減少氮氧化物和一氧化碳產(chǎn)生的分級(jí)燃燒制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及減少了一氧化碳發(fā)生和氮氧化物發(fā)生的分級(jí)燃燒方法，其中主級(jí)流體和次級(jí)流體分別以一定的動(dòng)量比供入燃燒區(qū)中。（*該技術(shù)在2016年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)一般地涉及分級(jí)燃燒，更具體地說，涉及氧氣或富氧流體被用作氧化劑的分級(jí)燃燒。氮氧化物(NOx)是燃燒時(shí)產(chǎn)生的嚴(yán)重的污染物，在進(jìn)行燃燒時(shí)必須減少它們的產(chǎn)生。大家知道通過使用工業(yè)純氧氣或富氧空氣作為氧化劑可在燃燒時(shí)減少NOx的產(chǎn)生，這是因?yàn)檫@樣降低了在等量氧氣基礎(chǔ)上供到燃燒反應(yīng)的氮?dú)饬俊Ｈ欢咻^高氧氣濃度的氧化劑的使用比用空氣會(huì)使燃燒反應(yīng)在更高的溫度進(jìn)行，而較高的溫度動(dòng)力學(xué)上更適于NOx的形成。分級(jí)燃燒已用于降低NOx的產(chǎn)生，特別是在氧化劑為氧氣濃度超過空氣的流體時(shí)更為常用。在分級(jí)燃燒中，燃料和氧化劑以亞化學(xué)計(jì)算的比率導(dǎo)入到燃燒區(qū)中燃燒。由于有過量的燃料可用于燃燒，因此基本沒有可與氮?dú)夥磻?yīng)形成NOx的氧化劑的氧分子。再將另外的氧氣提供到燃燒區(qū)以在下游的第二級(jí)中完成燃燒。因?yàn)榈诙?jí)氧氣在和未燃的燃料混合前被首先用爐氣稀釋，所以在第二級(jí)的燃燒不會(huì)產(chǎn)生非常高的溫度，因而限制了NOx的產(chǎn)生量。盡管分級(jí)燃燒對(duì)限制燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOx量是非常有效的，但由于在第一級(jí)中特別設(shè)定的亞化學(xué)計(jì)量的燃燒，分級(jí)燃燒的使用可導(dǎo)致一氧化碳(CD)的過量產(chǎn)生，在燃燒反應(yīng)反應(yīng)時(shí)間短的燃燒區(qū)更是如此。該問題為分級(jí)燃燒的使用者所認(rèn)識(shí)并一般提出通過降低分級(jí)的程度來解決，這樣就降低了分級(jí)燃燒的低NOx潛能。或者增高了供應(yīng)加熱爐或燃燒區(qū)的總氧氣量從而使在燃燒區(qū)中總反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量比率超過103％。后一操作方式盡管有效，但昂貴而浪費(fèi)。因此本專利技術(shù)的目的是提供既能保留常規(guī)分級(jí)燃燒操作的有益的低NOx產(chǎn)生量又能不用大量的過量氧化來降低CO的產(chǎn)生的進(jìn)行分級(jí)燃燒的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員一旦閱讀了本公開后就會(huì)明了的由本專利技術(shù)達(dá)到的上面和其它的目標(biāo)是減少氮氧化物和一氧化碳的發(fā)生的進(jìn)行分級(jí)燃燒的方法，包括(A)將燃料和主要氧化劑以亞化學(xué)計(jì)量比率從燃燒嘴注入燃燒區(qū)而形成具動(dòng)量M1的燃燒反應(yīng)流；(B)將燃燒反應(yīng)流內(nèi)的燃料和主氧化劑燃燒而產(chǎn)生熱和包括未燃燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物；(C)以某一質(zhì)量流量和速度將次氧化劑注入燃燒區(qū)而形成具動(dòng)量M2的一股或多股次氧化劑流而使M2/M1在0.09至0.70或在2至75范圍內(nèi)；和(D)將次氧化劑和未燃燃料在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒。這里所用的術(shù)語“完全燃燒的產(chǎn)物”是指二氧化碳和水的一種或多種。這里所用的術(shù)語“不完全燃燒的產(chǎn)物”是指一氧化碳、氫氣、碳和部分未燃的烴的一種或多種。