TWI809321B - 多燃燒器旋轉爐熔化系統及裝料熔化方法 - Google Patents

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Ｊ 布魯斯 肯沃利
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Abstract

一種將有門的雙通傾斜旋轉爐中的裝料熔化之方法，其包括：在第一燃燒速率下操作第一燃燒器，該第一燃燒器係安裝於該門下方部分並且產生具有一定長度的第一火焰；在第二燃燒速率下操作第二燃燒器，該第二燃燒器係安裝於該門上方部分並且產生具有一定長度的第二火焰，該第二火焰相對於該第一火焰在該裝料的遠端；在該裝料中的固體阻礙該第一火焰的初始階段中，將該第二燃燒速率控制為高於該第一燃燒速率；及在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰的後期階段中，將該第一燃燒速率控制為高於該第二燃燒速率。

Description

多燃燒器旋轉爐熔化系統及裝料熔化方法
相關申請案之相互參照
本案請求2019年10月21日申請的美國臨時申請案第62/923,848號之優先權，在此以引用的方式將其全文併入本文。
本文描述一種用於改善旋轉爐的熔化操作的多燃燒器系統和方法。
圖1舉例說明在門44中具有單一燃燒器10的旋轉爐100中，擴散火焰12如何自然地發展而沒有任何障礙。煙道氣18在經由煙道16離開之前在熔化金屬浴14上面循環。但是，當該爐100填充有要加熱或熔化的材料時，如圖2例示的，可將燃燒空間分為兩類型：具有通常高於99%的高材料孔隙率(即開放空間)之燃燒空間20，通常位於該爐100的上方部分；具有通常低於或等於99%的低材料孔隙率(即，部分或全部被裝料材料塞住的空間)之燃燒空間22，通常位於該爐100的下方部分。
燃燒器習慣上位於靠近裝料材料的位置以確保能量優先轉移給該裝料(而不是耐火材料)。儘管直接轉移給廢料的熱傳速率很高，但是取決於該燃料的位置，容易造成製程上的挑戰，其包括：(1)在遇到該廢料之前不完全 混合或燃燒，(2)燃料和氧化劑的分離，其導致該燃料流短路，及(3)熱量分佈不均勻，這會導致該裝料的一側過熱，而另一側加熱不足(underheating)，如圖3和4所示。這些挑戰的結合會導致更高的燃料消耗、氧化熔體損失及降低的爐容量(由於冷端的堆積)。這些問題也限制該爐的點火強度，從而迅速減少經由該燃燒器輸入的額外能量的返回。在圖3中，裝料24阻礙該火焰12的完全展開，導致該爐100的較熱前部26及該爐100的較冷後部28。此裝料24可能是大塊的廢料，或大堆的廢料、鑄錠或浮渣。除此之外，由於該較熱的前部26及火焰撞擊在該裝料24上，所以該裝料24的一部分會過熱並被氧化，從而導致產量損失。圖4顯示同一旋轉爐100的頂視圖。
在該廢料或裝料的孔隙率低(即，大又密集的裝料)的情況下，這些挑戰更為嚴重。當該裝料輕而多孔時，火焰會部分穿透彼到達該爐的後部。
典型的工業金屬熔化或再加熱爐是“分批式”的，其中以循環方式將材料裝填，熔化/再加熱然後從該爐抽頭/抽出。大型廢料或浮渣的引入，或該爐的裝填超過其設計容量，將阻止該爐中火焰的全面發展，從而影響該爐內傳熱的效率及能量分佈。這導致像是局部冷點及爐渣堆積等問題，從而降低爐容量及生產率。本文所述的系統及方法涉及在工業熔化或再加熱爐中策略性使用多燃燒器以改善製程的生產率、能量效率及金屬回收率。
態樣1.一種將雙通傾斜旋轉爐中的裝料熔化之方法，該爐具有以大體上圓柱形的壁為界的艙，該艙的軸線從封閉端延伸到開口端；及建構成蓋住該開口端的門，該方法包含：將含有固體的裝料加入該艙；沿圍繞該軸線的旋轉方向旋轉該爐；在第一燃燒速率下操作第一燃燒器，該第一燃燒器安裝 於該門下方部分並且產生具有一定長度的第一火焰；在第二燃燒速率下操作第二燃燒器，該第二燃燒器安裝於該門下方部分之上的門上方部分並且產生具有一定長度的第二火焰，該第二火焰相對於該第一火焰在該裝料的遠端；通過定位於該門中的裝料之上的煙道排出由該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體；在該裝料中的固體阻礙該第一火焰發展的初始階段中，將該第二燃燒速率控制為高於該第一燃燒速率；及在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰發展的後期階段中，將該第一燃燒速率控制為高於該第二燃燒速率。
