JP2013530366A - 燃料燃焼炉および燃料燃焼炉内の燃焼を制御する方法 - Google Patents

燃料燃焼炉および燃料燃焼炉内の燃焼を制御する方法 Download PDF

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Abstract

燃料燃焼炉およびその作動方法であって、その方法において：主酸化剤が炉の燃焼チャンバー（２）内へ制御された流量で注入され；可燃性の材料が主酸化剤とともに燃焼チャンバー（２）内で燃やされて、熱エネルギーおよび６００℃より高い温度の煙道煙霧（６）を生出し；この煙道煙霧（６）が排気ダクト（１３）を介して移動されて、この移動された煙道煙霧（６）が、酸化可能な残留物を含む可能性があり、排気ダクト（１３）が、燃焼チャンバー（２）の下流側で希釈する酸化剤の入口（１４）を備え；酸化可能な残留物が、希釈する酸化剤の入口（１４）で炎（１２）によって希釈する酸化剤とともに燃やされ；排気ダクト（１２）の内側で炎の強さが検出され；主酸化剤が燃焼チャンバー（２）内へ注入される流量が、検出された炎の強さに従って制御される。

Description

本発明は、燃料燃焼炉内の燃焼の調節に関する。
燃料燃焼炉は、熱エネルギーの生成および高温での材料の処理のため産業で一般に使用される。
用語「燃料燃焼炉」は、溶鉱炉または焼却炉のような炉を意味する。そこでは、少なくとも熱エネルギーの一部が、酸化剤の中にある酸化体とともに燃料を燃焼することによって炉の燃焼チャンバー内で生出される。したがって、用語「燃料燃焼炉」は、「炎がない燃焼」としてしばしば知られている可視炎のない燃焼によって熱エネルギーの少なくとも一部が生出される炉もカバーする。
一般にＣＯ２、ＣＯ、およびＨ２Ｏを含む、燃焼によって発生された煙霧は、排気ダクトによって、６００℃より高い温度で燃料燃焼炉の燃焼チャンバーから放出される。
理論上、燃焼が化学式どおりである場合、すなわち、燃焼エリア内にある燃料の完全な燃焼に必要な酸化剤の量と一致する量で燃焼エリア内へ酸化剤が注入された場合、燃焼によって最大量の熱エネルギーが発生される。この場合、燃料の中にある炭素が完全にＣＯ２へ酸化され、燃料の中に一般にある水素が完全にＨ２Ｏへ酸化されるなどする。しかしながら、産業上の経験では、僅かに過剰な酸化剤が、燃料を完全に燃焼するために必要であることが分かっている。
酸化剤の不十分な注入は、燃料の非燃焼あるいは部分的な燃焼の結果として、炉の性能の低下を生じさせる。また、多すぎる酸化剤の過剰も、炉の性能の低下（例えば：放出された煙霧を介してより大きくなる熱エネルギーの損失、および、酸素燃焼の場合における、無視できないコストを有する酸素を伴う、燃焼に関係しない酸素の一部の煙霧と一緒の放出）を生じさせる。
酸化剤の過度に多くの流量の他の不利益の中で、アルミニウムのような酸化することができる金属の溶解のための炉、およびある再加熱炉の中の場合であるように、被燃焼材のより大きなレベルの酸化が、酸化することができる被燃焼材の場合には、特に言及することができる。特に、燃焼エリアの大気による被燃焼材に有害な酸化或いは減少を防ぐか制限するために、化学量論を超えるあるいは下回る配分で燃料燃焼炉を操作することが知られている。したがって、ある適用については、最適な燃焼は化学式どおりの燃焼と異なる。
燃料燃焼炉の最適化された操作は、燃料と酸化剤が加えられてこれらの配合が完全に制御された燃料燃焼炉において一般に可能である。
しかしながら、燃料燃焼炉の多くの産業上の適用では、燃焼エリアにおいて利用可能な可燃物の量および／或いは配合が、下手にあるいは単にわずかにコントロールされる。
これは、例えば、次の場合である：
・例えば、廃棄物焼却炉または金属の再利用のための副溶鉱炉のように、被燃焼物が可燃物の変化する量および／或いは質を含む燃料燃焼炉である場合；
・例えば、金属の再利用のための副溶鉱炉のように、被燃焼材が、元々あるおよび／或いは加えられた可燃物を含み、被燃焼材が、これら可燃物を、制御されない方法で、一般に被燃焼材の上にある燃焼領域内へ放出する、燃料燃焼溶鉱炉である場合；
・例えば、スチールの副次的な溶解のためのアーク炉の次の燃焼チャンバーなどの上述したタイプのような炉から得られる煙霧の次の燃焼のための燃料燃焼炉である場合。
特開平１−３１４８０９号公報および特開２００１−００４１１６号公報から、燃焼チャンバーの内部の方へ面するカメラを焼却炉に装備し、かつチャンバーの内部の燃焼から得られたイメージに従って、主な燃焼の上の燃焼チャンバーの内部の次の燃焼を調節することが知られている。
国際公開公報２００５／０２４３９８から、アーク炉またはコンバータのような金属処理炉から得られた煙霧のうち、分析される煙霧の一部を集めて、それを３００℃未満に冷やし、レーザーダイオードによって放射されたコヒーレント光信号によって煙霧の中にあるＣＯおよび／或いはＣＯ２の量を測定することによって、煙霧に含まれていた化学種の量を測定することが知られている。このプロセスは、１０秒未満の応答時間での上述した量の測定を許容し、リアルタイムでの炉のコントロールを許容する。
