[發(fā)明專利]利用燃?xì)廨啓C(jī)和熱交換器從熔化爐的煙氣回收能量

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380065871.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN104870382A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·達(dá)維迪安;Y·約馬尼;J·勒狄拉克;J-P·特拉尼耶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司
• 主分類號(hào): C03B5/235
• 分類號(hào): C03B5/235;C03B5/237;F23L15/04;F23R3/00;F25J3/04;F27D17/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 牛曉玲;吳鵬

在熔化爐中，通過(guò)施加熱能而使原材料轉(zhuǎn)化成熔融材料，該熱能通常至少部分地通過(guò)燃燒來(lái)提供。

火焰產(chǎn)生的大部分熱能被傳送至爐料(固體原材料和熔融材料)。然而，剩余熱量與燃燒煙氣一起被排出爐外。

在空氣燃燒或空氣-燃料燃燒的熔化爐中，已知使用由陶瓷制成的交替對(duì)流熱交換器(蓄熱器)或使用鋼制熱交換器(換熱器)來(lái)預(yù)熱位于爐的上游的燃燒空氣，以便不僅提高爐中的燃燒效率而且提高設(shè)備整體效率，而且，排出的煙氣中含有的一部分熱能作為能量被回收并且作為預(yù)熱燃燒空氣的能量來(lái)使用。

在具有換熱器的玻璃爐中，燃燒空氣被預(yù)熱到700℃，同時(shí)蓄熱器允許燃燒空氣溫度在設(shè)備壽命的開始時(shí)達(dá)到1200℃或甚至1250℃。

熔化爐的操作者，特別是玻璃制造者，越來(lái)越多地采用(富)氧燃燒技術(shù)，該技術(shù)更加有效(因?yàn)槠湎说獨(dú)獾臒徭?zhèn)流)和更清潔(降低NOx和CO₂，因?yàn)镹Ox是由相同的氮?dú)庑纬傻?。

然而，已經(jīng)為空氣燃燒開發(fā)的用于從煙氣回收能量的系統(tǒng)(蓄熱器和換熱器)通常不是非常適合于從由氧燃燒產(chǎn)生的煙氣中回收熱能。

EP-A-1338848中公開了一種用于從玻璃爐、特別是氧燃燒的玻璃爐的煙氣回收能量的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于通過(guò)與從爐排出的煙氣進(jìn)行熱交換來(lái)預(yù)熱富氧氣體和/或氣態(tài)燃料的至少一個(gè)熱交換器，位于所述至少一個(gè)熱交換器的下游并能通過(guò)與煙氣熱交換而產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽的鍋爐，以及用于使過(guò)熱蒸汽膨脹以產(chǎn)生機(jī)械能的蒸汽輪機(jī)。

根據(jù)EP-A-1338848，由渦輪機(jī)所產(chǎn)生的機(jī)械能可用于滿足從空氣分離氣體、為玻璃爐供給助燃氧/燃燒氧(combustion?oxygen)的設(shè)備的至少一部分能量需求。

為了以工業(yè)上可接受的效率在鍋爐中產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，位于鍋爐入口的煙氣，以及因此也位于熱交換器的出口處的煙氣需要溫度為至少1000℃，或者甚至1200℃至1500℃。

盡管在EP-A-1338848中確定的材料具有承受這種溫度的良好能力，玻璃制造商更喜歡使用被認(rèn)為更耐用的較低溫的能量回收系統(tǒng)。

這種在從氧燃燒玻璃爐的煙氣中回收能量時(shí)特別可靠的替代系統(tǒng)在EP-A-0872690中公開。

根據(jù)EP-A-0872690，由氧燃燒爐產(chǎn)生的煙氣被用于間接預(yù)熱位于爐上游的氧和/或燃料。在第一熱交換器中，來(lái)自爐的煙氣通過(guò)在兩種流體之間進(jìn)行熱交換而加熱中間流體，例如空氣。來(lái)自第一熱交換器的被加熱的中間流體用在第二熱交換器中以加熱助燃氧和/或燃料。

然而，根據(jù)EP-A-0872690的從煙氣回收能量的系統(tǒng)并不允許從過(guò)熱蒸汽形式的煙氣中更多地回收能量，如EP-A-1338848中的情況一樣，因?yàn)樵趯?shí)踐中第一熱交換器的出口處的煙氣溫度遠(yuǎn)低于1000℃。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提高從使用氣態(tài)燃料和/或氧氣作為氧化劑的熔化爐的煙氣中回收熱量的效率，其中助燃氧和/或氣態(tài)燃料通過(guò)與從爐排出的煙氣間接熱交換而被預(yù)熱。

本發(fā)明更具體地涉及一種在包括熔化室的爐中進(jìn)行熔化的方法。根據(jù)該方法，助燃氧和/或氣態(tài)燃料在熔化室上游的稱為主交換器的熱交換器中通過(guò)與傳熱氣體進(jìn)行熱交換而被預(yù)熱。

助燃氧和/或經(jīng)預(yù)熱的氣態(tài)燃料用于通過(guò)燃燒加熱熔化室，從而在熔化室中產(chǎn)生熱能和煙氣。

煙氣從熔化室排出并被引入稱為次(級(jí))熱交換器的熱交換器，用于通過(guò)與從熔化室排出的煙氣交換熱量而加熱壓縮空氣。

根據(jù)本發(fā)明，來(lái)自次交換器的經(jīng)加熱的壓縮空氣被用作燃?xì)廨啓C(jī)中的氧化劑。因此該燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生機(jī)械能和/或電能以及氣態(tài)排出物。來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的所述氣態(tài)排出物被用作傳熱氣體，用于預(yù)熱主交換器中的助燃氧和/或氣態(tài)燃料。

至少助燃氧，和優(yōu)選以及氣態(tài)燃料有利地在主交換器中被預(yù)熱。具體地，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槿紵磻?yīng)物通過(guò)與煙氣間接熱交換而被加熱，即，經(jīng)由傳熱流體進(jìn)行交換，本發(fā)明對(duì)于預(yù)熱氧氣是特別適合并且可靠的。

根據(jù)本發(fā)明可以觀察到在一方面：用于從來(lái)自燃燒室的煙氣回收熱量的系統(tǒng)與另一方面：燃?xì)廨啓C(jī)之間的顯著的協(xié)同作用。具體地，可以觀察到能量效率大大高于可在燃?xì)廨啓C(jī)與通過(guò)煙氣預(yù)熱的助燃氧和/或氣態(tài)燃料的簡(jiǎn)單組合中預(yù)期的能量效率。

應(yīng)指出的是，燃燒不一定是加熱熔化室的唯一方法，也可使用其它加熱裝置例如電極。

預(yù)熱的助燃氧可以是用于在熔化室中燃燒的唯一氧化劑，或者也可以與另一氧化劑、通常是空氣相結(jié)合使用。