JP7102387B2 - 炉の上流で流体を予熱することを含むバッチ炉の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は炉から排出される煙道ガスとの熱交換による炉の上流の流体の予熱に関する。

（ａ）最初に煙道ガスは再生器を加熱するように再生器を通して送られる、および（ｂ）次いで燃焼用空気は再生器を通過し、したがって加熱されることによって加熱される、を交互に操作しながら再生器によって炉の上流で燃焼用空気を予熱するために排出された煙道ガス中に存在する熱を使用することが知られている。したがって、排出された煙道ガスおよび燃焼用空気は再生器内の同じ容積を通過するが、異なる時間に通過する。安全上の理由から、熱い煙道ガスと加熱されるべき流体とが同じ容積を通過するそのような方法は、燃料または酸素に富む酸化剤を予熱するのに適していない。

排出された煙道ガスと加熱されるべき流体とが別々の回路を循環する１つまたは複数の熱交換器（しばしば復熱装置と呼ばれる）内での排出された煙道ガスとの熱交換によって炉の上流で燃焼酸化剤および／または燃料を予熱することも知られている。その場合、煙道ガスと流体との間の直接的な接触を避けるために、予熱されるべき流体の回路と排出された煙道ガスの回路との間の漏れ止め性を確実にすることが必要である。本文脈において、「熱交換（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｃｈａｎｇｅ）」または「熱交換（ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ）」という表現は、高温流体と加熱されるべき流体とが２つの流体間で混合することも直接接触することもなく別々の回路内を循環するようなプロセスを指す。

直接熱交換と間接熱交換は区別される。

直接熱交換の間、加熱されるべき流体をより暖かい流体から分離する壁を通しての熱交換によって、流体はより暖かい流体により加熱される。

間接熱交換は、中間流体を介した２つの直接交換ステップにおける熱交換を意味するように理解される。

Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ社は、予熱されるべき流体と炉から排出される煙道ガスとの間の間接的な熱交換によって高酸素含有量の酸化剤を予熱する場合に特に信頼性があり好適であるような予熱技術を開発しそして工業化した。したがって、Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ社の予熱技術においては、
・中間流体は、第１ステップで第１の壁を通して煙道ガスと直接熱交換することによって加熱され、
・第２ステップにおいて、第２の壁を通して第１ステップで加熱された中間流体との直接熱交換によって燃焼酸素が（適切であれば燃料も）予熱される。

そのような技術は、特に国際公開第２００６／０５４０１５号パンフレットに記載されている。この技術は、酸素および／または燃料を所望の温度まで予熱するために十分な量の高温煙道ガスの流れを連続的に発生させる炉の場合にかなりの効率の向上を可能にする。

安全上の理由から、様々な回路間の漏れを回避することが重要である。そのような漏れは、熱衝撃、特に熱交換器の壁および接合部を弱める可能性がある急激で繰り返される温度の変化から生じる可能性がある。

工業用炉から排出される煙道ガスは、６００℃から１５５０℃の間の温度に容易に達する可能性がある。それゆえ、熱交換器をゆっくりそして徐々にそれらの動作温度にすること、すなわち、熱交換器の様々な部分をそれらが流体の予熱の間に有し得る温度まで徐々にもっていくことが必要である。

同様に、炉内で燃焼が停止したとき、および炉から高温煙道ガスがもはや排出されないときには交換器を徐々に周囲温度にする必要がある。

熱交換器のそのような加熱および冷却は、かなりの時間を要する可能性がある。

産業界では、連続炉およびバッチ炉が区別される。

連続炉は１回の連続運転全体を通して継続的に加熱され、それは数ヶ月あるいは数年続くことさえある。

一方、バッチ炉の運転は、以下の加熱ステップおよび停止ステップの反復サイクルによって特徴付けられる：
ａ）加熱ステップの間、炉は、酸化剤と燃料の燃焼によって加熱され、熱および高温煙道ガスの発生を伴い、前記高温煙道ガスは次いで排気管によって炉から除去される。
ｂ）停止ステップの間、炉内での酸化剤と燃料の燃焼および排気管を通る炉からの高温煙道ガスの排出が中断される。

高温煙道ガスの発生のある期間とない期間とがこのように交互になることは、１つまたは複数の交換器内における排出された煙道ガスとの熱交換による燃焼試薬の予熱の既知の方法をバッチ炉での実施に不適切にする。それというのも、それらは、特に排出される煙道ガスをそれぞれ加熱すべき流体からまたは中間流体から分離する壁において、強く、突然で、繰り返される温度の変動をもたらすからである。

本発明の目的は、バッチ炉に適した間接予熱技術を提供することである。本発明の目的は、より詳細には、排出された煙道ガスからの確実で効率的な熱の回収を、バッチ炉向けに間接予熱技術を用いて可能にすることである。

