TWI497018B - 於傾斜旋轉爐中提昇進料加熱均一性的熱流量選擇性調整 - Google Patents

於傾斜旋轉爐中提昇進料加熱均一性的熱流量選擇性調整 Download PDF

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Description

於傾斜旋轉爐中提昇進料加熱均一性的熱流量選擇性調整
本揭示內容係關於熔爐系統。更明確地說，本揭示內容係關於傾斜旋轉爐系統及用於操作傾斜旋轉爐系統的方法。
於像是鋁熔融的方法中使用傾斜旋轉爐，是因為該等傾斜旋轉爐能藉由爐傾斜提供金屬熔液出爐的彈性。有三個益處包括1)其可以更低許多的加工溫度操作，因為進料可藉由傾斜移除(與該加工溫度經常超越使該進料熔融需要的加工溫度許多以將各循環之後要移除的外加助熔劑液化之固定軸旋轉爐恰恰相反)，2)其可更徹底被倒空，及3)其可減少氧化物形成於該進料上。
然而，傾斜旋轉爐中的進料分佈由於傾斜而不均勻。由於重力，該進料流向該爐邊緣上方的爐末端。這樣的載重分佈並未達習用熱傳遞裝置，尤其是氧-燃料燃燒器，的最適狀態，該等熱傳遞裝置傾向於火焰周圍遞送較高熱流量。供傾斜旋轉爐用的習知燃燒爐欠缺提供對應該進料的配置和深度的釋熱型態之管制。因此，這些習知燃燒器提供太少熱給該進料的若干部分或其由於提供太多熱給該進料的其他部分而浪費熱。由於此情形，具有習知燃燒器配置的習知傾斜旋轉爐可具有增量的金屬氧化並且必須經常清潔。
美國專利公開案第2009/0004611 A1號係關於一燃燒方法。在此方法中，藉由一或更多燃燒器將工業用爐加熱。該等爐的實例包括鋼再加熱爐、鋁熔爐、玻璃熔爐、水泥窯、鉛熔爐、銅熔爐和鐵熔爐。燃料(舉例來說，任何可燃性流體)及主氧化劑(具有至少50個體積百分比的氧濃度之流體)係透過一或更多燃燒器提供給該爐。該燃料和主氧化劑係於具有低於百分之70的主要氧對燃料之流速下提供。該燃料和主氧化劑係於每秒100呎或更低的速度下提供。輔助氧化劑係透過噴管注入。燃燒反應中產生的熱放射於該進料以將該進料加熱。該熱透過爐氣體和壁直接或間接放射而且非常少的熱藉由對流通過。本案沒有揭示關於用熱流量選擇性調整達成使用燃燒器於相同燃燒率下對帶不均勻深度的熔融物均勻加熱的事。
美國專利第5,755,818A號(相當於EP 0 748 982 B1)(該'818專利)係關於分段燃燒的方法。此方法與該'611申請案中揭示的方法類似；然而，燃料和主氧化劑係於至少每秒100呎的速度下提供。像是該'611申請案，燃燒反應中產生的熱放射於該進料以將該進料加熱，該熱透過爐氣體和壁直接或間接放射而且非常少的熱藉由對流通過。類似地，該'818專利沒教導怎樣調整用於不同應用和不同操作條件的火焰形狀及長度。
美國專利第5,609,481號(相當於EP 0 748 994)(該'481專利)係關於在直接加熱爐中將進料加熱或熔融的方法。在此方法中，藉由直接加熱燃燒器的輻射熱將該進料加熱。將用於增加或減少氧化作用的進料近側氣體引進該直接加熱燃燒器與該進料之間。該進料近側氣體從該進料形成分離層燃燒產物。該層可經調整以控制該進料的氧化作用。為了保持該層，於低於每秒50呎的速度下引進燃料、氧化劑和該進料近側氣體。該'481專利遇到幾個缺點。舉例來說，該等層可藉由混合該進料，進而限制將熱分配於該進料內的能力及降低利用對流加熱的能力而中斷。
藉此以引用的方式併入先前指定專利和專利申請案的揭示內容。
此技藝希望提供用於控制加熱熔爐系統的方法，其造成較高的熔融均勻性，降低的進料氧化作用，及藉由較少的清潔循環更徹底的清空。
