NO330226B1

NO330226B1 - Ovn, forbrenningssystem for oksygen og brennstoff,og fremgangsmate for forbrenning for a operere en ovn.

Info

Publication number: NO330226B1
Application number: NO20034809A
Authority: NO
Inventors: Dietrich M Gross
Original assignee: Jupiter Oxygen Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2011-03-07
Also published as: CA2393187A1; US20020190442A1; US6797228B2; AU2002252439B2; ZA200308111B; HRP20030934A2; CN1221760C; BR0209224A; LT5141B; RS50421B; US6818176B2; KR20080015522A; CA2461051C; TNSN03103A1; EP1746375A3; US20020180122A1; BR0209224B1; EP1325158A1; EP2290312A1; US6436337B1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en ovn, et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff, og en fremgangsmåte for forbrenning for å operere en ovn. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i hvilket produksjonen av drivhusgasser er redusert og i hvilket forbruket av fossilt brennstoffer redusert.

Brennersystemer for oksygen og brennstoff er kjent, men bruken av disse er sterkt begrenset. Brennersystemer for oksygen og brennstoff brukes generelt bare i anvendelser der det kreves ekstremt høye flammetemperaturer. For eksempel kan slike systemer benyttes i glassproduksjonsindustrien for å oppnå de nødvendige temperaturer for å smelte kisel til en sammensmeltingstemperatur. Forøvrig er det vanlig akseptert at strukturelle og materialmessige begrensninger bestemmer de øvre temperaturer som mange industrielle systemer kan utsettes for. For dette formål benyttes brennstoffyrte eller luftfyrte forbrenningssystemer i kjeler, ovner og lignende ved nesten enhver industriell anvendelse, omfattende produksjon, fremstilling av elektrisk kraft og andre prosessanvendelser.

Særlig benyttes forbrenningssystemer for luft og brennstoff eller systemer med elektrisk oppvarming i hele stål- og aluminiumsproduksjonsindustrien og i den kraft-produserende industri og annen industri som er basert på karbonbaserte brennstoffer.

I systemer for luft og brennstoff tilføres luft som består av omtrent 79% nitrogen og 21% oksygen sammen med brennstoff inn i en ovn. Blandingen av luft og brennstoff antennes og danner en kontinuerlig flamme. Flammen overfører energi i form av varme fra blandingen av brennstoff og luft inn i ovnen.

I stål- og aluminiumsindustrien har ovner for luft og brennstoff og elektriske ovner vært benyttet som den primære varmekilden for å danne smeltet metall. Når det gjelder ovner for luft og brennstoff er det vanlig akseptert at energibehovene, balan-sert mot de termiske begrensninger for prosessutstyret, krever eller i høy grad tilsier bruken av disse typer forbrenningssystemer. Når det gjelder bruken av elektriske ovner i aluminiumindustrien tilsier vanlig fornuft denne typen energikilde for å oppnå de nødvendige temperaturer for aluminiumfremstilling.

En ulempe med bruken av forbrenningssystemer for luft og brennstoff er at disse systemer produserer NOx og andre drivhusgasser slik som karbondioksyd, svovel-dioksyd og lignende, som et resultat av forbrenningsprosessen. NOx og andre drivhusgasser gir store bidrag til miljøforurensning, omfattende, men ikke begrenset til sur nedbør. Som sådan er minskningen av avgivelse av NOx og andre drivhusgasser ønskelig, og som et resultat av lovgitte begrensninger er avgivelsen sterkt begrenset. For dette formål må forskjellige innretninger installeres i slike forbrenningssystemer for å begrense og/eller minske nivåene av NOx og andre drivhusgasser som produseres.

En annen ulempe med hensyn til ovner for luft og brennstoff er at mye av energien som frigjøres ved forbrenningsprosessen absorberes eller benyttes for å oppvarme det gassformede nitrogenet som finnes i luften som tilføres ovnen. Denne energien går hovedsakelig tapt ved at den oppvarmede nitrogengassen normalt bare slippes ut fra varmekilden, f.eks. ovnen. Derfor ledes mye av energiomkostningene til omgivelsene, via et avgassutløp eller lignende. Andre ulemper ved kjente forbrenningssystemer med lufttilførsel vil innses av fagfolk.

Elektriske ovner har også ulemper. I disse systemer er det f.eks. behov for et elektri-sitetsforråd som er tilgjengelig på kontinuerlig basis, hovedsakelig uten avbrytelse. Ved at store mengder elektrisk kraft kreves for å drive elektriske ovner er det normalt nødvendig at disse elektriske ovner befinner seg nær elektrisitetsverk og/eller store elektriske overføringsinstallasjoner. Dessuten krever elektriske ovner en betydelig grad av vedlikehold for å sikre at ovnene drives med eller nær optimal virkningsgrad. I bruken av elektriske ovner ligger dessuten den lave virkningsgraden ved omdannelse av et brennstoff til elektrisk kraft (de fleste store kraftstasjoner som drives med fossilt brennstoff og benytter dampturbiner arbeider med virkningsgrader på mindre enn omtrent 40%, og generelt mindre enn omtrent 30%). Dessuten produserer disse store stasjoner for fossilt brennstoff ekstremt store mengder NOx og andre drivhusgasser.

For eksempel i aluminiumsfremstillingsindustrien, og nærmere bestemt i industrien for gjenvinning av aluminiumsskrap er den konvensjonelle oppfatningen at flammetemperaturer i ovner bør holdes mellom omtrent 1371°C og 1648°C. Dette området antas å gi en balanse mellom den nødvendige energien for å frembringe tilstrekkelig varme for å smelte aluminiumsskrapet og å opprettholde en tilstrekkelig metalltemperatur i smeltebadet på omtrent 788°C. Kjente ovner benytter en utformning der flammetemperaturene normalt ikke overstiger 1648°C, for å sikre at den strukturelle integriteten i disse ovner opprettholdes. Dvs., det antas at overskridelse av disse tempera-turgrenser kan svekke bærestrukturen i ovnen og således eventuelt føre til katastrofale ulykker. Dessuten er skorstenstemperaturene for konvensjonelle ovner generelt omtrent 871°C. Temperaturforskjellen mellom flammen og avgassen er således bare omtrent 760°C. Dette medfører lite effektiv bruk av energi i forbrenningsprosessen.

Det antas også at varmetap og potensiell skade på utstyret fra ovner der flammetemperaturene overstiger omtrent 1648°C mer enn oppveier en driftsvirkningsgrad som kan oppnås med høyere flammetemperaturer. Konvensjonell fornuft støtter således bruken av ovner for luft og brennstoff der flammetemperaturene har en øvre grense på omtrent 1648°C (med støkiometrisk flamme) som sikrer integritet for ovnen og minsker energitap.

Det er følgelig et behov for et forbrenningssystem som medfører fordelene med minsket miljøforurensning (som skyldes NOx og andre drivhusgasser) og som samtidig medfører effektiv energiutnyttelse. Det er ønskelig at et slikt forbrenningssystem kan benyttes i mange forskjellige industrielle anvendelser, fra den kraftfremstillende

industri og bruksindustrien til industri for kjemiske prosesser, metallproduksjon og behandling og lignende. Et slikt forbrenningssystem kan benyttes ved prosessanvendelser for metall, f.eks. aluminium, i hvilke forbrenningssystemet medfører øket energi-virkningsgrad og minskning av forurensninger. Det foreligger også et behov, særlig i

industrien for behandling av aluminiumsskrap, for prosessutstyr (særlig ovner) som er utformet til å motstå høye flammetemperaturer som er knyttet til et slikt effektivt forbrenningssystem og for å øke energivirkningsgraden og minske produksjonen av forurensninger.

KORTFATTET SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en ovn som omfatter:

et forbrenningsområde,

en brenner,

en karbonbasert brennstofftilførsel for å tilføre et karbonbasert brennstoff i forbrenningsområdet gjennom brenneren,

en oksydasjonsmiddeltilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet i ovnen for forbrenning sammen med det karbonbaserte brennstoffet, og midler for å styre forbrenningen av oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur over omtrent 1649°C og å danne en røkgass-strøm fra ovnen med en temperatur på ikke høyere enn omtrent 593°C,

idet ovnen er utformet til hovedsakelig å hindre innslipp av luft.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff, omfattende: en ovn som har i det minste en brenner, og utformet til hovedsakelig å hindre tilførsel av luft,

en oksygentilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet høyere enn 21 prosent,

en karbonbasert brennstofftilførsel for å tilføre et karbonbasert brennstoff,

midler for å innføre oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet i ovnen i et kontrollert forhold til hverandre, og

midler for å styre forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur på over 1649°C.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for forbrenning for å operere en ovn omfattende trinnene: anordning av en ovn som har et forbrenningsområde og som har en brenner, og utformet til hovedsakelig å hindre tilførsel av luft,

tilførsel av oksygen som har en forutbestemt renhet høyere enn 21 prosent,

tilførsel av et karbonbasert brennstoff,

innføring av oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet i ovnen i et kontrollert forhold til hverandre, og

styring av forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur på over 1649°C.

Ytterligere utførelsesformer av ovnen, forbrenningssystemet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff omfatter en ovn som kan ha kontrollerte omgivelser og som omfatter i det minste en brenner. Forbrenningssystemet omfatter oksygentilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet og en til-førsel av karbonbasert brennstoff for å tilføre karbonbasert brennstoff. Forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff øker virkningsgraden til brennstoffet som forbruk-es (dvs. krever mindre brennstoff), produserer ingen NOx (annet enn fra brennstoffkilder) og betydelig mindre andre drivhusgasser.

Oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet kan tilføres i ovnen i et støkiometrisk forhold til hverandre for å begrense overskudd av enten oksygen eller karbonbasert brennstoff til mindre enn 5% over det støkiometriske forholdet. Forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet kan bevirke en flammetemperatur i overkant av omtrent 2482°C og en røkgass-strøm fra ovnen som kan ha en temperatur på ikke mer enn omtrent 593°C.

Forbrenningssystemet omfatter fortrinnsvis et styresystem for å styre tilførselen av karbonbasert brennstoff og for å styre tilførselen av oksygen til ovnen. I styresystemet følger tilførselen av brennstoff tilførselen av oksygen til ovnen. Tilførselen av oksy gen og brennstoff styres av den forutbestemte temperaturen i aluminiumssmelten. I dette arrangementet avføler en føler temperaturen i det smeltede aluminium.

Det karbonbaserte brennstoffet kan være enhver type brennstoff. I en utførelse er brennstoffet en gass, slik som naturgass, metan og lignende. Alternativt er brennstoffet fast brennstoff, slik som kull eller kullstøv. Alternativt er brennstoffet et flytende brennstoff, slik som olje, omfattende spilloljer.

I ett eksempel på bruk benyttes forbrenningssystemet i et system for gjenvinning av skrapaluminium, for å gjenvinne aluminium fra skrap. Et slikt system omfatter en ovn for å inneholde smeltet aluminium på en forutbestemt temperatur, og som har i det minste én brenner. Gjenvinningssystemet omfatter en oksygentilførsel for å tilføre oksygen til ovnen gjennom forbrenningssystemet. For å oppnå maksimal virkningsgrad har oksygentilførselen en oksygenrenhet på i det minste omtrent 85%.

En karbonbasert brennstofftilførsel tilfører et karbonbasert brennstoff. Oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet tilføres i ovnen i et støkiometrisk forhold til hverandre for å begrense overskudd av enten oksygenet eller det karbonbaserte brennstoffet til mindre enn 5% over det støkiometriske forholdet. Forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet bevirker en flammetemperatur i overkant av omtrent 2482°C, og en røkgass-strøm fra ovnen som har en temperatur på ikke mer enn omtrent 593°C.

I et slikt gjenvinningssystem danner forbrenningen av oksygen og brennstoff energi som benyttes for å gjenvinne aluminium fra skrapet med en rate på omtrent 602 kcal/kg (1083 BTU per pund) aluminium som gjenvinnes. Brennstoffet kan være en gass, slik som naturgass, eller det kan være fast brennstoff eller flytende brennstoff.

I gjenvinningssystemet kan varme fra ovnen gjenvinnes i et gjenvinningssystem for spillvarme. Varmen som gjenvinnes kan omdannes til elektrisk energi.

