CN85109089A - 产生火焰的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明系关于各种材料如废钢、金属、陶瓷或玻璃等之高温加热、熔解、精炼与过加热所用方法及装置。
本发明系在一液冷燃烧室中,对燃烧中火焰,提供一经济的烃类流体燃料燃烧的方法,本法利用分开供给各燃料流与至少两个有氧化作用的气体来进行,以第一氧化气体与燃料反应,而第二氧化气体则导向焰心周围,以进一步与燃料反应,同时控制燃料、氧化气体与冷却液体的流量,以产生所需的热量输入、燃烧物化学性质、温度、速度、发射率及燃烧部的温度。本案并发表实现本发明的燃烧器。

Description

本发明系有关诸如废钢、金属、陶瓷或玻璃等材料的高温加热、熔解、精炼与过加热所用的方法。本发明所发表的方法及装置可在熔解炉、工业加热与热处理炉、窑炉、焚化炉及其他高温用途中用作主要能源以及辅助能源。
目前,废料的预热之熔解有各种不同的方法,例如将焦炭、油或瓦斯与空气或氧气燃烧所产生的热量,或电弧产生的热量。此等方法各有优劣。空气燃烧为一成本低廉的氧化剂。但因空气仅含21%的氧,而有下列缺点:火焰温度低,冷废料内的燃烧不稳定,当废料温度高时由于气体由烟道逸失将燃烧所释出的热量浪费大约50%而使热量利用效率低。
使用纯氧燃烧有以下优点:火焰温度高,燃烧稳定,以及烟道排气所造成的浪费热量显著减少。纯氧燃烧的缺点包括高成本,且氧与燃料的燃烧器本体必须加以冷却。
用电极为昂贵,是作业设备方便,产品品质高。
目前在燃烧处理方面,有四种引入氧的方法:
在火焰已离开燃料/空气燃烧器之后,将氧流注入燃料/空气火焰内;
在氧-燃料燃烧器火焰及燃料/空气燃烧器火焰两者已离开其燃烧气之后将氧-燃料燃烧气火焰注入燃料/空气燃烧气火焰内;
在将燃烧空气供至富氧空气燃烧器之前将氧注入燃烧空气内以使燃烧空气富氧;
在燃烧装置外部将燃料、氧与空气流相混合,此系利用在燃烧此混合物的高温炉内将燃料,氧与空气流破开。
为首的两种注氧方法适用于玻璃熔解炉与其他高温炉以提高液体与固体火焰温度,此两种炉中燃料/空气火焰范围大,且位于加热的工作件上方,而且可由燃烧器本件外注入氧,高速氧-燃料火焰或氧气喷射进入较为低温的油或煤炭火焰的心部内,会将该心部过度加热,因此,使此火焰心部中所存在的碳微粒子的辐射热通量增加而不会使燃烧器本体过热。富氧的燃烧空气可用于包括烃气,尤其是天然气等的任何燃料。由于若干原因,富氧空气燃烧器的用途并不广泛。
燃料与空气一起燃烧的燃烧器为老法,而将燃料与纯氧(氧-燃料)或富氧空气一起燃烧的燃烧器亦为习知技术。此外,富氧空气已在燃烧器内用作氧化剂。然而,最新的燃烧器在高温加热时,并不在整个温度范围内工作令人满意,而且无法以控制火焰化学性质、温度、速度与发光度达到合乎经济的操作。设计供热空气或富氧空气使用的燃烧器通常在燃烧器内使用耐火砖,使不断点燃气体以稳定火焰。然而,由于氧-燃料火焰的极高温,无法使用耐火砖,而且此种燃烧器系在内部以水或空气冷却。燃烧器除掉耐火砖后,在较低温时造成火焰不稳定,因而限制富氧空气燃烧器的排拒比(turndown    ratio)。
氧-燃料燃烧器与富氧燃烧器中经常发生的另一问题为,烟道气体中存有过量的氧气。热炉温度连同烟道气体的过度氧化能力使昂贵的炉体机件加速老旧。
同时,在使用天然气当做燃料的场合,氧-燃料火焰或富氧空气-燃料火焰并无发射性。为能传热,火焰因而必须接触加热中的产品。此可能产生产品变形及氧化之问题。
上述富氧空气燃烧器的技术上,环境上与经济上的困难点系因使用富氧空气,使燃料的燃烧加快,而使传统设计的燃烧器,其内部不易控制。通常,此类装置具有衬以耐火材料的通道,并基于富氧空气的低压力使用较为简单的混合方法,富氧空气的流量可利用传统的瓦斯/空气比率调节器予以调节。
通常,将每一BTU之热量传入加热中的产品内,其总成本(操作费用与资本)随每一特定的应用,因温度的高低而有不同。当产品温度增加时,由热源将增量之BTU热量传入加热中的产品内所需的耗费越高。通常,利用不同燃烧装置在同一炉温条件将同量的烃类燃料加以燃烧,而有不同的总热通量从火焰导向加热中的工作件。此乃由于不同的火焰化学性质、温度、发光度与速度导致不同的对流与辐射热通量,以及由于工作件与燃烧气体间可能发生的化学反应所造成的附带的热量输入的影响所致。
