU-B-660238中所解释的，当在风口上方的炉壁上形成结疤(scabs)，壁的温度明显降低。为了去除所述结疤，在AU-B-660238中提出减少由炉壁的较冷区域下方的一个或多个风口注入的热鼓风的量持续几天。这减小了通过那些风口注入的热鼓风的穿透深度，并使所述量的热鼓风流动靠近炉壁的形成结疤的部分，从而去除结疤。此外，在炉子下部的炉底部分中异常高热的金属流动会导致相邻炉壁的腐蚀。可以经由炉壁的对应部分的较高温度来检测这种异常高热的金属流动。在那种情况下，在AU-B-660238中提出减少通过异常高热的金属流动的区域上方的一个或多个风口注入的热鼓风的量同样持续几天，以降低所述区域中的温度和减少热金属流动。由于在根据AU-B-660238的方法中，减小注入的热鼓风的量也减小了所述热鼓风的穿透深度，因此炉子的能量效率也降低了。
在本领域中已知通过将氧气含量比空气高的(特别是富氧空气和基本纯净的氧气)的燃烧用氧化剂注入到炉子中来提高竖炉的效率。也已知在那种情况下，尽管体积流量较低，但是以超音速注入燃烧用氧化剂以实现燃烧用氧化剂在竖炉中的穿透增加。特别地，在本领域中已知将富氧燃烧用氧化剂以脉冲或顺序方式注入竖炉中，由此每个超音速注入器在主动阶段和被动阶段之间，在主动阶段期间，超音速注入器以超音速注入燃烧用氧化剂，在被动阶段期间，超音速注入器不以超音速注入燃烧用氧化剂。例如在EP-A-1242781、EP-A-1739194和DE-A-10249235中描述了这种竖炉运行方法。
不幸的是，已经观察到，使用富氧燃烧用氧化剂不能克服热点和冷点的问题，甚至可能增加热点的发生和强度及其后果。
因此，需要能够以减少或甚至消除竖炉中热点和/或冷点的发生和负面影响的方式将燃烧用氧化剂注入竖炉中。
特别需要能够将富氧燃烧用氧化剂注入竖炉中，以提高炉子效率，同时减少竖炉中热点和/或冷点的发生和负面影响。
因此，本发明提出了一种将氧化剂注入发生燃烧过程的立式竖炉中的改进方法。
所述竖炉具有n个(至少3个)注入器，这些注入器在竖炉的水平或高度[h，h+Δh]处围绕该竖炉的圆周分布。所述n个注入器中的每一个适于将气态流体声速或超音速注入竖炉在水平[h，h+Δh]处的截面的n个区段之一中。
因此，n个注入器和n个区段为一一对应的关系，其中每个注入器与注入器能够向其中注入流体的区段之一相关联，并且每个区段与可以向该区段供应流体的注入器之一相关联。n个区段一起形成竖炉在水平[h，h+Δh]处的内部截面。
根据本发明，竖炉是包括氧化剂源和控制单元的设施的一部分。
氧化剂源适于供应氧含量高于21％vol且至多100％vol的氧化剂，所述源流体地连接到n个注入器中的每一个。由所述源供应的氧化剂的氧含量优选为至少50％vol、更优选为至少90％、甚至更优选为至少95％vol。
控制单元编程为控制以下两者：
·通过一起考虑的n个注入器注入竖炉中的氧化剂的总量，以及
·由n个注入器中的每一个单独注入到竖炉中的氧化剂的量。
在给定的时刻通过n个注入器中的每一个注入到竖炉中的氧化剂的量的总和与在所述时刻通过n个注入器注入到竖炉中的氧化剂的总量相对应。
控制单元控制通过这n个注入器注入的氧化剂的总量，以便满足竖炉中发生的燃烧过程对氧化剂的需求。
关于通过n个注入器中的每个单独注入器注入的氧化剂的量，这由控制单元控制，使得通过n个注入器中的每一个注入器进行的氧化剂的注入根据具有持续时间tc的循环而周期性地发生。在每个循环期间，控制单元控制通过n个注入器中的每一个进行的氧化剂的注入，使得n个注入器中的每一个以顺序的方式、即以在主动阶段与被动阶段之间交替的方式注入氧化剂。更具体地，控制单元控制通过n个注入器中的每一个进行对氧化剂的注入，使得通过n个注入器中的每一个进行的氧化剂的注入在以下阶段之间交替：
(a)具有主动持续时间ta的主动阶段，其中在该主动阶段期间，注入器以主动流量和声速或超音速注入氧化剂，以及
(b)具有被动持续时间tp的被动阶段，其中在该被动阶段期间，注入器不注入氧化剂或注入器以亚音速和低于该主动流量的被动流量注入氧化剂。
即使如下文将要解释的，对于不同的注入器，主动阶段ta的持续时间和被动阶段tp的持续时间可以不同，对于n个注入器中的每一个，主动阶段的持续时间(ta)和被动阶段的持续时间(tp)之和等于控制单元的循环运行的循环的持续时间(tc)(即ta+tp＝tc)。