I et mest foretrukket system omfatter forbrenningssystemet et system for å frembringe oksygen. Et slikt system separerer luft i oksygen og nitrogen, slik som et kryogenisk separeringssystem. Andre systemer omfatter membranseparering og lignende. Oksygen kan også oppnås ved separering av vann i oksygen og hydrogen. I slike systemer kan oksygenet lagres til bruk etter behov. Andre systemer er kjent for separering og dannelse av oksygen.

Forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff kan generelt benyttes med enhver ovn som har et kontrollert miljø, dvs. med enhver ovn som hovedsakelig ikke har noen lekkasje inn fra et ytre miljø. Et slikt forbrenningssystem omfatter en oksygentilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet og en tilførsel for karbonbasert brennstoff for å tilføre karbonbasert brennstoff.

Oksygenet i oksygentilførselen og det karbonbaserte brennstoffet kan føres inn i ovnen i et støkiometrisk forhold til hverandre for å begrense et overskudd av enten oksygenet eller det karbonbaserte brennstoffet til mindre enn 5% over det støkiometriske forholdet. I en slik ovn har en røkgass-strøm fra ovnen hovedsakelig forbrenningsfrembragte gasssammensetninger som ikke inneholder nitrogen. Dvs. at fordi det ikke er noen nitrogentilførsel sammen med brennstoffet, med mindre det er nitrogen i brennstoffet, inneholder røkgassen hovedsakelig ingen forbrenningsprodukter som inneholder nitrogen (dvs. NOx) og betydelig minskede nivåer av andre drivhusgasser.

Dette forbrenningssystemet kan benytte ethvert karbonbasert brennstoff omfattende gass, slik som naturgass eller metan, ethvert fast brennstoff slik som kull eller kullstøv eller ethvert flytende brennstoff, slik som olje, omfattende spillolje og raffinerte oljer.

I et slikt forbrenningssystem er eventuelle forbrenningsfrembragte gass-sammensetninger som inneholder nitrogen dannet av nitrogenet i brennstoffet.

En metode for gjenvinning av aluminium fra skrap omfatter tilførsel av aluminiumskrap i en smelteovn og forbrenning av oksygen og et karbonbasert brennstoff i ovnen. Ved forbrenningen av oksygenet og brennstoffet tilføres oksygenet og brennstoffet i ovnen i et støkiometrisk forhold til hverandre for å begrense et overskudd av enten oksygenet eller det karbonbaserte brennstoffet til mindre enn 5% over det støkiometriske forholdet. Forbrenningen bevirker en flammetemperatur i overkant av omtrent 2482°C og en røkgass-strøm fra ovnen som har en temperatur ikke over omtrent 593°C.

Aluminiumet smeltes i ovnen, aluminium som inneholder forurensninger fjernes fra ovnen og hovedsakelig rent, smeltet aluminium kommer ut fra ovnen. Metoden kan omfatte trinnet med gjenvinning av aluminium fra aluminiumet som inneholder forurensninger, dvs. dross, og tilførsel av det gjenvundne aluminiumet i ovnen.

Metoden kan omfatte gjenvinning av spillvarme fra ovnen. Spillvarmen som gjenvinnes kan omdannes til elektrisitet.

En ovn for gjenvinning av aluminium fra skrapaluminium omfatter et badområde for å inneholde smeltet aluminium på en forutbestemt temperatur og i det minste en brenner. En oksygentilførsel tilfører oksygen som har renhet på i det minste 85% og en tilførsel for karbonbasert brennstoff tilfører brennstoff, slik som naturgass, kull, olje og lignende.

Oksygenet i oksygentilførselen og brennstoffet innføres i ovnen i et støkiometrisk forhold til hverandre for å begrense et overskudd av enten oksygenet eller brennstoffet til mindre enn 5% over det støkiometriske forholdet. Forbrenningen av brennstoffet bevirker en flammetemperatur i overkant av omtrent 2482°C og en røkgass-strøm fra ovnen har en temperatur på ikke mer enn omtrent 593°C.

I en utførelse er ovnen dannet av stålplater, stålbjelker og ildfaste materialer. Ovnsveggene er utformet med en stålbjelke og platekledning, i det minste et lag av et knusbart isolasjonsmateriale, i det minste et lag av ildfast sten og i det minste et lag av støpbart, ildfast materiale. Ovnsgulvet er utformet slik at det har en stålbjelke og en platekledning og i det minste to lag ildfast materiale, idet i det minste et av lagene er av støpbart ildfast materiale.

En saltløs metode for å separere aluminium fra drossholdig aluminium og som omfatter trinnene med tilførsel av drossholdig aluminium i en ovn. Ovnen har et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som bevirker en flammetemperatur på omtrent 2760°C, og har hovedsakelig ikke noe overskytende oksygen. Det drossholdige aluminiumet smelter inne i ovnen.

Et øvre parti av det smeltede, drossholdige aluminiumet avstrykes for å frembringe et produkt med stort drossinnhold. Produktet med stort drossinnhold presses i en mekanisk presse for å separere aluminiumet fra produktet med stort drossinnhold, for å frembringe et konsentrert produkt med stort drossinnhold. Metoden kan omfatte trinnet med å returnere det konsentrerte produktet med stort drossinnhold til ovnen. Innføring av det drossholdige aluminiumet i ovnen utføres i nær direkte flammekontakt for å frigjøre oksydene fra drosset.

Trekk og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende, detaljerte beskrivelsen, sammen med de etterfølgende patentkrav.

KORTFATTET FORKLARING AV DE MANGE AVBILDNINGER PÅ TEGNINGENE

Nytten av og fordelene med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå klarere for fagfolk på området av den følgende, detaljerte beskrivelsen og de tilhørende tegninger.

Fig. 1 er et flytskjema for en eksempelvis gjenvinningsprosess for aluminiumsskrap,

med en smelteovn med et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff, i

hvilket produksjonen av drivhusgass og forbruket av brennstoff er minsket, omfattende prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et flytskjema for en drossbehandlingsoperasjon fortsatt fra fig. 1, med en gjenvinningsovn som har et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som omfatter prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et eksempel på en linje for tilførsel av naturgass og en linje for tilførsel av oksygen til bruk sammen med forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff. Fig. 4 er et skjema for hele anlegget, og viser oksygentilførselen, fra et kryogenisk anlegg, og strømning til ovnen, og viser videre et eksempel på et gjenvinningsanlegg for spillvarme. Fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av en aluminiumssmelteovn til bruk sammen med et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 6 er en sideprojeksjon av ovnen i fig. 5.

Fig. 7 er en frontprojeksjon av smelteovnen i fig. 6.

Fig. 8 og 9 er delvise tverrsnittsillustrasjoner av en sidevegg og gulvet i ovnen.

Fig. 10 illustrerer en brennerenhet til bruk sammen med forbrenningssystemet for

oksygen og brennstoff.

Fig. 11 er en skjematisk illustrasjon av et eksempel på et styresystem til bruk sammen med et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 12 er en skjematisk illustrasjon av et eksempel på frontveggen til en kjele eller ovn, og illustrerer en brenner og et arrangement for lufttilførsel, og viser et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som inngår, omfattende prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 13 er en skjematisk illustrasjon av en avfallsbrenner, og viser et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som inngår, omfattende prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Mens den foreliggende oppfinnelsen kan utføres i forskjellige former, er det vist på tegningene og skal beskrives i det følgende en foretrukket utførelse, under den forut-setningen at beskrivelsen skal betraktes som en eksemplifisering av oppfinnelsen. Det vil videre forstås at tittelen på denne delen av beskrivelsen, nemlig "detaljert beskrivelse av oppfinnelsen", er knyttet til en betingelse fra United States Patent Office, og innebærer ingen begrensning og skal heller ikke oppfattes til å begrense gjenstanden som beskrives her.

Et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff benytter hovedsakelig rent oksygen, i kombinasjon med et brennstoff-forråd, for å frembringe varme ved flammeproduksjon (dvs. forbrenning) på en effektiv måte som ikke er miljøskadelig. Oksygen, som til-føres av et oksydasjonsmiddel, i konsentrasjoner på omtrent 85% til omtrent 99+% kan benyttes, men det foretrekkes imidlertid at oksygen konsentrasjonen (dvs. renheten av oksygentilførselen) er så høy som mulig. I et slikt system tilføres oksygen av høy renhet sammen med brennstoff-forrådet i støkiometriske forhold, i en brenner i en ovn. Oksygenet og brennstoffet antennes for å frigjøre energien som er lagret i brennstoffet. Når det gjelder den foreliggende beskrivelsen skal henvisning til ovn i vid for-stand oppfattes til å omfatte enhver industriell eller kommersiell varmegenerator som forbrenner fossile (karbonbaserte) brennstoffer. I et foretrukket system er oksygen-konsentrasjonen eller renheten så høy som praktisk mulig for å minste drivhusgass-produksjonen.

Det forutsettes at hovedsakelig ethvert brennstoff-forråd kan benyttes. F.eks., i en foreliggende anvendelse, slik det skal beskrives mere detaljert i det følgende, tilføres oksygen sammen med naturgass, for brenning i en ovn. Andre drivstoff-forråd som kan tenkes omfatter oljer, omfattende raffinerte såvel som spilloljer, trevirke, ull, kullstøv, avfall (søppelavfall) og lignende. Fagfolk på området vil innse myriaden av brennstoff-forråd som kan benyttes i det foreliggende systemet for oksygen og brennstoff.

Det foreliggende system avviker fra konvensjonelle prosesser på to prinsipielle områder. For det første benytter konvensjonelle forbrenningsprosesser luft (som oksydasjonsmiddel for tilførsel av oksygen), i stedet for hovedsakelig rent oksygen, for forbrenning. Oksygenkomponenten i luft (omtrent 21%) benyttes i forbrenning, mens de gjenværende komponenter (hovedsakelig nitrogen) oppvarmes i og strømmer ut fra ovnen. For det andre benytter den foreliggende prosessen oksygen i et støkiometrisk forhold til brennstoffet. Dvs. at det tilføres bare nok oksygen i forhold til brennstoffet til å sikre fullstendig forbrenning av brennstoffet. Det tilføres således ikke noe overskudd av oksygen i forbrenningssystemet.

Mange fordeler og nytter oppnås ved bruk av det foreliggende forbrenningssystemet. Det er fastslått, slik det skal beskrives i det følgende, at brennstoff-forbruk for å bevirke en ekvivalent mengde energi eller varme er minsket, ved visse anvendelser, med så mye som 70%. Dette kan bevirke en enorm reduksjon av mengden av forurensning som bevirkes. Ved visse anvendelser kan avgivelsen av NOx reduseres til hovedsakelig null, og avgivelsen av andre drivhusgasser reduseres med så mye som omtrent 70% i forhold til konvensjonelle forbrenningssystemer for luft og brennstoff.

Eksempel på prosess for gjenvinning av skrapaluminium

Ved en bestemt bruk benyttes forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff i et gjenvinningsanlegg 10 for skrapaluminium. En strømningsprosess for et eksempel på et anlegg er illustrert i fig. 1 og 2. Skrapaluminium, generelt angitt ved 12, innføres i en smelteovn 14 og gjøres flytende. Anlegget 10 kan omfatte flere ovner 14 som drives i parallell, og en av disse er illustrert. Det flytendegjorte eller smeltede aluminium bringes fra smelteovnen 14 og innføres i en mindre oppholdsovn 16. Oppholdsovnen 16 er også en ovn for oksygen og brennstoff. Det smeltede aluminium bringes fra smelteovnen 14 etter behov for å opprettholde et visst, forutbestemt nivå i oppholdsovnen 16. Dette kan medføre kontinuerlig utslipp ned fra smelteovnen 14 eller utslipp i "batcher", etter behov.

I oppholdsovnen 16 tilføres klor og nitrogen (som gass), som angitt ved 18 og 20, i oppholdsovnen 16 for å forenkle uttrekking av urenheter fra det smeltede aluminium. Kloret og nitrogenet virker som et gassformet flussmiddel for å trekke urenheter ut av aluminiumet. Dette kan også utføres i smelteovnene 14 for å øke rensingen av olje-holdig og skittent skrap. Andre flussmidler som kan benyttes omfatter gassformet argonheksafluorid. Oppholdsovnen 16 er aktivt oppvarmet og arbeider med en metall-smeltetemperatur på omtrent 704°C. Lufttemperaturen i oppholdsovnen 16 er noe høyere.

