TW201920895A - 控制燃燒之方法及爐 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種控制藉助於具有至少一個氧氣噴槍(120)之燃燒器(160)加熱之爐(100)中的燃燒的方法，其中藉助於該燃燒器(160)之燃料供應件(110)供應燃料且經由該至少一個氧氣噴槍(120)以100 m/s或更高之高速至少部分地供應氧氣，且其中氧氣以超化學計量範圍供應。此外，本發明係關於一種進行該方法之爐(100)。

Description

控制燃燒之方法及爐
本發明係關於一種控制爐中之燃燒的方法且關於根據獨立申請專利範圍之前置項的對應爐。
在金屬加工工業中，必須相對於以下態樣最佳化熔融及澆鑄製程。必須有效地進行爐中之熔融金屬之預加熱及加熱至所需溫度，同時必須最小化經由廢氣之熱損失。控制與溫度相關之火焰組態及用習知加熱製程控制化學計量可能係困難的。此外，應防止煙霧及污染以及諸如NOx 之有害氣體之排放。無焰及半無焰燃燒器技術藉助於氧基燃料燃燒器提供用於在燃料之燃燒期間最佳化爐預加熱及加熱製程之有效手段。將燃燒氣體摻合至燃燒反應區中以便稀釋反應物。此分佈燃燒、轉移熱釋放且降低峰火焰溫度，使得減少NOx 排放。將燃燒氣體摻合至火焰中亦使能量分佈於整個爐中，使得確保較快及較均勻加熱。本申請人之對應熔融物預加熱系統在名稱OXYGON(LTOF，REBOX燃燒器)下已知。
尤其設計用於鋁工業之本申請人的另一低溫氧基燃料技術在名稱LTOF(低溫氧基燃料)下已知。鋁熔融爐中之燃燒在經稀釋之氧濃度下發生，此係因為燃燒氣體經摻合至燃燒區中。此導致低於在其處產生熱NOx 之點之較低火焰溫度。此外，使能量分佈於整個爐中以便達成均勻加熱及較高效熔融。典型優勢為熔融速率之增加高達50%、燃料之消耗降低高達50%、爐中熱點之避免以及廢氣容量及NOx 排放之減少。
所有此等無焰及半無焰燃燒器技術均基於用於產生無焰效果之高速氧氣噴口。氧氣輸出速度通常為聲音在氧氣中之速度，即約305 m/s。亦可使用以近似100 m/s開始之速度。高速噴口在爐氣箱內產生極強再循環，其導致由火焰內以及爐之極均相加熱中之峰溫度的減少所致之前述NOx 產生之減少。此類燃燒器技術證實為極有效且適用的。然而，此等燃燒器技術此前尚未用於熔化鋁廢品，此係因為在此狀況下額外產生不在自先前技術已知之方法中燃燒之低溫碳化氣體。
本申請人之所謂的WASTOX方法因熔化鋁廢品而為人所知。在此狀況下，取決於爐中之燃燒氣體，尤其取決於一氧化碳含量或氧含量供應一定量之氧氣。量測系統通常提供於廢氣流中，例如廢氣管道或廢氣煙道中，以便確定一氧化碳或氧含量。
舉例而言，DE 101 14 179 A1描述用於熔化鋁廢品之轉桶型爐。在此狀況下，將氧氣偵測器及一氧化碳偵測器提供於轉桶型爐之廢氣管道中。類似系統描述於EP 0 756 014 A1中。
本發明係基於在熔化鋁廢品中同時允許低溫碳化氣體之最佳燃燒以及具有低NOx 排放之均勻加熱及較高效熔融的目標。
因此，本發明提出一種控制爐中之燃燒之方法以及對應爐。有利實施例形成附屬申請專利範圍及以下描述之對象。
本發明之優點
在控制藉助於具有至少一個氧氣噴槍之燃燒器加熱的爐中之燃燒之方法中，本發明提出藉助於該燃燒器之燃料供應件供應燃料且經由該至少一個氧氣噴槍以100 m/s或更高之高速至少部分地供應氧氣，其中氧氣以超化學計量範圍或超化學計量比供應。燃燒空氣比(λ)較佳處於1.0與2.5之間，尤其1.2與2.3之間。在此狀況下，該燃燒器及該至少一個氧氣噴槍形成單元。
