CN114040893A - 用于操作燃烧炉的方法和包括此类炉的布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作燃烧炉(1)的方法，所述燃烧炉使用燃料气体流加热并形成燃烧产物流，其中所述燃烧产物流的至少一部分的热量用于形成蒸汽流。前提条件是所述蒸汽流的至少一部分经受高温电解(2)以形成含氢物质流和含氧物质流，并且所述含氢物质流的至少一部分用作燃料气体流。对应的布置(100、200、300)也是本发明的主题。

Description

用于操作燃烧炉的方法和包括此类炉的布置
本发明涉及一种用于操作燃烧炉，具体地讲玻璃熔炉的方法，并且根据相应独立权利要求的前序，涉及具有此类炉和电解装置的布置。
现有技术
燃烧炉通常用于例如向待处理的材料或为化学反应提供热能。通过使用氧化剂燃烧燃料，在炉内部释放热能。可以基于所使用的氧化剂来区分炉的操作模式。
在下文中，主要参考玻璃炉或玻璃熔炉，以便解释本发明的背景和根据其提出的措施。然而，本发明也适用于与其他燃烧炉结合使用，具体地讲当它们在与玻璃熔炉相当的温度水平下操作，并且如果它们使用相当的介质时，这是例如在钢炉或其他熔炉的情况。
对于玻璃炉或玻璃熔炉，通常将空气用作氧化剂。空气或更精确地，空气中的氧气与玻璃炉内部的燃料一起燃烧以形成烟道气并供应熔化玻璃所需的能量。从玻璃熔炉中抽出的烟道气通常具有约1500℃的温度。
在用燃烧空气操作的玻璃熔炉中，热烟道气通常用于预热燃烧空气至高达1250℃。这种预热在具有至少两个再生器床的不连续操作的再生器中进行。当热烟道气在一个循环期间加热一个再生器床时，通过加热燃烧空气来冷却另一个再生器床。一旦将烟道气通过的再生器床充分升温，通过床的流就被切换，并且燃烧空气被引导至之前已经升温的床。通过加热燃烧空气在先前步骤中冷却下来的再生器床现在被热烟道气通过并且相应地加热。
如果再生器用于从玻璃熔炉的烟道气回收热量，则仅可重新捕获废热的一部分。通过从再生器逸出的烟道气释放到环境中的废热被浪费。取决于玻璃熔炉中使用的氧化剂，逸出烟道气体流的温度可超过800℃，如例如EP 0 953 543B1中所描述的。
利用(基本上)纯氧气的玻璃熔炉的操作(其也是可能的并且在某些情况下是有利的)在工艺技术方面产生显著差异。由于与使用燃烧空气相比氧气体积流量减小，因此通常不实现通过氧气加热的热回收。除了能量方面之外，这还由于待加热的较低潜在体积流量(由于缺乏气氮负载)和其他原因，诸如在热交换器中加热氧气时使用的材料的技术挑战。
不考虑使用的氧化剂类型，来自烟道气的热回收在用于操作玻璃熔炉的已知方法中相对低效。在氧气操作的玻璃熔炉中，热回收通常甚至比在空气操作的玻璃熔炉中更差，这是由于较差的可预热的氧。这导致到环境中的呈废气形式的热量损失。低能效最终导致燃料和氧化剂的消耗增加，以及由于增加的排放而导致更高的环境影响。
来自玻璃熔炉的烟道气的废热回收也可采取冷却热烟道气和同时蒸发水的形式，即蒸汽生成。以这种方式产生的蒸汽然后可用于各种目的，诸如加热。然而，通常，玻璃熔炉的操作者不在现场使用生成的蒸汽，使得该蒸汽在由蒸汽轮机驱动的发电机中转换为电力。然后该电力可用于自身消耗，或者支付给电网。
在废热用于蒸汽生成与下游发电的情况下，问题在于该电力不总是有合适的客户。尤其是在上网电价较低时，这种选项在经济上可能不具有吸引力。这就是为什么现在玻璃熔融工业中的趋势越来越多地使用电能来熔融或进一步加工玻璃。这样做的原因在于，如果玻璃熔炉的操作者在某些电力过剩的时候从电网购买电力，则他们可非常便宜地购买到电力。
理论上，玻璃熔炉中的熔融焓可以是100％由直接电加热提供的，并且因此使用再生能量，可几乎完全消除二氧化碳足迹。然而，在实践中，仅约80％的直接电加热被认为是可能的，因为烟道气的对流贡献被认为对熔体所需的均匀温度分布是必不可少的。