国際公開公報０３／０５６０４４は、固体のアルミニウムが炉の中へ導入され、このアルミニウムがアルミニウム浴を形成するため溶解され、一酸化炭素（ＣＯ）の濃度の変化および炉から放出された煙霧の温度が検出され、アルミニウム浴の表面上の酸化アルミニウムの形成が酸化アルミニウムの形成によって調節される、アルミニウムの溶解のためのプロセスを開示している。
しかしながら、燃料燃焼炉の煙霧中のあるタイプの化学物質の濃度の測定は、上述した煙霧中で、すすのような汚染物質の性質および量によって困難にされる。
国際公開公報２００４／０８３４６９は、アルミニウムの溶解のためのプロセスについて開示する。そこでは、バーナーによって燃料燃焼炉に注入された酸化剤に対する燃料の比率は、「稀釈空気」として知られている空気のための入口を備えた煙霧排気ダクト中の煙霧の温度に従って調節される。
このタイプのプロセスにおいて、稀釈空気の流量は、異なるパラメータ（開口のサイズ、煙霧の抽出の速度、煙霧ダクトの状態、同じ抽出器によって集められた煙霧の他の流れの流量）によって変わる場合がある。この変化する流量は、排気ダクト内の煙霧の温度に影響があり、炉の調節に影響を及ぼすことができる。稀釈空気の温度の日々の変化(絶えず)および季節の変化(夏と冬)(それらは一般に大気である)は、さらに、排気ダクト内の煙霧の温度に影響を及ぼすことができる。
本発明の目的は、上記の既知のプロセスの不具合がない、燃料燃焼炉内の燃焼の調節を提供することにある。
従って、本発明は、改善された燃料燃焼炉の操作のためのプロセスに関する。このプロセスによれば、酸化剤（それは「主酸化剤」として知られている）は、調節された流量で燃料燃焼炉の燃焼チャンバー内へ注入される。可燃物は、このように注入された主酸化剤と一緒に燃焼チャンバーで燃やされて、それにより、熱エネルギーおよび６００℃より高い温度の煙霧を燃焼チャンバー内で生産する。このように生産された煙霧は、排気ダクトによって燃焼チャンバーから放出される。この排気ダクトは、燃焼チャンバーより下流に、「稀釈酸化剤」として知られる酸化剤（必ずしもそうではないが典型的には大気）のための入口を備えている。この希釈酸化剤は、６００℃或いはより高い温度で煙霧と接触するようになる。煙霧が酸化することができる材料をまだ含んでいる場合、つまり、燃焼チャンバー内における可燃物の燃焼が完全でない場合、排気ダクトの内側の稀釈酸化剤のための入口のレベルで炎が得られる。実際、稀釈酸化剤と高温で煙霧内で酸化可能な材料との間の接触は、放出された煙霧内にあるＣＯおよび／或いはＨ２のように酸化可能な上述した材料の自動燃焼を生じる。発明によれば、排気ダクトの内部で且つ燃焼チャンバーより下流側での炎の強さの検出があり、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量が、検出された炎の強さに従って調節される。
特に、可燃物は、例えば、ランス（lance）或いはバーナーによる燃焼チャンバー内への燃料のジェットの注入によって、制御された方法で燃焼チャンバーへ導入可能である。この可燃物は、被燃焼材の中に存在することが可能であり、被燃焼材と一緒に燃焼チャンバー内へ導入可能である。また、可燃物は、制御された導入と燃焼チャンバー内への被燃焼材と一緒の導入の組み合わせによって、燃焼チャンバー内へ導入可能である。
有利には、燃焼チャンバー内へ注入された主酸化剤の注入流量は、検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、および検出された炎の強さが予め決められた上限より高いときに燃焼チャンバー内へ注入された主酸化剤の流量が増加された場合、に減少される。
酸化することができるＣＯのような材料の煙霧内における存在は、排気ダクトの内部の燃焼の強さ／炎の強さを示す信号を返す炎検出器を介して、稀釈酸化剤を伴うそれらの燃焼の強度によって検出され：（ａ）高い強度は、放出された煙霧中に酸化可能な材料が多く存在することのサインであり、および（ｂ）低い強度は、放出された煙霧中に酸化可能な材料が少なく存在することのサインである。
従って、本発明は、煙霧中に酸化することができる材料が存在するレベルを決定することができ、燃焼エリアの燃焼の調節のリアルタイムでの修正を与えることができる。
予め決められた上限および下限は、既に説明したように、燃焼チャンバーの燃焼プロセスの性質に従って設定される。この燃焼プロセスが燃焼チャンバー内における可燃物の完全な燃焼を意図する場合、予め決められた下限は非常に低いが０より高い。これにより、主酸化剤の注入流量が燃焼チャンバー内における燃焼プロセスには過度でなく低すぎないことが保証される。
本発明は、特に、燃焼チャンバー内へ注入される主酸化剤の流量、および、後に説明するように、随意に、燃料の流量の調節のリアルタイムの適応によって、炉（典型的な場合として再利用炉）内で燃焼される可燃物の含有量、可燃物の質、および／或いは、その燃焼チャンバー内における放出についての不完全な認知を補うことを可能にする。
本発明の他の利点は、安く、用いることが簡単な炎の強さ検出器によって、道具を与えられることができるということである。