Deretter filtreres det smeltede aluminium. Det benyttes her et partikkelfilter 22 av posetypen. Det er imidlertid kjent og kan benyttes andre typer filter. Det filtrerte, smeltede aluminium føres deretter gjennom en avgassingsinnretning 24.

I avgassingsinnretningen 24 tilføres et flussmiddel, slik som en inert gass (nitrogen benyttes, som angitt ved 26) i det smeltede aluminium. Det smeltede aluminium omrøres, f.eks. med en mekanisk omrører 28, og flussmiddelet 26 bobler opp gjennom det smeltede aluminium for å fjerne urenheter (f.eks. oksyder) fra aluminiumet.

Det smeltede aluminium føres deretter inn i en støpeinnretning 30 i linjen. I støpe-innretningen 30 støpes aluminiumet til kontinuerlig plate. Støpetykkelsen kan være hva som helst fra 0,25 mm opp til 19 mm eller mere. Aluminiumet kan deretter rulles opp til en rull, som antydet ved 32, for bruk eller fortsatt behandling. Ved en metode fortsetter aluminiumet fra støpeinnretningen 30 gjennom et par varmvalsemaskiner 34 der platen valses til en endelig tykkelse som kan være omtrent 2,1 mm og rulles deretter opp for å danne rullen 32. Fagfolk på området vil kjenne til de forskjellige endelige forme- og finish prosesser som kan utføres på metallet.

Smelteovnen 14 er som angitt ovenfor en ovn for oksygen og brennstoff. Den tilføres et karbonbasert brennstoff, slik som naturgass, i et støkiometrisk forhold til oksygen. Dette er forskjellig fra kjente ovner som benytter brennstoff og luftblandinger. Bland-ingene av brennstoff og luft tilfører nitrogen og oksygen inn i ovnen for å opprettholde forbrenningsprosessen. Dette medfører produksjon av uønskede NOx-avgasser. Dessuten absorberer nitrogenet også energi fra det smeltede aluminium og minsker derved den samlede virkningsgraden til prosessen. Fordi andelen av nitrogen i luft er så høy medgår en stor mengde energi til å oppvarme nitrogenet i stedet for aluminiumet.

Forholdet mellom oksygen og naturgass i smelte- og oppholdsovnene 14, 16 er omtrent 2,36:1. Dette forholdet vil variere i avhengighet av renheten til oksygentilførsel-en og typen av brennstoff. Under perfekte forhold med 100% rent oksygen kan f.eks. forholdet teoretisk beregnes til å være 2,056:1. Oksygentilførselen kan imidlertid ha opp til omtrent 15% bestanddeler som ikke er oksygen, og naturgass er ikke alltid 100% ren. Fagfolk på området vil forstå at forholdene kan variere noe, men grunn-laget for å beregne forholdene, dvs. støkiometriske andeler av brennstoff og oksygen, er opprettholdt.

Dette forholdet mellom oksygen og brennstoff medfører flere fordeler. For det første bevirker støkiometrien fullstendig forbrenning av brennstoffet, slik at det dannes mindre karbonmonooksyd, NOx og andre skadelige avgasser (generelt andre drivhusgasser). Dessuten minsker de kontrollerte oksygenandeler også mengden av oksyder som finnes i det smeltede aluminium. Dette medfører i sin tur et endelig aluminiums-produkt med høyere kvalitet og mindre behandling for å fjerne disse uønskede oksyd-foru rensninger.

Det er vesentlig å merke seg at nøyaktig kontroll med forholdet mellom oksygen og brennstoff sikrer fullstendig forbrenning av brennstoffet. Dette står i sterk kontrast til f.eks. kraftverk drevet med fossilt brennstoff (f.eks. offentlige kraftverk), som har et problem med tenningstap. Tenningstap tilsvarer hovedsakelig ufullstendig forbrenning av brennstoffet. På den annen side vil hovedsakelig rent oksygen, i et nært kontrollert støkiometrisk forhold til brennstoffet, minske og eventuelt eliminere disse tap. Dessuten er det eneste teoretiske NOx som er tilgjengelig fra NOx i brennstoffet, i stedet for det som ellers kunne være resultat av forbrenning ved bruk av luft. NOx vil således, om det ikke er fullstendig eliminert, minskes til en ubetydelig mengde sammenlignet med konvensjonelle forbrenningssystemer.

Oksyder i aluminium kommer fra to hovedkilder, for det første fra forbrenningsprosessen, for det andre fra oksyder som befinner seg i aluminiumet. Dette gjelder særlig for skrap av dårlig kvalitet eller primært metall. Det tas hensyn til begge disse kilder for oksyder og minsker eller eliminerer virkningen av disse på det endelige aluminiumsproduktet. For det første minskes oksyder som kan dannes som et resultat av oksygenet som tilføres for forbrenningen av brennstoffet. Dette oppnås ved nær kontroll av oksygen som tilføres til bare det som er nødvendig for det støkiometriske forholdet for fullstendig forbrenning av brennstoffet.

Det tas hensyn til de andre kilder for oksyder (som befinner seg i aluminiumet) og fjerner disse oksyder ved avgassings- og filtreringsprosesser. Det oppnås to fordeler. Den første er at det dannes mindre biprodukt i form av dross D, og det andre er at kvaliteten til det endelige produktet er sterkt forbedret.

Det har også blitt påvist at bruken av en blanding av brennstoff og oksygen (i stedet for en blanding av brennstoff og luft) medfører høyere flammetemperaturer i smelteovnen. Ved bruk av oksygen og brennstoff oppnås flammetemperaturer i ovnen på omtrent 2760°C. Dette er høyere, med omtrent 833-llll°C, enn i andre kjente ovner. Det har også blitt påvist at bruk av oksygen og brennstoff, sammen med disse høyere flammetemperaturer, medfører en ekstremt høyeffektiv prosess. Ved en måling av virkningsgraden måles energien som kreves i kcal/kg av behandlet aluminium. I en kjent prosess er energien som kreves omtrent 2012 kcal/kg behandlet produkt. I den foreliggende sammenheng er energikravene betydelig mindre, omtrent 602 kcal/kg behandlet metall. Det skal også påpekes at selv om "brennstoffet" som er omtalt ovenfor er naturgass, kan det benyttes ethvert organisk basert brennstoff, slik som olje (inkludert spillolje), kull, kullstøv o.l.

I den hensikt å forstå termodynamikken i prosessen er den teoretiske energien som kreves for å smelte 1 kg aluminium 280 kcal. Fordi det inngår visse tap i prosessen ble imidlertid den faktiske energien som trengtes funnet å være omtrent 2012 kcal/kg ved bruk av et luftfyrt forbrenningssystem. Disse tap omfatter f.eks. at faktiske prosess-perioder er mindre enn den faktiske tiden som ovnen er fyrt, og andre nedstrøms prosessendringer, slik som at støpebredden øker eller avtar. Dessuten vil andre tap slik som skorstenstap og varmetap gjennom ovnsveggene bidra til denne energifor-skjellen.

Dessuten er verdien 602 kcal/kg et gjennomsnittlig energibehov, også når det tas hensyn til disse tap. Det er funnet at når prosessen kjøres med høy effektivitet, dvs. når aluminium behandles nesten kontinuerlig, i stedet for å holde ovnen fyrt uten behandling, kan det gjennomsnittlige energibehovet minskes til omtrent 417-500 kcal/kg.

Smelteovn

En foreliggende smelteovn 14 er konstruert primært av stål og ildfaste materialer. Med henvisning til fig. 5-9 har ovnsskallet 42 ytterdimensjoner på omtrent 6 m i bred-de, 12 m i lengde og 3,6 m i høyde. Stålskallstrukturen 42 er dannet av plater og bjelker. Plater og bjelker vil gjennomgående bli angitt som 44 og 46 for ovnskallstruk-turen 42, unntatt som angitt. Gulvet 48 er fremstilt av en 95 mm tykk plate 44 av stål som er sveiset sammen. Hver sveis er over en bjelke 46 for å sikre integriteten til ovnskallet 42.

Andre bjelker 46 er anordnet for å understøtte ovnsgulvet 48. Hver bjelke 46 danner en 20 cm bred flens omtrent for hver 46. cm ved midten. Alle bjelkene 46 (unntatt bindbjelkene som er fullstendig sømsveiset) er festet til bunnplaten 50. Dette mulig-gjør "vekst" i stålet som skyldes termisk utvidelse under oppvarming.

Bjelkene 46 gir understøttelse og stivhet for ovnsbunnen 52. Bjelkene 46 holder ovnen 14 stiv for å minske bøyning under montering av de ildfaste materialer og under lang tids bruk. Bjelkene 46 gir også understøttelse slik at under bruk av ovnen 14 minskes den mekaniske belastningen på de ildfaste materialer. Bjelkene 46 hever også ovnsbunnen 52 fra gulvet som ovnen 14 er montert på. Dette muliggjør at varme som dannes under ovnen 14 kan unnslippe.

Sideveggene 54 til ovnen er likeledes laget av en stålplate- og bjelkekonstruksjon. To veggområder fremgår, over metallinjen og under metallinjen. Dette skille er dannet både av hensyn til styrke og termisk verdi.

Under metallinjen er platen 19 mm tykk. Over metallinjen er platen 16 mm tykk. I den foreliggende ovnen regnes de første 2,4 m (av designgrunner) under metallinjen og de øvre 1,2 m regnes (av designgrunner) over metallinjen.

Bjelker 46 benyttes for å støtte sideveggene 54 til ovnen 14. Bjelkene 46 befinner seg på 46 cm senterlinjer som løper vertikalt langs ovnen 14. Horisontale bjelker 46 er plassert på 46 cm senter under metallinjen og 61 cm senter over metallinjen. Selv om metallinjen i ovnen 14 varierer er det av designgrunner det høyeste nivå av metall som vil være i ovnen 14 under normal drift. Andre faktorer kan tas i betraktning, i hvilke

f.eks. metallinjen kan antas å være 23 cm over linjen for maksimal fylling av ovnen 14.

Taket 56 på ovnen 14 er en hengende, ildfast utførelse. Bjelker 46 er på 46 cm senter langs bredden av ovnen 14. Andre bjelker 46 er sveiset til bjelkene som rager i bred den, og disse andre bjelker er orientert langs lengden av ovnen 14. Klips er montert på bjelkene, på hvilke er montert forhåndsstøpte, ildfaste blokker.

Ovnen 14 har to hoveddører 58 på ovnssiden 54. Dørene 58 benyttes under drift for

avskraping eller rengjøring av hovedvarmekammeret eller badområdet 60 og for fylling av hovedkammeret 60. Dross D (forurensende slagg som danner overflaten av smeltet aluminium) bygges opp inne i ovnen 14 og må fjernes i det minste en gang pr. dag for å opprettholde varmeoverføring. Drosset D fjernes ved å åpne dørene 58 og å skrape overflaten av det smeltede metallet.

Under vanlig drift anbringes metall eller skrap i fyllingsbrønnen 62, og smeltes deretter og overføres til ovnens varmekammer 60, men noen typer skrap, slik som blokker eller barrer, anbringes heller direkte i hovedvarmekammeret 60. Dørene 58 kan åpnes for å overføre disse typer fyllinger til varmekammeret 60.

Dørene 58 er av en konstruksjon med stål og ildfaste materialer. Dørene 58 henger på et mekanisk trinsesystem (ikke vist) og beskyttes av sikkerhetskjetting for å hindre at de faller til underlaget i tilfelle at trinsesystemet svikter. Motordrevne vinsjer benyttes for å drive dørene. Dørene 58 er opphengt i et felles tverrelement, som er understøt-tet fra siden 54 på ovnen 14.

Hovedfyllingsbrønnen 62 befinner seg på fronten 64 av ovnen 14. Brønnen 62 er adskilt fra varmekammeret 60 og er inndelt i to områder: et fyllingsområde 66 og et område 68 med sirkulasjonspumpe. En sirkulasjonspumpe 70 sirkulerer metall fra det varme, smeltede aluminium i hovedkammeret 60 til skrapfyllingsområdet 62.