对于关于玻璃熔炉的更多细节，参考相关技术文献，例如：Wolfgang Trier,
Figure BDA0003432531130000021
Konstruktion und Betriebsverhalten,Springer-Verlag Berlin,Heidelberg,New York,Tokyo 1984。
本发明的目的是提供使用来自燃烧炉(具体地讲玻璃熔炉)的烟道气的废热的改善的可能性。
发明内容
在这种背景下，本发明提出了一种用于操作燃烧炉，具体地讲玻璃熔炉的方法，以及具有燃烧炉和电解装置的对应布置，所述燃烧炉和电解装置具有相应独立权利要求的特征。本发明的有利实施方案是相应从属权利要求以及以下描述的主题。
如上文所提及的，在此主要提及玻璃熔炉或玻璃炉，但本发明也适用于与其他燃烧炉结合使用。因此，对玻璃熔炉或玻璃炉的提及不应被理解为限制性的。
如果下文提及了“氧气”、“氢气”和其他气体，这还应被理解为包括气体混合物，所述气体混合物含有主要比例，具体地讲超过50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或99.5％的在每种情况下规定的气体。具体地讲，所提及的术语也指具有对应规格的所谓的“技术”气体。
本发明基于以下发现：通过在例如水的高温电解中使用这种废热，可由玻璃熔炉的烟道气实现改善的废热利用。
除了例如通过蒸汽重整，将化石原料化学转化为合成气之外，还可通过水的电化学转化产生氢气，其中观察到以下总体反应：
H2O→H2+0.5O2
取决于所用的电解质和分离器，当前可区分具有不同半电池反应的三种类型的水电解。如果水电解用再生能量操作，则以这种方式产生氢气基本上无排放。
在具有质子导电膜的低温电解中(质子交换膜电解，PEMEL)，阴极反应是两个质子与两个电子转化为分子氢。在阳极处，由一个水分子形成两个质子、(数学上)半个氧分子和两个电子。电荷载体是通过所用的膜传输的质子：
阴极：2H++2e–→H2
阳极：H2O→2H++0.5O2+2e–
电荷载体：H+
在利用阴离子交换分离器的低温电解(阴离子交换电解，AEL)中，两个水分子在阴极处与两个电子反应以形成氢分子和两个氢氧根离子。阳极反应包括两个氢氧根离子向(数学上)半个氧分子和水分子以及两个电子的反应。氢氧根离子代表电荷载体：
阴极：2H2O+2e–→H2+2OH–
阳极：2OH–→0.5O2+H2O+2e–
电荷载体：OH–
利用传导氧离子的固体氧化物电解槽(固体氧化物电解槽，SOEC)的高温电解涉及水分子与两个电子进行阴极反应以形成氢分子和氧离子。在阳极处，氧离子向(数学上)一半氧分子和两个电子反应。氧离子是电荷载体：
阴极：H2O+2e–→H2+O2 –
阳极：O2 –→0.5O2+2e–
电荷载体：O2 –
虽然由于存在水性环境，PEMEL和AEL被限于低于水蒸发温度的温度，但是SOEC的氧传导率仅在高于600℃时给出。有利的操作温度范围介于700℃与900℃之间。
常规高温工艺迄今为止通常仅基于在玻璃熔炉的情况下使用化石燃料，主要是天然气，以提供熔融焓。另外，产生的玻璃还具有二氧化碳足迹，鉴于较高的二氧化碳证书价格，这可导致利润减少。二氧化碳足迹可通过改善废热利用并因此减少燃料消耗来减少，但不能避免。
在废热用于蒸汽生成与下游发电的情况下，如上文所提及的，问题在于该电力不总是有合适的客户。尤其是在上网电价较低时，这种选项并不总是具有吸引力。
本发明的主要优点在于，可以以有利的方式使用废热，尤其是来自玻璃熔炉的废热，以将水转化为呈氢气和氧气形式的燃料。这通过使用从烟道气回收的能量以蒸发水用于高温电解，然后将其进一步加热至SOEC的操作温度来实现。
具体实施方式