この目的のために、本発明は、上記の間接予熱技術が実施される加熱ステップを含む炉の運転方法を提案する。したがって、加熱ステップの間、
（ａ）燃料および酸化剤が炉に供給され、炉は熱および燃焼煙道ガスの発生を伴う燃料の酸化剤による燃焼によって加熱され、煙道ガスはダクトを介して炉から排出される。
（ｂ）
・液体または気体媒体の流量Ｄｍ（＞０）をチャンバに導入することによって、および、加熱媒体が得られ、第１の壁は「動作温度」と呼ばれる温度を有する、チャンバ内の媒体をダクト内の煙道ガスから分離する第１の壁を通したダクト内の煙道ガスとの熱交換によって前記媒体を加熱することによって、および
・少なくとも１つの導管内の流体をチャンバ内の加熱された媒体から分離する第２の壁を通したチャンバ内の加熱された媒体との熱交換によって流体を予熱するために、少なくとも１つの導管へ予熱されるべき流体の流量Ｄｆ（＞０）を導入することによって、
燃料および酸化剤から選択された少なくとも１種類の流体が、炉から排出される煙道ガスによって炉の上流で予熱される。

炉の運転方法は、上述の加熱ステップ、それに続く停止ステップおよび再始動ステップとの繰り返しサイクルを含み、再始動ステップは停止ステップおよび次の加熱ステップの間を橋渡しする。

停止ステップの間、
・炉への燃料および酸化剤の供給、および炉内での酸化剤との燃料の燃焼が中断され、むろん炉からダクトを通した煙道ガスの排出も中断される。

本発明によれば、各停止ステップの開始から、すなわち炉内での燃料の燃焼が停止されると、および停止ステップ全体を通して、チャンバ内の媒体の流量Ｄｍは少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも９０％減少される。チャンバ内の媒体の流量Ｄｍは、各停止ステップの開始から特に停止されてもよい（Ｄｍ＝０）。そのようにして、ダクト内の排出された煙道ガスを中間流体から分離する壁（第１の壁）の冷却を遅くするかさらには制限することによって、この第１の壁の熱衝撃は各停止ステップの開始時に回避される。

同様に本発明によれば、酸化剤との燃料の炉内での燃焼およびダクトを介した煙道ガスの排出は、再始動ステップの開始時に再始動する。チャンバ内の媒体の流量Ｄｍは、制御された方法で同時に増加され、次に、第１の壁が次の加熱ステップの開始時に動作温度に達するまで、ダクト内の排出された煙道ガスをチャンバ内の中間流体から分離する壁（第１の壁）の加熱速度を制限するように調整される。

第１の壁の冷却速度Ｖ_Ｔ↓および加熱速度Ｖ_Ｔ↑は、

として定義され、Ｋ／ｓで表される。

第１の壁における熱交換器の熱脆化を回避するために、冷却速度Ｖ_Ｔ↓および加熱速度Ｖ_Ｔ↑はそれぞれの上限Ｖ_{Ｔ↓ｍａｘ}およびＶ_{Ｔ↑ｍａｘ}を超えてはならない。前記上限Ｖ_{Ｔ↓ｍａｘ}およびＶ_{Ｔ↑ｍａｘ}は同じでも異なってもよい（絶対値として）。それらは、第１の壁を形成する材料ならびに第１の壁を熱交換器の残りの部分に接続する接続部（例えば溶接部）に依存する。確かに、特定の材料または材料の組み合わせは他のものよりも温度変化によく耐える。

停止および再始動ステップの間、中間流体の流量Ｄｍを上述のように調節することによって、停止ステップの間、第１の壁の冷却を制限および遅らせて、Ｖ_Ｔ↓がＶ_{Ｔ↓ｍａｘ}を超えないようにすることが可能であり、およびまた、第１の壁がその動作温度に達するのに必要な時間を制限しながらＶ_{Ｔ↑ｍａｘ}を超えないよう第１の壁の加熱速度Ｖ_Ｔ↑を制限することが可能である。したがって、本発明は、熱交換器（の第１の壁）の必然的に制御される加熱に関連する時間損失を制限しながら、バッチ炉の設備内の排出された煙道ガス中に存在する熱で燃料または燃料酸化剤を予熱するというエネルギー的な利点から安全に利益を得ることを可能にする。

再始動ステップ中の中間流体の流量Ｄｍの変化を選択するために使用される基準は、前記加熱速度の上限Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}を尊重しながら、第１の壁の高い加熱速度Ｖ_Ｔ↑を達成することである。