于加热周期的低温阶段将热量传至产品的最不昂贵的方法为提高火火焰速度以增加从热源至加热中产品的对流热通量。当产品温度超过大约1500-1700°F时,最有效的热传方法为提高火焰温度与火焰发光度,以增加从热源至产品的辐射热通量。提高火焰温度使对流热通量增加一乘方,但增加辐射热通量四乘方。因此,当高温期间氧气的利用更为有效。此种对火焰变化,从对流加热至辐射加热,依本发明系利用不断使燃料-空气-氧气火焰处于最佳化学状态以控制温度、速度、发光度和热量输入来达成。本发明燃烧方法的最佳化系由于燃料流有较可控制的氧化作用,此为将该燃料流与两个不同的氧气及/或空气为基础的氧化气体相混合,对氧化能力不断加以控制,并使该两个氧化气体流单独与在燃装置的高强度液体冷却室内燃烧的料流相接触并混合。
当着火周期中,该两个不同氧化气体所含的空气与氧气的比例作可控制的变化乃产生一种新的控制火焰特性的方法,而与着火速度无关。此可利用例如增加火焰速度,因而在加热周期的低温期间增加对流热传,以及于加热周期的高温期间提高火焰照明度,而使从火焰间加热中的工作件的热传效率达到最大。
此外,如系熔解场合,若加热中之产品的某些成分可经由发热反应予以氧予以氧化而不降低产品品质,则过量的氧化混合物或纯氧(冶金氧气)可朝加热中的产品的高温区导引而在产品表面与内部发生强烈的放热反应。为增进冶金氧气穿入产品内的穿透能力,可以超音速或在高压下将氧气沿火焰样式之中心线导入而将集中的氧流送至受火焰样式加热的工作件表面的最热区域。
此外,宜有单独的氧气流向下导至加热中产品的最靠近燃烧器的表面,以减少氧气流的速度损失而使而使氧气流有最大的穿透能力进入加热中的熔融产品。
抑有进者,如系熔解又加热,若加热中之产品的某些成分对于氧化甚为敏感,则宜形成一种缺少氧化剂而富燃料的热火焰。于本发明此点可以下述方法达成,将氧气流包于燃料流的内,以在不接触受加热产品的情形下由高度集中之氧化剂增加火焰温度。
本发明的用于金属碎片加热、熔解与精炼包括下列步骤:将一些氧气导入火焰心部内侧与流体燃料混合而形成稳定的燃烧区域,而使碎片堆以-流体燃料-空气火焰初步加热,当燃烧阶段,此流体燃料-空气火焰系用做连续点火器,使总氧气/燃料比例接近化学量;增加氧气/空气比例以提高火焰温度,而总氧气/燃料比例则仍接近化学量;当热的碎片堆被预热至1600F°以上时,将过量的氧气喷射流经由流体燃料-空气-氧气火焰而引导至碎片堆,以便开始放热氧化反应以加速碎片的熔解;当精制期间利用流体燃料-空气火焰(或流体燃料-空气-氧气火焰)将熔融金属加热;以及,以可维持于音速以上的高速度将过量的冶金氧气的喷射流经由流体-空气火焰(或流体燃料-空气-氧气火焰)而引导至熔融金属,以使熔融金属氧化而将熔融金属精炼。
以下说明数种从新颖燃烧方法与火焰产生装置所得到的改进。
第一,氧气流与一利用空气流来防止接触燃烧室低温水冷却壁的体积内的烃类燃料彻底混合,以防止此体积被冷却而同时提供多馀之时间供氧气与瓦斯反应,而在大部份空气参与燃烧阶段之前产生非常高温的稳定区域。同时,烃气与非常高氧气浓度的第一氧化气体的燃烧部份所释出的热量,提供形成高发光度火焰心部的其馀烃气的部份热分解所需要的热量释出。
第二,烃气与氧气的极高反应速率在燃烧室内产生非常强的放热,使燃烧气体在离开燃烧室之前产生高度的燃烧气体膨胀,因而产生非常高的火焰速度。
第三,于许多熔解操作中,高温度火焰碰撞于燃烧装置喷嘴处的碎片废料,因而遭遇到由于阻塞所引起的高的空气动态阻力。因为燃料、氧气与空气流以不同的压力导入火焰产生器燃烧室内,燃料流、氧气流与空气流分别受到废料碎片空气动态阻力或阻塞的不同程度的影响。氧气与瓦斯管路的高压力在整个加热与熔解周期中使氧气与瓦斯的流量仅稍微此空气动态变化敏感,但是,之较大量的较低压力燃烧空气令显著受影响。于此情况,尽管流量调节阀完全开启,空气流从无法将所需的氧气量送达燃烧通道以维持所需的着火速率。火焰产生器的控制系统能经由连续空气流量感测器辨认此问题而作适当反应,此系利用增加氧气流量弥补空气的不足,并产生较高温的火焰,而将阻塞燃烧器出口的材料完全熔解。有过量的氧气吹入时如果氧气流受到废料碎片空气动态阻力的影响,则可发生同样的问题。
本发明的目的系在不断使燃料-空气-氧气火焰的化学作用、温度、速度、发光度与热量输入保持于最佳情况来增加生热和用热效率,以使加热、熔解与精炼作业所消耗的热能最少而成本高低。
本发明的又一目的通过燃烧器火焰次音速或超音速的氧气喷射流引入,以供热材料的氧化与精炼。