態樣2.如態樣1之方法，其另外包含：在該初始階段期間，操作該第一燃燒器及該第二燃燒器以使該第一火焰長度小於該第二火焰長度。
態樣3.如態樣2之方法，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第一燃燒器中分級，並且該第一火焰長度藉由調節該第一燃燒器的分級比(staging ratio)來控制。
態樣4.如態樣2之方法，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第二燃燒器中分級，並且該第二火焰長度藉由調節該第二燃燒器的分級比來控制。
態樣5.如態樣1至4中任一項之方法，其另外包含操作該第二燃燒器以產生具有高動量且速度為至少250ft/s的火焰。
態樣6.如態樣1至5中任一項之方法，其中由於該旋轉方向而該圓柱形壁旋轉進入該裝料中所形成的浸沒界面(submerging interface)及該圓柱形壁從該裝料中旋轉離開所形成的浮現界面(emerging interface)；而且其中該第一燃燒器及該第二燃燒器係定位成離該浸沒界面比離該浮現界面更靠近。
態樣7.如態樣6之方法，其中該煙道係定位成離該浮現界面比離該浸沒界面更靠近。
態樣8.如態樣1至7中任一項之方法，其另外包含：以燃料富集方式操作該第一燃燒器以產生減小的第一火焰；及以化學計量方式操作該第二燃燒器。
態樣9.如態樣1至8中任一項之方法，其中該爐門係分開使得該下方部分及上方部分可獨立地打開，該方法另外包含：當該門的下方部分被打開以填充或灌注，繼續操作該第二燃燒器以保持熱量輸入到該艙中並且保持該艙的正壓。
態樣10.一種用於將雙通旋轉爐中的裝料熔化之多燃燒器系統，該爐具有以大體上圓柱形的壁為界的艙、從封閉端延伸到開口端的軸線、建構成蓋住該開口端的門及一旋轉方向，該艙含有裝料，該系統包含：第一燃燒器，其係安裝於該門下方部分並且定位成能將一定長度的第一火焰引導到該艙中；第二燃燒器，其係安裝於該門上方部分並且定位成能將一定長度的第二火焰引導到該艙中，該第二火焰相對於該第一火焰在該裝料的遠端；煙道，其係定位於該門的上方部分以從該艙排出由該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體；及控制器，其係經編程以根據該爐中的熔化操作階段在第一燃燒速率及第一化學計量比下操作該第一燃燒器並且在第二燃燒速率及第二化學計量比下操作該第二燃燒器，其中在該裝料中的固體阻礙該第一火焰發展的初始階段中，該第二燃燒速率高於該第一燃燒速率，而且其中在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰發展的後期階段中，該第一燃燒速率高於該第二燃燒速率。
態樣11.如態樣10之系統，其中該控制器係編程為在該熔化操作的初始階段期間將該第一火焰長度控制為短於該第二火焰長度。
態樣12.如態樣11之系統，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第一燃燒器中分級，並且該第一火焰長度藉由調節該第一燃燒器的分級比來控制。
態樣13.如態樣11之系統，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第二燃燒器中分級，並且該第二火焰長度藉由調節該第二燃燒器的分級比來控制。
態樣14.如態樣10之系統，其中該爐另外包含該圓柱形壁旋轉進入該裝料中所形成的浸沒界面及該圓柱形壁從該裝料中旋轉離開所形成的浮現界面，其中該第一燃燒器及該第二燃燒器係定位成離該浸沒界面比離該浮現界面更靠近。
態樣15.如態樣14之系統，其中該煙道係定位成離該浮現界面比離該浸沒界面更靠近。
態樣16.如態樣10至15中任一項之系統，其中該爐門係分開使得該下方部分及上方部分可獨立地打開。