第１の壁が熱衝撃をかなり感じやすい場合、すなわち、Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}が比較的低い場合、および／または炉から排出される煙道ガスの温度が高いレベルに達した場合（これは第１の壁の温度が急激に上昇するという重大な危険をもたらす）、再始動ステップ中に、加熱ステップの開始時の中間流体の流量Ｄｍを超えるレベルまで中間流体の流量Ｄｍを上昇させてから、次の加熱ステップの開始時に後者のレベルまで流量Ｄｍを減少させることが可能である。

他方で、第１の壁の熱的弱化の危険性が比較的低い、Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}が比較的高い、および／または排気される煙道ガスの温度が比較的低い場合、Ｄｍは、再始動ステップの間、加熱ステップの開始時の流量Ｄｍ未満に保たれてもよい。

加熱ステップの間、第１の壁は典型的には排出される煙道ガスの流れ方向に温度プロファイルを有することに留意されたい。本文脈で使用される場合「動作温度」という用語は、基準点として選択された第１の壁の特定の位置における壁の温度を指す。

第１の実施形態によれば、流量Ｄｍは所定の関数にしたがって再始動ステップ中に変更される。この関数は、実験的にまたは計算（エネルギー収支）によって予め決定することができる。

別の実施形態によれば、第１の壁の温度の勾配（経時変化）が（例えば熱電対により）検出され、流量Ｄｍは第１の壁の加熱速度Ｖ_Ｔ↑の関数として調整され、したがって上述の基準を尊重しながら決定される。

加熱ステップは、炉内のフィードストックを熱処理するステップ、例えば、炉内に存在するフィードストックを溶融または再加熱するステップであり得る。

停止ステップは、炉を（完全にまたは部分的に）空にして（熱処理後のフィードストックの排出）、次いで新しいフィードストックを炉に（完全にまたは部分的に）導入するステップを含み得る。

既に述べたように、炉から排出される高温の煙道ガスと直接接触していない第２の壁は、より小さな温度変化にさらされる。したがって炉の運転中のこの第２の壁の温度変化の調節は一般的にそれほど重要ではない。

しかしながら、特に再始動ステップの間に、この再始動ステップの間に、流体の少なくとも一部を、流体のこの少なくとも一部が上に記載した予熱装置の少なくとも１つの導管を通過することなく直接炉に供給することによって、第２の壁の温度変化を制限することおよび／またはより緩やかにすることが可能である。１つの可能な実施形態によれば、再始動ステップ中に炉に供給される流体は、２つの部分、すなわち第１の部分と第２部分とに分けられる。流体の第１の部分は、前記流体専用の少なくとも１つの導管を通過せずに直接炉に供給される。流体の第２の部分は、少なくとも１つの導管を通過した後に炉に供給される。チャンバ内の媒体と第２の壁を通る流体との間の熱交換は、流体の第２の部分に限定される。有利には、流体の（ａ）第２の部分と（ｂ）流体の第１の部分と第２の部分の合計（すなわち、炉に供給される流体の全流量）との間の比は開始ステップの間増加する。好ましくは、再始動ステップの終わりに、流体の第２の部分は、再始動ステップに続く加熱ステップの始めに炉に供給される予熱された流体の流量に対応する。このように、少なくとも再始動ステップの始めの間に少なくとも１つの導管を通過する流体の量を制限することによって、第２の壁の温度変動（冷却および再加熱）は減少し、再始動ステップの間、より緩やかになる。１つの特定の実施形態によれば、第２の部分は再起動ステップの開始時にゼロに等しい。言い換えれば、炉に供給される全ての流体は予熱装置の少なくとも１つの導管を迂回する。再始動ステップの終わりに、第１の部分は有利にはゼロに等しく、すなわち炉に供給される全ての流体は炉の上流で予熱装置の少なくとも１つの導管を通過する。

典型的には、加熱されたフィードストックが炉から排出され、停止ステップの間に加熱されるべきフィードストックが炉に導入される。

排出された煙道ガスとの間接交換によって流体を加熱するための熱伝達流体として使用される媒体は、役立つように、気体媒体、特に空気、窒素、ＣＯ_２または水蒸気から選択される気体媒体である。媒体として空気を使用することはその入手可能性および安全性のためにしばしば好ましい。

本発明による方法は予熱されるべき流体が酸素に富む酸化剤である場合、特に有用である。したがって、予熱されるべき流体は、５０体積％～１００体積％、好ましくは８０体積％～１００体積％、より好ましくは少なくとも９０体積％の酸素含有量を有する酸化剤であり得る。

本発明はまた、予熱されるべき幾種類かの流体の、例えば燃焼酸化剤および燃料の予熱の組み合わせを可能にし、各予熱されるべき流体は次に、予熱されるべき前記流体専用の少なくとも１つの導管を通過する。