以此方式，控制单元可以确保在循环持续时间tc期间的某个时间点在竖炉的水平[h，h+Δh]处的截面的每个区段中以声速或超音速注入氧化剂。
根据第一方面，本发明涉及一种将氧化剂注入到发生燃烧过程的立式竖炉中的方法，并且其中，n个区段中的至少一个已被识别为热点区段或冷点区段。
当已将区段识别为热点区段时，控制单元控制通过与热点区段对应的注入器进行的氧化剂的注入，使得所述注入器的主动持续时间ta短于不与热点区段对应的注入器的主动持续时间ta(使得热点区段注入射器的被动持续时间tp进而长于与不是热点区段的区段对应的注入器的被动持续时间tp)。因此，每循环注入到热点区段中的氧化剂的量少于每循环注入到不是热点区段的区段中的氧化剂的量。这进而可以减小热点区段中的燃烧强度并降低热点区段内的温度或防止所述温度的进一步升高。
以类似的方式，当将区段识别为冷点区段时，控制单元控制通过与冷点区段对应的注入器进行的氧化剂的注入，使得所述注入器的主动持续时间ta长于不与冷点区段对应的注入器的主动持续时间ta(并且冷点区段注入器的被动持续时间tp因此短于与不是冷点区段对应的区段的注入器的被动持续时间tp)。因此，每循环注入冷点区段中的氧化剂的量高于每循环注入不是冷点区段的区段中的氧化剂的量。这使得可以增强冷点区段中的燃烧并升高冷点区段内的温度或防止所述温度的进一步降低。
同时，保持氧化剂在炉子中的渗透，因为在每个循环期间，n个注入器在其主动阶段继续以声速或超音速注入氧化剂。
当已知在竖炉的运行期间没有出现冷点区段的问题时，可以从该方法中省略由控制单元对通过与冷点区段对应的注入器进行的氧化剂注入的控制。
类似地，当已知在竖炉的运行期间没有出现热点区段的问题时，可以从该方法中省略控制单元对通过与热点区段对应的注入器进行的氧化剂注入的控制。
被动流量优选小于主动流量的一半，更优选小于主动流量的30％，甚至更优选为主动流量的至多15％。在注入器的被动阶段期间注入某种(亚音速)氧化剂的原因通常是保护被动注入器免于过热和/或防止固体沉积物形成在被动注入器上和中。
为了连续满足炉子对氧化剂的需求，控制单元在任何时候都控制处于主动阶段的n个注入器的数量，这组n个注入器中的其他注入器处于被动阶段。因此，当对氧化剂的需求较高时，与对氧化剂的需求较低时相比，更多的注入器将同时处于主动阶段。
根据本方法的第一实施例，不与热点区段或冷点区段对应的每个注入器的主动持续时间ta是相同的。替代地或与其组合地，与热点区段对应的每个注入器中的主动持续时间ta可以是相同的，和/或其中，与冷点区段对应的每个注入器的主动持续时间ta可以是相同的。
控制单元可以激活n个注入器的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器的位置围绕炉子的圆周与已经开始其主动阶段的上一个注入器顺时针接连(如从上方看见的)。
替代地，控制单元可以激活n个注入器的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器的位置围绕炉子的圆周与已经开始其主动阶段的上一个注入器逆时针接连(如从上方看见的)。
根据另外一实施例，当注入器的数量n为至少5个、优选地为至少6个时，控制单元可以激活n个注入器的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器的位置在竖炉的半圆周上与已经开始其主动阶段的上一个注入器相对。这可以使得处于主动阶段的注入器在竖炉的整个截面上的瞬时分布更均匀。
从经验中可以知道，竖炉中总是会出现热点或冷点。在那种情况下，一个或多个热点区段的识别可以是预定的，和/或其中，在根据本发明的方法中，一个或多个冷点区段的识别可以是预定的，并且可以将对应的数据作为预定数据存储在控制单元的存储器中，即独立于竖炉的任何实时反馈。例如，因此可以以预定的方式将n个区段中的仅一个识别为热点区段和/或可以将n个区段中的仅一个识别为冷点区段。