態樣17.一種將單通爐中的裝料熔化之方法，該爐具有以第一端壁、第二端壁及連接該第一端和該第二端的至少一側壁為界的艙，該方法包含：將含有固體的裝料加入該艙；在第一燃燒速率下操作第一燃燒器，該第一燃燒器係安裝於該端壁之一中並且產生具有第二長度的第一火焰；在第二燃燒速率下操作第二燃燒器，該第二燃燒器係安裝於該端壁之一中並且產生具有第二長度的第二火焰；通過定位於該端壁之一中的煙道排出由該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體；在該裝料中的固體阻礙該第一火焰及該第二火焰中的至少其一發展的初始階段中，將該第一燃燒速率及該第二燃燒速率中的至少其一控制為使該煙道的熱損失及該爐的過熱最小化；及在該裝料中的固體充分熔 化之後不會阻礙該第一火焰及該第二火焰發展的後期階段中，將該第一燃燒速率及該第二燃燒速率控制為使傳給該裝料的熱量大化。
態樣18.如態樣17之方法，其中該爐係旋轉爐，該第一燃燒器係安裝於該第一端壁中，該第二燃燒器係安裝於該第一端壁中，並且該煙道係於該第二端壁中。
態樣19.如態樣17之方法，其中該爐係旋轉爐，該第一燃燒器係安裝於該第一端壁中，該第二燃燒器係安裝於該第二端壁中，並且該煙道係於該第二端壁中。
態樣20.如態樣17之方法，其中該爐係反焰爐(reverberatory furnace)，並且至少一燃燒器係安裝於與該煙道相同的端壁中。
態樣21.一種用於將單通旋轉爐中的裝料熔化之多燃燒器系統，該爐具有以第一端壁、第二端壁及至少一側壁為界的艙，該艙含有裝料，該系統包含：第一燃燒器，其係安裝於該端壁之一中並且定位成將具有第一長度的第一火焰引導到該艙中；第二燃燒器，其係安裝於該壁之一中並且定位成將具有第二長度的第二火焰引導到該艙中；煙道，其係設置於該端壁之一中以將該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體從該艙中排出；及控制器，其係經編程以根據該爐中的熔化操作階段在第一燃燒速率及第一化學計量比下操作該第一燃燒器並且在第二燃燒速率及第二化學計量比下操作該第二燃燒器，其中在該裝料中的固體阻礙該第一火焰發展的初始階段中，該第二燃燒速率高於該第一燃燒速率，而且其中在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰發展的後期階段中，該第一燃燒速率高於該第二燃燒速率。
態樣22.如態樣21之系統，其中該爐係旋轉爐，該第一燃燒器係安裝於該第一端壁中，該第二燃燒器係安裝於該第一端壁中，並且該煙道係於該第二端壁中。
態樣23.如態樣21之系統，其中該爐係旋轉爐，該第一燃燒器係安裝於該第一端壁中，該第二燃燒器係安裝於該第二端壁中，並且該煙道係於該第二端壁中。
態樣24.如態樣21之系統，其中該爐係反焰爐，並且至少一燃燒器係安裝於與該煙道相同的端壁中。
10:單一燃燒器
12:擴散火焰
14:熔化金屬浴
16:煙道
18:煙道氣
20:具有高材料孔隙率之燃燒空間
22:具有低材料孔隙率之燃燒空間
24:裝料
26:爐的較熱前部
28:爐的較冷後部
30:主要燃燒器
32:輔助燃燒器
34:主要燃燒器火焰
36:輔助燃燒器火焰
38:UV/IR感測器
40:熱電偶
42:旋轉方向
44:門
46:門的下方部分
48:門的上方部分
50:主要燃燒器
52:輔助燃燒器
54:短火焰
56:長火焰
58:輔助燃燒器
60:短火焰
62:主要燃燒器
64:輔助燃燒器
66:短火焰
68:長火焰
100:旋轉爐
M:主要燃燒器火焰加熱曲線
A:輔助燃燒器火焰加熱曲線
以下將結合附圖描述本發明，其中相同的數字表示相同的元件：圖1係顯示無阻礙的擴散或預混合火焰的完全展開之側面示意圖，其中燃料及氧化劑在該爐中混合。
圖2係顯示經填充待加熱及/或熔化的固體材料的爐中的燃燒區之側面示意圖，特別是當該固體材料阻礙離開該燃燒器的火焰的完全展開時。
圖3係顯示大塊廢料、鑄錠或浮渣的存在對阻礙並防止爐內火焰完全展開的影響之側面示意圖。
圖4係顯示與圖3相同的影響之頂視示意圖。
圖5係顯示使用二燃燒器的系統之側面示意圖，該燃燒器具有不同火焰特性以允許火焰完全展開及更均勻的熱傳遞，這即使是在該爐中存在大塊的廢料、鑄錠或浮渣的情況下亦同。
圖6係從該爐的門端看之端部示意圖，其顯示在多燃燒器熔化操作中二燃燒器的示範構型。
圖7係從該爐的門端看之端部示意圖，其顯示在多燃燒器熔化操作中二燃燒器與對開門結合的另一示範構型。
圖圖8A、8B及9係顯示為證明本發明而進行的計算流體動力學研究的結果的圖形。圖8A係顯示沿著具有單一燃燒器及多燃燒器系統且底部燃燒器點火的爐的壁之溫度分佈的圖。圖8B係顯示沿著具有單一燃燒器及多燃燒器系統且頂部燃燒器點火的爐的壁之溫度分佈的圖。圖9顯示藉著單一及多燃燒器系統進入熔體的熱量之計算值。