ある燃焼プロセスでは、放出された煙霧内で酸化可能な材料の含有量は、頻繁ではあるがしばしば短期間での変化を有することができる。１つの実施例によれば、排気ダクトの内部における炎の強さは、予め決められた期間Δｔ１およびΔｔ２の間に検出される。検出された炎の強さが予め決められた期間Δｔ１の間に下限より低いままだった場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量が減少される。同様に、検出された炎の強さが予め決められた期間Δｔ２の間に上限より高いままだった場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量が増加される。したがって、燃焼プロセスにおける過度の揺らぎは回避される。他の可能性は、（ａ）予め決められた期間Δｔ１の間に検出された炎の強さの平均値が下限より低い場合に、燃焼チャンバーの中への主酸化剤の注入流量を減少すること、および（ｂ）予め決められた期間Δｔ２の間に検出された炎の強さの平均値が上限より高い場合に、燃焼チャンバーの中への主酸化剤の注入流量を増加することである。実際には、予め決められた期間Δｔ１およびΔｔ２は典型的に同一である。
１つの実施例によれば、主酸化剤および可燃物が調節された流量で燃焼チャンバー内へ注入され、可燃物が燃焼チャンバー内で主酸化剤とともに燃やされて、熱エネルギーおよび６００℃より高い温度の煙霧を燃焼チャンバー内で製造し、この製造された煙霧が排気ダクトによって燃焼チャンバーから放出される。既に述べた通り、この放出された煙霧は、酸化可能な残留物質を含むことができる。排気ダクトは、燃焼チャンバーより下流に稀釈酸化剤のための入口を備えている。煙霧から酸化可能な残留物質は、希釈酸化剤と一緒に燃やされて、稀釈酸化剤のための入口のレベルで、排気ダクトの内部で炎を得る。本発明によると、排気ダクトの内部の炎の強さが検出されて、この検出された炎の強さに基づいて、燃焼エリア内への主酸化剤の注入流量が調節される。
また、検出された炎の強さに基づいて、燃焼チャンバーの中への主酸化剤の注入流量および可燃物の注入流量を調節することも可能である。
有利には、排気ダクトの内部で検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合が減少され、検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合が増加される。
特に、（ａ）検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ１の間中、下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を減少すること、および（ｂ）排気ダクトの内部で検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ２の間中、上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を増加すること、が可能である。また、（ａ）予め決められた期間Δｔ１の間に排気ダクトの内部で検出された炎の強さの平均値が下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を減少すること、および（ｂ）予め決められた期間Δｔ２の間に検出された炎の強さの平均値が上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を増加すること、も可能である。
燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合は、可燃物の予め決められた注入流量に関する主酸化剤の注入流量を変えることによって、或いは（ａ）主酸化剤の注入流量、および（ｂ）可燃物の注入流量を変えることによって、変更可能である。しかしながら、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量が、しばしば、燃焼チャンバー内における熱エネルギーの要求に応じて調節されることに注目されるべきである。
１つの実施例によれば、燃焼チャンバーは、主酸化剤の調節された流量の注入のための少なくとも１つのランスを備えている。また、燃焼チャンバーは、主酸化剤の調節された流量および可燃物の調節された流量の注入のための少なくとも１つのバーナーを備えることもできる。また、燃焼チャンバーは、少なくとも１つのそのようなランスおよび少なくとも１つのそのようなバーナーを有することもできる。
このプロセスは、バッチプロセス、半バッチプロセス、あるいは連続的な供給プロセスであることができる。
燃焼チャンバーは、アーク炉、回転炉、固定された溶鉱炉、再加熱炉、ボイラー、あるいは煙霧の流出物のための次の燃焼チャンバーなどの燃焼チャンバーであることができる。
このプロセスは、溶解或いはガラス化のためのプロセス、または、特に、スクラップ金属の二次的な溶解のためのプロセス、固体、液体、あるいは煙霧状の廃棄物の燃焼のためのプロセス、煙霧状の流出物の次の燃焼のためのプロセス、あるいは冶金学製品の再加熱のような再加熱のためのプロセスなどであることができる。