同样，对应于热点区段的注入器的主动持续时间ta和/或对应于冷点区段的注入器的主动持续时间ta可以是预定的，在这种情况下，所述(多个)主动持续时间ta和对应的(多个)被动持续时间tp作为预定数据存储在控制单元的存储器中，并且不会基于竖炉的实时反馈而变化。
替代地，可以根据来自竖炉的实时反馈来改变对应于热点区段的注入器的主动持续时间ta和/或对应于冷点区段的注入器的主动持续时间ta。
根据这样的实施例，当已经将区段识别为热点区段时，该方法可以有利地进一步包括连续或间歇地确定热点区段内或与该热点区段相邻的壁元件的热点温度的步骤。控制单元将如此确定的热点温度与预定热点上限值进行比较。当热点温度超过预定热点上限值时，控制单元减小对应于所述热点区段的注入器的主动持续时间ta。控制单元还将热点温度与预定热点下限值进行比较。当热点温度低于所述预定热点下限值时，控制单元增加对应于所述热点区段的注入器的主动持续时间ta。
类似地，当已经将区段识别为冷点区段时，该方法可以有利地进一步包括连续地或间歇地确定冷点区段内的或与冷点区段相邻的壁元件的冷点温度的步骤。然后，控制单元将如此确定的冷点温度与预定冷点下限值进行比较。当如此确定的冷点温度低于所述预定冷点下限值时，控制单元增加对应于所述冷点区段的注入器的主动持续时间ta。控制单元还将冷点温度与预定冷点上限值进行比较，并且当所确定的冷点温度超过预定冷点上限值时，控制单元减小对应于所述冷点区段的注入器的主动持续时间ta。
显然，热点上限值比热点下限值高，而冷点上限值比冷点下限值高。通常，两个热点极限值都高于两个冷点极限值。
将意识到，这些实施例使得能够对竖炉中的热点和/或冷点的发生做出更精细的响应。
尽管如上所指示的，在一些情况下可以预先确定热点和/或冷点将在某些位置发生，并因此可以预先确定热点区段和/或冷点区段，但是在许多情况下，不可能预测竖炉中何时和/或何处可能出现热点或冷点。
出于这个原因，本发明还包括一种向发生燃烧过程的立式竖炉中注入氧化剂的方法，并且其中，实时检测一个或多个热点区段和/或冷点区段的发生。
根据这样的实施例，该方法进一步包括连续地或间歇地确定n个区段中的每一个内部的或与n个区段中的每一个相邻的壁元件的控制温度的步骤。
在下文中，当该方法包括识别热点区段时，将每个控制温度与热点参考温度进行比较。当区段的控制温度超过热点参考温度时，所述区段被控制单元识别为热点区段。
类似地，当该方法(还)包括识别冷点区段时，将每个控制温度与冷点参考温度进行比较，并且当区段的控制温度低于冷点参考温度时，所述区段被控制单元识别为冷点区段。
通常，热点参考温度和/或热点参考温度是预定的。但是，所述(多个)参考温度也可以例如根据n个区段的控制温度的平均值实时地有用地确定。然后，热点参考温度可以比所述平均值高第一预定度数或比所述平均值高第一预定百分比。类似地，冷点参考温度可以比平均值低第二预定度数或比平均值低第二百分数，其中，当确定了热点区段和冷点区段时，第一预定度数和第二预定度数或第一百分比和第二百分比可以相同或不同。第一和/或第二预定度数或第一和/或第二百分比的精确值将取决于对在炉子中发生的过程的和/或炉子耐火材料的温度差的敏感性。确实，不会对过程或耐火材料产生明显的不利影响的温度差通常不会是对氧化剂到炉子内的注入进行调整的理由。
控制温度的确定可以手动或自动完成。当间歇地确定控制温度时，这可以手动或自动完成。当连续地确定控制温度时，这一般情况下自动完成。类似地，热点区段和/或冷点区段的识别、特别是控制温度和(多个)参考温度之间的比较可以由炉子操作员进行，并且结果(温度差或热点区段和/或冷点区段)可以由操作员输入到控制单元中。优选地，控制单元自动地接收所确定的控制温度，将其与一个或多个参考温度进行比较，并且根据所述比较自动地识别任何热点区段和/或冷点区段。
此外，根据优选实施例：
·控制单元还根据热点区段的控制温度和热点参考温度之间的差选择与所述热点区段对应的注入器的主动持续时间ta，使得该控制温度与该热点参考温度之间的较大差引起较短的主动持续时间ta，而控制温度与热点参考温度之间的较小差引起较长的主动持续时间ta
和/或
·控制单元根据冷点区段的控制温度和冷点参考温度之间的差选择与所述冷点区段对应的注入器的主动持续时间ta，使得控制温度与冷点参考温度之间的较大差引起较长的主动持续时间ta，而控制温度与冷点参考温度之间的较小差引起较短的主动持续时间ta。