本发明的另一目的系在提供一种系统,可使诸如铝等敏感产品的氧化减至最小,其所用的手段为产生一个高温的还原火焰,使高浓度的氧化剂引入燃料流里面,而氧浓度较低的氧化剂引至燃料流外面,以减少氧与加热中的产品的接触。
本发明的又另一目的在提供一种系统,可使一种加热和熔解中的产品如铜产生最大的氧化作用,此为当加热周期期间将过量的氧气流经由火焰而送至高温产品。
本发明的又一目的在提供一种燃烧器,在广大的操作范围内有保证的火焰稳定性。
本发明的再一目的在提供一种加热方法与装置降低排气量与污染物。
本发明的再另一目的在将材料的加热熔解与精制加以自动控制并达到最佳状况。
以上所述及其他目的与优点可从参照附图阅读下文说明而得到明瞭。
图1为通过一火焰产生器中心的侧视断面图,显示本发明的第一个具体实例。
图2为图1的火焰产生器的后部断面图,系沿图1的线Ⅱ-Ⅱ取得。
图3为通过一火焰产生器中心的侧部断面图,显示本发明的第二个具体实例。
图4为图3的火焰产生器的后部断面图,系沿图3的线Ⅳ-Ⅳ取得。
图5为通过-火焰产生器中心的侧部断面图,显示本发明的第三个具体实例。
图6为图5的火焰产生器的后部断面图,系沿图5的线Ⅵ-Ⅵ取得。
图7为通过一火焰产生器中心的侧部断面图,显示本发明的第四个具体实例。
图8为图7的火焰产生器的后部断面图,系沿图7的线Ⅶ-Ⅶ取得。
图9为本发明第一个与第三个具体实例的控制系统示意图。
图10为本发明第二个具体实例的控制系统示意图。
图11为本发明第四个具体实例的控制系统示意图。
(实现本发明的最佳模式)
兹参照附图说明各较佳的具体实例;于附图中,所有相同的数字表示相同的零件。
图1与2显示火焰产生器1的第一个具体实例,此具体实例包含一火焰产生器的燃烧部2。一水冷式的外套3包围于此燃烧部2并有相邻配置的冷却水入口4与出口5以及在入口4与出口5之间的分隔板6,使冷却水绕燃烧部2而循环流动。一氧气导管7经由燃烧部2而连至氧气通道8,俾将氧气引进燃烧部的锥形燃烧室9内。一流体燃料导管10提供流体燃料至通过燃烧部2的多个燃料通道11,该等通道绕氧气通道8而对称地间开配置,成一角度将燃料导引至燃烧室9内的燃烧部中心线上的一点。此外,一供气管12将空气通过燃烧部2送至多数个空气通道13。较可取者,空气通道13对称间开配置而沿径向在燃料通道11外侧,而有开口14位于燃烧室9的锥形面上。除了供给氧化气体参与燃烧反应以外,经由开口14送入的气体可用以保护燃烧室的壁,即,在壁与燃烧物之间产生瓦斯薄膜使壁免于接触高温的燃烧物,并使火焰,利用在壁与燃烧产品之间产生瓦斯薄膜,免于因接触到经液体冷却的本体而发生冷却。此外,当冷空气与燃料送入燃烧室9时,燃烧部2可利用将冷空气通过空气通道13以及将冷燃料通过燃料通道11而进一步加以冷却。冷却外套3设有槽孔15,供抽除空气与蒸汽泡沫。凸缘16为将火焰产生器附装于炉上的设置。
于某些情形下,将燃料当做中心流经导管7引入而将氧气或空气-氧气混合物经由导管11导入以使火焰长度或发射率达于最大值为有利。
图3与4显示火焰产生器20的第二个具体实例。与前述具体实例相似,本具体实例包括燃烧部21,一带有冷却水入口23,冷却水出口24,分隔板25和抽除槽孔26的水冷式外套22。此外,燃料导管27,燃料通道28,空气导管29与空气通道30均与前述具体实例相似。第一个氧气导管31沿燃烧部21中心线通过燃烧部21而连至通道32,而以收敛一扩散喷嘴33将超音速氧气喷射流引导至加热中的产品。第二个氧气导管34平行于燃烧部21的中心线且系径向间开配置于通道32与通道28之间,通过燃烧部21而连至通道35,俾将次音速的氧气喷射流送至燃烧室。
图5与6显示本发明的第三个具体实例,除了燃烧室9不是锥形形状以及空气通道13沿切线方向导入燃烧室9而在燃烧室内形成涡流循环以外,此第三个具体实例相似于第一个具体实例。氧气通道亦可具有收敛-扩散喷嘴17俾将超音速的氧气喷射流导至加热中的产品。氧气通道8可在喷嘴处有多个孔。此种做法增加火焰产生器的弹性,以改变火焰的性质并使过量氧气喷射流通过燃烧室中央部分。
图7与8显示本发明的第四个具体实例,此具体实例显示其中所含的进一步的改变,而包括一燃烧部41,一带有水通路46的冷却水外套42。此外,燃料导管47,燃料通道48,氧气导管49与氧气通道50相似前述各实例。空气的导入系经由通过燃烧部41而将空气沿切线方向引至燃烧通道9内表面的通道39予以达成。同时,第二个氧气导管43将氧气经由通道44通过燃烧部的顶部,沿燃烧部的全长直至通路向下弯而在燃烧部开口附近开口为止,使氧气成气流与火焰产生器40的中心线向下成角度导引至燃烧室外。此开口可包含一收敛-扩散喷嘴45,俾产生超音速的氧气喷射流。
