使用預熱反應物的分級富氧燃燒方法
2023-05-18 16:53:31 3
專利名稱：使用預熱反應物的分級富氧燃燒方法
技術領域：
本發明涉及一種使用富氧氧化氣體燃燒燃料的方法，其中該富氧氧化
氣體被預熱到至少為300'C的溫度。
背景技術：
目前，設計用於工業窯爐的燃燒器時兩個主要的關注之處在於向爐料 傳熱的效率以及汙染排放物、特別是氮氧化物的減少。滿足這兩個關注點 的最有前途的方法之一是使用預熱反應物的分級富氧燃燒。這是因為已經 知道通過分級燃燒能夠減少NOx排放物以及通過預熱反應物能夠節省能源。
富氧燃燒是使用氧濃度高於空氣的氧化氣體的燃燒。燃料分級燃燒的 方法在於將燃料完全燃燒所需的氧化劑量分成至少兩股氧化劑流，該氧化 劑流在離燃料流不同的距離處引入。這樣，第一氧化劑流在離燃料流非常 近的距離處引入。該最接近燃料流的第一氧化劑流稱為主流一一它允許燃 料在受控溫度下部分燃燒，該受控溫度限制NOx的形成。其他氧化劑流在 離燃料比主氧化劑流遠的距離處引入。它們用於完成與沒有同主氧化劑反 應的燃料的燃燒。這些流稱為次流。
預熱反應物(氧化氣體和燃料)已經在各種用於從廢氣中回收熱量的 方案中提出(US 6071116)。在WO 00/79182中還公開了一種其中燃料和 氧化劑都被預熱的燃燒器。然而，這些文獻並沒有提及與使用熱反應物相 關的問題的存在。然而，熱反應物的使用將導致以下不利之處
-反應物混合物的火焰速度的增加一一火焰前鋒將在接近於各種燃燒 器孔口的出口處穩定，增加注射器過熱及過早破壞的危險；
-火焰溫度的增加及從而增加向爐料和燃燒器表面的輻射傳熱；以及 -作為火焰溫度增加的結果，熱NOx的水平增加。
發明內容
本發明的目的在於提出一種用於燃燒器的"i殳計法則，該燃燒器使用分 級富氧燃燒和預熱反應物，以便保持分級富氧燃燒的優點而不引起與預熱 反應物的使用相關的危險。
為此，本發明涉及一種使用富氧氧化氣體燃燒燃料的方法，其中，將 以下射流噴射入燃燒室 -燃料射流；以及 -至少兩股氧化氣體射流
稱為主射流的第一氧化氣體射流通過直徑為D的孔口引入並且 圍繞該燃料射流注射，該第一氧化氣體射流的量使得可以引起 不完全的第一燃燒，該第一燃燒產生的氣體仍包括至少一部分 燃料，以及
第二氧化氣體射流通過直徑為d的孔口引入，該直徑為d的孔 口設置在離用於引入第一主氧化氣體射流的孔口的距離為l處， 以便與存在於第 一燃燒所產生的氣體中的那部分燃料燃燒；
並且其中
-該燃料射流在主氧化氣體射流內在從燃燒室壁縮進的一位置處射 出，所述位置位於距離該壁r處；
-富氧氧化氣體被預熱到至少為300'C的溫度； -比率r/D為
. 或者在5和20之間，優選地在7和15之間；
. 或者在0.75和3之間；且 -比率l/d至少為2，優選地至少為10。
根據本發明的方法使用其中氧化劑為富氧氧化氣體、即具有比空氣高 的氧濃度的氣體的燃燒。這可以是富含氧化劑的空氣或者純氧。優選地，
此氧化氣體的氧濃度按體積計至少為70%。
根據本發明的方法使用其中至少氧化氣體淨皮預熱到至少為300 。C的溫 度的燃燒。這種預熱可通過現有技術中任何已知的方法進行。優選地，這 是使用用於回收燃燒廢氣的熱量的回收裝置的預熱。燃料也可以浮皮預熱， 優選地預熱到至少300。C。
根據本發明的方法使用分級燃燒，其中將氧化氣體分成兩股流，該流 在離燃料射流不同距離處引入燃燒室。主射流與燃料射流相接觸地引入並 圍繞該燃料射流。將主射流引入燃燒室的噴射器的孔口直徑為D。此主射 流噴射器的端部直接出現在燃燒室中。然而，燃料噴射器的端部並不是直 接出現在燃燒室中，而是從燃燒室的壁縮進燃料噴射器的端部在從燃燒 室壁縮進的位置處出現在主射流噴射器的中間，該位置位於距離所述壁r 處。通常調整燃料噴射器的直徑以便產生穩定的火焰。通常，燃燒燃料所 需的氧化氣體總量的2到20%藉助於主射流引入。補充的氧化氣體藉助於 次射流經由一噴射器引入，該噴射器的端部直接通向燃燒室，且該噴射器 的孔口直徑為d。所述次射流的噴射器設置在距離主氧化氣體孔口 l處，該 距離1在最接近主氧化氣體噴射器的孔口和次氧化氣體噴射器的孔口的邊 糹彖之間測量。