控制单元优选地具有至少一个信息输出元件，信息输出元件披露n个区段中的哪个是热点区段和/或n个区段中的哪个是冷点区段或者n个注入器中的哪个对应于热点区段和/或n个注入器中的哪个对应于冷点区段。控制单元可以例如包括(通过输出元件方式)具有竖炉的截面的示意性表示的屏幕，在屏幕中突出显示任何热点区段和/或冷点区段。控制元件还可以具有输出元件，该输出元件将所述信息发送到远程设备、特别是手持设备或移动设备。
通常，竖炉的截面是基本上圆形的，但是也可以是不同的截面，比如矩形截面。
通常，n个注入器围绕竖炉的圆周基本上均匀或均匀地分布。
所述注入器的数量n通常大于3。多达14个或16个注入器的数量可能是有用的。然而，注入器的数量n也可以明显更大，例如高达24个或甚至高达36个。
氧化气体源可以是用于通常是在氧化气体中的氧气含量相对较低(例如，大于21％vol且不大于90％vol)时使空气中富含氧气的设施。氧化气体源也可以是空气分离单元、液化氧气的储器或输送液化氧气的管道，例如，当氧化气体的氧气含量在90％vol至100％vol之间、优选地至少95％vol时。
控制单元通过可调节的控制阀单元有效地控制注入竖炉中的氧化剂的总量。这种可调节的控制阀单元可以例如控制被供应到气体分配器中的氧化剂的总量，该气体分配器与n个注入器中的每一个处于流体连通，该气体分配器通常是围绕竖炉的气体供应环。
控制单元有利地通过n个单独的阀单元来控制到n个注入器中的每一个的氧化气体的量，这n个单独的阀单元中的每一个控制到该n个注入器中的单个注入器的氧化剂的供应。所述n个单独的阀单元可以例如定位在气体分配器(或环)与n个注入器之间的n个流体连接上，每个流体连接有一个单独的阀单元。
n个单独的阀单元优选是开关阀单元。当单独的阀单元处于打开位置时，第一流量的氧化剂供应到对应的注入器，使得所述注入器以所述第一流量(主动流量)和声速或超音速将氧化剂注入到竖炉中。当单独的阀单元处于关闭位置时，没有氧化剂供应到对应的注入器或者氧化剂以低于第一流量的第二流量供应到所述对应的注入器，使得所述注入器不向竖炉中注入氧化剂或以所述第二流量(被动流量)和亚音速将氧化剂注入竖炉中。注入器有利地配备有收敛-扩散喷嘴或拉伐尔喷嘴。
竖炉可以是废物燃烧炉。然而，当炉子是其中转化了除与氧化剂一起燃烧的燃料之外的炉料材料的炉时，本发明特别有用。因此，当竖炉是玻璃熔炉、矿物棉熔炉或金属熔炉时，本发明特别有用。
竖炉可以是冲天炉。竖炉也可以是化铁鼓风炉。
本发明还涉及一种用于在立式竖炉中实现燃烧过程的设施。此设施包括竖炉、氧化剂源和控制单元。
立式竖炉具有n个注入器，这些注入器在竖炉的高度[h，h+Δh]处围绕竖炉的圆周分布，其中n至少为3，每个注入器适于将气态流体声速或超音速注入竖炉在水平[h，h+Δh]处的截面的n个区段之一中。
氧化剂源能够供应的氧化剂的氧含量高于21％vol且至多100％vol。所述源还流体地连接到n个注入器中的每一个。
根据本发明的设施的控制单元被编程为控制：(a)通过n个注入器注入竖炉中的氧化剂的总量，以满足燃烧过程对氧化剂的需求；以及(b)通过n个注入器中的每一个注入到竖炉中的氧化剂的量，所述控制单元更具体地被编程为根据如上所述的本发明的方法的实施例中的每一个实施例通过n个注入器中的每一个注入的氧化剂的量。
上文在该方法的上下文中描述的不同设施特征(比如注入器的数量和类型、竖炉的类型等)也适用于本发明的设施的不同实施例。
参考图1至图4，在以下实例中说明了本发明及其优点，其中：
·图1是用于熔化铸铁并且适合用于本发明的方法的设施的第一实施例的示意性图示，包括该设施的冲天式竖炉的截面图示，
·图2是用于熔化铸铁的这种设施的第二实施例的示意性图示，
·图3是基于检测到的区段温度如何将区段识别为热点区段或冷点区段的示意性图示，以及
·图4是适合在本发明的上下文中使用的用户界面的屏幕截图的局部示意性图示。
图1和图2的竖炉10具有基本上圆形的截面。要熔化的金属(铸铁)的炉料20和焦炭引入竖炉10的顶端11。在图1所示的实施例中，炉料20经由竖炉的炉壳17中在顶端11处的进料开口21被引入竖炉10中。在图2所示的实施例中，炉料20经由顶板18被引入。通常也以这种方式引入熔剂材料。通常引入炉料20以在竖炉10内形成连续的基本上水平的层，例如金属层，随后是焦炭层，接着是熔剂材料层，接着是金属层等。