Det er tre åpninger, angitt ved 72, 74 og 76, mellom kamrene 60, 66 og 68. Den første åpningen 72 er i skillet mellom hovedkammeret 60 og pumpebrønnen 68. Den andre åpningen 74 er i skillet mellom pumpebrønnen 68 og skrapfyllingsområdet 66. Den tredje åpningen 76 er i skillet mellom fyllingsbrønnen 66 og hovedvarmekammeret 60.

Alle åpningene 72, 74 og 76 er omtrent 30 cm under den fysiske eller faktiske metall-linjen i ovnen 14. Åpningene 72, 74 og 76 er under metallinjen for å holde varmen inne i hovedkammeret 60 og å hindre strømmen av oksyder mellom de adskilte områder i ovnen 14 og å holde ovnen lufttett (dvs. opprettholde et kontrollert miljø inne i ovnen 14). Pumpen 70 befinner seg i et hevet område for å hindre at for mye smuss, sten og dross samler seg i og rundt pumpen 70.

En røkgasshette 78 befinner seg over fyllingskammeret 66. Hetten 78 er fremstilt av stål og er montert på bjelker 46 som ligner de som sideveggene 54 er fremstilt av. Bjelkene 46 er anbrakt på en plate som dekker sideveggen i brønnen, og hovedsakelig deler denne. Hetten 78 ventilerer hovedkammeret 60 gjennom en skorsten 80 (se fig. 4). Skorstenen 80 slipper gasser ut av ovnen 14 og kan stenges for å opprettholde trykk i ovnen 14.

Røkgasser strømmer ut av ovnen 14 og strømmer til et posehus 82 (fig. 4). Posehuset 82 benyttes primært for å oppsamle uforbrent karbon fra maling, olje, løsemidler og lignende som inngår i behandlingen av skrapaluminium.

Ovnen 14 omfatter fire brennere 84 for oksygen og brennstoff. Brennerne 84 er montert på en sidevegg 54 i ovnen 14, motsatt av dørene 58. En stålkonstruksjon omgir brennerne 84 for å muliggjøre montering av brennerne 84 og å holde den omgivende veggen stiv.

Ovnen 14 er foret med ildfaste materialer. Gulvet 48 er fremstilt av to forskjellige ildfaste materialer. Det første materialet 86 er en støpt bjelke, omtrent 15 cm tykk, med høy styrke, av støpbart ildfast materiale, slik som AP Green KS-4, som danner et undre ildsted. Et gulvmateriale 88 er støpt over ildstedet 86 på en monolitisk måte, med en tykkelse på omtrent 33-35 cm. Gulvmaterialet 88 er et AP Green 70AR ildfast materiale. Det er et 70% alumina, aluminiumresistent støpbart, ildfast materiale.

Veggene 54, 64 og 65 er fremstilt av to lag av isolasjon 90 etterfulgt av 70 AR støpbart eller monolitisk, fosfatfastgjort 85% alumina (MONO P85) plastisk ildfast materiale 92. Aluminainnholdet i dette materialet er 85 prosent. Den bakre isolasjonen 90 er en isolerende plate, omtrent 5 cm tykk i sideveggene 54 til ovnen og omtrent 7,6 cm tykk på den fremre og den bakre veggen 64, 65 til ovnen. Forskjellen i tykkelsen for isolasjonen 90 er for å oppta termisk ekspansjon av ovnen 14. Ovnsveggene 54, 64 og 65 vil øke omtrent 10,5 mm pr. lineær meter. Ovnen 14 vil således øke (langs lengden på 12 meter) totalt omtrent 12,7 cm. Ved at det er 15 cm bakre isolasjon 90 (den fremre og bakre veggen har hver 7,5 cm), vil isolasjonen 90 trykkes sammen og muliggjør utvidelse av ovnsveggene 54, 64 og 65 uten å skade ovnskallet 42.

Isolerende sten 94 er anbrakt mellom den sammentrykkbare isolasjonsplaten 90 og det støpte ildfaste materialet 92. Taket 56 er fremstilt av 70 prosent alumina støpbart ildfast materiale. Materialet er støpt i seks takseksjoner. Hver dørramme 58 er fremstilt av 70 prosent alumina AR ildfast materiale.

Ovnen 14 har to sett tappeblokker (ikke vist). Det første settet er anordnet på bunnen 52 av ovnen og utgjør dreneringsblokker. Et andre sett av blokker er anbrakt 40 cm fra gulvet i ovnen og utgjør et overføringssett av blokker. Overføringsblokkene befinner seg på utsiden av ovnen for enkel utskifting. Innsiden av ovnen er dannet og blokkene er anbrakt på utsiden og fastgjort med et plastisk materiale.

Det er to ramper (ikke vist) i ovnen, en ved hver av hovedfyllingsdørene 58. Rampene benyttes for avslagging eller fjernelse av dross D fra det smeltede metallet og for å

muliggjøre at skrapaluminium kan skyves inn i ovnen. Rampene består av to materialer. Basisen er aluminiumresistent sten av lav kvalitet, stablet for å danne en rampe. Stenen er dekket med et støpbart ildfast materiale (omtrent 46 cm tykt), slik som 70AR-materialet. Rampen forløper fra kanten av dørstokken og inn i ovnen.

Veggen 96 som skiller hovedkammeret 60 og tilførselsbrønnen 62 er omtrent 55 cm tykk og er dannet av 70AR-material. Veggen 96 er støpt som en enkelt monolitisk struktur.

Ovnen 14 kan arbeide på flere måter fra tom til holding av smeltet aluminium. Når ovnen 14 er i maksimal drift er den omtrent 80 til 90 prosent full. Det smeltede metallet er på omtrent 760°C og lufttemperaturen i ovnen er omtrent 982°C. Skorstenstempera-turen er omtrent 538°C. Lufttemperaturen måles med et termoelement 98 i den øvre sideveggen 54 i ovnen 14. Metalltemperatur måles ved bunnen av sirkulasjonspumpen 70.

Skrap tilføres eller innføres i ovnen i fyllingsbrønnen 62 i andeler på omtrent 1360 kg. Det vil forstås at størrelsen eller vekten av skrapet som innføres vil variere avhengig av størrelsen og kapasiteten til ovnen 14.

Smeltet metall fra hovedkammeret 60 pumpes på den kjølige metallfyllingen av sirkulasjonspumpen 70. Det smeltede metallet overfører varme, ved varmeledning, til den kalde metallfyllingen. Det tilførte metallet oppvarmes og smelter hurtig.

Den primære måten for varmeoverføring til det tilførte aluminium er ved varmeledning. Det store varmelageret som utgjøres av den fulle ovnen forbedrer denne effektive metoden for varmeoverføring. Når ovnen er på 80 til 90 prosent av sin kapasitet er det omtrent 99800 kg smeltet aluminium på omtrent 760°C. Når skrap fylles i ovnen 14 virker badet som et varmelager og fremskaffer den nødvendige energi for varmeover-føring til det tilførte metallet. Dette gjelder uansett dimensjonene og kapasiteten til ovnen, tilpasset forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff. Sirkulasjonspumpen 70 bidrar til smelting av skrapet ved å bringe varmt smeltet metall til tilførselsbrønnen 62 fra hovedkammeret 60. Dessuten, ved å sirkulere smeltet metall, holdes varmelagdeling gjennom ovnen 14 lav.

Det er funnet at ved å pumpe eller sirkulere det smeltede metallet er temperaturforskjellen mellom toppen og bunnen av ovnen 14 (en høydeforskjell på omtrent 100 cm) bare noen få grader celsius. Ovnen 14 virker således som et stabilt varmelager for å utgjøre en varmekilde for varmeoverføring til det tilførte metallet ved varmeledning.

Varme tilføres til ovnen 14 av brennerne 84. Det antas at den primære måten å over-føre varme til ovnen 14 er stråling, med en viss konveksjonsoverføring. På grunn av de høye flammetemperaturer bevirker forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff effektiv varmeoverføring ved stråling. Geometrien for ovnen 14 er utformet til å øke varmeoverføringsraten ved at overflatearealet til metallet som varmeoverføring skjer gjennom fra flammen til metallet er stor.

Dessuten er de ildfaste materialer over metall-linjen laget av materiale med høyt aluminainnhold. Disse materialer reflekterer varmen fra brennerne tilbake til det smeltede metallet. Dette er i motsetning til konvensjonelle ovnutforminger, som i stedet for å reflektere varme tilbake til det smeltede metallet muliggjør at mye av varmen unnslipper fra ovnen.

For eksempel benytter tradisjonelle ovner ildfaste materialer som har et lavere aluminainnhold og en høyere isolasjonsverdi på de øvre sidevegger. Den foreliggende utførel-sen benytter på den annen side ildfaste materialer med høyere aluminainnhold for å reflektere mer av strålevarmen fra brennerne 84 til badområdet 60. Dette er i motsetning til konvensjonell ovnutførelse. I tradisjonelle ovner benytter de nedre sidevegger (definert som under metall-linjen) ildfaste materialer med høyere aluminainnhold av hensyn til styrke. Derimot benytter den foreliggende utførelsen støpbart ildfast materiale med lavere aluminainnhold, som er mere avansert og har en høyere isolasjonsverdi. På en måte går den foreliggende utførelsen fullstendig mot den tradisjonelle anvendelsen av ildfaste materialer.

Fordi det ikke er noen nitrogentilførsel til ovnen 14 (annet enn nitrogen i brennstoffet) er dessuten volumet av varme gasser (f.eks. røkgass) som går gjennom ovnen 14 meget lite. Dette øker fordelaktig oppholdstiden til gassene i ovnen 14 og gir øket mulighet til varmeoverføring til det smeltede metallet. Varmeoverføring ved konveksjon, selv om den relativt lav, er mer effektiv enn i konvensjonelle ovner. Ved at de varme gasser i den foreliggende ovnen 14 nærmer seg 2760°C og har en forholdsvis lang oppholdstid fjernes mye av varmen før utløpet.

En foreliggende ovn 14 arbeider med en energitilførsel som kreves for smelting på omtrent 602 kcal/kg. Den maksimale varmetilførselen til ovnen 14 er omtrent 10 mill. kcal/ time, og en normal varmetilførsel er omtrent 2,5-3 mill. kcal/ time. Varmetilførselen vil naturligvis avhenge av skrapet som smeltes og kravene til produksjon. Ovnen er i stand til å smelte opptil 18100 kg/time.

Forbrenningssystemet

Forbrenningssystemet, vist i fig. 3, generelt ved 100, er en dobbelt forbrenningskjede som arbeider med et brennstoff, slik som naturgass, brennolje, spillolje, kull (pulverisert, støv og flytendegjort), og en oksygenkilde. Systemet er utformet som to komplette forbrenningssystemer for å forenkle vedlikehold og å bevare energien i perioder med lite bruk. En oksygenkjede 102 og et eksempel på en naturgasskjede 104 er vist i figur 3.

Forbrenningssystemet 100 styres av et styresystem (illustrert i figur 11, angitt generelt med 120) som omfatter en sentral behandlingsenhet 106 som overvåker alle inngående data for metalltemperatur, lufttemperatur, strøm av brennstoff og oksygen og danner et operatørgrensesnitt. Hver forbrenningskjede kan drives individuelt eller i tandem, basert på driftstilstander og betingelser.

Den hovedprosessvariable som benyttes for å styre forbrenningssystemet 100 er metallbadtemperaturen, målt med et termoelement 108. Alternative prosessvariabler omfatter signaler fra en eller flere lufttemperaturfølere 98, 110. Styreskjemaet omfatter inngangsdata fra termoelementer (type K) som befinner seg i den øvre ovnsveggen, skorstenen og ovnstaket, angitt generelt som inngangsdata 112. Det primære termoelementet 108 befinner seg i metallsmeltebadet 60. Termoelementene 112 for luft er belagt med alumina eller lignende materialer for å beskytte måleelementet mot atmosfæren. Termoelementet 108 for badet er beskyttet mot smeltet metall av et keramisk belegg som er resistent mot varme og mot de korrosive tilstander som finnes i smeltet metall. Termoelementet 108 for badet er utformet til å gi signal om start av brennersystemet bare når metallbadtemperaturen faller under et forutbestemt nivå.

Termoelementet 116 for skorstenen eller taket er utformet for å beskytte mot overtempe-ratur. Dette termoelementet 116 er koblet til en overtemperaturkrets som avbryter forbrenningskjedene 102, 104 for å beskytte de ildfaste materialer og ovnen 14 i det tilfellet at en overtemperaturgrense er nådd.