圖10係顯示在直軸單通旋轉爐中使用多燃燒器系統的第一具體實例之頂部剖視圖，其中二燃燒器皆在與該煙道相對的爐端。
圖11係顯示在直軸單通旋轉爐中使用多燃燒器系統的第二具體實例之頂部剖視圖，其中一燃燒器在與該煙道相對的爐端，而且另一燃燒器在與該煙道相同的爐端。
圖12係顯示在直軸單通反焰爐中使用多燃燒器系統的第三具體實例之側視剖視圖。
圖5顯示一種多燃燒器系統，其可用以增強傾斜旋轉爐100中的熔化以克服該裝料24形式的大塊密集廢料的挑戰。在舉例說明的具體實例中，在熔化循環的早期，二燃燒器在策略上定位於該門44中以使能量能更深地穿透到該爐中。該主要燃燒器30位於該門44中輔助燃燒器32下方。該主要燃燒器30產生緊密接觸該裝料24的主要燃燒器火焰34，而該輔助燃燒器32產生輔助燃燒器火焰36，該輔助燃燒器火焰36被引導到該裝料24上方朝向與該門44相對的爐100的一端。與該輔助燃燒器火焰36相比，該主要燃燒器火焰34具有較短的加熱曲線，從而優化從各火焰到該裝料24的熱傳遞。這可在圖5的加熱曲線圖中看到，其中將該主要燃燒器火焰加熱曲線標記為M並且將 該輔助燃燒器火焰加熱曲線標記為A。請注意，此佈置不限於二燃燒器，並且可策略性地定位多於二燃燒器以獲得相同的效果。
如圖5的具體實例所示，可有利地使用二不同類型的燃燒器，或可使用一種能夠調節成不同釋熱曲線的燃燒器，例如美國專利號9,134,025中教導的。
利用本文描述的多燃燒器系統，可調節許多因素以達成最佳結果。
燃燒器應該位於遠離該煙道氣管道的位置；該煙道氣管道直徑的至少0.5倍，較佳地大於該煙道氣管道直徑的3倍。
該燃燒器中的至少其一(舉例來說，圖5中的輔助燃燒器32及圖5、6及7中相應的輔助燃燒器火焰36)應該位於相對靠近該爐頂並在一定程度上在該裝料上方，使該火焰完全沿著該爐的長度發展而不受填充於該爐中的材料阻礙。此燃燒器的最佳位置取決於當前的填充習慣。此構型特別適用於雙通道旋轉爐，其中該燃燒器及煙道位於該爐的相同(門)端。首先，在靜態的爐中，傾向於該爐頂上形成局部熱點。其次，在單通構型的爐中，該爐中的整個氣流將從該燃燒器端到該煙道端，所以該裝料的任何阻塞皆只會導致重定向及增長的滯留時間，並且最終在離開該爐之前完成燃燒。
其位置使其火焰的展開受到短距離處的裝料阻礙的至少另一燃燒器(舉例來說，圖5中的主要燃燒器30及圖5、6及7中相應的主要燃燒器火焰34)較佳為一種以短火焰長度為特徵的燃燒器(即，在進入該爐的短距離內完成燃燒)。在美國專利第9,134,025號中有描述一此類燃燒器。
較佳地，該主要燃燒器30能將燃料或氧化劑分級以改變能量釋放特性，使得一旦該裝料熔化，則該火焰長度便延長並且能量分佈進一步延伸到該爐中。
較佳地，該輔助燃燒器32以高動量產生進入該爐的火焰，該高動量相當於在設計燃燒速率下高於250ft/s並且較佳地高於500ft/s的速度，以增強該火焰穿透該爐的能力。
較佳地，該輔助燃燒器32能將燃料或氧化劑分級。替代地或組合地，該燃燒器2能發出無焰或寬廣的燃燒以產生相對均勻分佈的加熱曲線，從而避免該耐火壁上的過熱或熱點。在美國專利第8,696,348號中有描述一此類燃燒器。
該主要燃燒器30及/或該輔助燃燒器32可使用氧化劑中氧含量高於20.9%的氧化劑。
該主要燃燒器火焰34及該輔助燃燒器火焰36較佳地位於更靠近旋轉到該金屬浴中的耐火材料的位置以在該耐火材料與該裝料接觸之前加熱，如圖6中的旋轉方向箭頭42所指。除此之外，該煙道氣管道16較佳為相對於該燃燒器的位置位於該爐的相對(垂直)一半上，同樣如圖6所示。
在諸如圖1及圖2的佈置中，如圖5及圖6所示，該輔助燃燒器32可接近化學計量比操作，而該主要燃燒器30(其產生與金屬該裝料直接接觸的火焰)則相對富含燃料。舉例來說，若操作的總體化學計量比是1.8，並且二燃燒器的燃燒速率大致相同，則該主要燃燒器30可於1.6(燃料富集)下操作，而該輔助燃燒器32可於2.0(化學計量比)下操作。