這里所用的術(shù)語“未燃燃料”是指沒有徑燃燒的燃料和/或不完全燃燒的產(chǎn)物。這里所用的術(shù)語“化學(xué)計(jì)量的”是指進(jìn)行燃燒的氧氣對(duì)燃料的比率。低于100％的化學(xué)計(jì)量比率是指存在的氧氣比將存在的燃料完全燃燒所需的量少，即富燃料條件。化學(xué)計(jì)量比率大于100％是指存在的氧氣多于將燃料完全燃燒的所需量，即過氧氣條件。這里所用的術(shù)語“氮氧化物”和“NOx”是指一氧化二氮(N2O)、一氧化一氮(NO)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)、二氧化氮(NO2)、四氧化三氮(N3O4)和三氧化氮(NO3)的一種或多種。這里所用的術(shù)語“燃燒嘴”是指將燃料和氧化劑提供到燃燒區(qū)的裝置。燃燒嘴可以是整體部件或者可包含兩個(gè)或多個(gè)分開的部分。這里所用的術(shù)語燃燒嘴的“加熱速率”是指以每小時(shí)百萬英制熱單位即MM Btu/hr為單位表示的燃燒嘴料流的反應(yīng)熱。一般在大多數(shù)本專利技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中，燃燒嘴加熱速率會(huì)在0.25MM Btu/hr至15MMBtu/hr的范圍內(nèi)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)分級(jí)燃燒法的一實(shí)施方案的簡(jiǎn)化俯視圖。圖2是本專利技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果和常規(guī)實(shí)踐的試驗(yàn)結(jié)果的圖示。圖3是本專利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施方案的試驗(yàn)結(jié)果以及對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果的圖示。本專利技術(shù)將按附圖來詳細(xì)描述。現(xiàn)參照?qǐng)D1，其顯示了工業(yè)加熱爐1的俯視圖。任何通過一個(gè)或多個(gè)燃燒嘴加熱的工業(yè)加熱爐塊可在本專利技術(shù)的實(shí)踐中使用。這種加熱爐的例子包括鋼再熱爐、鋁熔爐和玻璃熔爐。燃料2和主氧化劑3通過燃燒嘴4提供到燃燒區(qū)或加熱爐1中。燃料和主氧化劑可分開注入加熱爐1中或在預(yù)混條件下一起注入加熱爐1中。燃料和主氧化劑可通過多個(gè)燃燒嘴供應(yīng)到加熱爐1中。任何合適的氧氣-燃料燃燒嘴均可用于本專利技術(shù)的實(shí)踐中。用于本專利技術(shù)實(shí)踐中的特別優(yōu)選的氧氣-燃料燃燒嘴是一并收入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中的Kobayashi等的美國(guó)專利5411395中公開的燃料噴射燃燒嘴。燃料可以是含可在加熱爐的燃燒區(qū)中燃燒的可燃性物質(zhì)的任何氣體或其它流體。在這類燃料中可包括天然氣、焦?fàn)t氣、丙烷、甲烷和油。主氧化劑是氧氣濃度至少為30％(體積)、最好至少為90％(體積)的流體。主氧化劑可以是氧氣濃度99.5％或以上的工業(yè)純氧氣。燃料和主氧化劑以一定的流量提供到加熱爐1中，該流量能使主氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)計(jì)量比低于90％、最好是在5-50％的范圍內(nèi)。燃料和主氧化劑以燃燒反應(yīng)流5在加熱爐1內(nèi)燃燒而產(chǎn)生熱和燃燒反應(yīng)產(chǎn)物。燃燒反應(yīng)產(chǎn)物可包括完全燃燒的產(chǎn)物，但由于所規(guī)定的亞化學(xué)計(jì)量的主氧化劑對(duì)燃料的比率，所以將也包括未燃燃料。燃料和主氧化劑的不完全燃燒能使這種燃燒在實(shí)際比正常情況低的溫度下進(jìn)行，從而降低了形成NOx的趨向。次氧化劑6通過位于和將燃料和主氧化劑注入加熱爐之處隔開的點(diǎn)上的噴槍7注入到加熱爐的燃燒區(qū)中以形成次氧化劑流8。