Termoelementet 98 i den øvre veggen benyttes primært for å overvåke lufttemperaturen

i ovnen 14. Det kan også benyttes for å styre ovnen i fravær av termoelementet 108 for smeltebadet. Termoelementet 112 i den øvre veggen benyttes også som den inngående prosessvariable når metall først tilføres i ovnen 14 eller når nivået av smeltet metall faller under termoelementet 108 for smeltebadet.

En operatør har full kontroll over de enkelte innstillingspunkter for temperatur. Et kontrollpanel 118 omfatter temperaturindikatorer for alle termoelementene 92, 108, 110, 112, 114, 116. Operatøren kan justere hvert innstillingspunkt for termoelementer inntil driftsgrensene er nådd. Innstillingspunktene for driftsgrensene kan innstilles internt i den sentrale behandlingsenheten slik at hvilket som helst ønsket temperaturområde kan etableres.

Styresystemet 120 for forbrenningssystemet er utformet i to deler. Den første delen 122 omfatter fastkoblede sikkerhetsanordninger, slik som reléer, grensebrytere og lignende, slik det vil forstås av fagfolk på området. Disse omfatter alle gasstrykkbrytere, stenge-og sperreventiler og flammedetektorer. Den andre delen 124 av kontrollsystemet 120 er overvåkings- og automatiske styrefunksjoner som utføres av den sentrale behandlingsenheten 106.

Gasskjedene 104 er utformet i par slik at en kjede kan være i drift mens den andre er ute av drift, for eksempel i perioder med vedlikehold eller liten bruk. Hver gasskjede 104 er passende dimensjonert i forhold til kravene til oksygenstrøm. Hver gasskjede 104 starter ved en stengeventil 130 av kuletypen. Et rør 132 leder gassen gjennom et filter 134 for å fjerne eventuelle forurensninger i ledningen. En gasstyreledning 136 forløper fra røret 132 etter filteret 134.

En trykkregulator 138 benyttes for å senke ledningstrykket. Her er oksygentrykket innstilt på omtrent 126 kPa. En stengeventil 140 og sikkerhetsventiler 142 følger langs ledningen. En trykkforskjell-strømningsmåler 144 befinner seg nedstrøms for sikkerhetsventilene 142. Strømningsmåleren 144 måler temperaturen og trykkforskjellen for gassen når den strømmer gjennom en åpning 146. Strømningsmåleren 144 er her en Rosemount modell 3095 trykkforskjell-strømningsmåler.

Med disse målinger bestemmes en strømningsrate og et signal overføres til kontrollsystemet 120. En kontrollventil 148 er etter strømningsmåleren 144 i ledningen. I dette arrangementet benyttes en modulerende kontrollventil som mottar et utgangssignal fra kontrollsystemet 120. Ventilen 148 overfører et signal til kontrollsystemet 120, og særlig til den sentrale behandlingsenheten 106, for å indikere den faktiske stillingen til ventilen 148.

Gasskjeden 104 er deretter splittet i to separate ledninger 104a, b som hver har en ventil 150a, b. Ventilene 150a, b benyttes for å regulere hver brenner 84 slik at gasstrømmen blir jevnt fordelt.

Oksygenkjeden 102 ligner gasskjeden 104, unntatt at ledningsdimensjonene og kompo-nentene er større for å være tilpasset den større strømningsraten for oksygen. Et eksempel på oksygenkjede 102 er vist i figur 3, der de komponenter som tilsvarer komponenter i brennstoffkjeden 104 er angitt med tall i 200-serien.

Med henvisning til figur 10 er brennerne 84 av ganske alminnelig utførelse. Hver av de fire brennerne 84 omfatter en hovedinnløpsdyse 152 som rager inn i ovnen 14. Et brenngassinnløp 154 rager til hovedinnløpsdysen 152 på utsiden av ovnsveggen 54. Oksygen tilføres til hovedinnløpsdysen 152 og blandes med brenngassen. En tenner (ikke vist) rager gjennom en midtre åpning 156 i hovedinnløpsdysen 152. Tenneren frembringer en gnist for antennelse av blandingen av brennstoff og oksygen.

Drift av forbrenningssystemet 100 utføres enkelt ved en kombinasjon av operatøraktivitet for tenning og automatisk styring med den sentrale behandlingsenheten 106. Det tilføres strøm til kontrollene i systemet som driver den sentrale styreenheten 106 og de fastkob lede sikkerhetsdeler 122 i kontrollsystemet 120. Den sentrale behandlingsenheten 106 starter kommunikasjon med kontrollventilene, termoelementene og reléene som er en del av det fastkoblede sikkerhetspartiet 122. Bryterne for gass- og oksygentrykk er av en dobbelt bryterutførelse for høy og lav. Lavtrykksbryteren er et normalt lukket signal mens høytrykkssiden er et normalt åpent signal. Den sentrale behandlingsenheten 106 bestemmer hvorvidt det foreligger et korrekt signal og tillater at programmet fortsetter. Dersom det gjenkjennes et ukorrekt signal aktiveres hørbare og visuelle alarmer. Kon-trollopplegget overvåker også hvorvidt kontrollventilene 148, 248 for gass og oksygen er i stilling for "lav fyring". Dersom kontrollventilene 148, 248 er i korrekt stilling, overføres et signal som tillater kontrollsystemet 120 å fortsette oppstartingsprosedyren. Et over-temperatursignal må også være i orden for å tillate at systemet 120 fortsetter gjennom oppstartingsprosedyren.

Når alle oppstartingsbetingelser er oppfylt starter en nitrogen-spylesyklus. Nitrogen benyttes for å spyle ovnen 14 for eventuelle brennbare gasser som kan være gjenværende i ovnen 14. Nitrogenspylingen er tidsstyrt slik at volumet av nitrogen gjennom ovnen 14 er omtrent 2,5 ganger volumet av ovnen 14.

Etter at spylingen er fullført starter en eller begge forbrenningskjedene. En kontrollventil setter enten et par av brennere eller alle brennerne 84 i drift. En flammestyring åpner pilotsolenoidene. Pilotsolenoidene er normalt lukket, men åpnes etter start, og gass og oksygen strømmer gjennom en pilotenhet.

På enden av pilotenheten blandes gassene og antennes av en gnist som utsendes av flammestyringen. Etter antennelse detekterer en flammedetektor 126 nærværet eller fraværet av flamme og overfører et signal til kontrollsystemet 120. Når en flamme er detektert åpner kontrollsystemet 120 hovedstengeventilene for både gass og oksygen.

Hovedstengeventilene 140, 240 for brennstoff og oksygen virker uavhengig. Sikkerhetsventilene 142, 242 er slik utformet at dersom gassventilen 140 ikke åpner, åpner ikke sikkerhetsventilene 142, 242. Når hovedgassventilen 140 åpner, åpner sikkerhetsventilene 142, 242 for gass og oksygen. Når alle hovedventilene er åpne aktiveres et kontrollrelé og et indikatorlys for hver gasskjede på kontrollpanelet 118. En pilottimer holdes aktiv i en innstilt tidsperiode, omtrent 30 sekunder. Når den innstilte tidsperioden er utløpt kobles pilotkretsen ut og de normalt lukkede solenoidventilene kobles og isolerer pilotenhetene og indikatorlyset for hver brennerkjede.

Flammedetektorene 126 overvåker flammen kontinuerlig. Ved bortfall av flammeindike-ring overføres et alarmsignal til den sentrale behandlingsenheten 106, og kontrollkretsen isolerer stengeventilene 140, 240 for gass og oksygen og sperreventilene 142, 242.

Når pilotene er utkoblet overtas den automatiske driften av ovnen av kontrollsystemet 120. Mens systemet 120 er innstilt på "lav fyring", holdes oksygenkontrollventilene 248 i lukket stilling uansett prosess- og innstillingsverdier. Gasskontrollventilene 148 er ikke begrenset i sitt område ettersom gasstrømmen følger oksygenstrømmen. Kontrollsystemet 120 holder gassen på det innstilte forhold.

Ved automatisk drift reagerer kontrollsystemet 120 på avvikelser fra prosess- og innstillingsverdier. Ovntemperaturen overvåkes og tilpasses til den innstilte temperatur. Når prosesstemperaturen avviker fra den innstilte temperatur dannes et feilsignal, og kontrollsystemet 120 overfører et signal til oksygenkontrollventilen 248. Gasskontroll-ventilen 148 kontrolleres også av kontrollsystemet 120; den innstilte variable følger den (støkiometrisk korrelerte) strømningsraten til oksygen som er etablert av oksygenstrøm-ningsmåleren. Kontrollsystemet 120 er utformet til å begrense kontrollventilene 148, 248, som i sin tur begrenser den utgående energien fra brennerne 84.

Forbrenningssystemet 100, og særlig kontrollsystemet 120 kan utformes til å passe til alle ønskede anvendelser for og i enhver industri som er basert på karbonbaserte brennstoffer. For eksempel i behandlingsanlegget 10 for skrapaluminium er det tre anvendelser eller bruksmåter for forbrenningssystemet 100 for oksygen og brennstoff. Den første er for smelting av aluminium i et miljø for høy produksjon (dvs. i smelteovnen 14). Den andre er at systemet 100 befinner seg i oppholdsovnen 16 primært for stabil temperaturtilstand og blanding av det smeltede aluminium. Den siste anvendelsen er i en dross-smelteovn 166, der høytemperaturbrennere benyttes for å frigjøre metallen-hetene (aluminium som kan gjenvinnes for produksjon) fra drosset D (smelte-biprodukt) ved termisk sjokk. For hver bruk er brennerne montert for energibevaring og av miljø-grunner.

Anvendelser av det foreliggende forbrenningssystemet 100 kan variere med termisk utbytte (målt i maksimalt antall kilokalorier pr. time), størrelse og orientering av brennerne og temperaturen som ovnene 14,16, 166 er utformet til å arbeide med. Fagfolk på området vil innse at mekaniske forskjeller (f.eks. linjestørrelser og lignende) er nødven- dig for tilpasning til disse forskjellige behov, og at programmeringen av kontrollsystemet 120 og den sentrale behandlingsenheten 106 kan variere.

Det foreliggende forbrenningssystemet 100 medfører flere fordeler i forhold til kjente og brukte forbrenningssystemer. Det er for eksempel blitt vist under bruk at det ligger betydelige energibesparelser i bruken av forbrenningssystemet 100. Brennerne 84 for oksygen og brennstoff arbeider ved en mye høyere temperatur enn konvensjonelle ovner. Det er observert en økning av varmen som er tilgjengelig for smelting (ved andre industrielle anvendelser kan denne økede varmen gjøres tilgjengelig for eksempel for dampfremstilling, avfallsforbrenning og lignende). Dette medfører en minskning av mengden brennstoff som kreves for å drive ovnen 14, 16, 166. Ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse har det blitt observert at den gjennomsnittlige (og estimerte) termiske tilførselen som kreves pr. kilo aluminium som smeltes er minsket fra omtrent 2012 kilokalorier pr. kilo (i en konvensjonell ovn) til omtrent 602 kilokalorier pr. kilo i smelteovnen 14. Dette er en minskning på omtrent 70 prosent. Dessuten har brennstoffet som trengs for å opprettholde temperatur i oppholdsovnen 16 vist seg å være omtrent halvparten i forhold til i en konvensjonell ovn.

Det antas at innsparingen av brennstoff skyldes tre hovedfaktorer. For det første mulig-gjør den økede varmen i forbrenningssystemet 100 fullstendig forbrenning av alt brennstoff uten overskytende oksygen. For det andre, noe som er teori, antas det at forbrenningssystemet 100 arbeider med en sone med strålevarmeoverføring, med noe varme-overføring ved varmeledning.

Systemet 100 er utformet til å trekke fordel av strålevarmeoverføringen inne i ovnene 14, 16, 166 for effektiv overføring av varme til metallbadene. For det tredje, fordi det ikke er noe nitrogen i forbrenningsprosessen, er mengden av gass som strømmer gjennom ovnene 14, 16, 166 liten. En øket oppholdstid for gassene muliggjør således frigjøring av en større andel energi (i form av varme) før utslippet fra ovnene 14, 16, 166.

