[发明专利]产生过程用热的方法与设备

说明书

此发明是涉及一种产生过程用热的方法，在该方法中，通过一种或多种矿物燃料在过热用热发生器中的燃烧产物将过程介质分两阶段加热至其最终温度，其中在燃烧装置下游的第一阶段中，低于化学计量燃烧的燃烧区起作用，燃烧气体在此低于化学计量燃烧的燃烧区的下游被冷却。被冷却后的燃烧气体在再燃区随着补进空气再度燃烧，在低于化学计量燃烧的燃烧区的下游，燃烧气体被吸走一部分热量，这部分热量比达到一个在随后的再燃区中将NO_x的产生量减至最小的温度范围所需的热量要小。为在再燃区达到这个温度范围，在补进空气前或与补进空气一起加入经过冷却的废气。同时提供一实现此方法的设备。

DE-Al-37 07 773描述了一种特别适用于含氮的燃料、例如重油的低污染燃烧的方法。在这个方法中，燃料在第一燃烧室阶段在低于化学计量燃烧的条件下，最好是采用一个预混合燃烧器，在一个高于1500℃的很高的温度下被预燃。紧接着这个低于化学计量燃烧的燃烧区是一个还原区，气体应在此停留约0.3秒，这样，氮原子与碳氢原子间的键在缺氧条件下断裂。如果在低于化学计量燃烧的燃烧过程前用适当方法预热空气，那么这个过程将在最佳状态下进行，这时可以最大限度的避免由HCN与NH₃促成NO_x的形成。在紧邻还原区的下一个区域中，将从燃烧气体中吸取刚好足够的热量，致使在向高于化学计量燃烧的再燃烧阶段（此时将补充残余空气给燃烧气体）达到一个合适的温度窗范围-大约1150℃1350℃，在这个温度窗内几乎不会有NO_x产生（温度上限），并且CO与UHC也不会“冻结”（温度下限）。现在这个温度窗条件，特别是当燃烧空气强烈地加热时，会导致在邻近还原区的低于化学计量燃烧的区域中需要排出大量的热。在这样的两阶段燃烧设备中，在低于化学计量燃烧的预燃阶段与在高于化学计量燃烧的阶段相比，产生等量的或更多的热量。这种状况在现有燃烧设备需更换时对所需的费用、所需的设备功率与/或NO_x·排放等方面带来严重缺点。在这种情况下，现有锅炉就要“降格”为中等功率的补燃器。

因此，本发明的目的在于提供补救措施，在于提供一种通过本文开始提到的方法可随需要降低在低于化学计量燃烧的阶段的相应热吸收。

本发明的基本优点在于：在毗邻还原区的低于化学计量燃烧的燃烧区中，只有一部分在高于化学计量燃烧的区域达致最佳温度窗范围所必需的热量被吸走。这部分热量比达到一个在随后的再燃区中将NO_x的产生量减至最小的温度范围所需的热量要小。如有必要，也可以完全不在低于化学计算量燃烧的燃烧区进行热吸收。为了仍可实现理想的温度窗范围，将经冷却的废气在残余空气输入之前或与其一起输入给低于化学计量燃烧的气体。为此目的，可以采用内部废气再循环，也可采用外部废气再循环。用此方法可以几乎任意地随需要降低低于化学计量燃烧的阶段的相对热吸收量，这样就使设备改装的成本、生产率、与结构尺寸可以有很大的变化范围。

为避免低于化学计量燃烧段的燃烧室壁由于处在高温状态并且只有少量的热被导散而出现热过荷，空气输入和通常规必需的空气预热可以在一个逆流对流热交换器内进行，一方面对输入的燃烧空气进行预热，另一方面冷却了燃烧室壁。

本发明的有利的发展描述如下。上述的温度范围在1150-1350℃之间。用于燃烧装置的燃烧空气可经过预热。

实施本发明的方法的设备包含至少一个燃烧器，在燃烧器的下游连接着低于化学计量燃烧的燃烧区，热交换器设置在此燃烧区的燃烧部位，在热交换器的下游接着是再燃区，在再燃区的后端设置又一个热交换器，在这第二个热交换器的下游分支接出废气反馈管路，所述废气反馈管路在空气输入管的前面或与其一起终止在再燃区区域内。燃烧器沿流动方向包含至少两个其纵向对称轴线相互径向错开伸展的、一个套在另一个上面地设置的空心半圆锥体，错开伸展的纵向对称轴线为燃烧气流提供流向相反的切向进口槽，至少有一个喷嘴设置在由空心半圆锥体构成的圆锥形空间中，燃料的喷射装置放置在两个空心半圆锥体的相互错开伸展的纵向对称轴线的中间位置上。一个另外的燃烧空气流可通过喷嘴外侧轴向输入燃烧器的内部空间内。在切向进口槽部位存在用于喷入另外的燃料的另外的喷嘴。空心半圆锥体沿流动方向可按一个固定角度锥形扩展，也可按逐渐增大的锥度扩展，也可以具有逐渐减小的锥度。

下面将借助于附图进一步阐述本发明的实施例，所有对理解本发明无直接关系的部份都被略去，在不同的附图中相同的部份用相同的标号标注，介质的流动方向用箭头示出。