图9显示火焰产生器的第一个或第三个具体实例的控制系统。当火焰产生器1工作时,冷却水从给水管供至冷却水入口4,然后在冷却却水外套内绕燃烧部2而后由出口5排出。所需的冷却速率系由热电偶偶63与压力计64予以控制。为使火焰产生器燃烧部2的整个表面面积有强烈的冷却,该燃烧部系由具有非常高导热性的铜或其他材料予以制成。
同时,燃料由燃料供给管58经阀59,流量计60与控制阀61而送至火焰产生器1,而后经由燃料导管10与该多条燃料通道11进入燃烧室9。视处理过程系加热、熔解或过加热的阶段,氧化剂以不同方式送入燃烧室9内。当加热中的材料的温度较低时,空气/氧气的比例较高而空气喷射流从鼓风机55经流量计56,控制阀57,空气导管12与该多个空气通道13而送入燃烧室9。于此同时,氧气喷射流可用下述两种方式之一或同时使用该两种方式从氧气管65送入燃烧室:第一种方式,经由阀66,流量计67,控制阀68,氧气导管7与氧气通道8;以及第二种方式,经由阀52,流量计53,控制阀54,空气导管12与该多个空气通道13。
一自动控制装置62根据由诸如感温器等感测器,能量总和器与定时器所决定的加热周期的当时阶段,并进一步根据加热中的材料种类而控制氧气,空气与燃料的各种瞬时流量。该控制装置亦可包括对燃料、空气与氧气进行瞬时流量量度而提供电气输入至该控制装置,该控制装置最好为微处理器,经订程式以控制整个加热周期的最佳火焰特性。
图10为第二个具体实例的火焰产生器控制系统。除了添加具有阀69、流量计70与控制阀71的供给管至氧气导管34以外,实质上与图9相同。
图11显示第四个具体实例的火焰产生器控制系统,此控制系统能够将可控制的空气量经由管线80,电动阀81与电磁阀82至氧气导管49而送入第一个氧化气体,使火焰产生器的工作更具体性。此具体实例亦能够改变火焰样式与火焰发光度,此即将燃料流沿燃烧室中心线经由管线83与电磁线围84至导管49而送入(代替该第一个氧化气体),第一个氧化气体由电磁阀85予以阻塞;以及,于此同时,利用将第一个氧化气体经由管线86与电磁阀87至导管47而绕该中心燃料流的周围送入燃烧室内(代替燃料),燃料由电磁阀88予以阻塞。
在燃料与第一个氧化气体流之间进行上述交换以前,需达成空气冲洗,即将空气经管线80,电动阀81与螺管82至氧气管49并经管线89螺管90至导管49。
于典型的处理过程中,利用第一个或第三个具体实例,于加热中的材料的温度上升时,有较多的氧气被送入燃烧室9内,因而,降低空气/氧气比例,而增加燃烧温度。当此阶段期间,燃料/总氧气比例被维持接近于化学量。
当加热中的材料的温度达到使氧化放热反应的热量利用在经济效益上适当的点时,将过量氧气喷射流经由氧气导管7与氧气通道8,经由填占燃烧室9的火焰的中心,而导引至热的产品上,俾产生熔解用的氧化反应的热量。为增进过量氧气喷射流穿透入加热中的产品的能力,氧气喷射流可以超音速的速度吹过氧气通道8的收敛、扩散喷嘴17。此可同时防止氧气被燃烧产品和炉内气体所稀释。
过量氧气喷射流亦可经由填占燃烧室9的火焰而导引至要精炼或其他用途的熔融材料上。此过量氧气喷射流的速度可利用收敛-扩散喷喷嘴予以增至音速以上以便改进喷射流穿透该熔融材料的能力。于此同时,可将燃料-空气、燃料-氧气,或燃料-空气-氧气火焰导引至该熔融材料,以将该氧化区域附近和内部的材料加热。
第二个具体实例的火焰产生器20的操作包括以上就第一个或第三个火焰产生器具体实例所述的所有步骤。此外,氧气可经由具有收敛-扩散喷嘴33的氧气导管31以超音速速度送至燃烧室36的中央区域,同时经由多个氧气通道35次音速的速度递送。由通道35递送的多个氧气喷射流的定位会将中央的氧气喷射流与分别经由导管27、29和34送来的燃料、空气和氧气的燃烧所形成于燃烧室36内的燃烧物相隔离。此项选择增进该火焰产生器的弹性,以变化火焰性质,并使过量氧气喷射流导引通过燃烧室的中央部分。
