富含CO₂的甲烷氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法

2023-10-24 04:50:27 4

專利名稱：富含CO2的甲烷氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法
技術領域：
本發明涉及一種富含ニ氧化碳的甲烷混合氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法，涉及氣體燃料燃燒排放控制技術，特別是對於富含惰性氣體ニ氧化碳的甲烷混合氣在有限空間內促進摻混、加強燃燒、減少排放。
背景技術：
富含了ニ氧化碳的甲烷混合氣是ー種中、低熱值混合氣，可以通過燃燒釋放熱能來驅動動力裝置或作為熱源加以利用。其燃燒的特點與甲烷氣體有很大的不同。甲烷氣體燃燒速度本來就不高，再被惰性氣體ニ氧化碳等稀釋的話，首先其熱值降低；其次其最高燃燒溫度降低；同時，燃燒火焰傳播速度會更低；而且著火點更高。這些使得富含了ニ氧化碳 的甲烷混合氣燃燒穩定工作範圍變窄。已有的技術都是建立在較大的空間和有充裕的燃燒時間保障的基礎上。若在有限空間裡燃燒就很容易存在燃燒不完全、燃燒穩定性差、甲烷或CO排放超標等問題。現在國家和各個地方對於主要含ニ氧化碳和甲烷的混合氣的燃燒煙氣中的CO的排放已有或將有指標要求。因此，如果要在有限的高度和時間裡實現此種氣體的完全燃燒，則如何組織燃燒過程就顯得非常重要，設計的關鍵點、設計規則就會有講究，需要符合一定的技術要求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種富含ニ氧化碳的甲烷混合氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法。為實現上述目的，本發明提供的富含CO2的甲烷氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法，包括I)多股空氣和甲烷ニ氧化碳混合氣在進氣通道內各自預燃後呈旋流相遇並互相擴散；2)收縮通道內的切向旋流增加了湍流度、摻混程度從而加強燃燒；3)燃燒氣氛通過突擴過程降低氣流速度，増加回流程度和燃燒反應的時間；4)燃燒完全後的煙氣通過收縮成排放尾氣。所述的方法中，增加湍流度、摻混程度以加強燃燒是通過預燃氣旋流相遇後的流通面積小於進氣通道流通面積之和而實現的。所述的方法中，預燃氣旋流相遇後的流通面積是進氣通道流通面積之和的
O.4-0. 9 倍。所述的方法中，排放尾氣可以用作推動動カ裝置做エ的動力源和對エ質進行加熱的熱源。本發明利用了把燃燒分為多步過程的方法，通過逐步不斷増加空氣與甲烷ニ氧化碳的摻混度、增強初歩燃燒煙氣的湍流度、増加高溫燃燒區域的駐留時間的綜合措施來強化燃燒。這些措施使得甲烷ニ氧化碳混合氣在有限空間燃燒能達到很好的燃燒完全的效果O本發明適用於富含 ニ氧化碳的甲烷混合氣在有限空間燃燒，並使其燃燒排放尾氣中的CH4和CO達到排放指標的要求。