Typiske røkgassvolumer er en brøkdel av volumene i konvensjonelle ovner. Ved at det er omtrent 80 prosent mindre gasser (hovedsakelig nitrogenkomponenten i luft) i en ovn for oksygen og brennstoff er forbrenningseffektiviteten sterkt øket. I konvensjonelle ovner absorberer nitrogenkomponenten mye av energien (i form av varme) fra smeiten. I det foreliggende forbrenningssystemet 100 tilføres oksygen (i stedet for luft) og brennstoff til ovnene 14, 16,166 og forbrennes i et støkiometrisk forhold. Dette skjer uten overskytende oksygen. Derved absorberes ingen energi av materialer som ikke inngår i forbrenningen, f.eks. overskytende oksygen og nitrogen.

Det foreliggende forbrenningssystemet 100 bevirker også øket produksjon. Når det er installert som en del av en smelteovn økes smeltekapasiteten eller yteevnen til ovnen. Dette bidrar igjen til den hurtige og effektive varmeoverføringen i ovnen 14. Etterhvert som nytt metall innføres i ovnen 14 reagerer forbrenningssystemet 100 hurtig for å frem-skaffe varme for å smelte det tilførte metallet og å opprettholde varmen (temperaturen) i det smeltede metallet i badet 60 på den innstilte temperaturen. Det er funnet at aluminium meget effektivt mottar varme fra en strålevarmekilde.

Kanskje mest vesentlig er den minskede miljøpåvirkningen fra det foreliggende forbrenningssystemet 100, sammenlignet med kjente og benyttede forbrenningssystemer. Det foreliggende systemet 100 benytter på en fordelaktig måte ikke noe nitrogen (fra luft) i forbrenningsprosessen. Normalt inntreffer produksjon av NOx i en ovn som et reak-sjonsprodukt fra den oppvarmede luften som tilføres av forbrenningssystemet. Ved at det foreliggende systemet 100 benytter oksygen i stedet for luft vil eventuell NOx som produseres av det foreliggende forbrenningssystemet bare skyldes mengden av nitrogen som finnes i brennstoffet (dvs. brennstoffbåret nitrogen). Ved at nivåene for brennstoffbåret nitrogen er ekstremt lave (sammenlignet med bidraget fra luft i konvensjonelle ovner), ligger NOx-nivåene i det foreliggende forbrenningssystemet langt under enhver industristandard og begrensninger i offentlige bestemmelser. I tillegg til å minske NOx-produksjon er også produksjonen av andre drivhusgasser, slik som karbonmonooksyd, sterkt redusert.

I tillegg til den minskede miljøpåvirkningen bevarer det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff energi, fordi betydelig mer aluminium kan behandles med betydelig mindre brennstofftilførsel (ethvert karbonbasert brennstoff, omfattende kull, kullstøv, naturgass eller olje). Som et resultat av bruken av mindre brennstoff i prosessen oppnås en bevaring av brennstoffkilder. Vesentlig mindre brennstoff benyttes som helhet såvel som pr. kilo for å produsere aluminium. Dette minsker behandlingsomkostningene (f.eks. brennstoff), såvel som den skattbare bruken av fossile brennstoffer.

OKSYGENTILFØRSEL

Som det vil forstås av fagfolk på området kan oksygenbehovene for det foreliggende forbrenningssystem 100 være ganske høye. Av denne grunn, selv om oksygen kan kjøpes og leveres og lagres til bruk i systemet, er det mer ønskelig å ha et oksygen-produksjonsanlegg nær eller som en del av et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff, slik som det eksempelvise anlegget for behandling av skrapaluminium.

Det henvises nå til figur 4, der det er vist et kryogenisk anlegg 180 til bruk sammen med det foreliggende forbrenningssystemet 100. Det viste, eksempelvise kryogeniske anlegget 180 produserer 105 tonn pr. dag av i det minste 95 prosent rent oksygen og 1700 normal-m<3>pr. time nitrogen som har mindre enn 0,1 ppm oksygen. Anlegget 180 omfatter en 1850 hk tretrinns kompressor 182. Den komprimerte luften, på 518 kPa, kommer inn i en renser/ekspansjonsanordning 184. Luften kommer ut av ekspansjons-anordningen 184 med et trykk på 0,5 kPa og en temperatur på -165°C, og kommer inn i en kryogenisk destillasjonskolonne 186. I kolonnen 186 separeres (destilleres) luft til gassformet nitrogen, flytende nitrogen, gassformet oksygen og flytende oksygen. Det gassformede oksygenet, angitt generelt ved 188, tilføres direkte til forbrenningssystemet 100 og det flytende nitrogenet, angitt generelt ved 190, lagres for eksempel i tanker 191, for senere bruk i forbrenningssystemet 100. Oksygentrykket fra det kryogeniske anlegget 180 kan være lavere enn det som kreves i forbrenningssystemet 100. En oksygen-vifte 192 er anordnet mellom oksygenutløpet fra kolonnen 186 og tilførselen til forbrenningssystemet 100 for å øke trykket til det som trengs i forbrenningssystemet 100.

Det gassformede nitrogenet, angitt generelt ved 194, føres til et nedstrøms spennings-nedsettende system (ikke vist) inne i anlegget 10. Disse systemer, som benytter nitrogen for å behandle aluminium for å nedsette spenninger i metallet og å utgløde metallet, vil være kjent for fagfolk på området. Dessuten benyttes nitrogenet 194 i avgassingsenhetene 24. Anlegget 10 omfatter også et reserveforråd av oksygen og nitrogen 191, 196, i flytende form i tilfellet av f.eks. vedlikehold eller andre situasjoner der det kryogeniske anlegget 180 ikke kan oppfylle anleggets krav til tilførsel. Reserve-systemene 191, 196 er utformet til automatisk å tilføre oksygen og/eller nitrogen etter behov, slik som når det kryogeniske anlegget 180 er ute av drift. Overskytende nitrogen kan lagres, fylles i flasker og selges. Systemer slike som disse er konvensjonelt tilgjengelig fra forskjellige produsenter, slik som Praxair, Inc., Danbury, Connecticut.

Varmegjenvinning

Aluminiumbehandlingssystemet 10 drar også fordel av spillvarme fra de forskjellige prosesser. Særlig kan behandlingsanlegget 10 omfatte et gjenvinningssystem for spillvarme, angitt generelt ved 200 i fig. 4. Røkgass, angitt ved 202, fra smelteovnen 14 og oppholdsovnen 16 ledes til en side av en varmeveksler 204 for gjenvinning av spillvarme. Ved at røkgassen 202 er på en temperatur på omtrent 538°C er det en betydelig mengde energi som kan gjenvinnes. Dessuten kan energi gjenvinnes fra utslippet over hovedbadområdet 60 i ovnen.

Røkgassen 202 ledes til varmeveksleren 204 for spillvarme. Et arbeidsfluid, angitt ved 206, slik som pentan, strømmer gjennom den andre siden av varmeveksleren 204 under trykk. Det antas at en varmeveksler av platetypen eller av plate- og rørtypen er best egnet for denne anvendelsen. Fagfolk på området vil innse de forskjellige typer arbeidsfluider som kan brukes i dette gjenvinningssystemet for spillvarme, og i varmeveksler-systemene som brukes sammen med disse typer arbeidsfluider.

Det oppvarmede fluidet 206 ledes til en fordamper 208 der fluidet 206 tillates å ekspan-dere til damp. Dampen 206 ledes til et turbingeneratorsett 210 for å produsere elektrisitet. Dampen kondenseres deretter, i en kondensator 212, og returneres til varmeveksleren 204. Det antas at tilstrekkelig energi til å produsere omtrent 1,5 til 2,0 mega-watt energi i form av elektrisitet kan gjenvinnes fra røkgassen 202 fra det ovenfor be-skrevne skrapbehandlingsanlegget 10.

Selv om mange forskjellige arbeidsfluider 206 kan benyttes til bruk i et slikt gjenvinningssystem 200 for spillvarme eller spillenergi, benyttes i et aktuelt system pentan som arbeidsfluidet 206. Et slikt organisk basert system medfører flere fordeler i forhold til f.eks. dampbaserte systemer. Det antas at et pentanbasert arbeidsfluid 206, i et standard Rankine-cyklusarrangement, enklere vil muliggjøre variasjoner i damptilførsel enn et dampbaset system. Ved at varmeavgivelsen fra ovnene (smelteovn 14 og oppholdsovn 16) er avhengig av metallproduksjon i stedet for elektrisk tilførsel, vil energitil-førselen til gjenvinningssystemet 200 ha en tendens til å variere og vil være den styren-de størrelsen for kraftproduksjon. Et fluid 206 slik som pentan gir den økede fleksibiliteten som kreves for et slikt gjenvinningssystem 200.

Som det vil innses av fagfolk på området kan den elektriske energien som dannes benyttes for å gi noe av den nødvendige energien til skrapbehandlingsanlegget 10, om fattende det kryogeniske anlegget 180. Energi for å drive anlegget 10 kan fremskaffes av et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som benyttes i et kraftverk (ved bruk av en ovn eller kjele), for å danne damp for et dampturbin-generatorsett. I et slikt arrangement, når energien som dannes overstiger det som trengs i anlegget 10, kan den overskytende energien selges til f.eks. et lokalt elektrisk nett.

Drossbehandling

Med henvisning til fig. 2 behandles forurensningene eller drøsset D fra smelteovnen 14 videre, separat og adskilt fra aluminiumgjenvinningen, i en drossgjenvinningsprosess angitt generelt ved 164. Drøsset D fjernes, f.eks. ved avstryking, fra toppen av det smeltede aluminiumsbadet 60 i smelteovnen 14. Drøsset D presses i en siktlignende skål 168 med mekaniske midler. Pressing driver aluminiumet A fra drøsset D, gjennom åpningen 170 i skålen 168. Aluminiumet A som er presset ut av drøsset D gjenvinnes og returneres til smelteovnen 14.

Det oksydholdige drøsset tilføres i gjenvinningsovnen 166 for ny oppvarming. Gjenvinningsovnen 166 er av lignende utførelse som smelteovnen 14 ved at den benytter et forbrenningssystem 100 for oksygen og brennstoff. Under drift gir imidlertid gjenvinningsovnen 166 "sjokk" til det drossholdige materiale ved å benytte en tilnærmet direkte flamme på omtrent 2760°C for å frigjøre aluminiummetallet fra drøsset D. Temperaturen i smeltebadet 172 i gjenvinningsovnen 166 er også betydelig høyere, omtrent 788-816°C, med en lufttemperatur i ovnen på omtrent 1093-1204°C. Dessuten utføres "sjokkprosessen" i en sterkt redusert atmosfære hovedsakelig uten overskudd av oksygen inne i ovnen 166 (i motsetning til konvensjonelle ovner som arbeider med over-skuddsnivåer for oksygen på omtrent 3 til 5 prosent).

Gjenvinningsovnen 166 utsettes også for avskraping, og det resulterende drøsset presses. Aluminiumet A som gjenvinnes overføres til smelteovnen 14. Det gjenværende drøsset D2 sendes deretter for behandling på et annet sted, til en drossbehandler, for fortsatt gjenvinning av aluminium. Det er funnet at denne prosessen, inkludert drossgjenvinningsprosessen, medfører en betydelig økning av gjenvinningen av metall. Drøsset D2 som til slutt sendes til fortsatt behandling er bare en brøkdel av den opp-rinnelige mengden dross D, slik at behandlingsomkostningene er minsket og aluminiumgjenvinningen er øket.

Av betydning er at drossgjenvinningsprosessen 164 utføres uten bruk av salter eller andre additiver. I stedet benyttes termisk sjokk for å frigjøre metallet fra oksydene. Kjente gjenvinningsprosesser benytter salter for å separere oksydene fra metallet. Ved at saltene blir igjen i oksydene, som i sin tur til slutt avhendes, blir saltene også sendt til avhendelse. Disse salter kan være miljøskadelige og/eller giftige. Denne prosessen 164 er miljøvennlig ved at den eliminerer behovet for disse salter og avhendelsen av disse.

Når det gjelder hele behandlingskjemaet 164 er det funnet at disse gjenvinningstrinn

(dobbelt pressing med mellomliggende gjenoppvarming) resulterer i gjenvinningsrater for aluminium som er betydelig forbedret i forhold til kjente prosesser, avhengig av kvaliteten til skrapet. Det har blitt oppnådd flere prosent økning i mengden av metall som gjenvinnes fra drasset D.

