[发明专利]烟道系统的燃烧

说明书

本发明一般涉及炉子的燃烧，并用产生的热加热炉料。

在许多用于工业加工过程的炉中，燃料和氧化剂燃烧而产生的热被用来加热炉内的炉料。在这些工业加工过程中，有一种称之为玻璃制造工艺，其中炉料是玻璃制造材料或熔融玻璃或固体玻璃，当炉料是钢或铁时叫做炼钢，当炉料是铝块或铝片时称作熔铝。

为了实现上述炉子的燃烧，要求炉内的燃料完全燃烧，使炉内释放出最多的热量，并能够加热炉料。因此，可以按比例把氧化剂和燃料送入炉内，该比例并不是按亚化学计量比例，这是因为亚化学计量比例会使燃料燃烧不完全或产生大量未完全燃烧的产品，例如一氧化碳、碳氢化合物和碳。

初看起来，送入炉内进行燃料的氧化剂和燃料的最佳比例应大体上按化学计量比例。但事实上，这样的燃烧会导致不完全燃烧，因为在炉内的燃料和氧化剂的混合不太理想，并且由于燃料和氧化剂的反应动力学影响，不可能使所有燃料在离开炉前完全燃烧。因此，在目前的工业实践中，这种炉子是在过氧的状况下运行，以保证燃料在炉内得到完全燃烧。遗憾的是，当炉子以这种方式运行时，即按照超化学计量比例将氧化剂和燃料送入炉内时，会产生过量的氮氧化合物(NOx)，因为比与燃料进行反应所需要的氧多出的氧可以与氮结合而形成NOx，NOx是很严重的污染物，因此要求减少燃烧过程中生成的NOx量。

据此，本发明的目的在于提供一种方法，该方法可以大体实现完全燃烧，使在炉内产生的热量有效地加热炉料且可防止形成大量NOx。

通过阅读本发明所公开的内容，本领域普通技术人员可以更清楚地理解本发明的上述目的和其他目的。本发明是一种进行燃烧的方法，该方法包括：

(A)将燃料和氧化剂大体按化学计量比例送入炉内，上述炉膛与烟道系统相通，并装有炉料；

(B)使上述燃料和氧化剂在炉内燃烧，以产生含有一氧化碳的燃烧反应气体，并产生热量以加热炉料；

(C)使燃烧反应气体从炉膛流到烟道系统；

(D)在燃烧反应气体的温度至少为1600°F之处将辅助氧化剂以至少20英尺/秒的速度喷入上述烟道系统；以及

(E)使辅助氧化剂与烟道系统内的燃烧反应气体中的一氧化碳进行反应以生成二氧化碳。

这里所用的词″大体按化学计量″意指不低于99％或不高于105％的化学计量。

上述″烟道系统″意指用管道与炉膛相连的通道，其管道的流动横截面小于炉膛的截面，所述通道可使炉内气体从炉膛流入环境气氛中。

上述″环境气氛″意指外部气氛或可以进入或漏入外部气氛中的内部气氛。

上述″炉料″意指在炉中希望得到加热或在某些情况下使之熔融的材料。

唯一的附图是简化平面图，它表示本发明的一个实施例，该实施例实地用于与一个交叉燃烧炉相结合。

下面将结合附图对本发明进行描述。

参照附图，图中示出了交叉燃烧玻璃熔融炉10的平面图。本发明可以具体应用于使因物质堵塞而难于使辅助氧化剂流入燃烧室的玻璃熔融炉再生。实施本发明较为方便的其他各种炉包括钢材再加热炉和熔铝炉。炉10装有制造玻璃材料的炉料2和在交叉燃烧火焰下方通过炉膛的熔融玻璃。

将燃料和氧化剂按照大体为化学计量比例从一个或多个喷嘴或喷口11送入炉内。在图示的实施例中，有五个这样的喷嘴。燃料可以是任何流体燃料，例如甲烷、丙烷、天然气或燃油。氧化剂可以是空气或含氧浓度大于空气的流体。

在炉10中，燃料和氧化剂的燃烧用图中的火焰1表示。燃烧产生的热量用于加热炉料，在某些情况下用于熔融炉料。进行燃烧时生成燃烧反应气体。在炉内生成的燃烧反应气体的温度通常为2200°F至3100°F。因为燃料和氧化剂大体上是按照化学计量比例被送入炉内，所以产生的燃烧反应气体大多数是完全燃烧产品即＝氧化碳和水蒸汽。但也生成了一些燃烧不完全的产品，这些产品包括燃烧反应气体中的一氧化碳，也可能含有碳氢化合物和碳。

燃烧反应气体从炉膛流到烟道系统，在图示的实施例中，烟道系统包括可以将气体送入环境气氛中的烟囱系统5和与炉相连的排气口3。烟道系统与炉相连的部位的流动横截面12比燃烧燃料和氧化剂通过的炉的流动横截面小。图示实施例示出的五个排气口每个都与一个喷嘴对应。本领域的普通技术人员可以意识到，本发明可以有任意数量的喷嘴和排气口，当然也可以有一个喷嘴和/或一个排气口。