在操作的初始階段期間，當該爐中存有大量固體裝料24可能阻礙該主要燃燒器30的火焰發展時，該輔助燃燒器32通常以比該主要燃燒器30高的燃燒速率操作。在後期操作階段中，當該固體廢料24已經大量熔化到該熔化浴14中時，該主要燃燒器30可以比該輔助燃燒器32更高的燃燒速率操作。此操作順序使得能夠更快地熔化，然後更快地加熱該熔化的裝料。舉例來說，若總燃燒速率為15MMBtu/hr，則對於最初三分之二的熔體循環，該主要 燃燒器30係於5MMBtu/hr下操作，而該輔助燃燒器32係於10MMBtu/hr下操作。接著，在該熔化週期的最後三分之二期間，該主要燃燒器30係於13MMBtu/hr下操作，而該輔助燃燒器30係於2MMBtu/hr下操作或關閉。該熔體循環在該初始階段及後期階段之間的過渡時間取決於幾個因素，但是最重要的是取決於該廢料的類型以及該廢料塊的尺寸及密度。更大、更密的裝料廢料24將要求該輔助燃燒器32在較高的燃燒速率下操作更長的時間，而且更小、更疏的裝料廢料24將使該主要燃燒器30更快地升溫。諸如圖5中所示的UV/IR感測器38及/或熱電偶40之類的感測器可用以輔助對此轉變的決策。
圖7中顯示圖6的具體實例的變型，其中該爐門44係分開，並且該主要燃燒器30位於該門的下方部分46且該輔助燃燒器32位於該門的上方部分48，其中該門的下方部分46可獨立地打開，而該門的上方部分48保持關閉。藉由在該門的下方部分打開的情況下將該輔助燃燒器32繼續點火，這將使該爐能在該熔體填充或採樣期間保持能量及正壓。當該門打開時，這也有助於消除混雜空氣的夾帶。
圖8A、8B及9顯示計算流體動力學研究的結果，該研究模擬傾斜旋轉爐中的佈置。圖8A顯示在該熔化製程開始時該主要燃燒器30在該爐中單獨燃燒時該壁的溫度分佈。圖8B顯示在該熔化製程開始時該輔助燃燒器32單獨燃燒時該壁的溫度分佈。由於在該製程開始時存有固體裝料，該主要燃燒器30難以將熱量轉移至後部並且最終導致該爐的前壁過熱。相反地，該輔助燃燒器32具有清晰的火焰路徑，從而到達該爐的後部以將熱量有效地轉移給該裝料。因此，在該製程開始時操作該輔助燃燒器32並且在該製程結束時操作該主要燃燒器30，可實現從該燃燒器到該製程的最佳熱傳遞。圖9以模擬計算得出的數字的形式顯示這一點。從該燃燒器到該熔體的熱傳遞隨著該輔助燃 燒器與該主要燃燒器燃燒速率之比率提高而增加。模擬結果顯示將在二不同位置處的燃燒速率分開並且隨時間進行調整可提供至該熔體的最佳熱量轉移。
圖10及11顯示應用於單通旋轉爐的多燃燒器系統之替代具體實例。二圖中皆有概述該多燃燒器系統的流動路徑。在此二具體實例中，該煙道16係於與該多燃燒器系統的至少一燃燒器的壁相對的壁上。當該燃燒器前面有裝料24且該主要燃燒器50及該輔助燃燒器52皆在相同壁上時(圖10)，該主要燃燒器50將產生能夠在短距離燃燒的短火焰54，而具有更長的燃燒空間可用的輔助燃燒器52將產生更長的火焰56，從而將熱量提供給該爐的後部。當該燃燒器在位於其中一壁上煙道16的相對壁上時(圖11)，該主要燃燒器50及該輔助燃燒器58將分別產生短火焰52及60，從而從兩側將該裝料24熔化。圖12顯示應用於單通反焰爐的類似多燃燒器系統，其中主要燃燒器62在具有低材料孔隙率的燃燒空間22附近產生短火焰66，並且該輔助燃燒器64產生更長的火焰68，能夠通過具有較高材料孔隙率的燃燒空間20。
本發明的範疇不受實施例中揭示的具體態樣或具體實例所限制，這些實例旨在舉例說明本發明的一些態樣並且在功能上等效的任何具體實例皆本發明的範疇以內。除了本文中顯示及描述的部分之外，本發明的各種修飾對於此領域的習知技藝者而言將變得顯而易見並且旨在落入後附申請專利範圍的範疇以內。
14:熔化金屬浴
16:煙道
18:煙道氣
24:裝料
30:主要燃燒器
32:輔助燃燒器
34:主要燃燒器火焰
36:輔助燃燒器火焰
38:UV/IR感測器
40:熱電偶
44:門
100:旋轉爐
M:主要燃燒器火焰加熱曲線
A:輔助燃燒器火焰加熱曲線

Claims (13)

  1. 一種將雙通傾斜旋轉爐中的裝料熔化之方法，該爐具有以大體上圓柱形的壁為界的艙，該艙的軸線從封閉端延伸到開口端；及建構成蓋住該開口端的門，該方法包含：將含有固體的裝料加入該艙；沿圍繞該軸線的旋轉方向旋轉該爐；在第一燃燒速率下操作第一燃燒器，該第一燃燒器安裝於該門下方部分並且產生具有一定長度的第一火焰；在第二燃燒速率下操作第二燃燒器，該第二燃燒器安裝於該門下方部分之上的門上方部分並且產生具有一定長度的第二火焰，該第二火焰相對於該第一火焰在該裝料的遠端；通過定位於該門中的裝料之上的煙道排出由該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體；在該裝料中的固體阻礙該第一火焰發展的初始階段中，將該第二燃燒速率控制為高於該第一燃燒速率；及在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰發展的後期階段中，將該第一燃燒速率控制為高於該第二燃燒速率。