Andre anvendelser for forbrenningssystemet

Som angitt ovenfor vil det fremgå at økede virkningsgrader kan oppnås ved bruk av oksygen i alle kontinuerlige prosesser. F.eks. kan kraftverk øke flammetemperaturen eller minske tenningstapet i kjeler ved å tilføre oksygen til brennstoffet (i stedet for luft). Dette kan øke virkningsgraden under drift. Hovedsakelig kan forbrenning av alle karbonbaserte brennstoffer forbedres ved tilførsel av oksygen. Fordelene er både økonomiske og miljømessige. Hittil har ingen industri utenom glassproduksjon tatt i bruk teknologi med oksygen og brennstoff. I glassproduksjonsindustrien benyttes denne teknologien ikke for resulterende virkningsgrader, men på grunn av den høye smeltetemperaturen som kreves for glassproduksjonsprosessen.

Bruken av forbrenningssystemer for oksygen og brennstoff i alle industrielle og strøm-produserende anvendelser kan bevirke mindre brennstofforbruk med ekvivalent energiytelse eller varmedannelse. Minsket brennstofforbruk, sammen med effektiv bruk av brennstoffet (dvs. effektiv forbrenning) medfører sterkt redusert og hovedsakelig null utslipp av NOx og betydelig reduksjon av utslipp av andre drivhusgasser.

På grunn av de mange industrielle brennstoffer som kan benyttes, slik som kull, naturgass, forskjellige oljer (fyringsolje og spillolje), trevirke og annet resirkulert avfall, sammen med forskjellige fremgangsmåter som er i bruk og er foreslått, for å danne oksygen, vil fagfolk på området innse det enorme potensiale ved industriell anvendelse av det foreliggende forbrenningssystemet. Det kan velges brennstoff basert på tilgjengelighet, økonomiske faktorer og miljøhensyn. Det er derfor ikke spesifisert ett brennstoff men enormt mange, og faktisk er alle karbonbaserte brennstoffer kompatible med det foreliggende systemet. Dessuten er det mange akseptable teknologier for å produsere oksygen med høye renhetsnivåer. Slike teknologier omfatter lavtemperaturteknikk, membransystemer, absorpsjonsenheter, hydrolyse og lignende. All slik bruk av brennstoff og oksygentilførsel ligger innen omfanget av den foreliggende oppfinnelse. Fagfolk på området vil innse at de andre gasser som produseres, slik som hydrogen og nitrogen, kan lagres, fylles i flasker og selges.

Som forklart nærmere ovenfor er en anvendelse for den foreliggende forbrenning behandling eller gjenvinning av skrapaluminium. Andre eksempler på anvendelse, som skal forklares i det følgende, omfatter industrielle kjeler og forbrenningsanlegg for kraftproduksjon. Disse eksempelvise anvendelser fokuserer på fleksibiliteten og anvendbarheten av denne teknologien til utstrakt industriell bruk.

Generelt medfører bruken av forbrenning av oksygen og brennstoff betydelige fordeler på mange områder i forhold til tradisjonelle systemer for luft og brennstoff. Den første er muligheten til å operere med nøyaktige støkiometriske nivåer uten å hindres av nitrogen ved forbrenningen. Dette muliggjør høyere effektivitet ved utnyttelsen av brennstoffet, mens NOx-nivåene ved forbrenningsanvendelsen i høy grad reduseres. Betydelig mindre brennstoff kreves for å oppnå de samme nivåer av energiytelse, hvilket i sin tur minsker de samlede driftsomkostninger. Ved å benytte mindre brennstoff for å oppnå den samme energiytelsen oppnås en reduksjon av utslipp. Innsparing av brennstoff og mindre utslipp er bare to av fordelene som oppnås med det foreliggende systemet.

Dampgeneratorer for produksjon av elektrisitet, f.eks. med industrielle kjeler, varierer men er i utgangspunktet avhengig av forbrenningssystemene for å danne damp for å rotere et turbingeneratorsett. Brennstoffene som benyttes varierer avhengig av ut-formingen av dampgeneratorene. Imidlertid krever alle kjelene et oksydasjonsmiddel. Ved bruk av det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff benyttes oksygen med høy renhet som det eneste oksydasjonsmiddel i kjelen eller det benyttes som et supplement til luft som fremskaffer oksygenet for forbrenning.

Fordelene som kan dras nytte av ved andre industrielle anvendelser gjelder for kraft-industrien. F.eks. vil bruken av oksygen i forbrenningssonen øke flammetemperaturen og effektivt minske tenningstapet ved at det enkelt skaffes tilgjengelig oksygen for forbrenning. Ved å øke flammetemperaturen kan det oppnås høyere rate for dampgene- reiing med den samme rate for forbrenning av brennstoffet. Tilsvarende kan den samme energidannelsen oppnås med lavere rater for forbrenning av brennstoff. Flammetemperatur vil avhenge av konsentrasjonen av oksygenet som benyttes for forbrenning. Uten ekstra tilførsel av eller anrikning med oksygen (dvs. ren luft for forbrenning), vil flammetemperaturen være omtrent 1650°C. Med henvisning til forklaringen ovenfor, med rent oksygen som oksydasjonsmiddel, vil flammetemperaturen være omtrent 2482 til omtrent 2760°C. De antatte flammetemperaturer for varierende grader av oksygentilsetning kan interpoleres (muligens lineært) mellom disse temperaturer.

Oksygen kan også benyttes sammen med overfyrte luftsystemer eller lav-NOx-brennere for å minste NOx og andre drivhusgasser mens det sikres stabil flamme med støkio-metri. Typiske lav-NOx-brennere øker ofte tenningstapet. Dette krever at operatører må brenne mere brennstoff. Ved å tilsette anriket oksygen til forbrenningsprosessen kan det oppnås fullstendig forbrenning for brennstoff ved støkiometri uten at det foreligger ti I— leggsnitrogen (ved tilsetning av luft) for å danne NOx.

Dét antas at kjeler kan utformes rundt forbrenningssystemer for oksygen og brennstoff for å dra full fordel av fordelene med disse systemer. Det antas også at ettermontering eller modifikasjoner på eksisterende utstyr også vil gi mange av disse fordelene både til operatøren (f.eks. det offentlige) og for miljøet.

F.eks. viser fig. 12 skjematisk en kullfyrt kjele eller ovn 300. En vindkasse 302 er dannet ved en vegg 304 på ovnen 300. En brenner 306, gjennom hvilken kullet innføres i ovnen 300, rager gjennom vindkassen 302. Kullet bringes til ovnen 300 av en kull-ledning 308. Primærluft (angitt ved 310) tilføres for å bringe kullet (fra en pulverisator, ikke vist) gjennom ledningen 308 og brenneren 306, inn i ovnen 300. Tertiærluft (som angitt ved 312) tilsettes til kull-ledningen 308 for å sikre at kullet føres til brenneren 306.

Sekundærluft (som angitt ved 314) leveres fra vindkassen 302 direkte inn i ovnen 300 gjennom spjeld 316 på ovnsveggen 304. Sekundærluften 314 er den primære luftkilden for forbrenningsprosessen. I et vel ansett og kjent system for å kontrollere NOx inn-blåser et overfyrt luftsystem (angitt ved 318) luft (fra vindkassen 302), inn i ovnen 300 over flammen F. De underliggende hensikter med den overfyrte luften er to. Den første er å gi tilstrekkelig oksygen til å sikre fullstendig forbrenning av brennstoffet. Den andre er å minske flammetemperaturen og derved å minske produksjonen av NOx.

Det antas at det foreliggende forbrenningssystemet kan erstatte eksisterende forbrenningssystemer totalt, eller alternativt benyttes for å gi et oksygensupplement til luften som benyttes for forbrenning. Særlig antas det at oksygen med høy renhet kan benyttes i stedet for en eller flere av primærluften 310, sekundærluften 314 og tertiærluften 312 som benyttes i disse kjente forbrenningssystemer. Fagfolk på området vil forstå fordelene som kan oppnås ved bruk av det foreliggende forbrenningssystem for oksygen og brennstoff (eller som i visse anvendelser et system for oksygensupplering) i kjeler eller ovner som benytter andre fossile brennstoffer, slik som olje eller gass.

Bruk av det foreliggende forbrenningssystem kan også tenkes brukt i forbindelse med industrielle avfallsforbrenningsanlegg. Typiske avfallsforbrenningsanlegg arbeider på basis av resonanstid, temperatur og oksygenoverskudd. Et system for oksygen og brennstoff vil muliggjøre høyere effektivitet ved driften.

Resonanstid avhenger av den fysiske størrelsen til det oppvarmede kammeret eller skorstenen og hastigheten og volumet av gasser som passerer gjennom kammeret eller skorstenen. Når nitrogen tas ut av blandingen øker resonanstiden fordi volumet av gass som benyttes i forbrenningsprosessen er mindre (med omtrent 80 prosent). Når en for-brenningsinnretning er utformet med et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff gir forbrenningsinnretningen betydelig mindre kapitalomkostninger på grunn av den minskede størrelsen som er nødvendig.

Typiske flammetemperaturer i forbrenningssystemer for oksygen og brennstoff er mye høyere enn i systemer for luft og brennstoff. Effektiviteten med forbrenningen krever mindre termisk tilførsel fra brennstoffet, hvilket resulterer i lavere driftsomkostninger. En av fordelene med forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff er den kontrollen som oppnås med nivåene for oksygenoverskudd. Når det gjelder konvensjonelle forbrennings-innretninger kreves oksygenoverskudd for å forbrenne de flyktige organiske karboner (VOC) og uforbrent karbon. Dette oksygenoverskuddet oppnås ved å innblåse luft i kammeret eller skorstenen der oksygenet (fra luften) benyttes for å fullføre forbrenningen av VOC og uforbrent karbon. Selv om luften gir det nødvendige oksygenoverskuddet bringer den også nitrogen inn i kammeret. Nitrogenoverskuddet som tilføres (for å bevirke oksygenoverskuddet) resulterer i øket produksjon av NOx. Dessuten resulterer luft-overskuddet i dannelsen av andre drivhusgasser og virker dessuten til å kjøle kammeret. Denne uønskede kjølingen krever ekstra varme fra forbrenningssystemet for å overvinne denne kjøleeffekten.

Figur 13 viser skjematisk en typisk industriovn 400. Avfall (angitt ved 402) tilføres i en skorsten 404. En brenner 406 tilføres luft (angitt ved 408) og brennstoff (angitt ved 410) for å frembringe en flamme F for å forbrenne avfallet 402. En karbonmonooksyd (CO)-monitor 412 befinner seg over flammen F for å bestemme nivået av CO i røkgassen. Når nivået av CO er for høyt tilføres ekstra luft til brenneren 406. Eventuelt kan luft tilføres i skorstenen fra et sted 414 i avstand fra brenneren 406 for å utgjøre den ekstra luften.

Det er flere ulemper ved denne driftsmåten. Som forklart ovenfor er to kontrollerende faktorer i avfallsforbrenning tid og temperatur. Det vil si at høyere temperaturer og lengre resonanstider øker forbrenningen av avfallet. Imidlertid øker tilsetningen av luft (for å minske CO-nivåene) strømningsraten gjennom skorstenen 404 og minsker derved resonanstiden. Dessuten, selv om den økede luftstrømmen minsker flammetemperaturen (som i sin tur minsker NOx-produksjon), tilfører den også høye nivåer av nitrogen, som søker å øke NOx-produksjonen og forskyve kjøleeffekten (og minske NOx-produksjonen). Dessuten, på grunn av kjøleeffekten til luften, blir effektiviteten til forbrenningsprosessen redusert.

Det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff benytter på den annen side oksygen med høy renhet som muliggjør forbrenning av det uforbrente materialet uten produksjon av NOx og andre drivhusgasser og uten kjølevirkninger. Det foreliggende systemet for oksygen og brennstoff gir således flere fordeler i forhold til konvensjonelle eller tradisjonelle forbrenningssystemer. Ved at den primære oppgaven til en for-brenningsinnretning er å brenne VOC og andre forurensninger før de kommer til atmosfæren, minsker det foreliggende forbrenningssystemet brennstoffet som benyttes og medfører således minsket produksjon av NOx og andre drivhusgasser og et minsket volum av røkgasser generelt.

