[发明专利]发光燃烧系统

说明书

本发明总体涉及利用氧气或富氧空气替代空气与燃料进行燃烧的燃烧系统。

众所周知，在燃烧过程中，尤其是在高温下进行的燃烧过程中所产生的氮氧化物（NOx）是污染物。已知的是，如果利用纯氧或富氧空气代替空气进行燃烧，则在燃烧反应过程中产生的NO_X的量会减少，这是因为如果能避免高的火焰温度，则可使存在于空气中的大量的氮远离燃烧反应过程，并因此使氮不能与氧化剂反应生成NO_X。在这一技术领域内能使氧燃烧过程避免高火焰温度的两个新近突出的进展是Anderson在USP4，541，796中公开和请求专利权的吸气燃烧器（aspirating burner）和Anderson在USP4，907，961中公开和请求专利权的稳定喷气燃烧器（stabilized jet burner）。

一般说来，用氧或富氧空气燃烧所产生的火焰是肉眼不易观察到的。在某些场合，要求进行燃烧时有易观察或发光的火焰，尤其是需要调节火焰的形状或取向时更是如此，不易观察到的火焰将更难于准确地进行调节。

已知燃料在进行不完全燃烧时，火焰的光亮度会增加。然而这种燃烧方式从燃料消耗和环境方面考虑都是不可取的。

发光火焰的问题主要存在于用天然气作为燃料的情况下。天然气的主要成分是甲烷。因为存在的碳粒是火焰光亮的主要根源，因此必须使甲烷裂解形成碳。富燃料燃烧和富氧燃烧可以产生碳粒，但是这种过程难以进行有效的控制，而且在燃烧的富氧区会形成大量的NO_X。

因此，本发明的一个目的是提供一种燃烧系统，其中产生光亮的火焰，同时象NO_X这样的污染物的量维持在可接受的水平。

对于本领域技术人员而言，通过阅读本说明书后，本发明的上述和其它目的将一目了然，这些目的通过本发明达到，本发明的一个方面为：

发光燃烧方法，包括：

（A）将燃料供入与炉区连通的第一室;

（B）将相当于使所述进入第一室的燃料完全燃烧所需氧量的约10～30%的氧气供入第一室，并在第一室内使燃料和氧气混合形成均一的燃料和氧气的混合物;

（C）将燃料和氧的混合物从第一室以均一速度送入炉区，然后使燃料和氧的混合物在炉区以光亮火焰形式燃烧;

（D）将补充氧气供入到与炉区连通的第二室;

（E）以与将燃料和氧的混合物向炉区输送速度几乎相同的速度将所述补充氧从第二室送入炉区，其进口位置与将燃料氧气混合物送入炉区的进口位置隔开一定空间;和

（F）使上述补充氧气与未燃烧的燃料在炉区进行燃烧。

本发明的另一方面为：

发光燃烧系统，包括：

（A）炉区;

（B）与炉区连通的第一室;

（C）将燃料送入第一室的装置;

（D）将氧气供入到第一室使得它在其中与燃料混合形成均一混合物的装置;

（E）与炉区连通且连通位置与第一室与炉区的连通位置隔开一定空间的第二室;

（F）将氧气供入到第二室的装置。

图1是本发明发光燃烧系统一个优选实施方案的截面图。

图2是在实施本发明时，燃料氧气混合物中氧气浓度重要性的实验结果曲线图。

图3是实施本发明所采用的氧气喷嘴的一个优选实施方案的详细图示。

下面参照图对本发明进行详细描述。

参考图1，炉区1由耐火墙2包围，炉区体积可大可小，在此提供热能，如玻璃熔融炉、钢材预热炉、铜材熔融炉、炼铝炉等。第一室3由直径较大的腔室4和直径较小的管道5组成，管道5在位置6与炉区相连通。

燃料7通过管道8送到第一室3。燃料可以是含有能在炉区燃烧形成光亮火焰可燃物的任何气体。其中可列举天然气、焦炉气、丙烷和甲烷。当用天然气或甲烷作为燃料时，本发明的优点最为明显。

氧气例如通过管道9送入到第一室3，氧气可以是工业纯氧气，即含氧量为99.5%或更高的流体，也可以是富氧空气，例如氧浓度为30%或更高的流体，优选供以氧浓度至少为90%的流体，供入到第一室的氧气量是化学计量（即：送到第一室的燃料完全燃烧所需要的氧气量）的约10～30%，优选15%～25%。为了实现本发明的优势结果，供入第一室的氧气量不能超过化学计量的30%，这一点很重要。本发明的这一方面将在下面做更详细的讨论。