本揭示內容之一形態包括一種將進料加熱之方法。該方法包括提供用於將該進料加熱的爐，及以可控制的方式提供第一燃料和第一氧化劑給該第一注射器，及以可控制的方式提供第二燃料或第二氧化劑之一給該第二注射器以形成在該進料之上的釋熱外廓，該釋熱外廓包括離燃燒器一段被控制距離的高熱流量區。該被控制距離對應於該最大深度位置。
本揭示內容之另一形態包括一種用於將進料加熱之傾斜旋轉爐。該爐包括一可旋轉部件，其包括用於引進該進料的容器，該進料具有一包括最大深度位置的深度剖面；及一具有第一注射器和第二注射器的燃燒器。該可旋轉部件可於第一軸和第二軸之間做調整。該爐角度造成該進料具有一包括最大深度位置的深度剖面。該燃燒器以可控制的方式提供第一燃料給該第一注射器及第二燃料或第二氧化劑之一給該第二注射器以形成在該進料之上的釋熱外廓，該釋熱外廓包括一離該燃燒器一段被控制距離的高熱流量區。該被控制距離造成該高熱流量區接近下列一或多者：對應該最大進料深度處的進料表面部分，及對應該最大進料深度處的可旋轉部件之壁部分。
本揭示內容之另一形態包括一種將進料加熱之方法。該方法包括提供用於將該進料加熱的傾斜旋轉爐，以可控制的方式提供第一燃料和第一氧化劑給該第一注射器，及以可控制的方式提供第二燃料或第二氧化劑之一給該第二注射器以形成在該進料之上的釋熱外廓(該釋熱外廓包括一離該燃燒器一段被控制距離的高熱流量區)，測定在該進料的深度剖面中的最大深度位置，以及調整該釋熱外廓的被控制距離以對應該最大深度位置，該被控制距離造成該高熱流量區接近下列一或多者：對應該進料最大深度處的進料表面部分，及對應該進料最大深度處的可旋轉部件之壁部分。
該方法包括於傾斜旋轉爐中提昇進料加熱均一性的熱流量選擇性調整。該系統包括能進行提昇進料加熱均一性的熱流量選擇性調整之傾斜旋轉爐。該選擇性調整可，舉例來說，藉由燃料或氧化劑分段提供。
該方法包括將高熱流量區配置於對應該進料最大深度位置的進料之一部分的近側，或對應該進料最大深度位置的可旋轉部件之壁部分的近側。
該傾斜旋轉爐包括可旋轉部件(舉例來說，筒部)和不可旋轉部件及燃燒器。該可旋轉部件可於第一軸和第二軸之間做調整，該第一軸和該第二軸彎成對應該傾斜旋轉爐的不同操作條件之角度。在傾斜旋轉爐中，該角度造成該進料具有一包括最大進料深度位置的深度剖面。該燃燒器的燃燒形成包括一高熱流量區的釋熱外廓。該燃燒器可由分段氧化劑或燃料調整以將該高熱流量區配置於下列一或多者的近側：(1)對應該進料最大深度位置的進料表面部分及(2)對應該進料最大進料深度位置的可旋轉部件之壁部分。
該高熱流量區可為或包括一高熱流量處。在該進料表面上的區域可為或包括一最大深度位置。用於本文時，該措辭"高熱流量"表示高於該釋熱外廓大部分的熱流量之熱流量並且可包括該釋熱外廓的最大熱流量。
本發明的其他特徵和優點從下列較佳具體實施例的更詳細說明，聯合藉由示範的方式舉例說明本發明的原理之隨附圖式將顯而易見。
本發明提供的是能提供熔爐系統的控制加熱以提供較高的熔融均勻性，降低進料氧化作用，提供更徹底清空和較少清潔循環的方法及系統。本揭示內容的具體實施例提供透過利用燃燒器進行熱分佈的進一步控制，該燃燒器能提供對應傾斜旋轉爐中的進料之配置和深度的釋熱型態。此提昇的熱分佈也將金屬氧化最小化並且允許更徹底的清空，更徹底的清空能達到較少的清潔循環。
圖1顯示一示範傾斜旋轉爐100。該爐可於對應第一軸102的位置(舉例來說，彎角位置)和對應第二軸104的第二位置(舉例來說，實質水平位置)之間做調整。該第一軸102和該第二軸104形成一角度θ。