总体而言，本发明提出一种操作燃烧炉，具体地讲玻璃熔炉的方法，所述炉使用燃料气体流加热并形成燃烧产物流。该炉至少部分地使用对应的燃料气体加热，但是在本发明的上下文中，具体地讲对应的炉也可部分地电加热。如上文已经解释的，理论上可通过直接电加热来提供100％的熔融焓，但是在目前，电加热的实际使用通常仅在约80％的程度上是可能的，因为烟道气的对流贡献对于玻璃熔体中所需的均匀温度分布是必不可少的。
如从现有技术在这方面已知的那样，在形成蒸汽流时热回收的情况下，来自燃烧产物流的至少一部分的热量也用于本发明。蒸汽流的“形成”包括由蒸汽生成已知的常用步骤，即在所用压力下将水(锅炉给水)从进料温度(例如，大约15℃)预热至刚好低于蒸发温度的温度。用于预热锅炉给水的典型压力在大约1.5巴至2.0巴的范围内，并且预热的水可以为大约1.8巴。例如，预热在大约115℃的温度水平下进行。在此的所有压力规格均是指绝对压力。
然后可在蒸汽生成过程中蒸发预热水，从而最初形成饱和蒸汽。所形成的饱和蒸汽通常在例如大约115℃的温度水平和例如大约1.6巴的压力水平下存在。通过进一步加热，热蒸汽或过热蒸汽可由对应的饱和蒸汽形成，例如在大约750℃的温度水平下。提供对应的过热蒸汽的压力水平为大约1.4巴。除了使用废热之外，加热还可在任何时间包括其他加热方式，诸如电加热器。然而，如果例如在对应过程中的启动程序过程中，可从燃烧产物流中获得(例如)足够的热量或没有热量，则也可使用电加热或另选的燃烧。
根据本发明，前提条件是蒸汽流的至少一部分在对应的电解装置中经受高温电解以形成含氢物质流和含氧物质流，并且含氢物质流的至少一部分用作用于加热该炉的燃料气体流。
因此，与其中对应的蒸汽通常用于产生电能或用于加热目的现有技术相比，以下发明提供蒸汽的电解，具体地讲使用上述SOEC。因此，在本发明的范围内，来自玻璃熔炉的废热可直接用于产生氢气，所述氢气继而可用作用于燃烧该炉的燃料。
通过根据本发明提出的措施，可以比现有技术更大的程度回收对应燃烧产物流中包含的热能。具体地讲，在完全燃烧氢气的情况下，基本上由蒸汽组成的燃烧产物流可在例如大约1.05巴的略高于大气压水平下冷却至例如大约105℃的温度水平。这种温度水平低于在冷却来自玻璃熔炉的烟道气期间常规达到的温度水平。
在高温电解中，其中在本发明范围内除了含氢物质流之外还形成含氧物质流，这种含氧物质流的至少一部分可与燃料气体流(即氧化剂)一起使用以加热对应的气体熔炉。如果例如因为氢气的安全完全燃烧需要超过化学计量的氧气供应，所以此处可用的氧气不足，则也可能与过量的氧气一起工作。这意指可将外部供应的氧气添加到该过程中。这可来自已知的来源，诸如空气分离或单独的电解。
在本发明范围内，在高温电解过程中形成的“含氢物质流”通常包含氢和仅呈非电解蒸汽形式的水。同样适用于在高温电解过程中形成的“含氧物质流”。在使用SOEC的电解过程中，在阴极侧和阳极侧上均提供蒸汽。以这种方式，如果不使用其他燃料气体，则也可提供不含二氧化碳的对应燃烧产物流。具体地讲，本发明不燃烧化石燃料来加热玻璃熔炉。
在本发明的上下文中并且在此描述的所有配置中，蒸汽因此可被供应给阴极侧和阳极侧上的高温电解，其中在本发明的上下文中，在阳极侧和阴极侧上供应的蒸汽量彼此之间的比率可以为具体地讲介于0.1与1之间，具体地讲还介于0.3与0.9之间，优选地介于0.5与0.8之间。代替或除了向阳极侧供应蒸汽之外，也可向阳极侧供应空气。因此，在本发明的所有形式中，阳极侧也可完全或部分地用空气冲洗。
在此所述的所有实施方案中，在本发明的上下文中在高温电解(其设置在阴极侧上)中形成的含氢物质流可至少部分地(具体地讲以可调节部分)反馈回阴极侧上的高温电解。通过此类调整，可将氢含量具体地设置为期望值。将氢含量从0.1mol％调节至10mol％，并且具体地讲从1mol％调节至8mol％，优选地从3mol％调节至5mol％是有利的。这也将在下文关于具体实施方案进行解释。
