專利名稱：多孔氧化劑噴嘴燃燒方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，最近一個重要的進展是安得森(Anderson)在美國專利號4378205和4541796中所敘述和要求保護的抽氣器燃燒器和方法。這一技術(shù)可以使燃燒在不太高的溫度和氧氣燃燒混合性差的特性下，實現(xiàn)用氧氣或富氧空氣的燃燒，從而獲得不致產(chǎn)生高氮氧化物(NOx)和在燃燒區(qū)內(nèi)不引起局部熱點的燃燒。這一特點通過在燃料和氧化劑注入點之間限定一個較長的距離并將爐煙抽氣在與燃料混合和燃燒之前送入氧化劑而實現(xiàn)。
在一些特定的燃料的燃燒中，例如對一些危險的廢料的焚化中，在燃燒區(qū)內(nèi)存在著高氮或高氮化合物，當(dāng)燃燒進行時，它們會成為氮氧化物(NOx)源。此外，在特定的燃燒區(qū)，例如用于危險廢料焚化的旋轉(zhuǎn)干燥爐內(nèi)，是相對的長而窄的。眾所周知利用擴散火焰進行燃燒，可以降低(NOx)的形成，和可獲得更均勻一致的溫度分布。這種擴散火焰在窄小的燃燒區(qū)不能獲得，由于火焰容易沖擊或使燃燒區(qū)壁部過熱。
因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一種用于實施燃燒的方法，特別是用于相對于窄的燃燒區(qū)域內(nèi)燃燒方法，而同時可獲得更均勻一致的溫度分布以及甚至在燃燒區(qū)內(nèi)存在明顯量的氮或氮化物的條件下，獲得較低量的NOx成份。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種實施燃燒的裝置，特別是在相對窄的燃燒區(qū)域內(nèi)，同時可獲得更均勻一致的溫度分布以及甚至在燃燒區(qū)域內(nèi)存在明顯量的氮或氮化物的條件下，獲得較低量的NOx成份。
上述和其它目的，對本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，通過本發(fā)明，根據(jù)所公開的內(nèi)容，將變得顯而易見，其一個方面是一種用于燃燒燃料和氧化劑而獲得更均勻一致的溫度分布和降低NOx放射物，它包括(A)使燃料流通過燃燒區(qū);
(B)在至少兩種流束中，注入氧化劑進入燃燒區(qū)，至少有一束這樣的氧化劑流束以大體上平行于燃料注入，和至少有一束這樣的氧化劑流束以與平行注入的氧化劑成一個角度注入;
(C)將從燃燒區(qū)內(nèi)抽出的煙氣送入以一定角度注入的氧化劑流束并隨后以一定角度流入的氧化劑流束進入至少一個平行注入的氧化劑流束;和(D)將最終的氧化劑流束與燃料混合而形成可燃燒的混合物及燃燒該混合物。
本發(fā)明的另一個方面的用于燃燒燃料及氧化劑而獲得更均勻一致的溫度分布和降低NOx放射物的裝置，它包括(A)用于通過燃燒區(qū)域流過燃料流束的裝置;和(B)用以將氧化劑注入燃燒區(qū)域的裝置，所述氧化劑注入裝置包括具有至少有兩個噴管的噴咀，至少有一個這樣定向的噴管，以便注入的氧化劑大體上平行于燃料通過裝置的流向，和至少有一個這樣定向的噴管，以便使注入的氧化劑與所述平行定向的噴管的注入方向成一角度。


圖1為本發(fā)明所用方法和裝置中一個氧化劑噴咀實施例的前視圖。
圖2為圖1所示噴咀的剖視圖。
圖3是本發(fā)明燃燒裝置實施例中前視圖。
圖4是用于圖3圖解的燃燒器裝置的氧化劑流束流動軌跡示意圖。
圖5是采用本發(fā)明進行燃燒與只使用已知直型噴咀燃燒器進行燃燒時NOx放射物圖解。
圖6是采用本發(fā)明進行燃燒與具有只使用已知直型噴咀燃燒器進行燃燒時，在燃燒區(qū)域內(nèi)的溫度分布圖解。
在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，燃料以一束或多束流通過燃燒區(qū)域。較好地是將燃料以一束注入燃燒區(qū)內(nèi)，最好為集中于氧化劑流束圈內(nèi)的噴氣流。燃料可以是能夠通過燃燒區(qū)的任意一種燃料。這類燃料的例子包括氣體的燃料，例如甲烷和天然氣，液體燃料，例如燃料油和有機液體廢料，在氣態(tài)介質(zhì)中分布的固體燃料顆粒，以及能夠通過燃燒區(qū)被輸送的固體和/或液體燃料。