焦炭与燃烧用氧化剂在位于竖炉10中更下方的燃烧区12中燃烧。另外，燃烧用氧化剂通过注入器或风口30注入竖炉10中，这些注入器或风口位于燃烧区12周围距炉子10的底部19的水平[h，h+Δh]处。六个注入器30中的每一个都适于以声速或超音速将氧化剂注入到竖炉10的燃烧区12的位于水平[h，h+Δh]处的截面的六个区段(在图4中标识为区段1至6)之一中。每个区段1至6具有一个对应的风口30，并且每个风口30具有一个对应的区段1至6。六个区段1至6一起覆盖了竖炉10的整个截面。
在所示的实施例中，所有风口30都位于距炉子底部相同的水平h’处。然而，在其他实施例中，注入器可以存在于从高度h向上的高度Δh的区域内围绕燃烧区12的不同水平处。
燃烧的热量引起紧接在燃烧区12上方的炉料中的金属熔化，并且熔化的金属通过燃烧区12细流到炉子10的底部区域13。在燃烧区12中产生的燃烧气体通过分层炉料进一步向上行进，从而预热炉料，直到将燃烧气体从竖炉10中去除。在图1所示的实施例中，燃烧气体经由顶板18中的气体出口离开炉子10，在图2所示的实施例中，燃烧气体经由炉子10的炉壳17中的烟气出口16离开炉子。熔化的金属经由出钢口14从竖炉10的底部区域13去除。在熔化过程期间形成的炉渣经由位于出钢口14的水平上方的水平处的出渣口15从竖炉10中被去除。
控制单元40控制竖炉10的运行。
在所示的实施例中，用于氧化剂的六(6)个风口30围绕竖炉10的燃烧区12均匀地分布。每个风口30单独地连接到氧化剂分配器，该氧化剂分配器为围绕竖炉10的氧化剂环31的形式。
在所示的实施例中，风口30是用于注入纯度在90％vol至100％vol之间、优选为至少95％vol的氧气的风口。
为了能够将氧化剂声速或超音速注入竖炉10中，每个风口30都配备有拉伐尔喷嘴34。
燃烧用氧化剂(氧化剂)从比如空气分离单元或储器(未示出)的氧化剂源供给至氧化剂环31。阀32用于控制氧化剂从氧化剂源到分配器31的流动，并以此方式控制通过六个注入器30注入竖炉10中的氧化剂瞬时总量。阀33用于控制氧化剂从分配器31到各个风口30的流动，每个风口30一个阀33。各个阀32、33的运作由或通过控制单元40控制。控制单元40更具体地控制通过六个注入器/风口30注入竖炉10中的氧化剂的总量，以便满足在竖炉10中发生的燃烧过程对氧化剂的需求。此外，通过阀33，控制单元40控制通过六个注入器30中的每一个进行的氧化剂的注入，使得每个注入器30以脉冲方式，即以所述注入器30在以下阶段之间交替的方式，将氧化剂注入到炉子10中：
(a)具有主动持续时间ta的主动阶段，在该主动阶段期间，注入器30以声速或超音速并且以主动流量注入氧化剂，以及
(b)具有被动持续时间tp的被动阶段，在该被动阶段期间，注入器30不注入氧化剂或者以亚音速并且以低于主动流量的被动流量注入氧化剂。
对于每个注入器30，主动持续时间ta和被动持续时间tb之和等于循环持续时间tc。
将意识到，图1和图2所示的实施例只是许多可能的实施例中的两个。
风口30的数量可以大于或小于所示实施例中的数量。也可以将比如煤、燃油或气态燃料的附加燃料引入燃烧区12中。可以经由燃烧器、经由燃料风口或者特别是在固体颗粒附加燃料的情况下直接通过风口30(中的一些)将附加燃料引入炉子10中，这些燃料风口可以与风口分开或者可以与风口30(中的一些)形成风口集合体。炉子10还可以包括用于燃烧用氧化剂的多组风口。例如，用于注入可以富含氧气或可以不富含氧气的空气的一组风口可以连接到围绕竖炉的风环，而用于氧化剂(比如纯度在于90％vol与100％vol之间的氧气)的一组风口可以连接到围绕竖炉的单独的氧气环。