对于所有的具体实例,当加热、熔解、精炼与过热周期内,利用改变燃料、空气与氧气的供应,并且利用改变此等成分导入燃烧室的方式而将热量输入、火焰速度、温度、发光度、火焰外廓形状与燃烧物化学性质连续地加以控制。以便以最少的运转成本,满足加热需求。因此,从燃烧器输入的热量与送至燃烧器内的烃类燃料量有直接关系。如以上所述,本发明的方法或装置系以纯氧或空气,或纯氧与空气的混合物将氧气供予燃烧处理。例如,利用控制送入燃烧处理过程的燃料/总氧气比例,则氧气与燃料发生完全燃烧的化学量比例可依需要予以维持,以有效利用送入燃烧器的物质。此外,于任何指定的燃料/总氧气比例,火焰的温度可利用使氧化气体有较高的氧气浓度予以提高。改变送至燃烧器的空气与纯氧气而控制空气/总氧气比例,即可达成火焰温度的提高。虽然供给纯氧显然较空气更为高昂贵,但是,于处理过程中的某一点,可能需要有较高的火焰温度以便更有效地将热量传递至产品。
改进热传的另一种方式为增加火焰的发射性。在火焰心部内由烃类燃料的原子碳原换成为高发射性分子碳,可造成高发射性的火焰。于本发明中,此系利用提供纯氧与燃料的初期混合而在火焰心部进行燃料的热分解而达成,火焰系利用较低氧浓度(诸如空气或空气与氧混合)的第二个氧化剂流与强冷的燃烧室壁相隔离。因此,利用控制火焰中心的烃类燃料/氧气比例同时将所有其他参数维持于所需之值,则可控制火焰的发射率。此外,宜有一种能够将NOx消除或大大降低的燃烧器,此NOx系从与空气在高温(例如心部温度2700°F以上)燃烧所造成。此可利用减少火焰心部内的空气达成。因此,对于任何既定要引入燃烧室的总空气合量,利用控制导入的空气与导入火焰中心的空气的比例并使的最大,则可使NOx减少。
本文所述的燃烧器可利用预热过的空气或预热过的空气-氧气混合物当做氧化气体。此可从处理过程回收废热以提供预热的空气或预热的空气-氧气混合物而使操作更具效率。
虽然已将本发明的较佳具体实例予以说明,但得了解,亦可设计其他装置,使用两个以上不同的含有空气和氧气的氧化气体,俾进一步提高火焰产生器的燃烧可控性。同时得了解,亦可设计其他装置,在火焰产生器本体的外部或内部完成燃料与氧化剂的部分预先混合,或两个氧化气体的部分混合。
虽然本发明已经参与其较佳具体实例予以详细说明,但应了解,在说明书所述与请求专利部分所界定的发明精神与范围内,有种种变化与修改可行。

Claims (69)

1、一种合乎经济的烃类流体燃料燃烧方法,燃烧系在燃烧室中所形成的烃类火焰中进行,火焰外为液体冷却的燃烧段,其出口喷嘴导向高温炉内,以减少加热处理过程中的燃料与纯氧气的消耗,其特征在于该方法包含下列步骤:
单独供给烃类流体燃料与两个不同的以氧为主的氧化气体送至燃烧室;
将该第一个氧化气体经由燃烧室壁中的至少一个开口引导至该燃烧室出口喷嘴;
将该烃类燃料由燃烧室壁中的至少一个开口而在该第一个氧化气体上方朝向该第一个氧化气体的燃料流中送入该燃烧室,因此,使该烃类燃料与该第一个氧化气体相混合,以利用建立一个通过该燃烧室的高发光度热火焰而稳定燃烧室内的燃烧。
将该第二个氧化气体经由燃烧室壁中之至少一个开口而在火焰心部中的该烃类燃料周围朝该烃类燃料的气体流中送入该燃烧室;以及
控制该烃类燃料,该两个氧化气体与冷却液体的流量,以产生所需的热量输入,燃烧物化学性质、温度、速度、发射率与燃烧部的温度。
2、根据上述请求专利部分第1项之烃类流体燃烧的方法,其中该第一个氧化气体系沿燃烧室的中心轴线导引成喷射流。
3、根据上述请求专利部分第1项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该第二个氧化气体亦被导引而在该燃烧室外侧与烃类燃料相混合,以产生最终的火焰样式。
4、根据上述请求专利部分第1项的方法,其中该第二个氧化气体系予以导引,故起初使该火焰心在与该烃类燃料相混合之前,不致因与经液体冷却的燃烧部相接触而冷却。
5、根据上述请求专利部分第1项的方法,进一步包含下列步骤:
将燃烧产物经由向炉内开口的以液体冷却的喷嘴而由燃烧室排放出。
6、根据上述请求专利部份第1项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该流量控制步骤包含下列步骤:
控制燃料对该两个氧化气体中的总氧气的比例,使能够有效使用该燃料与该氧化气体;以及
控制空气对添加于该两个氧化气体中的总氧气的比例,俾控制碳化氢火焰的温度。
7、根据上述请求专利部分第6项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该流量控制步骤进一步包含下列步骤:
控制烃类燃料对该第一个氧化气体所含的氧气的比例,俾控制烃类火焰的发射率。
8、根据上述请求专利部分第7项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该量控制步骤进一步包含下列步骤:
