專利名稱：試劑輸送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及試劑向遠(yuǎn)處反應(yīng)區(qū)的輸送，并且特別可用于將試劑提供到將氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)變成氮?dú)獾募訜釥t的遠(yuǎn)處反應(yīng)區(qū)。
背景技術(shù)：
有時(shí)人們需要將試劑提供到遠(yuǎn)處的反應(yīng)區(qū)如在加熱爐內(nèi)的某一區(qū)域。例如為了控制污染而用烴基團(tuán)將NOx轉(zhuǎn)變成氮?dú)獾脑偃贾?，需要將用作烴基團(tuán)源的烴燃料如天然氣或煤提供到含煙道氣的遠(yuǎn)處區(qū)域。在另一個(gè)實(shí)例中，可能需要將氨或脲提供到加熱爐深處與NOx反應(yīng)形成氮?dú)狻?br> 完成這種試劑輸送的一種途徑是使用長噴槍或其它長距離供給設(shè)備將試劑輸送到遠(yuǎn)處的反應(yīng)區(qū)，但是其執(zhí)行的過程復(fù)雜并且如果反應(yīng)區(qū)伴有熱或腐蝕性環(huán)境如加熱爐則需要頻繁更換噴槍。將試劑輸送到鍋爐或加熱爐中特定區(qū)域的另一種途徑是使用高速噴頭，其通常在混合完全前深入到腔室中。但是，這種方法可導(dǎo)致燃燒器中污染物如NOx的形成增加以及試劑到達(dá)反應(yīng)區(qū)前消耗。兩種影響均是由于湍流噴頭的高夾帶率特征。此外，高夾帶率導(dǎo)致可能含有顆粒物或腐蝕性氣體的熱煙道氣重新循環(huán)到鍋爐或加熱爐壁上，加重在壁上的沉積和腐蝕。還有一種方法是通過使用反應(yīng)區(qū)如爐環(huán)境的計(jì)算的流體動(dòng)力學(xué)模擬。在這種方法中，進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算來描述爐環(huán)境，然后噴頭或噴槍可置于適合的位置。該方法可能是有效方法，但是執(zhí)行起來過于復(fù)雜。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種可將試劑提供給反應(yīng)區(qū)的方法，其中反應(yīng)區(qū)與試劑從注入裝置出來之處通過一間隔隔開。

發(fā)明內(nèi)容
本領(lǐng)域技術(shù)人員在知道了本公開后就可明了的各種目標(biāo)通過本發(fā)明得以實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種將試劑供應(yīng)到反應(yīng)區(qū)的方法，包括(A)向載氣提供試劑并將含試劑的載氣作為氣體噴流從注射器通過一間隔(d)通入到注射空間；(B)從注射器用火焰包圍物圍繞氣體噴流通過間隔(d)從而保持氣體噴流一致(coherent)通過所述間隔(d)；(C)將含試劑的載氣作為非一致氣流通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端進(jìn)一步通入到超出所述間隔(d)的注射空間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)；和(D)將非一致氣流的試劑提供到反應(yīng)區(qū)。
本發(fā)明的另一方面是一種將試劑提供到反應(yīng)區(qū)的方法，包括(A)將氣態(tài)試劑作為氣體噴流從注射器通過間隔(d)送到注射空間；(B)從注射器通過間隔(d)用火焰包圍物圍繞氣體噴流從而維持氣體噴流一致通過間隔(d)；(C)將氣態(tài)試劑作為非一致氣流通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端進(jìn)一步通入到超出所述間隔(d)的注射空間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)；和(D)將非一致氣流的氣態(tài)試劑提供到反應(yīng)區(qū)。
此中所用的術(shù)語“一致噴射氣流”是指其直徑在氣流長度方向基本沒有增加并且周圍氣體包夾到氣流中的夾帶率遠(yuǎn)低于夾帶非反應(yīng)性紊流的氣流。