以此方式，LTOF燃燒器之優勢與WASTOX方法之優勢被組合。由於氧氣以100 m/s或更高之高速供應，因此使爐氣體在燃燒區中循環，使得燃燒區中之氧濃度稀釋。結果，燃燒在低溫下發生且NOx 排放被減少。燃燒同時分佈於爐中，此係因為氧氣亦分佈於爐中使得可達成均勻加熱及較高效熔融。由於氧氣以超化學計量範圍供應，因此存在用於在爐中燃燒低溫碳化氣體及用於達成污染物之完全燃燒之足夠氧氣。
由於LTOF燃燒器已包含至少一個氧氣噴槍，因此不存在對在WASTOX方法中所需類型之額外氧氣噴槍之需求。燃燒器有利地包含多個氧氣噴槍、較佳兩個至五個氧氣噴槍，尤其四個氧氣噴槍。以此方式，氧氣可尤其好地促進爐氣體之均勻循環。
在一有利實施例中，以聲音在氧氣中之速度之範圍內(即在290 m/s與320 m/s之間)的速度至少部分地供應氧氣。此類速度證實為尤其有利於爐氣體之所需循環。
燃燒器有利地包含四個氧氣噴槍，經由該等噴槍供應氧氣。然而，不應以限制性意義解釋此。亦為可設想提供不同數目個氧氣噴槍、較佳兩個至五個氧氣噴槍。以此方式，氧氣可尤其佳地促進爐氣體之可燃的組分之均勻混合及反應性。氧氣噴槍較佳經整合至燃燒器中。較佳不使用分離氧氣噴槍，尤其與燃燒器間隔開之氧氣噴槍。
在另一有利實施例中，基於廢氣量測自動控制氧氣供應件之致動。此為尤其有利的，此係因為可自廢氣值極精確地推斷燃燒之化學計量。
較佳在廢氣量測期間量測O2 含量。此值可有利地用作控制污染物之熱解之指令變量及/或用於熔化鋁。廢氣中之氧含量之利用提供根據其可操作爐之可靠控制標準。若在鋁熔融製程開始時大量烴在未完全燃燒之情況下熱解，則爐氛圍中之氧含量下降。根據廢氣中之氧含量之控制允許方法控制之極精確及敏感配比，以便籍此以超化學計量範圍確保氧氣供應。
在另一有利實施例中，在廢氣量測期間量測CO含量。過高CO值為不充足氧氣供應之標誌。然而，此值較佳用作安全變量。基於O2 值控制該方法，而CO量測結果表示上層安全變量。此雙重防護以足夠可靠性確保爐容器中所產生之低溫碳化氣體之燃燒中的碳化。
或者或另外，較佳基於火焰信號之量測自動控制氧氣供應件之致動。藉助於廢氣量測結果確定爐外部或爐之燃燒室外部之氧氣或一氧化碳的數量。因此，廢氣量測以時間延遲方式發生。在火焰信號之量測中，點火燃燒氣體之火焰或此火焰之光譜用於偵測存在於爐中的燃燒氣體。
可例如用便宜的UV感測器及/或光譜儀或UV光感測器實現此，該等儀器可容易地配置於爐外部，使得其指向例如爐之環形間隙。UV感測器可在爐熄火時偵測火焰信號，亦即在爐氛圍之非燃燒份與環境空氣反應時。自偵測之火焰光譜之UV份有利地確定一定量之燃燒氣體。爐氛圍中待偵測之燃燒氣體之含量愈高，火焰擴散愈廣且火焰光譜之UV份愈明顯。取決於偵測之燃燒氣體而有利地調整或控制或調整藉助於氧氣供應件供應之一定量的氧氣。以此方式，尤其調整完全燃燒發生之超化學計量燃燒比。
亦可視情況鄰接於(UV)感測器添加少量氧氣，以便潛在地點燃存在之CO且藉此產生感測器之可見火焰從而啟動控制製程。
不應以限制性意義解釋上文所述之自動控制致動。亦為可設想例如人工地致動氧氣供應件。舉例而言，亦可基於操作經驗立即調整化學計量比。
