[发明专利]利用燃烧器组件产生燃烧的方法和所用的燃烧器组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于在炉子中产生燃烧的方法和所用的燃烧器组件，该组件包括耐火单元、燃料供给系统和氧化剂供给系统，并且配置成在耐火单元下游产生火焰。

本发明特别适用于熔化工艺。其特别但不唯一地适用于再生金属的熔化、特别是再生铝的熔化和浇包(ladle)预热。

背景技术

熔化工艺通常包括多个阶段或过程：

●将固体原料送入炉子的填装或装料阶段，

●将固体原料熔化以形成熔融物的熔化阶段，

●使熔融物保持熔融状态直至达到所需均匀性水平的保持、提炼或精炼阶段，

●将精炼后的熔融物从炉子排出以用于进一步加工的排放或排出阶段。

熔化阶段和提炼阶段适用不同的温度、能量要求。熔化阶段需要最多的功率或能量(单位重量材料)，提炼阶段需要较少的功率或能量(单位重量材料)。

可以使用浇包将熔融物特别是熔融金属从熔炉运送到诸如浇包精炼站或铸造站的下游设施。通常将这些浇包预热以使对耐火垫的热冲击和破坏最小化，并减小浇包内的温降。

浇包预热工艺同样通常包括多个阶段或过程：

○将浇包容槽(ladle vessel)加热至高温的起始或初始阶段，

○使浇包容槽保持高温、从而使耐火材料中温度分布均匀的保持或温度均衡阶段。

在诸如是再生熔化工业的熔化工业中，降低成本的推动力主要集中在两个方向：运行成本的降低和过程控制的改进。重要参数有：

●能量消耗的降低，

●生产率的提高，

●过程控制的改进，包括：

●炉中气体氛围的更好的稳定性；

●污染物诸如NO_X和含有像粉尘之类的杂质的黑烟的大量减少。

再生铝熔炼炉的一特定参数是形成的渣滓(盐、废渣、铝的氧化物和熔融铝表面上形成的残存金属铝的混合物)的减少。

在最耗能量的熔化阶段中使用具有高含氧量的氧化物是有利的，以便通过辐射对原料实现较高的热传递，从而加速熔化过程、提高能量效率并减少能量消耗。

在主要发生熔融物的温度均匀化的提炼阶段中需要较少的能量，并且燃料消耗明显减少。在该阶段中，可以使用较少的氧参与(即，氧化剂中的氧浓度较低)来使运行成本最小化，这取决于燃料和氧各自的价格。

DE-A-10046569描述了一种铝冶炼工艺，其中在熔化阶段使用氧燃烧，在保持阶段使用空气燃烧。

此外，如下文所述，在诸如是再生铝冶炼的某些熔化工艺中通过在提炼阶段中使用诸如是空气的含较低氧浓度的氧化剂可以得到其它好处。

对于浇包预热，在初始阶段使用具有高含氧量的氧化剂是有利的，从而能够尽快达到所需温度并因此减少总的能量消耗。在第二温度均衡阶段中使用诸如是空气的具有低含氧量的较便宜的氧化剂可能是有利的，因为该过程中该部分的能量需求较低。可以根据燃料和富氧氧化剂各自的价格使运行成本最小化。

EP-A2-0754912公开了一类已有技术的燃烧器装置，读者可以参考该文献以获得多个背景知识。在这一现有技术的系统中，燃料和氧化剂通过燃烧器组件中分别设置的空腔而被引入炉子，从而使燃料和氧化剂的燃烧具有宽广的明亮火焰，并从而使燃料和氧化剂的燃烧产生较少量的氮氧化物(NO_X)。该已有技术的燃烧器装置具有良好的能量效率并且产生较少的污染物(NO_X)。EP-A2-0754912中描述的装置的一个问题在于它仅限于使用氧摩尔浓度至少为50％的气体形式的氧化剂运行。这一最低氧需求限制了该装置的灵活性。

US-A-2001/023053公开了一种燃烧器组件，该燃烧器组件在不更换燃烧器的情况下允许氧-燃料、空气-燃料或富氧空气-燃料运行。然而，当从氧-燃料运行转变为空气-燃料运行或富氧空气-燃料运行时必须中断燃烧并改变燃烧器入口的布置。US-A-2003/0157450公开了用于燃烧预热燃料和预热氧化剂的这类燃烧器组件的一具体实施例。根据所述实施例的一个方面，该燃烧器组件包括适于传送经预热氧化剂的管道，该管道延伸通过一压力室，该压力室适于将环境温度下的流体传送到该压力室的围绕经预热氧化剂管道的环状区域，从而使燃烧器部件上的热应力和净热损失最小。进入围绕经预热氧化剂管道的环状区域中的环境温度下的流体自身可以是氧化剂，特别是与经预热氧化剂成分不同的氧化剂。

US-A-4547150公开了一种具有中央燃料喷射器和同轴围绕的氧化剂喷射器的燃烧器组件，其中氧化剂的含氧量可以从不富氧(空气-燃料燃烧)到不同富氧等级变化。