至少通過一個噴咀，將氧化劑，最好與燃料注入點有一個間隔，注入燃燒區(qū)內(nèi)。氧化劑可以為空氣，富氧空氣，或具有濃度超過99.5%的技術(shù)純氧。最好氧化劑的平均含量濃度超過25%。來自其它部位的氧氣，例如空氣洩漏也可存在于燃燒區(qū)域。
將氧化劑從氧化劑噴咀至少以兩束注入燃燒區(qū)域內(nèi)。至少有一束氧化劑以大體平行于燃料束通過燃燒區(qū)的方向注入燃燒區(qū)域內(nèi)，即燃料通行裝置的通過方向。術(shù)語“平行”指的是與流束的中心軸線而言，“用大體平行”意為在大約5°之內(nèi)。應(yīng)該理解到如果燃料流束是一種噴氣流束并以大體上園錐形擴張注入通過燃燒區(qū)域，則氧化劑流束以及其它流束也會具有一種旋轉(zhuǎn)或有角度的分支。
至少將一束氧化劑流以與平行注入的氧化劑束成一角度而注入燃燒區(qū)。角度較好地是在10°至45°范圍內(nèi)，最好是在10°至35°范圍內(nèi)。在此角度是指由流束的中心線所構(gòu)成的角度。當(dāng)使用多束有角度地注入的氧化劑流束時，氧化劑流束可能與平行注入的氧化劑流束成同一角度，或者有一束或更多的束形成不同的角度或更多的角度。
較好地是將通過噴咀注入燃燒區(qū)的氧化劑的30%-70%沿平行于流束的方向注入，最佳的量為30%-50%，將注入燃燒區(qū)的氧化劑中剩余部分通過噴咀與流束成一定角度地注入。較好地，通過平行流束注入燃燒區(qū)的氧化劑的通量至少占通過噴咀注入氧化劑的總通量的40%。
圖1為應(yīng)用本發(fā)明的氧化劑噴咀實施例的前視圖。參考圖1氧化劑噴咀1具有六個標(biāo)號為2、3、4、5、6和7的噴口。噴口2，3，4，5定向為直的，以便以大體平行的方向，例如平行于通過類似定位的燃料噴口注入的燃料流束方向，將氧化劑注入燃燒區(qū)域內(nèi)。噴口6和7以一定角度定位，在此情況下，與噴口2，3，4和5取向為12°。這一角度在沿圖1B-B線剖視而成的剖視圖2中更清楚地作了表示。較好的是每一氧化劑噴咀具有多于一種角度取向的噴口，在氧化劑噴口上，噴口的數(shù)量越多，每一噴口注入?yún)^(qū)域越小。在注入點5噴口的區(qū)域越小，則通過噴口注入的氧化物的注入速度越高。注入速度越高，則將要討論的抽吸效果就越顯著。
將氧化劑以一個足以引起從燃燒區(qū)域內(nèi)抽吸煙氣并送入成角度的流束中的速度沿與流束成一角度地注入燃燒區(qū)域內(nèi)。一般地講，這一速度在每秒150至1000英尺范圍內(nèi)。被抽吸的煙氣或氣體可以來自如下方面，例如洩漏進入燃燒區(qū)域內(nèi)的空氣，爐氣，例如未燃燒的氮氣或一氧化碳氣以及來自燃燒反應(yīng)時產(chǎn)生水蒸氣，以及烴氣體例如在燃燒區(qū)域內(nèi)的固體和/或液體危險廢物所放出的溶劑蒸氣。
將氧化劑通過平行取向的噴口以足夠的速度注入燃燒區(qū)域，以引起在抽吸煙氣進入有角度的流束后而使該有角度的流束通過同一噴口進入平行的流束中。本發(fā)明的這一重要效果由圖4加以表示。一般的平行流束的速度在每秒150至1000英尺范圍內(nèi)。這個速度可以與有角度地注入的氧化劑的速度相同或不同。
圖3是本發(fā)明裝置的一個實施例的前視圖。參照圖3，燃燒器10包括有八個氧化劑噴咀11，每一個氧化劑噴咀包括有一個直型或平行取向的噴口12以及兩個有角度的噴口13，噴口13的取向為在噴口12的外部為20°。氧化劑噴咀11圍繞中心燃料噴咀14呈園或環(huán)狀排列，從中心燃料以平行于氧化劑通過噴口12注入的方向注入到燃燒區(qū)域內(nèi)。一種與圖3所例相似的冷流式燃燒器被用來觀察氧化劑的流動。將氧化劑以一高達每秒500英尺的速度通過噴口12和13注入到燃燒區(qū)域內(nèi)。在氧化劑通過燃燒區(qū)域時對其加入煙霧劑，以便更好地目測氧化劑流束和其形象在圖4中被表示出來。參照圖4可以看到，從燃燒器注入燃燒區(qū)域21的有角度注入的氧化劑20進入平行注入的氧化劑22，其各自注入點的后部液流。在點23處，基本上所有的有角度地注入的氧化劑20與被吸入該氧化劑的煙氣一起進入平行注入的氧化劑22。這種結(jié)合的氧化劑包括平行注入的氧化劑，有角度地注入的氧化劑和吸收的燃燒區(qū)域的煙氣與燃料束混合而形成一種可燃混合物，該混合物被點燃。
