[发明专利]燃烧包含结合氮的燃料的方法

说明书

本发明涉及混合后燃烧，其中燃料和氧化剂被分别喷入燃烧区内，然后在燃烧区内混合并燃烧。

最近在混合燃烧领域内的一项重大改进是在美国专利4378205（发明人安德森）和美国专利4541796（发明人安德森）中描述过的和请求保护的吸气器燃烧器及其方法。这项技术可以在温度不是很高和氧气燃烧的混合特性差的条件下，在氧气或富氧空气的助燃下进行燃烧，这样在燃烧时不会产生高含量的氧化氮（NOx）并且在燃烧区内不会形成局部热点。燃烧是在燃料和氧化剂喷射点之间所规定的较大距离内完成的，在与燃料混合和燃烧之前，炉内气体吸入到氧化剂内。

许多燃烧都含有结合氧。在这种燃料燃烧时，能够导致生成NOx的氮气可以来自燃料以外的能源，但大部分来自燃料本身。因此，为了实现减弱的NO_X放射，所设计的产生低NO_X的燃料，其中氮是与燃料分离的燃烧方法对于含结合氮的燃料的燃烧来说通常不是很有效的。

此外，已知的依赖于成一定角度的氧化剂和燃料流的低NO_X燃烧方法，在扩散角超过了甚至一很小的角度时，就会形成不稳定燃烧或者吹散。因此，本发明的一个目的是提供一种含结合氮的燃烧燃料方法，以实现减少NO_X的放射。

对于所属技术领域的专业人员来说，在读了所公开的本发明的内容之后，上述和其它目的将变得更加明显。其中是：

一种为实现减少NO_X放射的含结合氮燃料的燃烧方法，包括：

（A）沿轴向气流流动方向将含结合氮的燃料喷入燃烧区;

（B）将至少一股与燃料喷射点相距一定距离的氧化剂流喷入燃烧区，所述氧化剂包括有纯氧或富氧空气，所述氧化剂以一定角度喷射，该角度等于或大于由燃料流外围边与燃料流中心轴线所形成的角跟氧化剂流的扩散角之和，所述氧化剂喷射时这样，总氧化剂动量至少等于燃料流动量的三倍。

（C）使燃料流中的燃料吸入到氧化剂流中并让吸入的燃料与氧化剂一起燃烧。

图1是一种装置的简化的剖面图，利用该装置可实现本发明的方法。

图2是实现本发明的方法和实现现有技术的燃烧方法时从燃烧中放射NO_X的曲线图。

本发明的方法将参照附图进行详细的描述。

现参照图1，含有结合氮的燃料1沿轴流方向从燃烧器3喷入燃烧区2。术语“结合氮”指的是除了含有至少一个以化学方式结合的氮原子的分子氮之外的任何化合物。这些化合物的几个简单例子有氨、氰化氢和吡啶。含有结合氮的典型燃料包括燃油和煤。在这些燃料中，氮被以化学方式结合成复杂的分子形式并且常混有胺或杂环。燃料被喷射到具有某种动量的燃烧区内，该动量等于质量与速度的乘积。燃料通常是以范围在10-200尺/秒（3-16米/秒）的速度被喷射到燃烧区内。

当燃料流从喷管9中射出时，该流以大致成圆锥体形状扩张，以致于使燃料流的周边4与燃料流的中心轴线5度一角度a。对于从直圆喷嘴中喷出的气态燃料流来说，这个角度通常在5～10度范围内。有时采用圆锥形燃料导流片来增加扩散的燃料流的角度。对于油燃烧器来说，雾化的燃料液滴流的角度变化将取决于油雾化喷嘴的设计;典型的这一角度一般在5-30度范围之内。雾化气体常用在油雾化器中，以便产生微小的燃油液滴，当氧气与燃料气体有时用作雾化气体时，空气和燃料气体流是最常用的雾化气体，当空气、富氧空气或氧气作雾化气体时，包含在雾化气体中的氧气的流量必须低于燃料完全燃烧时所需氧气流量的20%，最好是低于10%。在美国专利4738614（发明人Sny    der等）号中公开了并且提出了专利保护范围的一种优选的燃油雾化器。

氧化剂7是从燃烧器3上与燃料喷射点相隔一定距离的地方喷入燃烧区的，所以燃料和氧化剂是分开地喷入燃烧区的。在氧化剂和燃料都处在燃烧区内以前，它们不形成可燃混合物。氧化剂可以是富氧空气或者具有含氧浓度达99.5%的在学术上称之为纯氧的气体。氧化剂的含氧浓度最好高于30%。

氧化剂的喷射速度一般在200-1000英尺/秒（61-305米/秒）范围内。当氧化剂喷入燃烧区时，氧化剂流的外周边与氧化剂流的中心线形成一角度。这个扩展角度一般在5-10度的范围内。

氧化剂至少以一股气流喷入燃烧区，最好是以3-16股气流喷入。一种最佳设计方案是使燃料流从中央位置喷入燃烧区，而氧化剂通过许多围绕中央燃料流的环形流喷入燃烧区。环状方向氧化剂流的数量最好在3-16个范围内。