該爐100包括一可旋轉部件105，該可旋轉部件105具有第一端106或於第一位置時可繞著該第一軸102旋轉的裝載端。該爐100包括第二端107或燃燒器端(燃燒器111的近端)，該第二端107不會繞著該第一軸102或該第二軸104旋轉。然而，該第二端107係建構成使該爐100能於對應該第一軸102的第一位置和對應該第二軸104的第二端之間做調整。該第二端107包括使鹽/助熔劑能被加於該爐100內的進料108(舉例來說，鋁、玻璃、水泥、鉛、銅、鐵及鋼，等等)的開口109。
當該爐100係於第一位置時，與該爐100的其他位置相比該爐100的第一端106含有較大量進料108。該第一位置的角度(聯合該艙的形狀)造成具有一深度剖面的進料108。該深度剖面包括最大深度位置110(由該進料108的表面119界定)及其他帶有較淺深度的區域113。該燃燒器111可被控制以致於由燃燒形成的釋熱外廓112中的高熱流量區114相當於該最大深度位置110。高熱流量係比該釋熱外廓的熱流量分佈各處的平均熱流量更高的熱流量。熱流量分佈可藉由熱流量對離該燃燒器的距離之繪圖表示(參見例如，圖11)。該高熱流量區114可為，舉例來說，整個釋熱外廓的熱流量分佈和平均熱流發生交叉的位置間的區域(即離該燃燒器的距離)。
當該爐100旋轉時，該爐100在燃燒區117中的壁部分121旋轉而位於低於該進料108或在該進料108之下。來自受熱的壁部分121的熱接著藉由傳導將該進料108加熱。有一具體實施例中，舉例來說，供予該進料108的熱當中有多於四分之一係藉由該壁部分121和該進料108之間的傳導提供。此來自傳導的熱的相對量可建基於預定位置(舉例來說，該最大深度位置110)或某一區(舉例來說，該高熱流量區114)。也就是說，該最大深度位置110可對應該爐100的圓周壁部分121，其宜於利用該高熱流量區114加熱以提供傳導熱給該進料108的底部。
圖2至5以圖解方式舉例說明爐100的多個不同部分及該最大深度位置和圓周壁部分121的位置之變異性。圖2顯示於第二位置(或裝載位置)的可旋轉部件105。儘管配置成第二位置，該可旋轉部件105可繞著該第二軸104旋轉。此位置可用於裝載進料108，卸載進料108，及/或清潔該爐100。
為了達成均勻加熱，該釋熱外廓112造成的熱傳遞必須藉由選擇性調整該燃燒器111以將該高熱流量區114配置得更靠近該最大深度位置110及/或旋轉而低於該最大深度位置110的壁部分121(參見圖3至5)予以改變。該燃燒器111係經建構以根據熔融物的深度，在相同燃燒率的情況下，選擇性調整火焰長度及熱傳遞。火焰長度的調整及該高熱流量區114的配置可藉由氧化劑或燃料分段完成。該火焰長度及熱傳遞的調整可經由調整分段率(staging ratio)將燃燒器111分段而達成。
除了上述以外，也可考慮其他提高熔融及/或加熱速率結合該釋熱外廓112的調整之方法。舉例來說，加於該爐100的助熔劑/鹽的量可被增加以提高熔融及/或加熱速率。在其他具體實施例中，也可利用旋轉速率及/或傾斜程度以改變該熔融及/或加熱速率。
對照圖3至5，沿著該進料108的表面119之最大深度位置110可基於變化的角度θ而變動。增大該角度θ使該最大深度位置110朝該第二端107，比較接近該燃燒器111(參見圖1)，移動。為了選定多個不同角度及/或爐構型，該燃燒器111可建構成能提供高熱流量114給該最大深度位置110。圖3至5顯示該爐100的可旋轉部件105於多個不同角度θ的值。關於已顯示的構型，該角度θ可為任何適當值往上到約30至35度。能理解的是，該爐100可包括其他使該角度θ的值能大於30至35度的設計。該燃燒器111可被建構成能提供一高熱流量剖面114，該高熱流量剖面114係經調整以對應變化的最大深度位置110，或可被建構成能於單一位置、代表性位置及/或毗鄰或接近該最大深度位置110的位置對應操作條件，例如熔融循環，提供一高熱流量114。