稀釈酸化剤の入口は、典型的には、排気ダクト（エアギャップ）の中への大気の入口であるが、酸素でリッチにされた空気あるいは酸素のための注入器のような酸化剤のための注入器であることもできる。
炎検出器は、有利には、光学検出器であり、特に、紫外線検出器、赤外線検出器、および可視光線検出器の中から選択された光学検出器である。この検出器は、好ましくは、赤外線検出器あるいは紫外線検出器である。
燃焼による干渉を避けるため、燃焼チャンバー内部で起きる主な燃焼として知られており、炎は排気ダクトの内部で、好ましくは、主な燃焼から保護された位置で検出される。
主なチャンバーから排気ダクト内部の検出の領域を良好に分けるため、排気ダクトは曲がり部を備えることができる。そして、炎の検出は、好ましくは、この曲がり部より下流で実施する。稀釈酸化剤のための入口は、有利には、直ちに上流に位置されており、或いは、曲がり部より下流に位置されており、炉内で酸化可能な材料の希釈酸化剤と一緒の燃焼によって発生された炎は、少なくとも主に曲がり部の下流で生じる。
炉が主な燃焼と炎検出器との間の干渉を防ぐ幾何学的構造を有する場合、あるいは、炉が主な燃焼と炎検出器との間にスクリーンを形成する構成要素を有する場合、このタイプの曲がり部は必要ではない。
また、本発明は、上述したプロセスの履行のためデザインされた燃料燃焼炉にも関する。
したがって、本発明は、燃焼チャンバー、この燃焼チャンバー内への調節された流量での主酸化剤の注入のための手段、およびこの燃焼チャンバーからの煙霧の放出のためのダクトを有する燃料燃焼チャンバーに特に関係する。この排気ダクトは、燃焼チャンバーより下流に稀釈酸化剤のための入口を有する。また、発明によるところの燃料燃焼炉は、さらに、稀釈酸化剤のための入口のレベルで排気ダクト内における炎の強さを検出するための検出器を有する。この検出器は、主な燃焼が、検出された炎の強さを無効にするのを防ぐように、位置決めおよび指向されている。
特に、排気ダクトは、以前に述べられるような曲がり部を有することができる。本発明によるところのプロセスを参照すると、炎検出器は、好ましくは、この曲がり部より下流に位置される。有利には、稀釈酸化剤のための入口は、排気ダクトの曲がり部より直ちに上流、あるいは下流に配置される。
有利には、炉は、検出器および主酸化剤の注入のための手段へ接続された制御ユニットを有する。この制御ユニットは：
・検出器によって検出された排気ダクト内部の炎の強さを予め決められた下限および予め決められた上限と比較し、
・検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合に、主酸化剤の注入のための手段によって、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量を減少し、
・検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合に、主酸化剤の注入のための手段によって、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量を増加するようにプログラムされている。
特に、この制御ユニットは：
・予め決められた期間Δｔ１に検出された炎の強さが下限より低い場合、および／或いは予め決められた期間Δｔ１の間の検出された炎の強さの平均値が予め決められた期間Δｔ１のための下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量を減少し、
・予め決められた期間Δｔ２に検出された炎の強さが上限より高い場合、および／或いは予め決められた期間Δｔ２の間の検出された炎の強さの平均値が予め決められた期間Δｔ２のための上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量を増加するようにプログラムされることができる。
発明によるところの炉は、調節された流量で燃焼チャンバー内へ可燃物を注入するための手段をさらに有することもできる。
この場合、燃料燃焼炉は、好ましくは、（ａ）検出器、（ｂ）主酸化剤を燃焼チャンバー内へ注入するための手段、および（ｃ）可燃物を燃焼チャンバー内へ注入するための手段へ接続された制御ユニットを有する。この制御ユニットは、（ｉ）検出器によって検出された排気ダクト内部の炎の強さを予め決められた下限および予め決められた上限と比較し、（ｉｉ）検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を減少し、（ｉｉｉ）検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を増加するようにプログラムされている。
好ましい実施例によれば、制御ユニットは：
・排気ダクトの内部で検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ１の間中、下限より低い場合、および／或いは予め決められた期間Δｔ１の間の検出された炎の強さの平均値が下限より低い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を減少し、