使第二氧化气体内的空气与第一氧化气体内的空气的比率为最大以便利用减少烃类火焰心部内的空气量使NOx发射成为最小。
9、根据上述请求专利部分第6,7或8项的方法,进一步包含下例步骤:监视当时的处理温度,以当处理进行中,决定各该控制步骤所需的适当比例值。
10、根据上述请求专利部分第6、7或8项的方法,进一步包含下列步骤,测定输入处理过程的累计能量,以当处理进行中决定处理过程的阶段与各该控制步骤需施用的比例值。
11、根据上述请求专利部分第6、7或8项所述的方法。进一步包含下列步骤:将处理过程计时,以决定处理过的阶段与各该控制步骤需施用的比例值。
12、根据上述请求专利部分第9项的方法,其中该控制步骤系利用电子计算机设备予以达成。
13、根据上述请求专利部分第10项的方法,其中该控制步骤系利用电子计算机设备所达成。
14、根据上述请求专利部分第11项的方法,其中该控制步骤系利用电子计算机设备所达成。
15、根据上述请求专利部分第1,2,6或7项的烃类流体,燃料燃烧方法,其中该第一氧化气体为纯氧气。
16、根据上述请求专利部分第1,3,4或6项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该第二氧化气体的空气。
17、根据上述请求专利部分第1,2或3项的烃类流体燃料燃烧方法,其中该烃类燃料以包围该第一个氧化气体的多数个喷射流形式经由燃烧室中的多个开口而被导入该燃烧室内。
18、根据上述请求专利部分第1,3或4项的方法,其中该第二个氧化气体以导向该火焰心部的多个喷射流形式被导入燃烧室内。
19、根据上述请求专利部分第1或6项的方法,其中该第二个氧化气体以至少一个沿切线方向的喷射流形式被导入燃烧室内。
20、根据上述请求专利部分第1,3或5项的方法,其中该第二个氧化气体系沿燃烧室的全长以增至被导引至热的火焰心部。
21、根据上述请求专利部分第1或2项的烃类流体燃料燃烧方法,进一步包含下列步骤:控制该第一个氧化气体的送入燃烧室内,使进入燃烧室的喷射的速度可从次音速至超音速的范围。
22、请求专利部分第1项的方法,进一步包含下列步骤:将第三个氧化气体由该燃烧室出口喷嘴对燃烧室中心线而言向下导引,以使该第三氧化气体可将加热中的产品的不同部位以氧化。
23、根据上述请求专利部分第22项的方法,其中第三氧化气体系以超音速喷射流导入的氧气。
24、根据上述请求专利部分第1项的方法,进一步包含下列步骤:在将该燃料与该第二氧化气体导入燃烧室之前,先将该烃类燃料与该第二氧化气体导引通过燃烧部中的多个通道,俾进一步将燃烧部冷却。
25、一种在炉内将材料加热与熔解的方法,包含下列步骤:
将火焰导引至要加热的材料,该火焰系藉将烃类燃料流与空气和氧以大约等于化学量之燃料对总氧气的比例相混合及燃烧而形成;
随著该材料温度的增加而将混合物中的总氧气对总空气比例提高,以提高该绝热的火焰温度,同时将燃料对总氧气比例维持于大约化学量,以使材料达到某些材料成分可开始行放热氧化反应的温度;以及
然后导入过量的氧气以增加总氧气对燃料的比例至实质上大于化学量,以从材料在炉中因产品燃烧被不断加热的某些成分的氧化而产生额外增加的热量。
26、根据上述请求专利部分第25项的方法,其中该火焰系于液体冷却的燃烧通道内产生。
27、根据上述请求专利部分第26项的方法,其中该空气与氧气在具有不同氧气浓度的两个氧化气体流中被组合,其中一个氧化气体流被引入该燃料流内,而另一个氧化气体流被导引在该燃料流周围。
28、根据上述请求专利部分第25项的方法,当该燃烧通道的开口由受加热熔解的材料予的部分阻塞时,包含下列初始步骤:
在实施其他步骤的前将热的火焰引导至阻塞开口的材料上,该火焰系藉由将烃类燃料流与氧气以大约化学量的比例混合燃烧予以形成,以在该燃烧通道的开口处的材料中产生热的凹孔,俾改进后继步骤中的低温度火焰的稳定度。
29、根据上述请求专利部分第25项的方法,亦被使用于将材料精炼,进一步包含下列步骤:
在材料大体熔解之后,减少供给至燃烧混合物的燃料与空气,以重行安排火焰样式;
将氧气喷射流以超音速通过火焰而送至材料上;以及
将该氧气超音速喷射流穿透入该熔融材料受该重新安排的火焰加热之区域,以继续进行精炼处理的放热氧化反应。
30、根据上述请求专利部分第29项的方法,进一步包含下列步骤:
将第二个氧气喷流以次音速的速度导引包围该第一个氧气喷射流,俾将该第一个氧气喷射流与燃烧室内所形成的燃烧物相隔离。