在另一有利實施例中，所用爐為轉桶型爐。此為有利的，此係因為可在此狀況下藉由相應地調整爐之旋轉運動來額外控制燃燒。
較佳在爐中融化受污染之鋁廢品。藉助於具有高對流之燃燒器之半無焰火焰加熱鋁廢品，使得鋁廢品之有機組分之熱解發生。舉例而言，在此熱解期間產生作為燃燒氣體之一氧化碳。
轉桶型爐之旋轉運動之停止產生較小的鋁表面區域且因此減少組分之熱解。以此方式，爐氛圍之氧含量可再次增加及始終以超化學計量範圍維持。若控制偵測到熱解發生減少，則可以增量重新啟動爐，使得鋁表面區域變得較大且可再次在其期間將新烴燃燒成CO之熱解發生。此可接著藉由添加足夠O2 而完全燃燒成CO2 ，或若此不為足夠的，則可導致爐之重新啟動，使得熱解再次減少。以此方式，即，即使添加極大量之黏著至鋁的有機污染物，亦可可靠地自動操作爐。因此，可排除在熔融製程之前之清潔及粉碎步驟，使得系統之總體操作成本減少。
本發明之另一態樣係關於一種爐。該爐起進行上述類型之方法的作用且包含具有至少一個氧氣噴槍之燃燒器，其中該燃燒器經組態以用於藉助於燃料供應件將燃料供應至該爐，其中該至少一個氧氣噴槍經組態以用於經由該至少一個氧氣噴槍以100 m/s或更高之高速將氧氣供應至該爐，且其中該爐具備用於偵測化學計量之感測器單元及控制單元，該控制單元取決於該感測器單元之信號調整該氧氣供應件，使得氧濃度處於超化學計量範圍。
不言而喻的是，該等上述特徵以及下文描述之特徵，不僅可在對應引用之組合中使用且亦可在其他組合中使用或單獨使用，而不背離本發明之範疇。
本發明之例示性實施例係在附圖中示意性地說明且參見此附圖更詳細地描述於下文中。
圖1示意性地展示以轉桶型爐之形式實現且藉由參考符號100辨識之爐。在此特殊實例中，轉桶型爐100經設計以用於熔化受污染之鋁廢品101。可經由門102將鋁廢品101引入至轉桶型爐100中。亦藉助於門102封閉轉桶型爐100。此外，轉桶型爐100包含具有燃料供應件110之燃燒器160，該燃料供應件110可經配置例如於門102中。
燃燒器160以LTOF燃燒器之形式實現且包含以至少一個氧氣噴槍120之形式實現的氧氣供應件。藉助於氧氣噴槍120將一定量之氧氣供應至轉桶型爐100。此氧氣以100 m/s或更高之高速供應。尤其調整氧氣數量，使得氧氣以超化學計量範圍供應。
燃燒器160之燃燒器火焰111及121加熱鋁廢品101，使得鋁廢品101，尤其鋁廢品101之有機組分之熱解發生。在該製程中，產生作為燃燒氣體之一氧化碳。經由廢氣管道103將廢氣以廢氣流之形式自轉桶型爐100排出。
由於經由氧氣噴槍120將氧氣數量供應至轉桶型爐之高速或高動量，一氧化碳及其他燃燒氣體在轉桶型爐100中循環且藉由自氧氣噴槍120流出之氣體吸入。由於氧氣以高速(超過100 m/s)噴射，因此儘管無典型意義上之火焰可形成，但(未示出)半無焰火焰實際上以高對流擴散。轉桶型爐及控制單元150分別經設計以用於進行本發明方法之較佳實施例。
在此實施例中，感測器單元140配置於廢氣管道103中且偵測其中之氧含量或一氧化碳含量。此感測器單元140亦可潛在地由UV感測器組成且經由連接件154連接至控制單元150。
使用一氧化碳及其他反應氣體之測定數量以用於經由氧氣噴槍120調整供應之氧氣數量，尤其在控制操作之過程期間。控制單元150取決於一氧化碳及其他反應氣體之測定數量而計算以超化學計量比供應氧氣所需之氧氣數量。如用參考符號152所指示，控制單元150相應地致動氧氣噴槍120，以便將氧氣之測定數量供應至轉桶型爐100。
