[发明专利]深度分级燃烧的方法

说明书

本发明总的来说涉及燃烧。本发明特别适用于进行能减少生成氮氧化物的燃烧。

氮氧化物（NOx）是燃烧过程中产生的一种主要污染物，因此希望在进行燃烧时减少其生成。已经知道，用工业纯的氧或富氧空气作氧化剂进行燃烧时可以减少NOx的生成，因为这种情况可以减少在等量氧的基础上供给燃烧反应的氮气的量。但是使用具有较高氧浓度的氧化剂会使燃烧反应在较高的温度下进行，而这种较高的温度从动力学角度看又有利于NOx的生成。

因此，本发明的一个目的是提供一种进行燃烧的方法，该方法可用氧浓度比空气高的氧化剂来实施，而同时又能达到减少生成氮氧化物的目的。

对于熟悉本技术的人员来说在阅读本说明书后上述和其它目的将一目了然，这些目的可通过本发明达到。本发明是：

一种能同时达到减少氮氧化物生成的燃烧方法，包括：

（A）将一级燃料和5～50%范围的化学计量比例的一级氧化剂喷入到燃烧区，所述一级氧化剂是一种氧含量至少为30%体积的一种流体;

（B）在离开一级燃料和一级氧化剂喷入到燃烧区的喷入点的一定间隔处将二级氧化剂喷入到该燃烧区中;

（C）使一级燃料和一级氧化剂与二级氧化剂隔开，单独在燃烧区中燃烧产生燃烧反应产物;

（D）使二级氧化剂与燃烧区中的燃烧反应产物混合，然后使二级氧化剂与该燃烧反应产物一起燃烧。

这里所使用的术语“氮氧化物”和“NOx”是指下列氮氧化物中的一种或几种：一氧化二氮（N₂O）、一氧化氮（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）。

这里所用的术语“完全燃烧产物”是指二氧化碳和水蒸汽中的一种或多种。

这里所用的术语“不完全燃烧产物”是指一氧化碳、氢、碳及部分燃烧的烃类中之一种或多种。

这里所用的术语“未燃烧的燃料”是指未经受燃烧的燃料和/或不完全燃烧的产物。

图1是实施本发明方法的一个具体方案的简化截面图。

图2是实施本发明方法的另一个具体方案的简化截面图。

图3是说明限定一级燃料和氧化剂中的氧与燃料的比例对实施本发明的重要性的图解说明。

图4是说明在实施本发明中用优选的一级燃料速度所得到的改进结果的图解说明。

图5是说明在实施本发明中用优选的二级氧化剂速度所得到的改进结果的图解说明。

下面参考附图详细说明本发明。

参看图1和图2，炉子1界定了炉区燃烧区2。该炉子可以是任何适用的工业炉子，制造玻璃的炉子、炼钢炉、熔铝炉、水泥窑、或焚烧炉。

一级燃料和一级氧化剂3通过注入口4喷入到燃烧区2，在这种情况下，注入口4也用作排放口。一级燃料和氧化剂是用适当的燃烧嘴或喷枪（图中未表示出）喷入的。燃烧嘴是向燃烧区提供燃料和氧化剂的一种装置，而喷嘴只是将燃料和氧化剂中的一种喷入燃烧区的一种装置。一级燃料和氧化剂可以以预混合的状态一起喷入燃烧区2或者也可以单独喷入燃烧区2，然后在燃烧区2中混合形成一级燃料和氧化剂的混合物3。一级燃料和氧化剂可以用单股流或单个喷嘴或用多股流或多个喷嘴喷入到燃烧区2中。

一级燃料可以是任何含有能在燃烧区中燃烧的可燃物的气体或其它燃料。在这些燃料中可以举出天然气、焦炉气、丙烷、甲烷、油料和粉碎的煤。

一级氧化剂是氧含量至少为30%体积氧，更好至少为90%体积氧的一种流体。一级氧化剂可以是工业纯的氧，其氧含量为99.5%或更高。

一级燃料和氧化剂以这样的流率供入燃烧区2，使得一级氧与一级燃料之比在5～50%，较好在10～30%的化学计量范围内。一级氧的化学计量量是使注入到燃烧区2中的一级燃料完全燃烧所需要的一级氧的数量。

一级燃料是通常以至少50英尺/秒，较好超过100英尺/秒，最好在300～1000英尺/秒范围的高速度下喷入到燃烧区2中的。当一级燃料和氧化剂以预混合物形式喷入燃烧区时，该混合物以上面所述的燃料喷入速度喷入。当一级燃料和氧化剂未经预混而喷入燃烧区时，一级氧化剂的喷入速度通常小于一级燃料的喷入速度。在这种情况下，该一级氧化剂的喷入速度较好在20～50英尺/秒的范围内。