  2. 如請求項1之方法，其另外包含：在該初始階段期間，操作該第一燃燒器及該第二燃燒器以使該第一火焰長度小於該第二火焰長度。
  3. 如請求項2之方法，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第一燃燒器中分級，並且該第一火焰長度係藉由調節該第一燃燒器的分級比(staging ratio)控制。
  4. 如請求項2之方法，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第二燃燒器中分級，並且該第二火焰長度藉由調節該第二燃燒器的分級比來控制。
  5. 如請求項1之方法，其另外包含操作該第二燃燒器以產生具有速度為至少250ft/s的火焰。
  6. 如請求項1之方法，其中由於該旋轉方向而該圓柱形壁旋轉進入該裝料中一浸沒界面(submerging interface)被形成，及該圓柱形壁從該裝料中旋轉離開一浮現界面(emerging interface)被形成；而且其中該第一燃燒器及該第二燃燒器係定位成離該浸沒界面比離該浮現界面更靠近，而且其中該煙道係定位成離該浮現界面比離該浸沒界面更靠近。
  7. 如請求項1之方法，其另外包含：以燃料富集方式操作該第一燃燒器以產生減小的第一火焰；及以化學計量方式操作該第二燃燒器。
  8. 一種用於將雙通旋轉爐中的裝料熔化之多燃燒器系統，該爐具有以大體上圓柱形的壁為界的艙、從封閉端延伸到開口端的軸線、建構成蓋住該開口端的門及一旋轉方向，該艙含有裝料，該系統包含：第一燃燒器，其係安裝於該門下方部分並且定位成能將一定長度的第一火焰引導到該艙中；第二燃燒器，其係安裝於該門上方部分並且定位成能將一定長度的第二火焰引導到該艙中，該第二火焰相對於該第一火焰在該裝料的遠端；煙道，其係定位於該門的上方部分以從該艙排出由該第一火焰及該第二火焰產生的燃燒氣體；及 控制器，其係經編程以根據該爐中的熔化操作階段在第一燃燒速率及第一化學計量比下操作該第一燃燒器並且在第二燃燒速率及第二化學計量比下操作該第二燃燒器，其中在該裝料中的固體阻礙該第一火焰發展的初始階段中，該第二燃燒速率高於該第一燃燒速率，而且其中在該裝料中的固體充分熔化之後不會阻礙該第一火焰發展的後期階段中，該第一燃燒速率高於該第二燃燒速率。
  9. 如請求項8之系統，其中該控制器係編程為在該熔化操作的初始階段期間將該第一火焰長度控制為短於該第二火焰長度。
  10. 如請求項8之系統，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第一燃燒器中分級，並且該第一火焰長度係藉由調節該第一燃燒器的分級比控制。
  11. 如請求項8之系統，其中燃料及氧化劑中的至少其一係於該第二燃燒器中分級，並且該第二火焰長度係藉由調節該第二燃燒器的分級比控制。
  12. 如請求項8之系統，其中該爐另外包含該圓柱形壁旋轉進入該裝料中所形成的浸沒界面及該圓柱形壁從該裝料中旋轉離開所形成的浮現界面，其中該第一燃燒器及該第二燃燒器係定位成離該浸沒界面比離該浮現界面更靠近；而且其中該煙道係定位成離該浮現界面比離該浸沒界面更靠近。
  13. 如請求項8之系統，其中該爐門係分開使得該下方部分及上方部分可獨立地打開。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1030114B1 (nl) * 2021-12-27 2023-07-24 Reazn Belgium Een inrichting voor het winnen van zink uit zinkhoudende grondstoffen
US20240003539A1 (en) 2022-06-30 2024-01-04 Air Products And Chemicals, Inc. Burner and method for transient heating