本發(fā)明導(dǎo)致了兩種重要而有益的結(jié)果。第一，氧化劑有角度注入的部分提高了來自于流動反應(yīng)物外部的抽吸能力。這特別有益于置于燃燒區(qū)域內(nèi)的固體和/或液體危險廢物的燃燒，燃燒區(qū)域內(nèi)危險廢物的揮發(fā)物被分離并抽吸。此外有角度注入的流束對可燃燒反應(yīng)物起到擴散作用。提高抽吸和反應(yīng)物的擴散作用增加了燃燒反應(yīng)的擴散。這種增加的擴散作用使燃燒具有更均勻一致的溫度分布并且減少NOx的形成。
第二，平行注入的氧化劑，用于使有角度注入的氧化劑保持不偏離燃燒反應(yīng)流束的流動通道，對于窄燃燒區(qū)域的情況下，不流入燃燒區(qū)壁。此外，由于有角度注入的氧化劑引入，使平行注入氧化劑，通過增加燃燒反應(yīng)流束的量而使軸向流通量增加。這極有利于增加混合的效果以及燃燒區(qū)域內(nèi)的熱量分布，這種效果特別適用于長而窄的燃燒區(qū)域，例如用于危險廢物焚燒的旋轉(zhuǎn)爐。
為了使本發(fā)明的良好效果能夠產(chǎn)生，需要將通過同一噴咀平行注入的和有角度注入的氧化劑以相距較近的方式注入燃燒區(qū)域。較好地，兩條氧化劑注入流束之間的距離不應(yīng)超過最大噴口或噴射流束直徑的10倍，最好為不超過最大噴口或流束直徑的5倍。
為了進一步說明本發(fā)明并表示由此而獲得改善的結(jié)果，提供下面的例子以及與之相比較的例子。這些例子只作為說明和表示目的，因此，并不受局限。
在一個測量為4×4×8英尺的燃燒區(qū)域內(nèi)，一個燃燒器以一百萬BTU/HR的點火速率點燃，燃料為天然氣和通過中心燃料注入噴咀注入。在燃料噴咀周圍有六個氧化劑噴咀，每一氧化劑噴咀包含一個噴咀去注入平行于燃料注入方向氧化劑，和有兩個與注入的氧化劑一致的噴口，該注入氧化劑與平行注入氧化劑的外夾角為30°。通過這些噴咀注入的氧化劑為工業(yè)純氧。以7.5%的過量氧氣和空氣注入燃燒區(qū)域進行燃燒以改變?nèi)紵龝r的氧氣濃度?？梢赃M行五種燃燒反應(yīng)，每一種燃燒都用有不同的氧濃度。從煙道氣來測量氧化氮(NOx)放射物的含量，和其結(jié)果如圖5中的曲線5A所表示。為了比較的目的，將原來的六個噴咀由六個具有單一平行取向的噴咀替換重復(fù)做此測試。其結(jié)果同樣由圖5中曲線5B表示。正如從圖5的結(jié)果中可以看到的，本發(fā)明使得有效地減少氧化氮(NOx)產(chǎn)生燃燒效果超過了已有的直型氧化劑噴咀的燃燒所達到的效果。
使用含量大約為38%的氧進行燃燒，其燃燒反應(yīng)時的溫度分布，由應(yīng)用本發(fā)明進行燃燒時，對燃燒區(qū)域內(nèi)四個點的溫度測量而決定的，報告正如圖6中的曲線6A所表示，而以已有的直型氧化劑噴咀進行燃燒時，其報告正如圖6中的曲線6B所表示。正如從圖6中的結(jié)果可以看到的，本發(fā)明以更加均勻一致的溫度分布的燃燒效果超過已有的直型氧化劑噴咀燃燒時所達到的效果。
現(xiàn)在可以應(yīng)用本發(fā)明進行燃燒，特別是在長而窄的燃燒區(qū)域內(nèi)，使用富氧空氣或純氧進行燃燒，這種燃燒具有更均勻一致的溫度分布和降低氧化氮(NOx)放射物的特點。盡管本發(fā)明就一些實施例作了詳細的描述，但是本領(lǐng)域的專業(yè)人員應(yīng)該理解到本發(fā)明的其它實施例也在本權(quán)利要求的原則和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用燃燒燃料和氧化劑而獲得更均勻致的溫度分布并減少NOx放射物的方法包括(A)使燃料流束通入燃燒區(qū)；(B)將氧化劑至少以兩束注入燃燒區(qū)域內(nèi)，至少有一束這樣的氧化劑流束以大體上平行于燃料束的方向注入和至少有一束這樣的氧化劑與該平行注入的氧化劑束成一角度注入；(C)從燃燒區(qū)域內(nèi)抽吸煙氣送入有角度地注入的氧化劑流束中，隨后隨該有角度注入的流束進入至少一束平行注入的氧化劑；和(D)將最終的氧化劑束與燃料相混合而形成可燃混合物并燃燒該混