在本发明的上下文中并且在所有实施方案中，高温电解有利地通过以使得高温电解的阴极侧上的水转化率为60％至100％，具体地讲70％至95％，优选地80％至90％的方式来设置所用工艺条件进行操作。百分比是无量纲的，并且是指初始水含量。
如上文所解释的，对应的蒸汽流的形成包括预热用于形成蒸汽流的水，使预热的水蒸发成饱和蒸汽，以及过热或进一步加热饱和蒸汽以获得过热蒸汽。作为回报，燃烧产物流的冷却包括若干冷却步骤，其中燃烧产物流被连续冷却至其冷凝温度。下文从将燃烧产物流从高温冷却到低温的方向并且参考本发明的不同实施方案来更详细地解释这些步骤。它们被称为“热交换步骤”。
在本发明的上下文中进行的热交换步骤包括在本发明的第一配置中，其中燃烧产物流或其一部分从1400℃至1600℃的温度水平冷却到900℃至1100℃的温度水平的第一热交换步骤。这种冷却在例如大约1500℃的温度水平至大约980℃的温度水平，并在略高于大气压的压力水平下进行，其中在冷却期间产生略微的压力减小。例如，对应的压力水平在第一热交换步骤之前为大约1.05巴，并且在第一热交换步骤之后为大约1.0巴。
在本发明的该第一实施方案中，在该第一热交换步骤的过程中，可使用于形成进料到高温电解的蒸汽流的饱和蒸汽从例如大约100℃至120℃的温度水平过热到例如大约700℃至900℃的温度水平。例如，过热从大约115℃的温度水平至大约750℃的温度水平发生。在该第一实施方案中，但也在本发明的所有其他实施方案中，对应的过热蒸汽可任选地进一步加热并以阴极侧和阳极侧上的对应部分流的形式(作为吹扫气流)进料到高温电解。过热之前饱和蒸汽的压力可例如为大约1.4巴至1.8巴，具体地讲大约1.6巴。例如，在对应的过热之后，饱和蒸汽的压力为大约1.2巴至1.6巴，具体地讲大约1.4巴。压力损失是由高温电解和热交换器结构中的较低压力所引起的。
在本发明的第一形式中，在后续第二热交换步骤中，将燃烧产物流或其部分从例如大约900℃至1100℃，具体地讲大约980℃的温度水平进一步冷却到例如大约100℃至200℃，具体地讲大约150℃的温度水平。这种冷却可例如在大约1.0巴至1.1巴，例如大约1.0巴的大气压或略微高于大气压的压力水平到大约0.9巴至1.0巴，例如大约0.95巴的略微低于大气压的压力水平下进行。具体地讲，这种略微低于大气压的压力水平是由使用输送燃烧产物流的下游压缩机或鼓风机所引起的。
在该第二热交换步骤中，在本发明的第一配置中，作为冷却燃烧产物流的回报，预热的水被蒸发成饱和蒸汽，例如从大约110℃至120℃，具体地讲大约115℃的温度水平，以及大约1.6巴至2.0巴，具体地讲大约1.8巴开始。与预热的水相比，饱和蒸汽以例如大约1.4巴至1.8巴，具体地讲大约1.6巴的略微较低的压力水平，并以与其相当的温度水平存在。如下文所解释的，仅预热水的一部分可在第二热交换步骤中蒸发，尤其是取决于工艺条件，在烟道气焓不足以完全蒸发进料水时。在这种情况下，预热水的一部分可以单独蒸发，例如电蒸发，然后添加回到第二热交换步骤中所形成的饱和蒸汽中。
用于生成饱和蒸汽的水的预热在本发明的第一实施方案中进行，但也在所有其他形式中，在之前的第三热交换步骤中进行，这在下文进行解释，并且其中燃烧产物流被进一步冷却并且具体地讲(部分)冷凝。
在作为第一实施方案的替代形式的本发明第二实施方案中，首先将燃烧产物流用于蒸发，然后才能使蒸汽过热。然而，下文再次从燃烧产物流从较高温度至较低温度的方向给出对应的热交换步骤。