本発明は、例えば、
・鋳鉄の溶解用の回転炉、
・非鉄金属の溶解用の、好ましくは非鉄金属の二次溶解用の回転炉、
・非鉄金属の溶解用の、好ましくは非鉄金属の二次溶解用の傾斜炉、
・エナメルの溶解用の回転または傾斜炉、または
・アーク炉（ＥＡＦ）型の金属の溶解用の、好ましくは金属の二次溶解用の炉、
などの多数の種類のバッチ炉に有用であり得る。

サイクルの異なる段階の時系列は、制御装置によって自動的に有利に調整される。

加熱ステップの間、流体の予熱温度は、チャンバ内の媒体の流量を調整することによって調整することができる。チャンバ内の媒体のこの流量はまた、ダクト内の煙道ガスとチャンバ内の媒体との間の第１の表面の温度、および加熱ステップの間の少なくとも１つの導管内の流体とチャンバ内の媒体との間の第２の壁の温度の著しい変動を回避することを可能にする。そのような方法は、２０１６年７月８日に出願された併存する特許出願ＦＲ１６５６５８４号明細書に記載されており、そこに記載された予熱方法の実施態様の１つは本発明による方法の加熱ステップ中の流体の予熱に有利に使用される。

本発明およびその利点を図１～３を参照して以下に例としてより詳細に記載する。

本発明による方法の、およびそれを実行するためのプラントの概略図である。 本発明による方法の２つの実施形態による方法の様々なステップの間の流量Ｄｍおよび第１の壁の温度の概略図である。 本発明による方法の２つの実施形態による方法の様々なステップの間の流量Ｄｍおよび第１の壁の温度の概略図である。

バッチ炉１には、酸素を豊富に含む酸化剤、例えば少なくとも９７体積％の酸素含有量を有する酸化剤を用いて燃料を燃焼させるための少なくとも１つのバーナー２が設けられている。

単一のバーナーが図１に示されているが、炉はいくつかのそのようなバーナー２を含んでもよい。炉内のバーナー２の位置は、炉の種類および炉が意図されているプロセスに依存する。例えば、回転炉では、回転炉を形成するシリンダーの長手方向の端部にバーナーを配置するのが一般的である。（回転しない）反射炉では、１つまたは複数のバーナーは、例えば、ルーフ内、側壁内および／または横壁内に取り付けることができる。

燃料、例えば天然ガスは、燃料源４３によって供給され、酸化剤は、液化酸素タンクまたは空気分離ユニットなどの酸化剤源４５によって供給される。

酸化剤による燃料の燃焼が炉１内で起こる場合、これは加熱ステップ中および再始動ステップ中の場合であるが、燃焼によって生成された高温の煙道ガス１０はダクト１１を介して炉１から排出される。

チャンバ２０は煙道ガス排出ダクト１１を取り囲む。

加熱ステップの間に、可変速周囲空気送風機３０が、ダクト１１内の煙道ガス１０の流れと並流である空気流をチャンバ２０内に生成するように、チャンバ２０内に周囲空気３１の流量Ｄｍ＞０を導入する。チャンバ２０内に導入される周囲空気の流量Ｄｍは、送風機３０の速度によって決定される。

加熱ステップの間、空気の流量Ｄｍは一定でも可変でもよい。一実施形態によれば、流量Ｄｍは、加熱ステップの間、共存する仏国特許第１６５６５８４号明細書に記載されているような方法にしたがって調整される。

第１の壁２１は、この第２の壁２１を介したダクト１１内の煙道ガス１０とチャンバ２０内の空気との間の熱交換を可能にするように、ダクト１１内の煙道ガス１０をチャンバ２０内の空気から物理的に分離する。したがって、チャンバ２０内の空気は、煙道ガスによって炉１から排出された熱の一部を吸収し、したがって加熱された空気がチャンバ２０内で得られる。

なおも加熱ステップの間、予熱されるべき流体４０の流量Ｄｆ＞０が、チャンバ２０を通過する導管４１の束に導入される。「第２の壁」と呼ばれる前記導管４１の外壁は、導管４１内の流体をチャンバ２０内の媒体（空気）から物理的に分離する。この壁４１は、加熱ステップ中に予熱された流体４２を得るために、チャンバ２０内の空気と予熱されるべき流体との間の熱交換面として機能する。したがって、チャンバ２０内の空気は、ダクト１１内の高温煙道ガス１０と導管４１内の予熱されるべき流体との間の伝熱流体として作用する。予熱されるべき流体の流量Ｄｆは、源４５を導管４１の束と接続する流れライン上に配置された弁４６によって調節される。