儘管沒調整，圖3至5各個意欲例示於該可旋轉部件105內的相同進料108體積。該可旋轉部件105可建構成一幾何形狀以致於該角度θ的最大值不會使該最大深度位置110朝該第一端106移動(舉例來說，於該第一端106的近側具有一磨圓或導角的內部隅角115)。同樣地，該艙100可經建構以致於加大該角度θ的值將減少該表面119上的進料108量，藉以可能降低氧化的風險。
在圖3中，該可旋轉部件105係處於對應該第一軸102的第一位置。該角度θ的值為約5度。該表面119具有一預定長度302而且該最大深度位置110具有一預定深度304。
在圖4中，該可旋轉部件105係處於對應該第一軸102的第一位置。該角度θ的值為約20度。該表面119具有比圖3顯示的表面119之預定長度302更短的預定長度402。此外，該最大深度位置110具有比圖3的最大深度位置110之預定深度304更深之預定深度404。此表面119的縮短長度402及加大深度404是該角度θ變大的結果。如圖4中可見到的，從該燃燒器111至該最大深度位置110的水平距離小於圖2和3中的燃燒器的水平距離。為了提供對應該最大深度位置的高熱流量區114，該高熱流量區114可被移至比圖2和3更接近該燃燒器111。
在圖5中，該可旋轉部件105係處於對應該第一軸102的第一位置。該角度θ的值為約30至35度。該表面119具有比圖4顯示的表面119之預定長度402更短的預定長度502。此外，該最大深度位置110具有比圖4的最大深度位置110之預定深度404更深之預定深度504。此表面119的縮短長度502及加大深度504是該角度θ變大的結果。如圖5中可見到的，從該燃燒器111至該最大深度位置110的水平距離小於圖2、3和4中的燃燒器的水平距離。為了提供對應該最大深度位置的高熱流量區114，該高熱流量區114可被移至比圖2、3和4更接近該燃燒器111。
儘管以上圖2至5的描述表示主動調整該燃燒器111以配置該高熱流量區114，但是當該爐100正進行特定操作循環，例如熔融循環，時該高熱流量區114也可對應最大深度位置110而配置。該高熱流量區114的配置可藉由該燃燒器111的選擇性調整變化氧化劑或燃料的分段率而達成。
圖6顯示該爐100的示範分段燃燒器111的示意圖。該燃燒器111係建構成能選擇性地調整該釋熱外廓112(參見圖1)。該燃燒器111包括第一或主要注射器604及第二或輔助注射器602。舉例來說，該燃燒器111可透過第二注射器602將氧化劑或燃料控制引進或分段而選擇性地調整於該艙100內的高熱流量區114之配置及/或該高熱流量區114的強度(參見圖1)。該燃燒器111係配置於該第二端107，正好在該開口109下方(參見圖1)使鹽/助熔劑能被加於進料108。用於本文時，"分段"意指將往該第一或主要注射器的燃料或氧化劑流轉向或分到第二或輔助注射器。同樣地，"分段率"係界定為被轉向該第二或輔助注射器的燃料或氧化劑的百分比。
在分段燃燒器111中，燃料和氧化劑係經由第一注射器604引進。該燃料係透過燃料管注入。氧化劑係透過圍繞該燃料管的主管於透過該燃燒器進入該爐的總氧化劑流速之10至90%之間的流速下引進。有一具體實施例中，輔助氧化劑係透過帶有一軸的第二注射器602注入，該軸於該主要注射器直徑的15至60倍處截切該主要注射器的軸以使總體化學計量比介於所用的燃料完全燃燒需要的理論化學計量的20至100%之間。當從沒分段換成70%的氧被分段時(參見，舉例來說，圖12)，依此方式操作的燃燒器會使高熱傳遞位置離該燃燒器的距離加長63%。