在本发明的第二实施方案中使用的热交换步骤包括第一热交换步骤，其中燃烧产物流从其初始温度水平，如先前所解释的，并且在先前针对第一热交换步骤所解释的压力下，冷却到例如约600℃至700℃，具体地讲约620℃的温度水平。第一热交换步骤是如下热交换步骤：其中燃烧产物流从其初始温度水平，如先前所解释的，并且在先前针对第一热交换步骤所解释的压力下，冷却到例如约600℃至700℃，具体地讲约620℃的温度水平。第二热交换步骤是如下热交换步骤：其中燃烧产物流从其初始温度水平冷却，如所解释的。如前所述，压力水平将略微减小。然而，在本发明的第二实施方案中，该第一热交换步骤发生与蒸汽的过热无关，而是与预热水的蒸发有关，所述预热水在上述本发明实施方案的该第一热交换步骤中蒸发以形成饱和蒸汽。水和蒸汽参数可对应于上述本发明的第一实施方案的那些参数。
在本发明的该第二实施方案中，热交换步骤还包括第二热交换步骤，其中燃烧产物流或其部分从例如大约600℃至700℃的温度水平冷却到例如大约100℃至200℃的温度水平。然后使用热交换步骤来冷却燃烧产物流或其部分。例如，冷却可从大约620℃的所提及的温度水平至大约150℃的温度水平来进行，其中在此压力水平也可从大气压降低到略低于大气压。
与该第二热交换步骤相比，在本发明的第二实施方案中，使第一热交换步骤中生成的饱和蒸汽从例如大约100℃至120℃的温度水平过热到例如大约600℃至700℃，具体地讲大约590℃的温度水平，同时获得过热蒸汽。因此上述本发明的实施方案与上述本发明的实施方案的不同之处在于第一热交换步骤和第二热交换步骤的顺序。
本发明的第二实施方案可以是有利的，因为由于热交换步骤的不同顺序，燃烧产物流的热量仍可足以蒸发预热的水。因此，在这种配置中可节省(电)蒸发器，这可对工厂成本具有积极影响。然而，先前由电蒸发器施加的不再需要的电力输入在该实施方案中不是不再需要的，而是由于过热蒸汽的较低温度，现在必须由用于过热蒸汽的一个或多个对应加热器来提供。虽然此类加热器在本发明的第一实施方案中是任选的或仅在启动期间需要，但是它们通常在第二实施方案的控制操作中也被需要。
在本发明的第三实施方案中，再次不同的是，第二热交换步骤中的热整合不再发生以生成过热蒸汽，而是(至少主要地)加热含氢物质流和/或含氧物质流，所述含氢物质流和/或含氧物质流在高温电解中形成。
在该第三配置中，第二热交换步骤包括将燃烧产物流或其部分从例如大约600℃至700℃，具体地讲大约620℃的温度水平冷却到(仅)例如大约300℃至400℃，具体地讲大约380℃的温度水平，并且在第二热交换步骤中，加热在高温电解中形成的含氢物质流和/或含氧物质流。燃烧产物流或其部分的冷却可例如在从大气压到大约0.95巴的略微压力降低下进行。在第二冷却步骤的另一子步骤中，对应冷却的燃烧产物流可在蒸汽过热下再次逆流冷却，然而，其中在该另一子步骤中，通常仅产生例如大约30℃或大约20℃至50℃的燃烧产物流的略微进一步冷却。
这个实施方案的优点在于，由于电解产物流在压缩机或鼓风机的帮助下附加压力增加的可能性，可确保燃烧器的最佳入口压力。这种压力增加是可能的，因为产物流(即含氢物质流和含氧物质流)可在较低的温度水平下进料至本发明第三实施方案中的压力增加。如在本发明的其他实施方案中那样，它们获自在700℃至900℃，具体地讲大约800℃的温度水平和例如大约1.0巴至1.2巴，具体地讲大约1.1巴的压力水平下的高温电解，并且在第三实施方案中，它们可各自针对然后进料到阳极侧和阴极侧上的高温电解作为过热蒸汽流的饱和蒸汽流或仅略微过热的蒸汽流进行冷却。这种冷却能够进行无问题的压缩。
例如在大约140℃至160℃的温度水平下，饱和或另选地仅略微过热的蒸汽流是存在的，因为在第三实施方案中，不使用燃烧产物流进行蒸汽过热(或至少没有到上述程度的蒸汽过热)。在与含氢物质流和含氧物质流的热交换中过热的蒸汽流可保持在例如大约600℃至800℃，具体地讲大约750℃的温度水平和例如大约1.1巴至1.5巴，具体地讲大约1.2巴的压力水平。