31、根据上述请求专利部分第29项的方法,其中该氧气喷射流对于火焰的方向而言系被向下导引。
32、根据上述请求专利部分第25,28,29或30项的方法,其中各步骤进一步包含:决定进行下一个步骤的最经济点。
33、根据上述请求专利部分第25或29的方法,其中导入过量的氧的步骤包括在燃烧过程中没有空气参与的燃料燃烧。
34、根据上述请求专利部分第25,27或29的方法,进一步包含下列步骤。
在燃烧空气导入燃烧处理过程之前将之预热。
35、根据上述请求专利部分第25,26,27,29或30之方法,进一步包含:
根据该方法在一个炉内提供多个此种火焰与氧气喷射流。
36、一种炉内材料加热的控制方法,将含有碳的流体燃料的热的燃烧物经由一有两个不同氧化气体的燃烧装置导入炉的内部,各氧化气体流具有在20-100%范围内的可变的氧气含量,而且被单独导引通过该燃烧装置之燃烧室而送至加热中的材料上,特征在于其包含下列步骤:
不断测定代表性的技术参数以确认加热处理过程的当时阶段,并且使用该参数作为有程式的控制装置的基本数据。
不断感测空气,燃料与氧气的瞬间流量并且将该流量的代表性电气信号送至该有程式的控制装置;
根据所确认的加热处理的当时阶段,利用该编定程式的控制装置不断决定最佳的瞬间燃料流量、空气流量与氧气流量,以利用维持最适合的热量输入,火焰温度,速度与燃烧物发射率使该火焰与加热中材料之间的热交热最大,而节省加热周期的成本;
通过流量调节设备不断控制燃料、空气与氧气供给,以设定所供给之瞬间流量,使符合该订有程式的控制装置所界定的最佳瞬间流量。
37、根据上述请求专利部分第36项的方法,其中该代表性的技术参数包括处理过程的温度。
38、根据上述请求专利部分第36项的方法,其中该代表性的技术参数包括累计的加热时间。
39、根据上述请求专利部分第36项的方法,其中该代表性的技术参数包括累计的能量消耗。
40、根据上述请求专利部分第36项的方法,进一步包含下列步骤:
不断控制在第一个氧化气体流与第二个气体流中供给至燃烧装置的氧气与空气总流量的比例。
41、根据上述请求专利部分第36项的方法,进一步包含下列步骤:
不断控制氧气的流量,以平衡导引通过燃烧室的总氧气量,而穿透入受加热的材料。
42、根据上述请求专利部分第36项的方法,进一步包含下一步骤:
不断控制燃料的流量以平衡被导引通过燃烧室的总氧气量,而对所需空气流量的任何不能穿透入加热材料加以矫正。
43、根据上述请求专利部分第36,37,38,39,40,41或42项的方法,进一步包含下一步骤:
不断控制引入处过程的过多的氧气量,以支持加热或精制中的材料的某些成份的放热氧化反应。
44、根据上述请求专利部分第43项的方法,其中该过量的氧气系以超音速的氧气流导引进入处理过程。
45、一种在加热处理过程中减少燃料与纯氧气的消耗的烃类流体燃料燃烧器,特征在于其包含:
一有一含有出口喷嘴的燃烧室的燃烧部;
利用液体将该燃烧室冷却的冷却设备;
分开将烃类流体燃料与两个以氧为主的氧化氧体流供给至该燃烧部的设备;
将该第一个氧化气体经由燃烧室壁中的至少一个开口而导引至该燃烧室出口喷嘴的设备;
将该烃类燃料经由燃烧室壁中的至少一个开口,成一燃料流,导引入燃烧室内包围该第一个氧化气体,以使该烃类燃料与该第一个氧化气体混合,以利用建立一高发光度热的火焰心穿过该燃烧室该液体冷却的燃烧室内的燃烧的设备;以及
将该第二个氧化气体经由燃烧室中的至少一个开口以一包围并导向火焰心部的烃类燃料的气体流导入该燃烧室内的设备。
46、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,进一步包含:
该燃烧部的液体冷却的出口设备,以利用从燃烧室排出燃烧物而安排最终的火焰样式。
47、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中将该第一个氧化气体导引的设备将该第一个氧化气体以喷射流沿该燃烧室的中心轴导引。
48、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中将该第二个氧化气体导引的设备系导引该第二个氧化气体,以使该火焰心部由该气体予以隔离而在与该烃料燃料相混合之前免于因与经流体冷却的燃烧部接触而冷却。
49、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,进一步包含:利用控制由该含有氧气与空气的第一个与第二个氧化气体所引入的总氧气量的分布与比例以控制最后火焰样式氧化能力、温度、发光度及速度的控制设备。