被供予該第一注射器604及，在特定具體實施例中，第二注射器602的氧化劑包括約5體積%至約100體積%的氧。有一具體實施例中，該燃燒器111係搭配含40體積%氧結合任何適當惰性氣體(舉例來說，氮氣)的氧化劑操作。在另一具體實施例中，該燃燒器111係搭配該第二注射器602操作，該第二注射器602注入70體積%氧結合任何適當惰性氣體。該氧化劑的注入可於任何適當速度及/或量。舉例來說，該速度可介於約每秒5呎和每秒200呎之間。
被供予該第一注射器604及，在特定具體實施例中，第二注射器602的燃料可為任何適當燃料。適當燃料可包 括可燃燒的流體，例如，天然氣。有一具體實施例中，該第一注射器604中的燃料之注入可於任何適當速度及/或量。舉例來說，該速度可介於約每秒5呎和每秒200呎之間。於旋轉爐中燃燒天然氣時，舉例來說，整體化學計量比係設定於約1.4和約2.2之間。
該燃燒器111允許該釋熱外廓112進而該高熱流量區114的位置之調整。此調整係藉由氧化劑分段，或透過分流閥606控制氧流達成。在特定具體實施例中，當更多氧係於該第二注射器602中注入時，燃燒火焰更以更長。此外或選擇性地，在特定具體實施例中，該燃燒器111將降低或實質消除該進料108的表面119上的氧化作用。舉例來說，在這些具體實施例中，該燃燒器111透過氧分段達離該爐100的熱金屬注入該氧化劑，其中該燃料在該進料表面附近創造一還原性或非氧化劑氣氛。
圖7顯示一注射器604的示意側視圖。在注射器604中，燃料係於中心燃料管704中注入，而該氧化劑係於環狀管706中注入。該中心燃料管704和環狀管706二者於該注射器604的末端會合以支援火焰。在分段燃燒器111中，注射器604與注射分段燃料或分段氧化劑的第二注射器602(參見例如圖6)結合利用。
圖8顯示根據一替代具體實施例的注射器604的示意側視圖。在圖8的注射器604中，燃料係於中心燃料管704中注入，而該氧化劑係於環狀管706中注入。該中心燃料管704和環狀管706二者於該注射器604的末端會合以支 援火焰。在分段燃燒器111中，注射器604與注射分段燃料或分段氧化劑的第二注射器602(參見例如圖6)結合利用。圖8的注射器604類似於圖7的注射器604；然而，圖8的中心燃料管704和環狀管706比圖7的中心燃料管704和環狀管706更大。較大的尺寸給予注射器604和燃燒器111較高的燃燒率。
圖9顯示一注射器604的示意側視圖。該注射器604包括多數用於注射燃料的燃料管704及一用於注射氧化劑的環狀管706。該多數燃料管704引進被氧化劑環繞的可燃性燃料。在分段燃燒器111中，注射器604與注射分段燃料或分段氧化劑的第二注射器602(參見例如圖6)結合利用。圖9中顯示的注射器604提供密集混合。
實施例
已分析燃燒器的不同構型以比較使該高熱流量區114對應該最大深度位置110及/或旋轉而低於該最大深度位置110的壁部分121。藉由計算流體動力學(CFD)軟體程式使計算變容易並且做出熟悉此技藝者共通的假設。對照圖10至12，多個不同燃燒器構型和分段率考慮下列條件做分析：該爐100內的總體積為約37.4m3 ，該燃燒區117的體積為約26.6m3 ，該進料108的體積為約10.8m3 ，該進料108具有約900K的熔點，該角度θ為約20度，該最大深度位置110為於約3.80m，該燃燒器於約10mmbtu下燃燒，及該可旋轉部件105的旋轉速度為約每分鐘3轉。此 外，燃燒器111係透過該第二注射器調整氧化劑流量而分析。此分析中利用的氧化劑為100%氧。