盡管對(duì)每個(gè)燃燒反應(yīng)可用多個(gè)氧化劑流，但在本專利技術(shù)的優(yōu)選的實(shí)踐中，對(duì)每一單獨(dú)的燃燒反應(yīng)流5將使用一條次氧化劑流8。所述次氧化劑是氧氣濃度30％(摩爾)以上、最好是90％(摩爾)以上的流體。這種次氧化劑可以是工業(yè)純氧氣。盡管在本專利技術(shù)的實(shí)踐中可使用任何合適的氧氣噴槍來將吹氧化劑注入加熱爐中，但最好是使用在收入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)中的美國(guó)專利5295816(Kobayashi等)中公開的氣體注射噴槍來將吹氧化劑注入加熱爐中。次氧化劑以一定流量提供到燃燒區(qū)即加熱爐中，從而使加入主氧化劑時(shí)氧化劑和燃料的化學(xué)計(jì)量比在90％以上、最好是在95％至11％的范圍內(nèi)。當(dāng)主氧化劑和次氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)計(jì)量比低于100％時(shí)，要使加熱爐內(nèi)的燃料達(dá)到完全燃燒所需的其余氧氣通過透入的空氣提供。燃料和主氧化劑被注入加熱爐1中形成擁有具動(dòng)量M1的流量和速度的燃燒反應(yīng)流5，次氧化劑被注入到加熱爐1中形成一股或多股具總動(dòng)量M2的次氧化劑流8，結(jié)果使M2/M1的比值在大于2至75或0.09至0.70的范圍內(nèi)。最好是M2/M1在大于2至35或0.28至0.70的范圍內(nèi)。一般來說，在大多數(shù)本專利技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用中，M1是在0.5ft1bm/sec2至0.9ft 1bm/sec2的范圍內(nèi)，M2是在1ft 1bm/sec2至525ft1bm/sec2的范圍內(nèi)。通過一部分燃燒區(qū)后，燃燒反應(yīng)流5和次氧化劑流8諸如在區(qū)9中混合一起，次氧化劑和燃燒反應(yīng)流的未燃燒料燃燒，用于完成燃料的燃燒和將附加熱提供給加熱爐。圖2說明了常規(guī)的分級(jí)燃燒實(shí)踐中(產(chǎn)生一氧化碳)獲得的結(jié)果以及本專利技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果。在其結(jié)果報(bào)告于圖2中的每一個(gè)實(shí)施例和對(duì)比例中，使用了一股燃燒反應(yīng)流和一股次氧化劑流。在每個(gè)這些實(shí)施例和對(duì)比例中，所用的燃料均為甲烷，主氧化劑和次氧化劑均是含100％(摩爾)氧氣的流體，主氧化劑對(duì)燃料的化學(xué)計(jì)量比均是25％。次氧化劑提供的流量控制在使主氧化劑和次氧化劑總和對(duì)燃料的化學(xué)計(jì)量比達(dá)到103％的水平。所用的燃燒嘴是在美國(guó)專利5411395中所公開的那種，所用的噴槍是在美國(guó)專利5295816中公開的那種。從本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
減少氮氧化物和一氧化碳的發(fā)生的進(jìn)行分級(jí)燃燒的方法，包括：（Ａ）將燃料和主氧化劑以亞化學(xué)計(jì)量比從燃燒嘴注入燃燒區(qū)而形成具動(dòng)量Ｍ１的燃燒反應(yīng)流；（Ｂ）將燃燒反應(yīng)流內(nèi)的燃料和主氧化劑燃燒而產(chǎn)生熱和包括未燃燃料的燃燒反應(yīng)產(chǎn)物；（Ｃ）以某 一質(zhì)量流量和速度將次氧化劑注入燃燒區(qū)而形成具動(dòng)量Ｍ２的一股或多股次氧化劑流而使Ｍ２／Ｍ１在０．０９至０．７０或２至７５的范圍內(nèi)；和（Ｄ）將次氧化劑和未燃燃料在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：RP錢伯蘭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：普萊克斯技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]