・検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ２の間中、上限より高い場合、および／或いは予め決められた期間Δｔ２の間の検出された炎の強さの平均値が上限より高い場合、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を増加するようにプログラムされている。
燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入流量と、燃焼チャンバー内への可燃物の注入流量と、の間の割合を変えるため、制御ユニットは、有利には、可燃物の注入流量に応じて主酸化剤の注入流量を変える。しかしながら、制御ユニットは、主酸化剤の注入流量および可燃物の注入流量を調節することによって、主酸化剤の注入流量と可燃物の注入流量との間の割合を変えることも可能である。この場合、制御ユニットは、例えば、炎の強さが予め決められた下限より低い場合には、主酸化剤の注入流量を変えないまま可燃物の注入流量を増加させることにより、主酸化剤の注入流量と可燃物の注入流量との間の割合を減少することができる。
炉の主酸化剤の注入のための手段は、燃焼チャンバー内への主酸化剤の注入のための１つあるいは複数のランスを有することができる。
炉の可燃物の注入のための手段は、燃焼チャンバー内への可燃物の注入のための１つあるいは複数のランスを有することができる。
炉は、燃焼チャンバー内への可燃物の注入および主酸化剤の注入のための１つあるいは複数のバーナーを有することができる。このタイプのバーナーは、第１に、主酸化剤の炉内への注入のための手段の一部を形成し、第２に、炉内への可燃物の注入のための手段の一部を形成する。
本発明によるところの炉は、バッチプロセスのための炉、半バッチプロセスのための炉、あるいは連続的なプロセスのための炉であることができる。
特に、炉は、アーク炉、回転炉、固定された溶鉱炉、冶金学製品のための再加熱炉のような再加熱炉、ボイラー、あるいは煙霧状の流出物のための次の燃焼チャンバーなどであることができる。
炉は、溶解或いはガラス化のためのであることができ、または、特に、スクラップ金属のための二次的な溶鉱炉、あるいは固体、液体、あるいは煙霧状の廃棄物のための焼却炉などであることができる。
稀釈酸化剤のための入口は、典型的には、排気ダクト（エアギャップ）の中への大気のための入口であるが、酸素でリッチにされた空気或いは酸素注入器でリッチにされた注入器のような酸化剤のための注入器であることも可能である。
炎検出器は、好ましくは、光学検出器であり、特に、紫外線検出器、赤外線検出器、および可視光線検出器の中から選択された光学検出器である。
燃焼チャンバー内に注入された可燃物は、煙霧状、液体状、或いは固体状の燃料（例えば：天然ガス、液体燃料、プロパン、バイオ燃料、微紛炭）であることができ、あるいはいくつかの燃料の組み合わせであることができる。この可燃物は、被燃焼材と一緒に燃焼チャンバー内へ導入された可燃物に加えて注入されることができ、被燃焼材が燃焼チャンバー内へ導入される前に、被燃焼材と一緒に混合されることができ、および／或いは被燃焼材の本質的な部分を形成できる。
主酸化剤は、空気、酸素でリッチにされた空気、純粋な酸素（定義によって体積比８８％から１００％の酸素含有量を有する酸素）、あるいは酸素とリサイクルされた煙霧との混合物であることができる。後者（酸素でリッチにされた空気、または、特に、純粋な酸素、あるいは酸素とリサイクルされた煙霧との混合物）の場合、煙霧の減少された体積および燃料の消費の利益がある。
本発明は、金属の二次的な溶解のために使用される燃料燃焼炉に特に役立つ。二次的な溶解は、リサイクルされた材料、或いは主要な冶金学（例えば：溶鉱炉から得られる鋳鉄）から得られる材料の溶解を意味する。
考えられる金属は、例えば：燃料燃焼炉の中で溶解可能な、鋳鉄、鉛、アルミニウム、銅、あるいは他のあらゆる金属である。
また、金属被燃焼材が、炭素を高い割合で含む可燃物（プラスチック、コークスなど）と混合されて、炉内に投入されることもできる。これらの可燃物は、金属被燃焼材（例えばアルミニウムのリサイクルの場合）中に存在することができ、および／或いは溶解プロセスの要求（例えば鉛のリサイクルのための脱酸素反応の場合）のため被燃焼材へ計画的に加えられる。
本発明とその利点は、この発明によるところの燃料燃焼溶鉱炉を概略的に示す図１を参照して示した実施例からより明白に明らかになるであろう。
この炉は、特に、１５ｔのキャパシティーを有する燃焼チャンバー２を伴う鉛の二次的な溶解のための回転炉である。
この炉は、燃焼チャンバー２内で炎１１を生成する、天然ガス／酸素バーナー２４を備えている。バーナー２４の力および天然ガスに対する酸素の割合は、以下に記述されるように、加熱サイクルの進行に従って、炉の自動制御（酸素流量調節器１５および天然ガス流量調節器１７に接続された制御装置２０）によって制御される。