如圖10所示，具有如圖7所示沒有分段的構型之燃燒器("管中管燃燒器")包括一離該燃燒器約2.25m的特定高熱流量點。具有如圖8所示沒有分段的構型之燃燒器("大型管中管燃燒器")包括一離該燃燒器約1.75m的特定高熱流量點。具有如圖9所示沒有分段的構型之燃燒器("管束")包括一離該燃燒器約2.25m的特定高熱流量點。有一燃燒器("Staging-40"和"Stg-40")，其係利用流過該第二注射器的40體積%氧化劑流或40%的分段率操作，包括一離該燃燒器約3.25m的特定高熱流量點。有一燃燒器("Staging-70"和"Stg-70")，其係利用流過該第二注射器的70體積%氧化劑流或70%的分段率操作，包括一離該燃燒器約3.25m的特定高熱流量點。有一燃燒器("Air-O2 ")，其係利用空氣和氧的預定混合物作為氧化劑操作，包括一離該燃燒器約2.25m的特定高熱流量點。
特定高熱流量點指示利用流過該第二注射器的40體積%氧或流過該第二注射器的70體積%氧操作之燃燒器最接近該進料108內的最大深度位置110。
如圖11所示，對照圖10所述的各條件分析該釋熱外廓112(包括該高熱流量區114)。關於個別燃燒器的釋熱外廓包括多個變化的高熱流量區。該高熱流量區，於這些實施例中利用時，為整個釋熱外廓的熱流量分佈和平均熱流發生交叉的位置之間的區域(即離該燃燒器的距離)。舉例來說，該沒有分段的大型管中管燃燒器包括離該燃燒器介於約1.2 m和約3 m之間的區域。該Stg-40燃燒器，其係利用40體積%氧化劑流或流過該第二注射器的40%分段率操作，包括離該燃燒器介於約1.6 m和約4.2 m之間的區域。該Stg-70燃燒器，其係利用70體積%氧化劑流或流過該第二注射器的70%分段率操作，包括離該燃燒器介於約2.1 m和約4.6 m之間的區域。
此外，該進料108的深度剖面已經描繪出來(包括該最大深度位置110及其他帶有較淺深度的區域113)。計算結果顯示，儘管利用穿過該第二注射器的40%分段率操作的燃燒器及利用穿過該第二注射器的70%分段率操作的燃燒器之特定高熱流量點實質上為相同，但是關於利用穿過該第二注射器的70%分段率操作的燃燒器，總體高熱流量區114離該燃燒器較遠。明確地說，利用穿過該第二注射器的40%分段率操作的燃燒器具有在約2 m之前較高熱流量及超過2 m之後較低熱流量(與利用流過該第二注射器的70%氧化劑操作的燃燒器相比)。因此，利用流過該第二注射器的70%氧化劑操作的燃燒器之釋熱外廓112在最大深度點110的近側區域中釋放出其全部熱的大部分。
此外，計算結果顯示該等燃燒器構形造該進料108表面119處的氧之差異。明確地說，該燃燒器702具有於該表面119處約2.47%的氧含量，利用流過該第二注射器的40%氧化劑操作的燃燒器具有於該進料表面處約0.95%的氧含量，利用穿過該第二注射器的70%分段操作的燃燒器具有於該進料表面處約0.94%的氧含量，及利用空氣操作的燃燒器111具有於該表面119處約3.07%的氧含量。
如圖12所示，分析利用變化百分比的氧化劑分段操作之燃燒器以測定該高熱流量的位置。如圖12所示該高熱流量的變化為離該燃燒器的長度的百分比，而且100%為對應無分段燃燒器的高熱流量位置之配置。離該燃燒器的高熱流量位置之距離隨著分段率提高而增加。
儘管本發明已經引用較佳具體實施例做了說明，是是熟悉此技藝者瞭解可以完成多種不同變化及可以等效物取代其元件而不會悖離本發明的範疇。此外，可完成許多修飾以使特定情況或材料適於本發明的教導而不會悖離其基本範疇。因此，其意味著本發明不限於被當作預期能進行本發明的最佳模式揭示之特定具體實施例，但是本發明包括所有落在後附申請專利範圍以內的具體實施例。
θ‧‧‧第一軸和第二軸之間的角度
100‧‧‧傾斜旋轉爐
102‧‧‧第一軸
104‧‧‧第二軸
105‧‧‧可旋轉部件