次いで、予熱された流体４２は導管４１の束から排出され、炉１、より具体的にはバーナー２まで運ばれる。空気３２はチャンバ２０から排出される。

図示の例では、予熱されるべき流体は、源４５から来る燃焼酸化剤（燃料酸化剤）であり、チャンバ２０内の空気と向流して導管４１内を流れる。

炉１（バーナー２）に送られる燃料の流量は、源４３と炉１のバーナー２とを接続する流れライン上に配置された弁４７によって調節される。

制御ユニット６０は以下を調整する。
・送風機３０の動作、ひいてはチャンバ２０内に導入される周囲空気の流量。
・弁４６の開放、ひいては導管４１の束に供給され、そこから炉１に供給される酸化剤４０の流量Ｄｆ。
・弁４７の開放、ひいては炉１に供給される燃料の流量。

加熱ステップの終わりに、例えば炉１内に存在するフィードストックが完全に溶融され、適切な場合にはさらに精製されたとき、炉の中に新しいフィードストックを導入することができるように、フィードストックを炉から排出することができる。次に炉１内の燃焼が中止され、停止ステップが開始される。

次に、制御ユニット６０は、以下を命じる。
・チャンバ２０内に導入される周囲空気の流量Ｄｍが少なくとも５０％減少するか、さらにはゼロにまで低下するように、送風機３０の速度の低下および典型的には停止。炉１へ燃料がもはや供給されないように弁４７の閉鎖。
・導管４１の束に送られ、そこから炉１に送られる酸化剤の流量Ｄｆがゼロに等しくなるように弁４６の閉鎖。

停止ステップ中の周囲空気のチャンバ２０への導入の減少、さらには中断により、ダクト１１内に高温煙道ガスが存在しない場合の第１の壁２１の冷却が遅くなるか、さらには停止ステップの持続時間が十分に短い場合、低減される。

導管４１の束の内側の酸化剤４０の流れを遮断することにより、第２の壁の冷却も遅くなることが同じく注記される。

１つの特定の実施形態によれば、弁４８によってチャンバ２０の出口を閉鎖することができ、その結果、所与の時点にチャンバ２０内に存在する空気は、このチャンバ２０内に留まる。

弁４８の開放（したがって同じく閉鎖）は制御ユニット６０によっても調整される。停止ステップの開始時に弁４８を閉鎖することによって、停止ステップの間、加熱ステップの終わりにチャンバ２０内に存在する加熱された空気をチャンバ２０の内側に保持し、かくして停止ステップ中の第１および第２の壁のさらなる冷却を遅らせることが可能である。

停止ステップ後の再始動ステップの開始時、酸化剤４２による燃料の燃焼が再開される。

この目的のために、制御ユニット６０は、再始動ステップの開始時に以下を命じる。
・燃料を炉１に供給するように弁４７の開放。
・酸化剤の流量Ｄｆ＞０を導管４１の束へ送り、そこから炉１へ送るように弁４６の開放。

再始動ステップ中に炉１内での燃焼によって生成された高温の煙道ガス１０は、煙道ガス１０が第１の壁２１と接触してそれを加熱するダクト１１を介して炉１から排出される。

再始動ステップの開始時に、制御ユニット６０は送風機３０の速度を上げるかまたは（停止ステップ中に送風機３０が停止された場合）再始動させて、停止ステップ中の流量Ｄｍより多い周囲空気の調整された流量Ｄｍが再始動ステップの間チャンバ２０に供給されるようにする。弁４８が存在し、停止ステップの間閉鎖されたケースでは、制御ユニットはまた、チャンバ２０を通過した後に流量Ｄｍを排出させるためにこの弁４８を開く。

再始動ステップ中のチャンバ２０内の周囲空気の流量Ｄｍは、排出された煙道ガス１０と同じく接触する第１の壁２１の加熱を遅らせる。

再始動ステップ中のチャンバ２０内の周囲空気の流量Ｄｍは、第１の壁２１が加熱速度Ｖ_Ｔ↑が所定の上限値Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}を超えることなく急速に加熱するように選択される。

一実施形態では、再始動ステップ中の流量Ｄｍは、所定の関数にしたがって経時的に変化する。

図１に示す別の実施形態によれば、第１の壁２１には、所定の基準点における壁２１の温度を検出する温度検出器５０（熱電対）が設けられている。温度検出器５０は、検出された温度に基づいて加熱速度Ｖ_Ｔ↑を決定する制御ユニット６０に接続されている。次に、制御ユニットは、例えばＶ_Ｔ↑とＶ_{Ｔ↑ｍａｘ}との間の所定のマージンを観察することによって、この加熱速度Ｖ_Ｔ↑をその上限値Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}に近づけるがＶ_Ｔ↑がＶ_{Ｔ↑ｍａｘ}を超えないように、再始動ステップ中、チャンバ２０内の流量Ｄｍを送風機３０を介して調整する。

再起動ステップの終わりに、第１の壁２１がその動作温度に達すると、再起動ステップは終了し、次の加熱ステップが始まる。

本発明によるプロセスが炉１に供給される流体の合計流量を上記のように再始動ステップ中に２つの部分に分割することを含む場合、制御ユニット６０は、有利には、流体の流量のこの分割と、再始動ステップ中の流体の第２の部分（導管４１の束を通って流れる）および流体の合計流量の間の比率の変化とを調整する。