圖I是本發明的有限空間渦旋燃燒系統示意圖。圖2是圖I的B-B視圖。圖3是實施例子渦旋燃燒有限空間剖面的CH4摩爾分數分布圖。圖4是實施例子渦旋燃燒有限空間剖面的的CO摩爾分數分布圖。附圖中組件符號說明 I旋流進氣通道，2燃燒加強上升段，3減速擴張段，4收縮段，5排放尾氣，6進ロ空氣，7甲烷ニ氧化碳混合氣。
具體實施例方式本發明是針對甲烷ニ氧化碳混合氣在有限空間燃燒減排而提供的ー種低汙染強化渦旋燃燒方法。本發明可以使甲烷ニ氧化碳混合氣在有限空間燃燒後排出的煙氣中甲烷和ー氧化碳的含量達標，尤其適用於含25%以上ニ氧化碳(體積比)的甲烷混合氣。下面結合一種可以用於實現本發明方法的系統作詳細描述。需要說明的是以下用於說明本發明方法的系統是一原理性描述，但根據該原理，本領域技術人員是能夠理解和想像出具體的裝置結構。請結合圖I和圖2，用風機或壓縮機(公知技木，圖中未示出)分別提供燃燒用進ロ空氣6和甲烷ニ氧化碳混合氣7，空氣6和甲烷ニ氧化碳混合氣7分別進入位於系統最下部的具有多個通道的旋流進氣通道I內，在各進ロ處開始相遇互相擴散並被點火器點燃(公知技木，圖中未示出)，在旋流進氣通道I內部形成如圖2中箭頭所示的旋流。因為預混會導致火焰穩定範圍窄，所以這裡採取的是擴散燃燒的方式。該旋流進氣通道I的進氣通道個數不限，進氣通道的截面形狀可以是圓形或是矩形等任意形式，本實施例以圖2給出的四個通道的旋流進氣通道I為例進行說明。該多通道的旋流進氣通道I上方的氣體出ロ連接ー燃燒加強上升段2，燃燒加強上升段2的流通面積小於四個進氣通道流通面積之和，一般設計為燃燒加強上升段2的流通面積是四個進氣通道的流通面積之和的O. 4-0. 9倍，燃燒加強上升段的截面可以是圓形或是矩形等任意形式。空氣6與甲烷ニ氧化碳混合氣7在旋流進氣通道I內邊燃燒邊混合，旋流進氣通道I末段的初步燃燒混合氣切向進入燃燒加強上升段2的底部起始段，在此處，各個進氣通道過來的初步燃燒混合氣在這裡相遇碰撞，一邊旋轉上升，ー邊進一歩互相摻混，極大地提高湍流度，強化了燃燒過程，為進行充分燃燒提供了條件。燃燒加強上升段2上方連接ー減速擴張段3，減速擴張段3的流通面積大於燃燒加強上升段2的流通面積，使燃燒加強上升段2出來的燃燒氣氛隨後進入減速擴張段3以通過突擴過程降低氣流速度，増加燃燒反應的時間；同時，燃燒加強上升段2出來的氣氛的旋流作用使得減速擴張段3中的部分氣流回流而進一歩加強摻混，這兩點都有利於甲烷燃燒完全，也有利於甲烷燃燒生成的一氧化碳也能燃燒完全。最後使減速擴張段3燃燒完全後的煙氣通過收縮通道4成為排放尾氣5，此排放的尾氣為高溫尾氣，可以用來推動動カ裝置做エ或作為熱源對エ質進行加熱。圖3所示為本發明渦旋燃燒有限空間剖面的CH4摩爾分數分布圖，可見，CH4在燃燒加強上升段2就已經燃燒完全(圖中由白色到黒色表示CH4濃度漸低)。圖4是實施例子渦旋燃燒有限空間剖面的的CO摩爾分數分布圖(圖中由白色到黒色表示CO濃度漸低)。可見，CO在剛進入減速擴張段3不遠處就已經燃燒完全。數據表明，排放尾氣5處CO含量小於50mg/m3，達到了排放要求。
權利要求
1.一種富含CO2的甲烷氣在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法，適用於富含ニ氧化碳的甲烷混合氣，該方法包括 1)多股空氣和甲烷ニ氧化碳混合氣在進氣通道內各自預燃後呈旋流相遇並互相擴散; 2)收縮通道內的切向旋流增加了湍流度、摻混程度從而加強燃燒； 3)燃燒氣氛通過突擴過程降低氣流速度，増加回流程度和燃燒反應的時間； 4)燃燒完全後的煙氣通過收縮成排放尾氣。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，增加湍流度、摻混程度以加強燃燒是通過預燃氣旋流相遇後的流通面積小於進氣通道流通面積之和而實現的。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，預燃氣旋流相遇後的流通面積是進氣通道流通面積之和的0. 4-0. 9倍。
4.根據權利要求I所述的方法，其中，排放尾氣可以用作推動動カ裝置做エ的動力源和對エ質進行加熱的熱源。
全文摘要
一種在有限空間渦旋燃燒減排CO的方法，適用於富含二氧化碳的甲烷混合氣，該方法包括多股空氣和甲烷二氧化碳混合氣經過在進氣通道內的各自預燃後呈旋流相遇並互相擴散，增加了湍流度、摻混程度，從而加強燃燒；燃燒氣氛通過旋流突擴過程降低氣流速度，增加回流程度和燃燒反應的時間；燃燒完全後的煙氣通過收縮成排放尾氣以供利用。本發明通過強化富含二氧化碳的甲烷混合氣在有限空間內的燃燒使得其甲烷和CO排放達到指標要求。
文檔編號F23D14/20GK102650429SQ20111004468
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者董琪, 袁怡祥 申請人:中國科學院工程熱物理研究所