被燃焼材３０は、砕かれた自動車両のバッテリーから得られた鉛廃棄物によって構成される。この鉛の重要な部分は、酸化鉛（ＰｂＯ、ＰｂＯ２など）および硫酸鉛（ＰｂＳＯ４など）の「ペースト」の形をしている。この金属被燃焼材には、酸素の減少のために必要な材料が追加される。この追加された材料は、（炭素の高い含有量を有する）コークスによって部分的に構成され、さらに、「反応物」として知られている。
鉛を再利用するプロセスは、被燃焼材３０を加熱する工程、そして、硫酸鉛の中にある硫黄および不純物を固定するスラグおよび液体鉛４を得るために被燃焼材を反応物に接触させて熱くしておく工程から成る。
炉は不連続的に機能する。燃焼チャンバー２には、各サイクルの初めに被燃焼材が投入される。そして、バーナー２４が点火され、その力が制御装置２０によって調整され、被燃焼材の温度が経験的に決定された加熱サイクルの結果として起こる。
加熱ステップの間、固体の被燃焼材３０の中にある炭素の実質的部分は、バーナー２４によって生産された熱い煙霧によって実質的に構成される回転式の燃焼チャンバー２の雰囲気と反応する。
この反応は、煙霧の一部と被燃焼材の炭素の一部との間に結果として起こる反応からＣＯとＨ２を生産する。それらのメカニズムは、以下のように概略的に示されることができる：
ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ
Ｈ２Ｏ＋Ｃ→Ｈ２＋ＣＯ
チャンバー２の雰囲気中でＣＯの形成を制限するため、チャンバー２に過剰な酸素を注入するように、あらかじめバーナー２４を調節することが可能である。しかしながら、固体の被燃焼材３０の中にある炭素と炉の雰囲気との反応のレベルは、リサイクルされるバッチの出どころに従って変わる被燃焼材の構成のように、プロセスの異なるパラメータによって変わる。
１５ｔの被燃焼材については、バーナー２４の力は、加熱サイクルの進行に従って、例えば、１〜１．５ＭＷの間で調節されるだろう。サイクルの中頃に、バーナーは、例えば、次の流量で、１．３ＭＷの力に調節される：
・天然ガス１３０Ｎｍ３／ｈ
・純粋な酸素２７０Ｎｍ３／ｈ
チャンバー２から放出された煙霧６の分解は、以下の組成を示す：
・ＣＯ２：５６％／ＣＯ：２５％／Ｈ２：４％／残りＮ２
煙霧のＣＯおよびＨ２は、チャンバー２の下流および近くの曲がり部を有する煙道１３の内部の炎１２の中の稀釈空気と一緒に燃える。この稀釈空気は、この目的のため曲がり部より下流に設けられた開口１４を介して煙道１３内へ入る大気である。この稀釈空気は、ＣＯのＣＯ２への燃焼を許容し、または煙霧の放出より先に起こるろ過（図示せず）の前に煙霧の冷却を許容する。煙霧６内におけるＣＯの過度に高いレベルは、いくつかの不利益を有する：
・煙道１３内におけるＣＯの不完全な燃焼、およびそれにともなう煙道１３中の残余のＣＯの放出；
・下流側のフィルター（図示せず）内への煙霧の通過を許容しない、煙道１３内における煙霧の温度の非常に重大な増加、従って、ろ過および環境基準に応じるようにするため、バーナー２４の力の強制的な低下を生じさせて、或いは安全温度でのバーナー２４の停止もできるようにし；
・反応ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯおよびＨ２Ｏ＋Ｃ→Ｈ２＋ＣＯが吸熱を伴うことから、燃料の過剰な消費、そしてそれにともなう、炉内におけるエネルギー効率の低下。
Ｄｕｒａｇ社によって売られているレンジ（range）Ｄ−ＬＸ１００からＵＶ検出器１０による、炉からの出口５のちょうど後ろで混合物ＣＯ＋Ｈ２と希釈空気との燃焼からの炎１２の強さの発明によるところの検出は、天然ガスに対する酸素の割合で作用するバーナー２４の調節を修正できるようにする。この目的のため、この検出器１０は、検出した炎の強さに応じた信号を制御装置２０へ送信する。
煙道１３の曲がり部、およびこの曲がり部に関するＵＶ検出器１０の配置は、燃焼チャンバ−２の内部の燃焼のＵＶ放射の影響を受けることなく、ＵＶ検出器１０が煙道１３の内部の炎１２の強さだけを検出することを保証する。
特に、煙道１３内のこの燃焼の強さが経験的に予め決められた上限を超える場合、本発明は、例えば、以下のことを可能にする：
・酸素流量調節器１５によって、酸素の流量を３４０Ｎｍ３／ｈへ増加し、そして天然ガスの流量を変えずに１３０Ｎｍ３／ｈで維持する；
・燃料流量調節器１７によって、燃料の流量を９５Ｎｍ３／ｈまで減少し、そして酸素の流量を変えずに２７０Ｎｍ３／ｈで維持する；
・調節器１５によって酸素の流量を３００Ｎｍ３／ｈへ増加させることにより、および調節器１７によって天然ガスの流量を１１０Ｎｍ３／ｈへ減らすことにより、２つの流量を調整する。
３つのケースでは、バーナー２４は、初期の調節に関して７０Ｎｍ３／ｈ超過の酸素を注入する。この酸素の超過は、炉２の内部の燃焼のため、被燃焼材によって放出された可燃物を入手できる。
被燃焼材によって放出されてさらにサイクルの発展へ与えられた可燃物の流量が減少するやいなや、煙道１３内におけるＣＯおよびＨ２の燃焼の強さが減少し、そして検出器１０によって検出される炎１２の強さも減少する。
そして、バーナー２４の酸素および天然ガスの流量を、初期の或いは予め決められた基礎的な流量へ次第に減少することができ、さらに、天然ガスに対する酸素の割合を減少することが可能である。