此外，如用參考符號155所指示，控制單元150有利地控制轉桶型爐100之旋轉運動。
此外，可鄰接於感測器單元140提供氧氣供應線，其中可經由該氧氣供應線添加少量氧氣，以便潛在地點燃存在之CO且藉此產生用於感測器單元140之可見火焰從而啟動控制製程。
100‧‧‧爐
101‧‧‧鋁廢品
102‧‧‧門
103‧‧‧廢氣管道
110‧‧‧燃料供應件
111‧‧‧燃燒器火焰
120‧‧‧氧氣噴槍
140‧‧‧感測器單元
150‧‧‧控制單元
151‧‧‧連接件
152‧‧‧連接件
154‧‧‧連接件
155‧‧‧連接件
160‧‧‧燃燒器
圖1示意性地示出以轉桶型爐之形式實現且設計用於進行本發明方法之較佳實施例的本發明爐之較佳實施例。

Claims (12)

  1. 一種控制爐(100)中之燃燒之方法，該爐藉助於具有至少一個氧氣噴槍(120)之燃燒器(160)加熱，其中藉助於該燃燒器(160)之燃料供應件(110)供應燃料且經由該至少一個氧氣噴槍(120)以100 m/s或更高之高速至少部分地供應氧氣，其特徵在於氧氣以超化學計量範圍供應。
  2. 如請求項1之方法，其中該氧氣至少部分地以聲音在氧氣中之速度之範圍內、即在290 m/s與320 m/s之間的速度供應。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該燃燒器包含四個氧氣噴槍(120)，經由其供應該氧氣。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中基於廢氣量測自動控制該氧氣供應件之致動。
  5. 如請求項4之方法，其中在該廢氣量測期間量測O2 含量。
  6. 如請求項4或5之方法，其中在該廢氣量測期間量測CO含量及/或其他反應氣體之含量。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中基於火焰信號之量測自動控制該氧氣供應件之致動。
  8. 如請求項7之方法，其中用UV光感測器量測該火焰信號。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該氧氣供應件經人工致動。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中所用之該爐(100)為轉桶型爐(100)。
  11. 如前述請求項中任一項之方法，其中受污染之鋁廢品(101)在該爐(100)中熔化。
  12. 一種進行如請求項1至11中任一項之方法的爐(100)，其包含： 燃燒器(160)，其具有 至少一個氧氣噴槍(120)， 其中該燃燒器(160)經組態以用於藉助於燃料供應件(110)供應燃料，且其中該至少一個氧氣噴槍(120)經組態以用於經由該至少一個氧氣噴槍(120)以100 m/s或更高之高速供應氧氣，其特徵在於 該爐(100)具備用於偵測化學計量之感測器單元(130)及控制單元(150)，該控制單元(150)取決於該感測器單元(130)之信號而調整該氧氣供應件，使得氧濃度處於超化學計量範圍。
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