CN116734624B (zh) * 2023-08-15 2024-01-05 山西锌创研环境科技有限公司 一种铬铁球团竖炉余热利用装置及其利用方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070287109A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Aga Ab Lancing of oxygen
WO2009087227A1 (en) * 2008-01-10 2009-07-16 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Rotary furnaces
TW201641907A (zh) * 2015-05-26 2016-12-01 氣體產品及化學品股份公司 用於迴轉爐的選擇性氧－燃料燃燒器及方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3060014A (en) * 1958-04-17 1962-10-23 Yawata Iron & Steel Co Multi-furnace for refining metal
JPS5228252B2 (zh) * 1974-04-08 1977-07-26
JP2965096B2 (ja) * 1991-12-20 1999-10-18 東京瓦斯株式会社 炉内燃焼方法
US5554022A (en) * 1994-10-14 1996-09-10 Xothermic, Inc. Burner apparatus and method
DE69632666T2 (de) 1995-07-17 2005-06-09 L'Air Liquide, S.A. a Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Verbrennungsverfahren und Vorrichtung dafür mit getrennter Einspritzung von Brennstoff und Oxydationsmittel
US5611682A (en) * 1995-09-05 1997-03-18 Air Products And Chemicals, Inc. Low-NOx staged combustion device for controlled radiative heating in high temperature furnaces
US6395221B1 (en) * 2000-03-23 2002-05-28 Mdy Engineering Corp. Tilting rotary furnace system for recovery of non-ferrous metals from scrap or dross and method of operation
GB0304306D0 (en) * 2003-02-26 2003-04-02 Evans Thomas H Furnace
JP2006153389A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd ロータリーキルン及びその運転方法
JP2006308249A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Jfe Steel Kk 蓄熱式バーナ及びその低ＮＯｘ燃焼方法
US8696348B2 (en) 2006-04-26 2014-04-15 Air Products And Chemicals, Inc. Ultra-low NOx burner assembly
FR2903478B1 (fr) * 2006-07-06 2008-09-19 L'air Liquide Procede de chauffage d'une charge, notamment d'aluminium
US20090004611A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Hisashi Kobayashi Low velocity staged combustion for furnace atmosphere control