在阴极侧获得的富氢物质流的第三实施方案中所用的压缩机或对应的鼓风机可同时压缩由富氢物质流形成的再循环流，所述再循环流有利地反馈回到阴极侧以提供还原条件以便避免镍氧化。在本发明的其他实施方案中进行对应的再循环也是有利的，但是以不同的方式，例如通过简单地冷却待再循环的物质流。如上所述，压缩在高温电解单元的出口处的高温下可能是不可能的。
在上述本发明的所有配置中，第二热交换步骤之后可以进行第三热交换步骤，其中燃烧产物流或其部分从100℃至200℃的温度水平冷却至较低的温度水平并部分冷凝。在该第三冷却步骤中，例如，冷却可在例如大约1.05巴的压力水平下进行至大约105℃的温度水平。对应的冷凝物可排放到大气中和/或分离以提供进一步的锅炉给水。
在本发明的所有实施方案中，烟道气或至少其经受第二冷却步骤和第三冷却步骤的部分可在第二冷却步骤与第三冷却步骤之间被压缩，例如至1.25巴的压力水平。在这种压缩过程中，由于内部能量的增加，进一步的温度升高进行例如至大约180℃的温度水平。然而，对应的压缩也可在第三热交换步骤的下游进行，具体地讲在上述本发明的第三实施方案中进行。上游压缩具有以下优点：压缩热量也可用于蒸汽生成。
在本发明的上下文中，可从与燃烧产物流分离的热源提供生成蒸汽所需的一些能量，具体地讲用于本发明的第一实施方案中的蒸发的一些能量，如上文所解释的。细节已经被提及。
在本发明的上下文中，在高温电解中形成的含氢物质流和含氧物质流可具体地讲针对蒸汽冷却，所述蒸汽被进料到高温电解。这在参考本发明的第三实施方案之前已经进行了解释。具体地讲，这可涉及上述对应蒸汽流的两个部分流，其被进料到阴极侧或阳极侧上的高温电解。含氢物质流和含氧物质流可在对应的热交换后被压缩，然后进料到炉。
如已经多次解释的，在本发明的上下文中，炉也可被部分电加热，其中在本发明的上下文中通过来自高温电解的氢气的氧化提供的部分能量可总计为熔融过程所需能量的大约15％至25％，具体地讲大约20％。剩余部分可以通过直接加热来提供。取决于工艺条件，高温电解、电加热器和鼓风机需要介于1.5兆瓦与2.1兆瓦之间的电能，以提供被玻璃熔体吸收的一兆瓦热能。
在上文和下文解释的本发明的所有实施方案中，高温电解可在使其不需要压缩产物流以供进一步使用的压力下操作。因此，高温电解中所用的压力将适于对应的应用，并且至少处于所需的入口压力下。
本发明还涵盖具有燃烧炉，具体地讲玻璃熔炉的布置，其具体地讲可被布置成进行如先前在各种实施方案中解释的过程。关于根据本发明提出的布置的另外的特征和优点，明确地参考上文关于根据本发明提出的程序及其优选实施方案的解释。
总而言之，在其相应的实施方案中，本发明实现燃烧炉，具体地讲玻璃熔炉的持续操作，而无需使用化石燃料。当使用再生生成的电能时，该过程没有二氧化碳足迹。可最佳地利用燃烧产物流的热量，而不同时产生出口蒸汽。本发明还通过提供不含氮燃料和氧化剂来减少热氮氧化物的形成。燃料气中的高蒸汽含量还抵消了由外部空气气流形成热氮氧化物。本发明允许上述实施方案的一些中的简化的燃料气预热，因为仅蒸汽必需过热而不是氧气和氢气必需过热，这在技术上是有利的。
下面参考附图解释本发明，所述附图说明根据本发明的实施方案的布置。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施方案的布置。
图2示出了根据本发明的实施方案的布置。
图3示出了根据本发明的实施方案的布置。
附图详细说明
图1示出了根据本发明的实施方案的指定为100的布置。图2和3中示出了另一个实施方案，其中它们分别被指定为200和300。图1中的布置100至少部分地对应于上述本发明的第一实施方案，图2中的布置200至少部分地对应于上述第二实施方案，并且图3中的布置300至少部分地对应于上述本发明的第三实施方案。