50、根据上述请求专利部分第45或47项的燃烧器,其中该烃类燃料导引设备包含朝该第一个氧化气体倾斜的多个喷射嘴。
51、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中该第二个氧化气体导引设备包含朝该火焰心部倾斜的多个喷射嘴。
52、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中该第二个氧化气体导引设备包含至少一个沿切线方向的喷射嘴。
53、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中该第二个氧化气体导引设备将该气体沿燃烧室全长以渐增方式导引至热的火焰心部。
54、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中该燃烧部系由高导热性材料制成。
55、根据上述请求专利部分第54项的燃烧器,其中该高导热性材料为铜。
56、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中该燃烧部的燃烧室概略呈锥形,较宽的一端在该燃烧器的面,且其中该第二个氧化气体通道系开向燃烧室的锥形面,以便产生薄膜冷却作用。
57、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中将第一个氧化气体导引的设备包括将该第一个氦化气体以超音速的喷射流导引的设备。
58、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,进一步包含:将第三个氧化气体从该燃烧室出口喷嘴,对燃烧室中心线而言朝下导引的设备,使得第三个氧化气体可将加热中之产品的不同的部位氧化。
59、根据上述请求专利部分第58项的燃烧器,其中该第三个氧化气体系以超音波速度的喷射流予以导入的氧气。
60、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,进一步包含:控制该烃类燃料与该两个氧化气体的流量以产生所需的热量输入,燃烧物化学性质与燃烧部的温度用的控制设备。
61、根据上述请求专利部分第60项的燃烧器,其中该控制流量的控制设备包含:
控制燃料对该两个氧化气体中的总氧气量的比例以便将该燃料与该氧化气体有效利用的控制设备;以及
控制该两个氧化气体中的空气对总氧气量的比例以便控制烃类火焰的温度的控制设备。
62、根据上述请求专利部分第61项的燃烧器,其中该流量控制设备进一步包含:控制烃类燃料对该第一个氧化气体中的氧气的比例以便控制烃类火焰的发射率的控制设备。
63、根据上述请求专利部分第62项的燃烧器,其中该控制流量的设备进一步包含:使该第二个氧化气体中的空气对该第一个氧化气体中的空气的比例为最大的设备,以利用减少烃类火焰的心部内的空气量而使NOx发射减为最小。
64、根据上述请求专利部分第60,61,62或63项的燃烧器,进一步包含:感测当时处理温度用的感测设备,以便决定处理过程的阶段以及该流量控制设备施用的比例值。
65、根据上述请求专利部分第64项的燃烧器,其中该流量控制设备进一步包含:电子计算设备,以便不断测定如何根据该燃烧器的输入与预计的资讯而施用该流量控制设备。
66、根据上述请求专利部分第45项的燃烧器,其中将该第一个氧化气体导引的导引设备包含:从该燃烧部背面沿该燃烧部中心轴通过该燃烧部至燃烧室而与该第一个氧化气体的供给设备形成气体传送连接关系的一较窄狭的通道。
67、根据上述请求专利部分第66项的燃烧器,其中将该烃类燃料导引的导引设备包含:多个较狭窄的通道,从该燃烧部背面通过该燃烧部而至燃烧室,间距配置于该第一个氧化气体通道周围,且朝该燃烧部的燃烧室的中心轴倾斜,而与该烃类燃料的供给设备形成流体传送连接关系。
68、根据上述请求专利部分第67项的燃烧器,其中将该第二个氧化气体导引的导引设备包含:多个比较狭窄的通道,从该燃烧部背面通过该燃烧部而至燃烧室,于径向在该烃类燃料通道的外方间距配置,且朝该燃烧部的燃烧室的中心轴倾斜,而与该第二个氧化气体的供给设备形成气体传送连接关系。
69、根据上述请求专利部分第65或68的燃烧器,其中多个所述的燃烧器系用于一炉内。
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