此中所用的術(shù)語“非一致氣流”是指其直徑因夾帶周圍的氣體而增加的氣流。
此中所用的術(shù)語“火焰包圍物”是指與氣流同軸的環(huán)形燃燒流。
此中所用的術(shù)語“試劑”是指注入注射空間后參與反應(yīng)的燃料或其它化合物或化合物的混合物。


唯一的附圖是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的橫截面圖，其中試劑提供到載氣中后與載氣一起供入到反應(yīng)區(qū)。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明?，F(xiàn)在參照附圖，載氣1從未在附圖顯示的載體源提供到注射器3的中心通道2。在本發(fā)明的實(shí)施中可使用任何有效的載氣，其例子包括循環(huán)煙道氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣和空氣。?dāng)NOx還原是本發(fā)明的目的時(shí)，循環(huán)煙道氣是特別優(yōu)選的載氣。將載氣從中心通道2送到會聚/分散噴嘴4并從那里從注射器3的噴嘴4作為氣體噴流6進(jìn)入注射空間5。
試劑8被提供到載氣中。正如附圖所示，優(yōu)選將試劑從與試劑源(未顯示)相連的試劑供應(yīng)裝置7提供到載氣中并且將試劑送到噴嘴4并在那里與載氣混合。所述試劑可以是氣體、固體或液體形式。優(yōu)選所述試劑是液體或顆粒物固體形式并且在載氣流中隨其通過噴嘴4而霧化，從而在氣體噴流6內(nèi)與載氣良好混合。在實(shí)施本發(fā)明中可使用任何有效的試劑，其例子包括液態(tài)烴、粉末狀煤、氨和脲的一種或多種。
火焰包圍物同軸沿著并圍繞氣體噴流6流動(dòng)，用于使氣體噴流6保持作為一致氣體噴流從注射器3通過注射空間5內(nèi)的間隔(d)。如圖中所示，優(yōu)選火焰包圍物9通過分別從注射器3提供到注射空間5的環(huán)繞一致氣體噴流6的氧化劑和燃料流的燃燒形成。在附圖所示的實(shí)施方案中，燃料10如天然氣從燃料源(未顯示)提供到內(nèi)環(huán)通道11，氧化劑12如空氣、富氧空氣或純氧從氧化劑源(未顯示)提供到外環(huán)通道13。如果需要，用于火焰包圍物的氧化劑可通過內(nèi)環(huán)通道提供，用于火焰包圍物的燃料可通過外環(huán)通道提供。這種布置在載氣是惰性氣體時(shí)特別有用。燃料和氧化劑通過其各自的通道從注射器3進(jìn)入注射空間5，在那里它們?nèi)紵纬膳c通過間隔(d)的一致氣體噴流6同軸流動(dòng)的火焰包圍物9。
在本發(fā)明的實(shí)施中，火焰包圍物構(gòu)成了圍繞氣體噴流6的流體屏障或阻隔。優(yōu)選所述火焰包圍物的速度低于氣體噴流的速度。通過圍繞氣體噴流的火焰包圍物形成的流體屏障或阻隔極大地降低了夾帶到氣體噴流中的周圍氣體的量，依此用于保持在火焰包圍物中的噴流的一致性。這也用于保持試劑在一致的載氣噴流內(nèi)。
反應(yīng)區(qū)14在注射空間5內(nèi)，但是遠(yuǎn)離(即非鄰近)注射器3。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在反應(yīng)區(qū)14保留了一種或多種將與試劑8反應(yīng)的物質(zhì)。例如，反應(yīng)區(qū)14可含有一種或多種NOx如一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)，試劑可與它們反應(yīng)可形成氮?dú)?N2)從而達(dá)到控制污染的目的。
含試劑氣流作為非一致氣流或作為紊流噴流15通過間隔(d)進(jìn)入注射空間5，其通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端進(jìn)入反應(yīng)區(qū)14。隨著氣體噴流流過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端，周圍氣體夾帶入氣體噴流中導(dǎo)致其成為紊流或損失其一致性。試劑如液體或固體顆粒物保持在一致氣流6內(nèi)通過間隔(d)，但是隨著載氣流在超出火焰包圍物9的最遠(yuǎn)端變成非一致氣流，試劑顆粒在反應(yīng)區(qū)內(nèi)氣化和從載氣流中分散開來并與目標(biāo)物質(zhì)即NOx反應(yīng)。