天然ガスに対する酸素の割合のこのような調節は、煙道１３内における煙霧の後の燃焼の強さ（検出された炎１２の強さ）に従って、ダイナミックに実行される。
従って、炉２のエネルギー効率は、著しく改善され、煙霧の効率的な処理、および、特に、煙霧のろ過が、保証される。

Claims (15)

  1. 燃焼チャンバー（２）を有する燃料燃焼炉の操作方法であって、
    主酸化剤を調節された流量で上記燃焼チャンバー（２）内へ注入し、
    可燃物を上記燃焼チャンバー（２）内で上記主酸化剤とともに燃やし、熱エネルギーおよび６００℃より高い温度の煙霧（６）を上記燃焼チャンバー内で製造し、
    この製造された煙霧（６）を排気ダクト（１３）によって上記燃焼チャンバー（２）から放出し、この放出煙霧（６）は酸化可能な残留物質を含むことができるもので、上記排気ダクト（１３）が上記燃焼チャンバー（２）より下流に稀釈酸化剤のための入口（１４）を備え、
    酸化可能な上記残留物質が、稀釈酸化剤のための上記入口（１４）のレベルで、上記排気ダクト（１３）の内部で炎（１２）によって、上記稀釈酸化剤と一緒に燃やされる方法において、
    上記排気ダクト（１３）の内部の上記炎の強さを検出し、
    この検出された炎の強さに基づいて、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量を調節する、
    ことを特徴とする方法。
  2. 上記検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量を減少し、
    上記検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量を増加する、
    請求項１に記載された方法。
  3. 上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ１の間中、下限より低い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ１の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量を減少し、
    上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ２の間中、上限より高い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ２の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量を増加する、
    請求項１に記載された方法。
  4. 燃焼チャンバー（２）を有する燃料燃焼炉の操作方法であって、
    主酸化剤および可燃物を調節された流量で上記燃焼チャンバー（２）内へ注入し、
    上記可燃物を上記燃焼チャンバー（２）内で上記主酸化剤とともに燃やして、熱エネルギーおよび６００℃より高い温度の煙霧（６）を上記燃焼チャンバー（２）内で製造し、
    この製造された煙霧（６）を排気ダクト（１３）によって上記燃焼チャンバー（２）から放出し、この放出された煙霧（６）が酸化可能な残留物質を含むことができるもので、上記排気ダクト（１３）が上記燃焼チャンバー（２）より下流に稀釈酸化剤のための入口（１４）を備え、
    酸化可能な上記残留物質が、稀釈酸化剤のための上記入口（１４）のレベルで、上記排気ダクト（１３）の内部で炎（１２）によって、上記稀釈酸化剤と一緒に燃やされる方法において、
    上記排気ダクト（１３）の内部の上記炎の強さを検出し、
    この検出された炎の強さに基づいて、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の注入流量、および、随意に、可燃物の注入流量を調節する、
    ことを特徴とする方法。
  5. 上記検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を減少し、
    上記検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を増加する、
    請求項４に記載された方法。
  6. 上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ１の間中、上記下限より低い場合、或いは予め決められた期間Δｔ１の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を減少し、
    上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ２の間中、上記上限より高い場合、或いは予め決められた期間Δｔ２の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を増加する、
    請求項５に記載された方法。
  7. 上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量は、上記燃焼チャンバー（２）内における熱エネルギーの必要量に応じて変化される、