对于图1所示的侧加料炉子，在每次运行炉龄结束时，观察到炉子的炉壳17的耐火材料在邻近于燃烧区12的一个特定区段的区域遭受严重的热损伤，所述损伤表明在所述区段中发生热点。在随后的炉龄中，定期测量与不同区段相邻的炉子炉壳17的温度，并计算与所识别的区段相邻的炉壳和与其他区段相邻的炉壳之间的温度差。这些测量结果证实所识别的区段确实是系统性热点区段，以下称为“预定热点区段”。然后进行测试，其中，控制单元40减小对应于预定热点区段的风口30的主动持续时间ta，同时增加所有其他风口30的相同主动持续时间ta，以补偿通过第一风口30注入的氧化剂的减少量，直到找到对应于预定热点区段的风口30的最佳主动持续时间ta，即直到检测到在与预定热点区段相邻的炉壳温度和与其他区段相邻的炉壳温度之间没有明显差别。此后，控制单元40继续控制各个阀33，以维持如此确定的对应于预定热点区段的风口30的较短的最佳主动持续时间ta以及其他风口30的相同的稍微较长持续时间ta。因此，先前观察到的在一个特定区段的水平处的热损伤不再发生，并且不存在热点进一步使熔化的产品的质量提高。
图2所示的炉子10在变化的负荷下运行，并且炉料的组成稍微变化。
该过程或该过程的不同阶段的总氧化剂需求被存储在控制单元40的存储器中。
温度传感器60安装在炉子炉壳17中或附近、邻近于燃烧区12的六个区段中的每个区段，并且由传感器60检测到的温度被发送到控制单元40，在控制单元中，这些温度一方面与明显高于炉子炉壳17的正常温度或目标温度的热点参考温度进行比较，另一方面，与明显低于所述正常温度或目标温度的冷点参考温度进行比较。
因此，如图3所示，当检测到的温度高于预定热点温度时，该区段被识别为热点区段，而当检测到的温度低于预定冷点温度时，该区段被识别冷点区段。当检测到的温度在预定冷点温度与预定热点温度之间的范围内时，对应区段既不是热点区段也不是冷点区段。
当所有检测到的温度都位于冷点参考温度与热点参考温度之间时，控制单元40确保所有六个风口30以相同的主动持续时间ta(并且因此也以相同的被动持续时间tp)运行，从而每个风口30注入被注入到炉子10中的氧化剂总量的六分之一。控制单元40可以例如以顺时针接连激活风口30(从上方看)，其中第一风口30在循环持续时间的开始to处开始其主动阶段，下一风口30在to+1/6*tc处开始其主动阶段，随后的风口30在to+2/6*tc处开始其主动阶段等。
当将区段1至6识别为热点区段时，对应的注入器30的主动持续时间减小到值ta’，该值比先前提到的主动持续时间ta小预定分数。因此，减少了通过所述风口30在每个循环注入到对应的热点区段中的氧化剂的量。
类似地，当将区段1至6识别为冷点区段时，对应的注入器30的主动持续时间减小到值ta”，该值比先前提到的主动持续时间ta大预定分数。因此，增加了所述风口30在每个循环中注入到对应的冷点区段中的氧化剂的量。
当一个或多个区段被识别为每个循环注入减少量的氧化剂的热点区段和/或当一个或多个区段被识别为每个循环注入增加量的氧化剂的冷点区段时，为了确保将所需总量的氧化剂继续注入炉子中，控制单元40有利地在必要时调节剩余风口30(通过这些剩余风口将氧化剂注入到既不是热点区段也不是冷点区段的区段)的主动持续时间，使得每个循环注入到炉子10中的氧化剂的总量对应于在炉子10中发生的过程的实际氧化剂需求。
图4示出了触摸屏，其具有在风口30的水平处的竖炉10、对应的阀33和在附图中编号为1至6的对应区段的截面的示意性表示。均等地示出了氧化剂环31和阀32。
永久地显示关于炉子10及其中发生的过程的一般信息，例如关于炉料和关于每循环或每时间单位注入的氧化剂的总量的信息。附加信息可以包括循环持续时间tc和或六个风口30的标准主动持续时间ta。
可以通过“点击”相关元件来获得有关该表示中不同元件的状态或运行条件的特定信息。
因此，当“点击”这些区段之一时，触摸屏可以显示检测到的所述区段的炉子炉壳17的温度以及每循环或每时间单位通过对应的风口30注入所述区段的氧化剂的实际量或者实际氧化剂注入速率与标准氧化剂注入速率之差。图3示出了三个实例：区段3是热点区段，区段4是正常区段，即既不是热点区段也不是冷点区段，而区段5是冷点区段。
颜色代码优选地用于永久显示每个区段的状态。例如，当区段被识别为冷点区段时，该区段可以显示为蓝色，当区段被识别为热点区段时，该区段可以显示为红色，对于既不是热点区段也不是冷点区段的区段，使用不同的标准颜色(比如白色)。