本發明^一個重要特徵在於，需要防止所述分級富氧燃燒方法與這樣 的燃料噴射器一起使用，該燃料噴射器在主氧化氣體噴射器中縮進的尺寸 使得r/D在3和5之間。r和D的尺寸很關鍵，因為它們影響由在主氧化 氣體噴射器內縮進的燃料噴射器形成的空腔的體積。通過正確地選捧尺寸，
本發明一方面能夠防止在此空腔中形成的預混合火焰損害燃料噴射器和主 氧化氣體噴射器的端部，另 一方面防止從燃燒室發出的輻射損害燃燒噴射 器的端部。
本發明的另一個重要特徵在於，比率1/d必須至少為2且優選至少為10。
一般地，反應物從其中噴射的孔口具有圓形橫截面。然而，本發明也 涵蓋孔口橫截面不是圓形的情況。在後者情況下，上述直徑d和D對應於
非圓形橫截面的水力直徑，該水力直徑定義為4乘以孔口橫截面面積，再 除以孔口橫截面的周長。
圖l示出用於根據本發明的方法的各個尺度單元(r、 d、 D、 1)。
具體實施例方式
圖1示出用於才艮據本發明的方法的各個尺度單元(r、 d、 D、 1)。燃 料1通過設置在用於主氧化氣體2的噴射器6中的噴射器7引入。燃料噴 射器的端部從燃燒室的壁4縮進一距離r。主氧化氣體噴射器2的端部直 徑為D。次氧化氣體3通過噴射器5引入，該噴射器5的端部直徑為d。 氧化氣體噴射器5和6的端部的邊緣之間的距離為1。
通過執行上述方法，能夠在分級富氧燃燒方法中預熱燃燒反應物而不 過早損壞反應物噴射器，也不會增加NOx的排放。
權利要求
1.一種使用富氧氧化氣體燃燒燃料的方法，其中，將以下射流噴射入燃燒室-燃料射流；以及-至少兩股氧化氣體射流·稱為主射流的第一氧化氣體射流通過直徑為D的孔口引入並且圍繞該燃料射流注射，該第一氧化氣體射流的量使得可以引起不完全的第一燃燒，該第一燃燒產生的氣體仍包括至少一部分燃料，以及·第二氧化氣體射流通過直徑為d的孔口引入，該直徑為d的孔口設置在離用於引入第一主氧化氣體射流的孔口的距離為l處，以便與存在於第一燃燒所產生的氣體中的那部分燃料燃燒；並且其中-該燃料射流在主氧化氣體射流內在從燃燒室壁縮進的位置處射出，所述位置位於距離該壁r處；-富氧氧化氣體被預熱到至少為300℃的溫度；其特徵在於-比率r/D為·或者在5和20之間；·或者在0.75和3之間；且-比率l/d至少為2。
2. 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，比率r/D在7和15之間。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，比率I/d至少為10。
4. 根據前述;k利要求中的一項所述的方法，其特徵在於，所述富氧 氧化氣體的氧濃度按體積計至少為70%。
5. 根據前述權利要求中的一項所述的方法，其特徵在於，燃料被預 熱到至少300 x:。
6. 根據前述權利要求中的一項所述的方法，其特徵在於，所述方法用於玻璃熔爐。
7. 根據權利要求1到5中的一項所述的方法，其特徵在於，所述方 法用於再加熱爐。
全文摘要
本發明涉及一種分級富氧燃燒方法，其中向燃燒室注射在主氧化氣體射流內部的燃料射流，以及通過直徑為d的孔口引入的次氧化氣體射流，所述主氧化氣體射流通過直徑為D的孔口引入，所述直徑為d的孔口離用於主氧化氣體射流的孔口的距離為l。根據本發明，該燃料射流在從燃燒室壁縮進距離r處射出。富氧氧化氣體被預熱到至少為300℃的溫度。比率r/D在5和20之間或者在0.75和3之間，且比率l/d至少為2。
文檔編號C03B5/235GK101341363SQ200680047988
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月18日 優先權日2005年12月22日
發明者B·勒魯, C·安貝爾農, G·康斯坦丁, R·齊阿瓦 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司