    請求項５および６のいずれかに記載された方法。
  8. 上記炎の強さは、光学検出器によって、好ましくは、紫外線の検出器、赤外線の検出器、および可視光線の検出器の中から選択された光学検出器によって、決められる、
    前述の請求項のいずれか１つに記載された方法。
  9. 燃焼チャンバー（２）と、
    上記燃焼チャンバー（２）内への調節された流量での主酸化剤の注入のための手段（１５、２４）と、
    上記燃焼チャンバー（２）より下流で希釈酸化剤のための入口（１４）を有し、上記燃焼チャンバー（２）から煙霧を放出するためのダクト（１３）と、を有し、
    上記希釈酸化剤の上記入口（１４）のレベルで上記排気ダクト（１３）の内部の炎の強さを検出する検出器（１０）をさらに有する、
    ことを特徴とする燃料燃焼炉。
  10. （ａ）上記検出器（１０）、および（ｂ）上記主酸化剤の注入のための手段（１５、２４）へ接続された制御ユニット（２０）をさらに有し、
    上記制御ユニット（２０）は、
    上記検出器（１０）によって検出された上記炎の強さを予め決められた下限および予め決められた上限と比較し、
    検出された炎の強さが上記予め決められた下限より低い場合、上記主酸化剤の注入のための手段（１５、２４）によって、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量を減少し、
    検出された炎の強さが上記予め決められた上限より高い場合、上記主酸化剤の注入のための手段（１５、２４）によって、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量を増加するようにプログラムされている、
    請求項９に記載された燃料燃焼炉。
  11. 上記制御ユニット（２０）は、
    予め決められた期間Δｔ１に検出された炎の強さが上記下限より低い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ１の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量を減少し、
    予め決められた期間Δｔ２に検出された炎の強さが上記上限より高い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ２の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量を増加するようにプログラムされている、
    請求項１０に記載された燃料燃焼炉。
  12. 調節された流量で上記燃焼チャンバー（２）内へ可燃物を注入するための手段（１７、２４）をさらに有する、
    請求項９に記載された燃料燃焼炉。
  13. （ａ）上記検出器（１０）、（ｂ）上記主酸化剤の注入のための手段（１５、２４）、および（ｃ）可燃物の注入のための手段（１７、２４）へ接続された制御ユニット（２０）をさらに有し、
    上記制御ユニット（２０）は、
    上記検出器（１０）によって検出された上記炎の強さを予め決められた下限および予め決められた上限と比較し、
    検出された炎の強さが予め決められた下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を減少し、
    検出された炎の強さが予め決められた上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を増加するようにプログラムされている、
    請求項１２に記載された燃料燃焼炉。
  14. 上記制御ユニット（２０）は、
    上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ１の間中、上記下限より低い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ１の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記下限より低い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を減少し、
    上記検出された炎の強さが、予め決められた期間Δｔ２の間中、上記上限より高い場合、或いは上記予め決められた期間Δｔ２の間の上記検出された炎の強さの平均値が上記上限より高い場合、上記燃焼チャンバー（２）内への上記主酸化剤の上記注入流量と、上記燃焼チャンバー（２）内への可燃物の上記注入流量と、の間の割合を増加するようにプログラムされている、
    請求項１３に記載された燃料燃焼炉。
  15. 上記炎の検出器（１０）は、複数の光学検出器の中から選択され、好ましくは、紫外線の検出器、赤外線の検出器、および可視光線の検出器の中から選択される、
    請求項９から１４のいずれか１つに記載された燃料燃焼炉。
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