优选地，存储在控制单元40中的关于所检测的每个区段的炉壳温度随时间的演变以及每循环注入到所述区段中的氧化剂的量(或注入到所述区段中的氧化剂的循环平均量)的信息也可以被可视化。

Claims (14)

1.一种将氧化剂注入到发生燃烧过程的立式竖炉(10)中的方法，该竖炉(10)具有：
·n个注入器(30)，这些注入器在该竖炉(10)的水平[h，h+Δh]处围绕该竖炉(10)的圆周分布，其中n≥3，每个注入器(30)适于将气态流体声速或超音速注入该竖炉在水平[h，h+Δh]处的截面的n个区段(1，2，3，4，5，6)之一中，
该竖炉是设施的一部分，该设施包括：
·氧化剂源，该氧化剂源的氧含量高于21％vol并且至多为100％vol，所述源与该n个注入器(30)的每一个流体地连接，
·控制单元(40)，该控制单元被编程为控制：
(a)通过该n个注入器(30)注入该竖炉(10)中的氧化剂的总量，以满足该燃烧过程对氧化剂的需求以及
(b)通过该n个注入器(30)中的每一个注入到该竖炉(10)中的氧化剂的量，
其中：
·该控制单元(40)以循环持续时间tc循环地控制通过该n个注入器(30)中的每一个进行的氧化剂的注入；
·该控制单元(40)控制通过该n个注入器(30)中的每一个进行的氧化剂的注入，使得该n个注入器(30)中的每一个以脉冲方式交替地在以下阶段之间注入氧化剂：
(a)具有主动持续时间ta的主动阶段，在该主动阶段期间，该注入器(30)以主动流量和以声速或超音速注入该氧化剂，以及
(b)具有被动持续时间tp的被动阶段，在该被动阶段期间，该注入器(30)不注入氧化剂或以亚音速和低于该主动流量的被动流量注入氧化剂，
其中对于该n个注入器中的每一个，ta+tp＝tc；
其特征在于：
·该n个区段(1，2，3，4，5，6)中的至少一个被识别为热点区段(3)和/或该n个区段(1，2，3，4，5，6)中的至少一个被识别为冷点区段(5)，并且
·当已经将区段(1，2，3，4，5，6)识别为热点区段(3)时：该控制单元(40)控制通过与热点区段(3)对应的注入器(30)进行的氧化剂的注入，使得所述注入器(30)的主动持续时间ta短于不与热点区段(3)对应的注入器(30)的主动持续时间ta，
·当将区段(1，2，3，4，5，6)识别为冷点区段(5)时：该控制单元(40)控制通过与冷点区段(5)对应的注入器(30)进行的氧化剂的注入，使得所述注入器(30)的主动持续时间ta长于不与冷点区段(5)对应的注入器(30)的主动持续时间ta。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，不与热点区段(3)或冷点区段(5)对应的这些注入器(30)中的每一个的主动持续时间ta是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，与热点区段(3)对应的这些注入器(30)中的每一个的主动持续时间ta是相同的，和/或其中，与冷点区段(5)对应的这些注入器(30)中的每一个的主动持续时间ta是相同的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，(a)该控制单元(40)激活该n个注入器(30)的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器(30)的位置围绕该炉子(10)的圆周与已经开始其主动阶段的上一个注入器(30)顺时针接连或者(b)该控制单元(40)激活该n个注入器(30)的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器(30)的位置围绕该炉子(10)的圆周与已经开始其主动阶段的上一个注入器(30)以逆时针接连。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，n≥5、优选地≥6，并且其中，该控制单元(40)激活该n个注入器(30)的主动阶段的开始，使得主动阶段开始的下一个注入器(30)的位置与开始其主动阶段的上一个注入器(30)半圆周相对。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该一个或多个热点区段(3)的识别是预定的，和/或其中，该一个或多个冷点区段(5)的识别是预定的。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括连续或间歇地确定该n个区段(1，2，3，4，5，6)中的每一个内或与该n个区段(1，2，3，4，5，6)中的每一个相邻的壁元件的控制温度的步骤，并且其中：
