[发明专利]低浓度可燃气体的燃烧方法及流化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及低浓度可燃气体的燃烧方法及其燃烧器，尤其涉及一种采用流化反应器燃烧低浓度可燃气体的方法及流化反应器。

背景技术

在煤矿开采、化学工业、石油工业和钢铁工业生产过程中，会产生大量的含有甲烷、一氧化碳、氢气等可燃性气体的废气。废气中可燃性气体的浓度常常低于10％，甚至低于5％，通常把浓度低于10％的可燃性气体称为低浓度可燃性气体。以煤矿开采为例，矿井瓦斯废气主要可燃气体是甲烷，且甲烷浓度低，浓度变化大等原因，这种低浓度可燃气体很难被点燃或者维持稳定燃烧。目前，低浓度可燃气体几乎都未进行回收处理就直接排向大气，一方面造成了有限的不可再生资源的严重浪费；另一方面加剧了大气污染和温室效应。因此，合理回收利用低浓度可燃气体具有节能和环保双重意义。

目前，对于甲烷浓度较低的气体的研究和利用，主要在以下几个方面：采用物理和化学方法提纯、作为辅助燃料或助燃剂和采用蓄热式燃烧技术。

采用物理和化学方法提纯，主要是针对含低浓度甲烷的气体。提纯技术是指将N₂或空气与甲烷分离，使气体中的甲烷含量提高，从而提高气体燃料的浓度。提纯技术主要有低温分离、变压吸附分离和膜分离等。低温分离设备造价高，只有当分离的流量较大时才有商业价值；变压吸附分离技术现在比较成熟，可以加以利用；膜分离技术简单，非常适用于小型气体分离站，但迄今还处于研究开发阶段。提纯方法的成本相对较高。

低浓度可燃气体由于包含了可燃气体以及一定量的O₂，可用来做辅助燃料或助燃剂，取代部分空气，节约部分燃料，常被用于内燃机、燃气轮机或锅炉，但是该技术要求主燃烧设备必须达到足够高的温度，且气体燃料的输送距离足够小。

蓄热式燃烧技术通过操作换向阀控制气体燃料的流向。前半个周期内，可燃气流过高温蓄热体时，吸收足够热量后产生氧化反应，燃烧产生的烟气流过另一个蓄热体时，释放出热量，并把蓄热体加热到足够高的温度。后半个周期内，通过操作换向阀，使可燃气从另一个蓄热体进入，完成类似燃烧和传热过程。可燃气浓度较高时，蓄热体容易超过承受的温度极限。该技术不仅要求换向操作必须及时准确，而且蓄热体材料承受冷热交变过程，要求很高。整个燃烧装置通常采用电加热方式启动，难度大，并且装置散热损失较多时，维持装置运行比较困难。新的蓄热式燃烧技术在两个蓄热体之间增加催化剂层，使气流的着火温度显著降低，弥补了蓄热式燃烧技术的部分不足之处，但对蓄热材料所承受的热应力变化及催化剂的要求较高。

对于流化床燃烧技术，中国专利申请号为89100176.X公开了一种用流化床燃烧固体燃料的方法，指出了流化床具有燃烧效率高、污染物排放少的优点，但并未涉及气体燃料的燃烧。中国专利号为200820110474.1涉及气体燃料在流化床中的燃烧，该发明采用快速床和湍流流化床相结合的方法，利用载氧体在快速床和湍流床之间的循环，实现了高浓度气体燃料的燃烧和二氧化碳的收集，但并未涉及浓度低于10％的可燃气体的燃烧。

综上所述，低浓度可燃气体直接燃烧和利用技术还不成熟，并受到成本、输送距离或蓄热材料等方面的限制。流化床燃烧技术具有燃烧效率高，污染物少的优点，但目前主要应用在固体燃料和高浓度的气体燃料，对于低浓度可燃气体并未涉及。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是解决低浓度可燃气体热值低、可燃成分浓度变化幅度大、稳定燃烧困难等问题，提供一种在流化反应器内燃烧低浓度可燃气体的方法。

本发明的另一个目的是为实现上述方法，同时克服现有流化反应器燃烧不连续和燃烧不稳定，提供一种可连续稳定燃烧，且结构简单的流化反应器。

本发明的目的是这样实现的：一种低浓度可燃气体的燃烧方法，其特征在于：采用流化反应器作为燃烧器，燃烧器的布风板上置有砂粒；该方法的具体步骤包括：首先，将低浓度可燃气体和助燃空气分别通入换热器进行热交换；然后，将经过热交换后的低浓度可燃气体和助燃空气通入流化反应器的混合腔内进行混合；再将混合后的气体通过所述布风板进入所述燃烧器的燃烧腔内燃烧；燃烧后的气体作为换热器的热源。

进一步，所述砂粒为石英砂颗粒，粒径为0.1～10mm。