所有布置100至300通常具有玻璃熔炉1和具有阴极侧21和阳极侧22的电解装置2，所有布置100至300还提供水(锅炉给水)(W)并且最终使用其形成两个蒸汽流111和112，所述蒸汽流分别供应到电解装置2的阴极侧21和阳极侧22。这些蒸汽流111和112的形成针对以下各个实施方案单独进行解释。
使用电解装置，在所有实施方案中也形成含氢气体流121和含氧气体流122。除了氢气和氧气之外，气体流121和122还含有呈过热蒸汽形式的水。将它们进料到玻璃熔炉1中并在其中燃烧。可提供外部氧气进料3以涵盖可能需要的任何附加的氧需求。在本发明的所有形式中，从玻璃熔炉1中提取燃烧产物流131。使用布置100至300示出的本发明实施方案具体地讲在从燃烧产物流131进行热回收的顺序或特定实施方案上不同，这在下文详细解释。
在如图1所示的布置100中，首先将燃烧产物流131进料到热交换器X1中，其中饱和蒸汽103过热并且形成过热蒸汽104。将过热蒸汽分成蒸汽流111和112。在热交换器X1中冷却之后，将燃烧产物流F进料到热交换器X2中，其中预热水被蒸发成饱和蒸汽。预热水以水流102的形式供应并且以部分流102a的形式通过热交换器X2。另一部分流102b在电加热器E1中蒸发。在蒸发成饱和蒸汽流103之后，将蒸发的部分流102a和102b组合。
在热交换器X2中冷却之后，燃烧产物流131在压缩机或鼓风机C1中经受压缩，然后通过另一热交换器X3，其用于预热水流101。燃烧产物流131中所含的水至少部分地在热交换器X3中冷凝。
图1中所示的另外的元件是另外的电加热器E2和E3，其分别在不存在或存在过少的来自燃烧产物流131的废热的情况下使用蒸汽流111和112。
在图2所示的布置200中，燃烧产物流131首先流过热交换器X1并且因此冷却。在热交换器X1中，将预热水(锅炉给水)102蒸发成饱和蒸汽103。如上所述，在这种布置中，可免除部分流102a和102b的形成以及电加热器E1的使用。在热交换器X1中冷却之后，燃烧产物流131穿过热交换器X2，其中生成过热蒸汽104。在此另外的布置基本上对应于图1中所示的布置，但电加热器E2和E3在此永久地操作，这是由于热交换器X2中的过热程度较低。
图3示出了根据本发明的进一步开发的布置，并且总体标记为300。这继而在热交换器的使用和废热回收类型方面不同。
燃烧产物流131通过热交换器X1下游的热交换器X2a和X2b，其使用基本上对应于图2和布置200的使用，并且因此用于加热含氢物质流121和含氧物质流122。这些物质流121和122在压缩机C2和C3中被压缩，如上所述，由于先前的气体流121和122的冷却，这是可能的。这种冷却继而在热交换器X3a和X3b中与蒸汽流111和112逆流进行，所述蒸汽流最初在此以未加热或仅略微过热状态提供，并且在热交换器X3a和X3b中过热之后，被进料到电解单元2。燃烧产物流131的进一步冷却在热交换器X4中通过使蒸汽流103过热来进行。还如本文所示，物质流121的(具体地讲可调节的)部分流121a返回至高温电解1，如上文所解释的。

Claims (13)

1.一种用于操作燃烧炉(1)的方法，所述燃烧炉使用燃料气体流加热并形成燃烧产物流，其中所述燃烧产物流的至少一部分的热量用于形成蒸汽流，其中所述蒸汽流的至少一部分经受高温电解(2)以形成含氢物质流和含氧物质流，并且所述含氢物质流的至少一部分被用作燃料气体流，其特征在于所述蒸汽流的形成包括多个热交换步骤，所述燃烧产物流或其一部分经受所述多个热交换步骤，其中用于形成所述蒸汽流的水和/或用于形成所述蒸汽流的蒸汽在所述热交换步骤中加热，并且其中所述热交换步骤包括第一热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其一部分