·将每个控制温度与热点参考温度进行比较，并且当区段(1，2，3，4，5，6)的控制温度超过该热点参考温度时，所述区段被该控制单元(40)识别为热点区段(3)和/或
·将每个控制温度与冷点参考温度进行比较，并且当区段(1，2，3，4，5，6)的控制温度低于该冷点参考温度时，所述区段被该控制单元(40)识别为冷点区段(5)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，该控制单元(40)执行每个控制温度与该热点参考温度和/或该冷点参考温度之间的比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
·该控制单元(40)根据所述热点区段(3)的控制温度和该热点参考温度之间的差选择与热点区段(3)对应的注入器(30)的主动持续时间ta，使得该控制温度和该热点参考温度之间的较大差引起较短的主动持续时间ta，而该控制温度与该热点参考温度之间的较小差引起较长的主动持续时间ta和/或
·该控制单元(40)根据所述冷点区段(5)的控制温度与该冷点参考温度之间的差选择与冷点区段(5)对应的注入器(30)的主动持续时间ta，使得该控制温度与该冷点参考温度之间的较大差引起较长的主动持续时间ta，而该控制温度与该冷点参考温度之间的较小差引起较短的主动持续时间ta。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该控制单元(40)通过可调节的控制阀单元(32)来控制注入到该竖炉(10)中的氧化剂的总量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该控制单元(40)通过n个单独的阀单元(33)来控制到该n个注入器(30)中的每一个的氧化气体的量，该n个单独的阀单元(33)中的每一个控制到该n个注入器(30)中的单个注入器的氧化剂的供应。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该n个单独的阀单元(33)是开关阀单元，其中，当该单独的阀单元(33)处于打开位置时，第一流量的氧化剂被供应到该对应的注入器(30)，使得所述注入器(30)以所述第一流量和以声速或超音速将氧化剂注入到该竖炉(10)中，并且其中，当该单独的阀单元(33)处于关闭位置时，没有氧化剂被供应到该对应的注入器(30)或氧化剂以低于该第一流量的第二流量被供应到所述相应的注入器(30)，使得所述注入器(30)不向该竖炉(10)中注入氧化剂或以所述第二流量和以亚音速将氧化剂注入该竖炉(10)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该竖炉(10)是冲天炉。
14.一种用于在立式竖炉(10)中实现燃烧过程的设施，该设施包括：
·该立式竖炉(10)，该立式竖炉具有n个注入器(30)，这些注入器在该竖炉(10)的水平[h，h+Δh]处围绕该竖炉(10)的圆周分布，其中n≥3，每个注入器(30)适于将气态流体声速或超音速注入该竖炉(10)在水平[h，h+Δh]处的截面的n个区段(1，2，3，4，5，6)之一中；
·氧化剂源，该氧化剂源的氧含量高于21％vol并且至多为100％vol，所述源与该n个注入器(30)的每一个流体地连接，
·控制单元(40)，该控制单元被编程为控制：
(a)通过该n个注入器(30)注入该竖炉(10)中的氧化剂的总量，以满足该燃烧过程对氧化剂的需求，以及
(b)根据权利要求1至14中任一项所述的方法通过该n个注入器(10)中的每一个注入到该竖炉(10)中的氧化剂的量。
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