106‧‧‧可旋轉部件的第一端
107‧‧‧傾斜旋轉爐的第二端
108‧‧‧進料
109‧‧‧進料開口
110‧‧‧最大深度位置
111‧‧‧燃燒器
112‧‧‧釋熱外廓
113‧‧‧帶有較淺深度的區域
114‧‧‧高熱流量區
117‧‧‧燃燒區
119‧‧‧進料表面
121‧‧‧壁部分
302‧‧‧進料表面的預定長度
304‧‧‧最大深度位置的預定深度
402‧‧‧進料表面的預定長度
404‧‧‧最大深度位置的預定深度
502‧‧‧進料表面的預定長度
504‧‧‧最大深度位置的預定深度
602‧‧‧輔助注射器
604‧‧‧主要注射器
606‧‧‧分流閥
702‧‧‧燃燒器
704‧‧‧中心燃料管
706‧‧‧環狀管
圖1為操作時的示範傾斜旋轉爐的透視圖。
圖2至5顯示一系列示範傾斜旋轉爐於不同角度下的剖視圖。
圖6顯示關於傾斜旋轉爐的示範分段燃燒器。
圖7至9顯示根據此揭示方法測試的其他燃燒器。
圖10顯示由表示多種不同燃燒器構型的高熱流量的特定點之計算流體力學得到的圖表。
圖11顯示由表示多種不同燃燒器構型的釋熱外廓之一部分的計算流體力學得到的圖表。
圖12顯示由表示高熱流量位置相對部分相對於分段率之計算流體力學得到的圖表。
θ．．．第一軸和第二軸之間的角度
100．．．傾斜旋轉爐
102．．．第一軸
104．．．第二軸
105．．．可旋轉部件
106．．．可旋轉部件的第一端
107．．．傾斜旋轉爐的第二端
108．．．進料
109．．．進料開口
110．．．最大深度位置
111．．．燃燒器
112．．．釋熱外廓
113．．．帶有較淺深度的區域
114．．．高熱流量區
117．．．燃燒區
119．．．進料表面
121．．．壁部分

Claims (19)

  1. 一種將進料於一爐中加熱之方法，其中進料具有一包括最大進料深度位置的深度剖面，該方法包含：以可控制的方式將第一燃料和第一氧化劑經由一燃燒器的一第一注射器注射入該爐，其中該爐具有一非圓柱艙，該艙具有一封閉端、相對於封閉端的直徑較小的開口端、及一傾斜旋轉軸角度θ為5度至35度，及該燃燒器設置於該爐的該開口端；以可控制的方式將第二燃料及第二氧化劑之一經由該燃燒器的一第二注射器以一分段率注射入該爐，該分段率係被界定為經由該第二注射器通過該燃燒器的燃料或氧化劑的百分比；測定該最大進料深度位置；調整該分段率以對應於該最大深度進料位置形成一離該燃燒器一段被控制距離的高熱流量區；及依需要重覆該測定及該調整步驟以維持該高熱流量區的被控制距離與該最大進料深度位置的對應關係。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該高熱流量區係接近對應該進料最大深度位置的進料表面的一部分。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該高熱流量區係接近對應該進料最大深度位置的容器之一壁部分。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該被控制距離是在接近用於該爐的一操作條件之該最大深度位置的一位置。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該爐的操作條件為一熔融物循環。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其另外包含藉由選擇性地調整該燃燒器以修飾該釋熱外廓。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一注射器將該第一燃料導引至毗鄰該進料表面的區域。