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中氧化劑含氧量至少為25%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中有角度注入的氧化劑其角度在10°-45°范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中有角度注入的氧化劑是以每秒150-1000英尺范圍內(nèi)的速度注入的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中平行注入的氧化劑是以每秒150-1000英尺范圍內(nèi)的速度注入的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中有角度注入的氧化劑是以多重流束注入的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中每一條有角度注入的氧化劑流束，其注入角是相同的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中有角度注入的氧化劑流束至少具有兩個不同的注入角。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中有角度注入的氧化劑和平行注入的氧化劑以不超過最大流束直徑的10倍的間隔距離注入。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料以噴氣狀流束注入并通過燃燒區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中燃料流以位于環(huán)狀注入的氧化劑流束的中心流束形式注入燃燒區(qū)域內(nèi)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中氧化劑注入燃燒區(qū)和燃料注入燃燒區(qū)之點被此有間隔。
13.一種用于燃燒燃料和氧化劑以獲得更均勻一致的溫度分布和減少NOx放射物裝置包括(A)使燃料流通過燃燒區(qū)域的裝置;和(B)將氧化劑注入燃燒區(qū)的裝置，所述氧化劑注入裝置包括一個至少有兩個噴口的噴咀，至少一個這種取向噴口，以便使注入的氧化劑流束大體上平行于燃料通過裝置的通行方向，和至少一個這樣的噴口取向使注入的氧化劑與所述平行取向的噴口的注入方向成一角度。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中氧化劑噴咀包括有多個有角度的取向噴口。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中每個有角度的取向噴口的角度是相同的。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中有角度的取向噴口至少以兩種不同的角度取向。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中平行取向的噴口和有角度的取向噴口之間的距離不超過最大噴口直徑的10倍。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中有角度的取向噴口的角度在10°-45°范圍內(nèi)。
19.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中燃料通行裝置包括一個燃料注入噴咀。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置包括一些圍繞中心位置燃料注入噴咀成環(huán)狀設(shè)置的氧化劑噴咀。
全文摘要
一種以更均勻一致的溫度分布減少和NO
文檔編號F23D14/32GK1047379SQ9010412
公開日1990年11月28日 申請日期1990年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月8日
發(fā)明者何岷達, 保羅·約翰·李斯祖斯基 申請人:聯(lián)合碳化工業(yè)氣體技術(shù)公司