図２および図３は、再始動ステップ中の流量Ｄｍの２つの可能なプロファイルを示す。

図２は、第１の壁２１の加熱速度Ｖ_Ｔ↑の上限値Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}が炉１から排出される高温の煙道ガスの温度と比較して比較的低く、それにより、第１の壁がプロセスの連続サイクル中に熱的に弱くなるのを防止するために、加熱ステップ中の流量Ｄｍを超える多くの流量Ｄｍを再始動ステップ中に必要とするケースのプロセスの様々なステップ中のＤｍの第１のプロファイルを概略的に示す。

図３のケースでは、第１の壁２１の加熱速度Ｖ_Ｔ↑の上限値Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}と炉１から排出される高温の煙道ガスの温度との比がより高いので、第１の壁２１の急激な加熱を防止するために、加熱ステップ中の流量Ｄｍよりも低い流量Ｄｍを再始動ステップ中に使用することが可能である。

このように２回の加熱ステップの間に第１の壁２１の制御された冷却および加熱を安全に達成することによって、本発明は、通常は熱交換器の運転中の加熱および冷却に関連付けられる許容できない時間の損失を被ることなく、排出される煙道ガスとの間接的な熱交換によって酸化剤および／または燃料を予熱するという利点から利益を得ることができる。

上述のように、熱交換器に漏れを発生させ得る熱衝撃を回避するために熱交換器を徐々にかつ制御された方法で冷却または（再）加熱することが重要である。したがって、そのような冷却および加熱は、炉の取出しおよび再装填に必要な時間を一般に超える無視できない時間を必要とするであろう。

この理由のため、炉から排出される煙道ガスとの間接的な交換による炉の上流での酸化剤および／または燃料の予熱は、通常、バッチ炉に有益でなく、その運転は各サイクル中に停止ステップを含む。

バッチ炉は一般に、連続炉が同じタイプのプロセスの場合に達し得るサイズと比較して、例えばバッチガラス溶融炉はフロート型ガラス溶融炉と比較して、比較的小さいサイズであることが知られている。したがって排出された高温煙道ガスとの間接的な交換による予熱のためのプラントへの投資は、連続炉よりもバッチ炉の場合（炉および製造の価格と比較して）比較的大きい。したがってこれまで、間接的な交換による予熱のためのプラントの減価償却は、バッチ炉の許容可能な持続期間にわたって不可能であった。

しかしながら、２回の加熱ステップの間に第１の壁の制御された冷却および加熱を安全に実行することによって、本発明は、通常は熱交換器の運転中の加熱および冷却に関連付けられる許容できない時間の損失を被ることなく、排出される煙道ガスとの間接的な熱交換によって酸化剤および／または燃料を予熱するという利点から利益を得ることができる。