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其另外包含將該進料熔融。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該進料係選自由鋁、玻璃、水泥、鉛、銅、鐵及鋼所組成的群組。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該第二燃料提供給該第二注射器。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該第二氧化劑提供給該第二注射器。
  12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中將該第二燃料為該第一燃料的一部分。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中將該第二氧化劑為該第一氧化劑的一部分。
  14. 一種用於將進料加熱之傾斜旋轉爐，該爐包含：一可旋轉部件，其包括用於引進該進料的容器，該容器具有一非圓柱艙，該艙具有一封閉端、相對於封閉端的直徑較小的開口端、及一傾斜旋轉軸角度θ為5度至35度，該進料具有一包括最大進料深度位置的深度剖面，該最大進料深度位置係基於該爐的一位置及該燃料於該爐中的分佈而被測定；及一具有第一注射器和第二注射器的燃燒器，其中該燃燒器設置於該爐的該開口端；其中該第一注射器被構造成以可控制的方式提供第一燃料及第一氧化劑到該爐內；其中該第二注射器被構造成以一分段率提供第二燃料及第二氧化劑之一到該爐內以形成在該進料之上的釋熱外廓，該釋熱外廓包括一離該燃燒器一段被控制距離的高熱流量區，該分段率係被界定為經由該第二注射器通過該燃燒器的燃料或氧化劑的百分比；其中該被控制距離造成該高熱流量區藉由接近下列一或多者對應於該被測定的最大進料深度位置： 對應該最大進料深度位置的進料的一表面的一部分；及對應該最大進料深度位置的可旋轉部件之一壁部分。
  15. 如申請專利範圍第14項之爐，其中將該第二燃料為該第一燃料的一部分。
  16. 如申請專利範圍第14項之爐，其中將該第二氧化劑為該第一氧化劑的一部分。
  17. 一種將進料於一傾斜旋轉爐內加熱之方法，其中該進料具有一表面及一深度剖面，該方法包含：以可控制的方式將第一燃料和第一氧化劑經由一燃燒器的第一注射器注射入該爐，其中該爐具有一非圓柱艙，該艙具有一封閉端、相對於封閉端的直徑較小的開口端、及一傾斜旋轉軸角度θ為5度至35度，及該燃燒器設置於該爐的該開口端；以可控制的方式將第二燃料及第二氧化劑之一經由該燃燒器的第二注射器以一分段率注射入該爐，該分段率係被界定為經由該第二注射器通過該燃燒器的燃料或氧化劑的百分比；測定在該深度剖面中的最大進料深度位置；以及調整該分段率以對應於該最大進料深度位置形成一離 該燃燒器一段被控制距離的高熱流量區，該被控制距離造成該高熱流量區接近下列一或多者：對應該最大進料深度位置的進料的一表面的一部分；及對應該最大進料深度位置的可旋轉部件之一壁部分；及依需要重覆該測定及該調整步驟以維持該高熱流量區的被控制距離與該最大進料深度位置的對應關係。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中將該第二燃料為該第一燃料的一部分。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中將該第二氧化劑為該第一氧化劑的一部分。
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