Dessuten vil omkostningene for installasjon (f.eks. kapital) og drift av forbrennings-innretninger som benytter forbrenningssystemer for oksygen og brennstoff bli sterkt redusert. Kapitalomkostningene for forbrenningsinnretningen vil minskes fordi volumet av gasser gjennom systemet forventes å bli mye lavere. Som angitt ovenfor, fordi gjennomstrømningen av gasser er mye mindre, kan den samlede størrelsen til forbrenningsinnretningen være betydelig mindre enn konvensjonelle systemer under opprett-holdelse av den samme resonanstiden. Forbrenningsinnretningen kan således være fysisk mindre for å behandle den samme avfallsmengden, og de nødvendige støtte-systemer og hjelpeutstyr og -systemer kan likeledes være mindre.

Dessuten er forbrenningssystemer for oksygen og brennstoff generelt betydelig mer effektive enn konvensjonelle forbrenningssystemer og krever en brøkdel av energitil-førselen. Systemet er også velegnet for forbrenningsanvendelser der brennstoffet er uforbrent karbon eller VOC. Likeledes, ettersom det ikke finnes nitrogen i flammen, holdes utviklingen av NOx på et minimum og skyldes NOx dannet bare av nitrogen i brennstoffet.

Industriene beskrevet ovenfor er bare noen få eksempelvise industrier som kan dra fordel av bruken av det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff. Fagfolk på området vil innse anvendbarheten av dette systemet i den kjemiske og petro-kjemiske industri, strømproduksjonsindustrien, plastindustrien, transportindustrien og lignende.

FORBRENNING AV OKSYGEN OG BRENNSTOFF - NYTTER OG FORDELER.

Nyttene og fordelene med forbrenning av oksygen og brennstoff vil forstås av fagfolk på området. I et eksempel på et anlegg for behandling av aluminiumsskrap ved bruk av en luftfyrt ovn utstyrt for naturgass ble det funnet at energien som trengtes for å behandle eller smelte 1 kilo skrapaluminium (bestemt ved antall m<3>naturgass som ble benyttet), var 2012 kcal (angitt som 2012 kcal/kg). Dvs. at omtrent 0,216 normal-m<3>naturgass trengtes for å smelte hvert kilo aluminium. Energibehovet på 2012 kcal er basert på at hver m<3>naturgass har et varmeinnhold på 9350 kcal.

Ved bruk av det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff ble det derimot funnet at bare 0,064 normal-m<3>naturgass (eller 602 kcal) var nødvendig for å smelte hvert kilo aluminium. Det foreliggende forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff benyttet således 602 kcal/2012 kcal eller 29,9 prosent av brennstoffet som kreves for en luftfyrt ovn. Dette er en reduksjon på 1,0 minus 0,299 eller omtrent 70 prosent av brennstoff-forbruket.

Lignende men ikke helt så drastiske reduksjoner i brennstoff forbruket har blitt observert med et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff som benytter spillolje som brennstoff. Det ble funnet at varmeinnholdet i spilloljebrennstoffet som trengs for å smelte hvert kilo aluminium var 677 kcal. Reduksjonen som ble observert med spillolje var så ledes 677/2012 eller 33,6 prosent, hvilket medførte en reduksjon i brennstoff- forbruk på omtrent 66 prosent. Selv før reduksjonen av produserte forurensninger tas i betraktning oppviser således forbrenningssystemet for oksygen og brennstoff reduksjoner i brennstoff-forbruk på omtrent 70 prosent og 66 prosent ved bruk av naturgass og spillolje, i forhold til en luftfyrt, naturgassfyrt ovn.

Tabell 1 viser en sammenligning mellom forurensninger produsert ved bruk av et luftfyrt forbrenningssystem (gassfyrt, vist som luft-gass), et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff (gass, vist som oksygen-gass) og et forbrenningssystem for oksygen og brennstoff (spillolje, vist som oksygen-olje). Forurensningene er karbonmonooksyd (CO), gassformede nitrogensammensetninger (NOx), partikler under 10 mikrometer i størrelse (PM10), partikler totalt (PT), svovelholdige gass-sammensetninger (SOx) og flyktige organiske karbonsammensetninger (VOC).

Dataene er vist i to former, nemlig tonn pr. år produsert (TPÅ) og pund produsert pr. million BTU (Ibs/MMBTU). Parentesene etter oksygen-gass- og oksygen-olje-data representerer minskninger av forurensning i forhold til det luftfyrte, gassfyrte forbrenningssystemet.

Verdiene for PM10, PT, SOx og VOC for det oksygenfyrte forbrenningssystemet med spillolje viser økninger (som negative reaksjoner). Dette skyldes delvis at ingen "etterbrennings" -behandlingsprosesser ble benyttet i det eksempelvise forbrenningssystemet.

Det antas at passende "etterbrennings" -prosesser ville omfatte posehus (for partikler) og gassvaskere (for svovelholdige gasser) og ville resultere i reduksjoner på i det minste omtrent 98,99 prosent og 95 prosent i avgitte mengder. Verdiene angitt i tabell 1 var basert på reduksjon av brennstoff-forbruk som ble observert og ble bestemt i henhold til aksepterte kriterier fra United States Environmental Protection Agency (USEPA), bestemt av USEPA -tabeller AP42 (tilgjengelig fra USEPA-hjemmesider).

Det skal nevnes at verdiene ovenfor er basert på kontroll av miljøet inne i ovnen der forbrenningssystemet med oksygen og brennstoff benyttes. Dvs. at de viste verdier som indikerer reduksjoner av forurensninger med forbrenningssystemene med oksygen og gass og oksygen og olje krever at ovnen som forbrenningssystemet er montert i er utformet til å begrense lekkasje av luft inn til det neglisjerbare (dvs. nitrogen i forbrennings-atmosfæren).

Det vil således forstås av fagfolk på området at bruken av oksygen med høy renhet (eller høyt oksygenanriket luft) og karbonbasert brennstoff i høy grad kan tilpasses mange eksisterende industrielle systemer. Det antas at bruken av et slikt system i standard og konvensjonelle industrianvendelser vil frembringe et stort antall fordeler og nytter i forhold til kjente og benyttede luftfyrte og luftoverfyrte systemer. Selv om mange fysiske anlegg kan kreve omforming og modifikasjon for å kunne benytte det foreliggende forbrenningssystem med oksygen og brennstoff for å øke ytelse og produksjon, antas det at fordelene som oppnås ved å gjøre disse endringer i utforming og struktur, slik som minskede driftsomkostninger, f.eks. minskede brennstoffomkostninger, minskede kapitalomkostninger og minsket utslipp, vil mer enn oppveie omkostningene for å gjøre disse endringer.

I den foreliggende beskrivelse skal ordene en eller ett oppfattes til å omfatte både entall og flertall. Omvendt omfatter enhver henvisning til flertallsangivelser også entall når dette passer.

Claims

1. Ovn som omfatter: et forbrenningsområde, en brenner, en karbonbasert brennstofftilførsel for å tilføre et karbonbasert brennstoff i forbrenningsområdet gjennom brenneren, en oksydasjonsmiddeltilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet i ovnen for forbrenning sammen med det karbonbaserte brennstoffet, og midler for å styre forbrenningen av oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur over omtrent 1649°C og å danne en røkgass-strøm fra ovnen med en temperatur på ikke høyere enn omtrent 593°C, idet ovnen er utformet til hovedsakelig å hindre innslipp av luft.

2. Ovn i henhold til krav 1, omfattende en lufttilførsel for å tilføre luft som inneholder oksygen til forbrenningsområdet for forbrenning med det karbonbaserte brennstoffet og oksygenet med en forutbestemt renhet.

3. Ovn i henhold til krav 1, omfattende en brennstoffledning for å tilføre,det karbonbaserte brennstoffet til brenneren, og idet oksygenet med den forutbestemte renheten tilføres til ovnen gjennom brennstoffledningen.

4. Ovn i henhold til krav 1, idet oksygenet med den forutbestemte renhet tilføres til ovnen separat og adskilt fra det karbonbaserte brennstoffet.

5. Ovn i henhold til krav 1, idet oksygenrenheten er i det minste omtrent 85 prosent.

6. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff, omfattende: en ovn som har i det minste en brenner, og utformet til hovedsakelig å hindre tilførsel av luft, en oksygentilførsel for å tilføre oksygen som har en forutbestemt renhet høyere enn 21 prosent, en karbonbasert brennstofftilførsel for å tilføre et karbonbasert brennstoff, midler for å innføre oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet i ovnen i et kontrollert forhold til hverandre, og midler for å styre forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur på over 1649°C.

7. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, omfattende midler for å frembringe en flammetemperatur på over 2482°C.

8. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet midlene for å styre frembringer en røkgass-strøm fra ovnen som har en temperatur på ikke mer enn 593°C.

9. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet en røk-gass-strøm fra ovnen oppviser en reduksjon på i det minste 20 % nitrogenholdige, forbrenningsfrembragte gassforbindelser i forhold til et oksydasjonsmiddel fra omgivelsesluft.

10. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet det karbonbaserte brennstoffet er et fast brennstoff.

11. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet det karbonbaserte brennstoffet er et flytende brennstoff.

12. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, hvori ovnen er utformet med en kontrollert atmosfære og videre utformet slik at ovnen har hovedsakelig ingen lekkasje inn fra de ytre omgivelser, og utformet til hovedsakelig å hindre tilførsel av luft, og midlene for å styre forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet er utformet for å frembringe en flammetemperatur over omtrent 2482°C, og å frembringe en røkgass-strøm fra ovnen som har hovedsakelig null nitrogenholdige, forbrenningsproduserte gassforbindelser fra oksydasjonsmiddelet.

13. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, i hvilket det karbonbaserte brennstoffet er en gass.

14. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 13, idet gassen er naturgass.

15. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, omfattende et anlegg for å produsere oksygenet.

16. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet det karbonbaserte brennstoffet er et fast brennstoff, og idet evt. nitrogenholdige, forbrenningsproduserte gassforbindelser er dannet av det faste brennstoffet.

17. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet det karbonbaserte brennstoffet er et flytende brennstoff, og idet evt. nitrogenholdige, forbrenningsproduserte gassforbindelser er dannet av det flytende brennstoffet.

18. Forbrenningssystem for oksygen og brennstoff i henhold til krav 6, idet den kontrollerte atmosfæren hovedsakelig er uten nitrogen.

19. Fremgangsmåte for forbrenning for å operere en ovn omfattende trinnene: anordning av en ovn som har et forbrenningsområde og som har en brenner, og utformet til hovedsakelig å hindre tilførsel av luft, tilførsel av oksygen som har en forutbestemt renhet høyere enn 21 prosent, tilførsel av et karbonbasert brennstoff, innføring av oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet i ovnen i et kontrollert forhold til hverandre, og styring av forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet basert på et forutbestemt innstillingspunkt for prosessvariabler for å frembringe en flammetemperatur på over 1649°C.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, omfattende trinnet med tilførsel av det karbonbaserte brennstoffet i ovnen med en rate som avhenger av tilførselsraten for oksygenet.

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, omfattende trinnet med tilførsel av oksygenet i ovnen med en rate som avhenger av tilførselsraten for det karbonbaserte brennstoffet.

22. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, omfattende trinnet med styring av tilførsel-en av i det minste det ene av brennstoffet og oksygenet for å holde en eller flere temperaturer i ovnen på eller under en eller flere ønskede temperaturer.

23. Fremgangsmåte i henhold til krav 22, idet den ene eller de flere ønskede temperaturer delvis er basert på varmeoverføringen påvirket av ovnens geometri.

24. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, idet trinnet med styring inkluderer styring av forbrenningen av det karbonbaserte brennstoffet for å frembringe en røkgass-strøm fra ovnen som har hovedsakelig ingen nitrogenholdige, forbrenningsfrembragte gassforbindelser fra oksydasjonsmiddelet.

25. Fremgangsmåte i henhold til krav 19, idet trinnet med styring inkluderer styring av forbrenningen av oksygenet og det karbonbaserte brennstoffet for å frembringe en røkgass-strøm fra ovnen som har en temperatur på ikke mer enn omtrent 593°C.