[发明专利]用燃气轮机和换热器从来自熔炉的烟雾中回收能量

说明书

在熔炉中，原料通过施加热能而转化成熔融材料，所述热能通常至少部分由燃烧提供。通过燃烧产生的大多数热能转移至进料(固体原料和熔融材料)。然而，其余能量随着燃烧烟雾而从炉中除去。

在加气燃烧(aerocombustion)或者空气燃料燃烧熔炉的情况下，因此已知的实践是使用由陶瓷(再生器)或钢交换器(回收器)构成的交替逆流交换器在炉的上游将燃烧空气预热以不仅提高炉中的燃烧效率，而且提高装置的总体效率，因为脱除烟雾中所含的一些热能被回收并用作预热燃烧气体的能量。

在具有能量回收器的玻璃炉中，将燃烧空气预热至700℃，而再生器容许在装置寿命开始时实现1200℃或者甚至1250℃的燃烧空气温度。

熔炉的操作员，特别是玻璃工人日益采用氧燃烧(oxycombustion)技术，这是更加有效(因为它消除了氮气的热压载(thermal ballast))且较少污染的(减少NO_x和CO₂，因为它是与形成NO_x的来源相同的氮)。

然而，开发用于加气燃烧的用于从烟雾中回收能量的系统(再生器和回收器)不是很好地适于从由氧燃烧产生的烟雾中回收热能。

EP-A-1338848描述了用于从玻璃炉，特别是氧燃烧玻璃炉的烟雾中回收能量的系统。所述系统包含至少一个换热器以通过与从炉中除去的烟雾热交换而将富氧气体和/或气态燃料预热，位于至少一个换热器下游且能够通过与烟雾热交换而产生过热蒸汽的锅炉，和用于使过热蒸汽膨胀以产生机械能的蒸汽轮机。

根据EP-A-1338848，涡轮产生的机械能可用于满足用于分离空气的气体并提供用于玻璃炉的燃烧氧气的装置的至少一些能量需求。

为了在锅炉中以工业上可接收的效率产生过热蒸汽，锅炉入口以及因此换热器出口处的烟雾需要在至少1000℃或者甚至1200℃至1500℃的温度下。

尽管EP-A-1338848中确定的材料经得起该温度的良好能力，玻璃工人优选使用认为更耐久的较低温度能量回收系统。

从氧燃烧玻璃炉的烟雾中回收能量方面特别可靠的该可选系统描述于EP-A-0872690中。

根据EP-A-0872690，源自氧燃烧炉的烟雾用于炉上游氧气和/或燃料的间接预热。在第一换热器中，来自炉的烟雾例如通过两种流体之间的热交换而加热中间流体如空气。来自第一交换器的经加热中间流体在第二换热器中用于加热燃烧氧气和/或燃料。

然而，根据EP-A-0872690的从烟雾中回收能量的系统不容许以过热蒸汽的形式从烟雾中另外回收能量，如EP-A-1338848中的情况，因为实际上第一交换器出口处的烟雾在明显低于1000℃的温度下。

本发明的目的是提高使用气态燃料和/或氧气作为氧化剂从熔炉的烟雾中回收热且燃烧氧气和/或气态燃料通过与从炉中除去的烟雾间接热交换而预热的效率。

本发明更特别地涉及在包含熔化室的炉中熔融的方法。根据该方法，熔化室通过燃烧加热，因此在熔化室中产生热能和热烟雾。热烟雾从熔化室中除去，且用作传热气体的空气通过与从熔化室中除去的至少一些热烟雾热交换而加热，由此得到热空气。至少一种选自氧气和/或气态燃料的试剂通过与热空气热交换而预热，由此得到至少一种预热试剂和温和空气，且至少一种预热试剂用作燃烧试剂以加热熔化室。根据本发明，将在至少一种试剂预热以后得到的温和空气在空气压缩机中压缩以得到压缩温和空气。该压缩温和空气然后通过与通过熔化室中的燃烧产生的热烟雾热交换而加热以得到经加热压缩空气，机械和/或电能通过将该经加热压缩空气在膨胀涡轮中膨胀而产生。

根据本发明，在一方面用于从来自熔化室的烟雾中回收热能的系统与另一方面膨胀涡轮回收的能量之间观察到显著的协同作用。实际上，观察到明显高于关于膨胀涡轮与通过使用热烟雾将试剂预热而回收热能的装置简单地并置而可能预测的能量效率的总效率。

应当指出，燃烧未必是加热熔化室的唯一手段，且炉可具有辅助燃烧装置如电极。

有利地，氧气作为燃烧试剂使用与热空气热交换而预热。气态燃料也可单独或者优选与氧气组合作为燃烧试剂预热。

经预热氧气可以为用于在熔化室中燃烧的唯一氧化剂。经预热氧气也可与空气，通常预热空气组合用作氧化剂。

因此，熔炉可以为氧燃烧炉(其中唯一的氧化剂为氧气)、富燃烧炉(enriched-combustion furnace)(使用富氧空气作为氧化剂)，或者甚至混杂氧化剂炉(使用用氧气燃烧的组合和用空气燃烧的组合，该空气可能是富氧的)。