したがって、本発明により初めて、煙道ガスとの間接的な熱交換による酸化剤および／または燃料の予熱が、バッチ炉に効果的および有益なものになる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 加熱ステップを含む炉（１）の運転方法であって、加熱ステップ中、
（ｃ）燃料および酸化剤が前記炉（１）に供給され、前記炉（１）は熱および煙道ガス（１０）の発生を伴う前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼によって加熱され、前記煙道ガス（１０）はダクト（１１）を介して前記炉（１）から排出され、
（ｄ）
・液体または気体媒体（３１）の流量Ｄｍ＞０をチャンバ（２０）に導入することによって、および、加熱された媒体（３２）が得られる、前記チャンバ（２０）内の前記媒体（３１）を前記ダクト（１１）内の前記煙道ガス（１０）から分離する第１の壁（２１）を通した前記ダクト（１１）内の前記煙道ガス（１０）との熱交換によって前記媒体（３１）を加熱することによって、および
・少なくとも１つの導管（４１）内の流体（４０）を前記チャンバ（２０）内の前記加熱された媒体（３２）から分離し、動作温度と呼ばれる温度を有する第２の壁を通した前記チャンバ（２０）内の前記加熱された媒体（３２）との熱交換によって前記流体（４０）を予熱するために、少なくとも１つの前記導管（４１）へ予熱されるべき前記流体（４０）の流量Ｄｆ＞０を導入することによって、
前記燃料および前記酸化剤から選択された少なくとも１種類の流体（４０）が、前記炉（１）の上流で予熱される、方法において、
・方法が前記加熱ステップと、それに続く停止ステップおよび再始動ステップとの繰り返しサイクルを含むこと、
・前記停止ステップの間、
・前記炉（１）への前記燃料および前記酸化剤の供給、前記炉（１）内での前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼、および前記炉（１）から前記ダクト（１１）を介した前記煙道ガス（１０）の排出が中断され、および
・前記チャンバ（２０）内の前記媒体（３１）の前記流量Ｄｍが、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍの５０％以下、好ましくは７５％以下、より好ましくは９０％以下であること、および
・前記再始動ステップの間、
・前記炉（１）への前記燃料および前記酸化剤の供給、前記炉（１）内での前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼、および前記炉（１）から前記ダクト（１１）を介した前記煙道ガス（１０）の排出が再始動され、および
・前記停止ステップの間の流量Ｄｍを超える前記媒体（３１）の流量Ｄｍが前記チャンバへ導入され、前記流量Ｄｍは、前記第１の壁（２１）が前記再始動ステップの最後に前記動作温度に達するまで、前記再始動ステップの間、前記第１の壁（２１）の加熱速度を制限するように調節されること、
を特徴とする方法。
［２］ 前記停止ステップの間、前記流量Ｄｍ＝０である、［１］に記載の運転方法。
［３］ 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは、前記再始動ステップの最後に前記加熱ステップの前記流量Ｄｍまで戻るように、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍを超えて上昇する、［１］または［２］に記載の方法。
［４］ 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍ以下である、［１］または［２］に記載の方法。
［５］ 前記再始動ステップの間の前記流量Ｄｍは、前記再始動ステップの間、前記第１の壁（２１）が所定の上限Ｖ _{Ｔ↑ｍａｘ} 以下である加熱速度Ｖ _Ｔ↑ で加熱するように調整される、［１］～［４］のいずれか一項に記載の方法。
［６］ 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは所定の関数にしたがって変化する、［１］～［５］のいずれか一項に記載の方法。
［７］ 前記再始動ステップの間、
・前記第１の壁（２１）の温度が検出され、
・前記流量Ｄｍは前記検出された温度から決定された加熱速度Ｖ _Ｔ↑ に応じて調整される、
［１］～［５］のいずれか一項に記載の方法。
［８］ 前記加熱ステップが、前記炉（１）内のフィードストックを処理するステップ、好ましくは前記フィードストックを溶融または再加熱するステップである、［１］～［７］のいずれか一項に記載の方法。
［９］ 前記停止ステップの間、前記加熱されたフィードストックが前記炉（１）から排出され、加熱されるべきフィードストックが前記炉（１）に導入される、［８］に記載の方法。
［１０］ 前記媒体（３１）が、好ましくは空気、窒素、ＣＯ _２ 、または水蒸気から選択された気体媒体であり、より好ましくは空気である、［１］～［９］のいずれか一項に記載の方法。
［１１］ 予熱されるべき前記流体（４０）が、５０体積％および１００体積％、好ましくは８０体積％～１００体積％の酸素含有量を有する酸化剤である、［１］～［１０］のいずれか一項に記載の方法。
［１２］ 酸化剤および燃料が前記加熱ステップの間に予熱される、［１］～［１０］のいずれか一項に記載の方法。
［１３］ 前記炉（１）が、鋳鉄の溶解用の回転炉、非鉄金属の溶解用の回転炉、非鉄金属の溶解用の傾斜炉、エナメルの溶解用の回転または傾斜炉、および電気アーク炉型の金属の溶解用の炉から選択される、［１］～［１２］のいずれか一項に記載の方法。
［１４］ 前記再始動ステップの間、前記流体（４０）が２つの部分：第１の部分および第２の部分に分割され、
・前記流体の前記第１の部分が、前記少なくとも１つの導管（４１）を通過することなく前記炉（１）に直接供給され、
・前記流体の前記第２の部分が、前記少なくとも１つの導管（４１）を通過した後、前記炉（１）に供給される、
［１］～［１３］のいずれか一項に記載の方法。
［１５］ 前記流体の前記第２の部分と、前記流体の前記第１の部分および前記流体の前記第２の部分の合計との比率が、前記始動ステップの間増加する、［１４］に記載の方法。

Claims (15)