从1400℃至1600℃的温度水平冷却到900℃至1100℃的温度水平，并且其中使用于形成所述蒸汽流的饱和蒸汽从100℃至120℃的温度水平过热到700℃至900℃的温度水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其中此外，所述含氧物质流的至少一部分还与所述燃料气体流一起使用以加热所述炉(1)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述蒸汽流的所述形成包括多个热交换步骤，所述燃烧产物流或其一部分经受所述多个热交换步骤，其中用于形成所述蒸汽流的水和/或用于形成所述蒸汽流的蒸汽在所述热交换步骤中加热。
4.根据权利要求1至3所述的方法，其中所述蒸汽流的所述形成包括组合的热交换步骤，所述燃烧产物流或其部分经受所述组合的热交换步骤，其中用于形成所述蒸汽流的水和/或用于形成所述蒸汽流的蒸汽在所述组合的热交换步骤中加热。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热交换步骤包括第二热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其一部分从900℃至1100℃的温度水平冷却到100℃至200℃的温度水平，并且其中用于形成所述蒸气流的水被蒸发以形成饱和蒸汽。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述热交换步骤包括第一热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其一部分从1400℃至1600℃的温度水平冷却到600℃至700℃的温度水平，并且其中用于形成所述蒸气流的水被蒸发以形成饱和蒸汽。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述热交换步骤包括第二热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其一部分从600℃至700℃的温度水平冷却到100℃至200℃的温度水平，并且其中使用于形成所述蒸汽流的饱和蒸汽从100℃至120℃的温度水平过热到700℃至900℃的温度水平。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述热交换步骤包括第二热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其部分从600℃至700℃的温度水平冷却到300℃到400℃的温度水平，并且其中将所述高温电解(2)中形成的所述含氢物质流和/或含氧物质流加热。
9.根据权利要求5、7或8所述的方法，其中所述热交换步骤包括第三热交换步骤，其中所述燃烧产物流或其一部分从100℃至200℃的温度水平冷却到较低的温度水平，并且由此部分冷凝，并且其中用于形成所述蒸汽流的水被预热。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述烟道气或至少其经受所述第二冷却步骤和所述第三冷却步骤的部分在所述第二冷却步骤与所述第三冷却步骤之间或在所述第三冷却步骤之后被压缩。
11.根据权利要求4或5所述的方法，其中通过单独的热源操作的加热器(E1)也用于蒸发水。
12.根据以上权利要求中的一项所述的方法，其中在所述高温电解(2)中形成的所述含氢物质流和含氧物质流针对供应于所述高温电解(2)的蒸汽进行冷却。
13.根据以上权利要求中的一项所述的方法，其中将所述炉(1)部分电加热。
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