EP2415886A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for melting scrap metal
US8915733B2 (en) * 2010-11-11 2014-12-23 Air Products And Chemicals, Inc. Selective adjustment of heat flux for increased uniformity of heating a charge material in a tilt rotary furnace
KR20130013627A (ko) * 2011-07-28 2013-02-06 현대제철 주식회사 가열로
CN104081125B (zh) 2011-12-01 2016-06-15 气体产品与化学公司 快速能量释放喷燃器及其使用方法
PL2664884T3 (pl) * 2012-05-18 2020-02-28 Air Products And Chemicals, Inc. Sposób i urządzenie do podgrzewania metali
DE102013014404A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Detektion eines Verbrennungsgases in einem Ofen
DE102013017943A1 (de) * 2013-10-29 2015-04-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Drehtrommelofens
US20150176900A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 American Air Liquide, Inc. Hybrid oxy-coal burner for eaf steelmaking
JP6494329B2 (ja) * 2015-03-02 2019-04-03 大阪瓦斯株式会社 加熱炉
US9657945B2 (en) * 2015-05-26 2017-05-23 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxy-fuel boost burner system and method for a regenerative furnace
US20180017328A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-18 Air Liquide Industrial U.S. Lp Rotating furnace inerting
US10584051B2 (en) * 2017-02-22 2020-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Double-staged oxy-fuel burner
US11060792B2 (en) * 2018-03-23 2021-07-13 Air Products And Chemicals, Inc. Oxy-fuel combustion system and method for melting a pelleted charge material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070287109A1 (en) * 2006-06-09 2007-12-13 Aga Ab Lancing of oxygen
WO2009087227A1 (en) * 2008-01-10 2009-07-16 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Rotary furnaces
TW201641907A (zh) * 2015-05-26 2016-12-01 氣體產品及化學品股份公司 用於迴轉爐的選擇性氧－燃料燃燒器及方法

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