1. 加熱ステップを含む炉（１）を運転するための運転方法であって、加熱ステップ中、（ａ）燃料および酸化剤が前記炉（１）に供給され、前記炉（１）は熱および煙道ガス（１０）の発生を伴う前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼によって加熱され、前記煙道ガス（１０）はダクト（１１）を介して前記炉（１）から排出され、
   （ｂ）前記燃料および前記酸化剤から選択された少なくとも１種類の流体（４０）が、
   ・流量Ｄｍ＞０の液体または気体の媒体（３１）をチャンバ（２０）に導入し、前記チャンバ（２０）内の前記媒体（３１）を前記ダクト（１１）内の前記煙道ガス（１０）から分離する前記チャンバ（２０）の第１の壁（２１）を通した前記ダクト（１１）内の前記煙道ガス（１０）との熱交換によって前記媒体（３１）を加熱して、加熱された媒体（３２）を得ることによって、ここで、前記第１の壁（２１）は動作温度と呼ばれる温度を有し、そして
   ・少なくとも１つの導管（４１）に予熱されるべき流量Ｄｆ＞０の前記流体（４０）を導入して、前記流体（４０）を、前記少なくとも１つの導管（４１）の第２の壁を通した前記チャンバ（２０）内の前記加熱された媒体（３２）との熱交換により予熱することによって、ここで、前記第２の壁は、前記少なくとも１つの導管（４１）内の前記流体（４０）を、前記チャンバ（２０）内の前記加熱された媒体（３２）から分離し、
   前記炉（１）の上流で予熱される、運転方法において、
   ・前記運転方法が前記加熱ステップと、それに続く停止ステップおよび再始動ステップとの繰り返しサイクルを備えること、
   ・前記停止ステップの間、
   ・前記炉（１）への前記燃料および前記酸化剤の供給、前記炉（１）内での前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼、および前記炉（１）から前記ダクト（１１）を介した前記煙道ガス（１０）の排出が中断され、および
   ・前記チャンバ（２０）内の前記媒体（３１）の前記流量Ｄｍが、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍの５０％以下であること、ならびに
   ・前記再始動ステップの間、
   ・前記炉（１）への前記燃料および前記酸化剤の供給、前記炉（１）内での前記酸化剤を用いた前記燃料の燃焼、および前記炉（１）から前記ダクト（１１）を介した前記煙道ガス（１０）の排出が再始動され、および
   ・前記停止ステップの間の流量Ｄｍを超える前記媒体（３１）の流量Ｄｍが前記チャンバへ導入され、前記流量Ｄｍは、前記第１の壁（２１）が前記再始動ステップの最後に前記動作温度に達するまで、前記再始動ステップの間、前記第１の壁（２１）の加熱速度を制限するように調節されること、
   を特徴とする運転方法。
2. 前記停止ステップの間、前記流量Ｄｍ＝０である、請求項１に記載の運転方法。
3. 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは、前記再始動ステップの最後に前記加熱ステップの前記流量Ｄｍまで戻るように、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍを超えて上昇する、請求項１または２に記載の運転方法。
4. 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは、前記加熱ステップの間の前記流量Ｄｍ以下である、請求項１または２に記載の運転方法。
5. 前記再始動ステップの間の前記流量Ｄｍは、前記再始動ステップの間、前記第１の壁（２１）が所定の上限Ｖ_{Ｔ↑ｍａｘ}以下である加熱速度Ｖ_Ｔ↑で加熱するように調整される、請求項１～４のいずれか一項に記載の運転方法。
6. 前記再始動ステップの間、前記流量Ｄｍは所定の関数にしたがって変化する、請求項１～５のいずれか一項に記載の運転方法。
7. 前記再始動ステップの間、
   ・前記第１の壁（２１）の温度が検出され、
   ・前記流量Ｄｍは前記検出された温度から決定された加熱速度Ｖ_Ｔ↑に応じて調整される、請求項１～５のいずれか一項に記載の運転方法。
8. 前記加熱ステップが、前記炉（１）内のフィードストックを処理するステップである、請求項１～７のいずれか一項に記載の運転方法。
9. 前記停止ステップの間、加熱された前記フィードストックが前記炉（１）から排出され、加熱されるべきフィードストックが前記炉（１）に導入される、請求項８に記載の運転方法。
10. 前記媒体（３１）が、空気、窒素、ＣＯ_２、または水蒸気から選択された気体媒体である、請求項１～９のいずれか一項に記載の運転方法。
11. 予熱されるべき前記流体（４０）が、５０体積％～１００体積％の酸素含有量を有する酸化剤である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の運転方法。
12. 酸化剤および燃料が前記加熱ステップの間に予熱される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の運転方法。
13. 前記炉（１）が、鋳鉄の溶解用の回転炉、非鉄金属の溶解用の回転炉、非鉄金属の溶解用の傾斜炉、エナメルの溶解用の回転または傾斜炉、および電気アーク炉型の金属の溶解用の炉から選択される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の運転方法。
14. 前記再始動ステップの間、前記流体（４０）が２つの部分：第１の部分および第２の部分に分割され、
    ・前記流体の前記第１の部分が、前記少なくとも１つの導管（４１）を通過することなく前記炉（１）に直接供給され、
    ・前記流体の前記第２の部分が、前記少なくとも１つの導管（４１）を通過した後、前記炉（１）に供給される、請求項１～１３のいずれか一項に記載の運転方法。
15. 前記流体の前記第２の部分の、前記流体の前記第１の部分および前記流体の前記第２の部分の合計に対する比率が、前記再始動ステップの間増加する、請求項１４に記載の運転方法。

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