[发明专利]氧-燃料炉和在氧-燃料炉中加热材料的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月5日提交的美国临时专利申请No. 61/471,900的优先权和好处，该申请通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本发明涉及加热材料的系统和方法。更特别地，本发明涉及氧-燃料炉，以及通过使用氧-燃料炉来加热材料的方法。

背景技术

 氮氧化物(NOx)在由燃烧过程排出的主要空气污染物之中。因为NOx会促进引起烟雾的有害大气反应产物的形成，所以多个政府机构已经实行空气质量标准来限制可排到大气中的NOx的量。由于许多国家的环境立法增加，以及全球对大气污染的认识度增加，当代燃烧技术已经得到改进，以减少来自多种类型的燃烧装备的NOx排放。

再生金属行业一般被认为是主要的NOx污染源，并且因此受到关于NOx排放的严格规则的约束。在燃烧过程中减少NOx的产生在这个行业中变得更重要，因为对金属的需求增加，而对NOx的环境规则却变得越来越严格。全氧-燃料燃烧在理论上可产生非常低的NOx排放，因为氧化剂中没有氮。

再生金属行业已经有了减少NOx排放的革新。在美国专利申请公开No. 2007/0254251中描述了这种已知系统，该申请通过引用而整体地结合在本文中。已知的系统通过将炉气体输送到火焰区中来实现大规模燃烧。这种系统减少了排放。但是，进一步的减少是合乎需要的，尤其是在进一步的燃烧NOx减少与热能消耗考量相平衡(例如由于平衡辐射和对流热传递成分)的情况下。

传统的低动量氧-燃料燃烧由辐射模式热传递控制，但缺乏对流加热成分。缺乏对流成分是因为气体量低，而且缺乏对流成分可增加加热不一致或不均匀、热点和产生NOx的可能性。相比之下，空气燃料燃烧由于N₂稀释而缺乏辐射加热的效率。但是，空气燃料燃烧可具有强的对流热传递成分，因为烟道气量较高，当与辐射结合时，较高的烟道气量可用来加热产物。但是，来自空气-燃料火焰的辐射比来自氧-燃料火焰的辐射低得多。

不遭受一个或多个以上缺陷的氧-燃料炉和在氧-燃料炉中加热材料的方法在本领域中将是合乎需要的。

发明内容

在示例性实施例中，一种用于在氧-燃料炉中加热材料的方法包括：在氧-燃料炉中用氧-燃料喷燃器组件燃烧氧和燃料，从而形成燃烧气体；以及在氧-燃料炉的封壳的中心区域内保持涡旋，涡旋包括燃烧气体。氧-燃料喷燃器组件包括成角度地布置成产生涡旋的多个高动量氧-燃料喷燃器，相对于封壳的炉壁边界，角度大于15度但小于75度。

在另一个示例性实施例中，一种用于在氧-燃料炉中加热材料的方法包括：在氧-燃料炉中用氧-燃料喷燃器组件燃烧氧和燃料，从而形成燃烧气体；以及在氧-燃料炉的封壳的中心区域内保持涡旋，涡旋包括燃烧气体。涡旋具有大于0.07弧度每秒的角速度。

在另一个示例性实施例中，一种氧-燃料炉包括：氧-燃料喷燃器组件，其包括具有高形状因素喷嘴的至少两个高动量氧-燃料喷燃器；以及封壳。氧-燃料喷燃器组件包括成角度地布置成产生涡旋的多个高动量氧-燃料喷燃器，相对于封壳的炉壁边界，角度大于15度但小于75度。涡旋增加封壳内的对流加热和封壳内的加热的均匀性。

根据结合附图得到的优选实施例的以下更详细的描述，本发明的其它特征和优点将是显而易见的，附图以示例的方式示出本发明的原理。

附图说明

图1至4是根据本公开的实施例的氧-燃料炉的示意图。

图5是根据本公开的实施例的氧-燃料炉的三维示意图。

图6是根据本公开的在氧-燃料炉中加热材料的示例性方法和其它加热材料的方法的图形比较。

图7是关于根据本公开的示例性氧-燃料炉，表面温度随时间而改变的图解说明。

图8是由于在没有形成涡旋的情况下运行氧-燃料炉而引起的炉壁和材料的表面温度的图解说明。

图9是由于根据本公开在形成涡旋的情况下运行氧-燃料炉而引起的炉壁和材料的表面温度的图解说明。

在可行的情况下，相同参考标号将在图中用来表示相同部件。

具体实施方式

提供示例性氧-燃料炉，以及在氧-燃料炉中加热材料的方法。本公开的实施例增加氧-燃料加热过程中的热传递的对流部分，减少用于实现某些温度的循环时间，增加效率，或者实现它们的组合。