這樣試劑被有效提供到遠(yuǎn)處的反應(yīng)區(qū)，而不需要從爐壁延伸到反應(yīng)區(qū)的長的噴槍。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，試劑是燃料如粉末煤，載氣為氧化劑如空氣，試劑和載氣被送到反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)所得的湍流可使它們?nèi)紵＿@樣，導(dǎo)致燃燒反應(yīng)在鍋爐或加熱爐內(nèi)離開爐壁的某個(gè)特定位置進(jìn)行。在該實(shí)施方案中，在一致的氣體噴流6內(nèi)不存在明顯的燃燒，燃燒只在試劑和載氣混合物變成紊流后發(fā)生。載氣氧化劑無需以化學(xué)計(jì)量的量提供。用于與試劑燃燒的一些氧化劑可有其它來源如供用作建立火焰包圍物的氧化劑。
注射器3通常置于爐壁區(qū)。通常間隔(d)在20到100噴嘴直徑的范圍，噴嘴4的直徑通常在0.25-2英寸的范圍內(nèi)。一致氣體噴流6的速度可以是超音速并通常在0.3-3.0馬赫的范圍。
當(dāng)試劑是氣態(tài)試劑如甲烷或其它氣態(tài)烴時(shí)，可無需使用載氣。在這種情況下，試劑以與前面所述實(shí)施方案中載氣的相同方式起作用。在這種氣態(tài)試劑實(shí)施方案中，使用附圖所示的布置，圖中所示的第7項(xiàng)和第8項(xiàng)被省略，氣態(tài)試劑起到了圖中第1項(xiàng)所起的作用，所有其它方面則均相同。
在本發(fā)明的實(shí)施中，人們可有效地將試劑送到發(fā)生所需反應(yīng)的諸如鍋爐或加熱爐中的特定位置。本發(fā)明能使燃燒爐如下運(yùn)作火焰在一定距離外進(jìn)入爐中以防止?fàn)t壁過熱并達(dá)到所需的傳熱最大化，而沒有產(chǎn)生另外的污染或促使煙道氣再循環(huán)到鍋爐或爐壁。此外，本發(fā)明能將試劑與氣體在反應(yīng)區(qū)如鍋爐的中心充分混合而不會顯著影響反應(yīng)區(qū)內(nèi)主體氣體的流體場。就是說，人們可在鍋爐的中央混合試劑與煙道氣而無需鍋爐內(nèi)主體氣體速度或方向上有大的變化。本發(fā)明還可在特定點(diǎn)輸送反應(yīng)組分，而不會有由于在噴流達(dá)到所需反應(yīng)區(qū)前的混合產(chǎn)生組分的消耗。
雖然參照特別優(yōu)選的實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到在本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)還有其它的實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種將試劑供應(yīng)到反應(yīng)區(qū)的方法，包括(A)向載氣提供試劑并將含試劑的載氣作為氣體噴流從注射器通過一間隔(d)進(jìn)入注射空間；(B)從注射器用火焰包圍物圍繞氣體噴流通過間隔(d)從而保持氣體噴流一致通過所述間隔(d)；(C)將含試劑的載氣作為非一致氣流通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端進(jìn)一步通入到超出所述間隔(d)的注射空間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)；和(D)將非一致氣流的試劑提供到反應(yīng)區(qū)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述試劑是液體形式的試劑。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述試劑是固體顆粒形式的試劑。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述載氣是循環(huán)煙道氣。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述注射器包括會聚/分散噴嘴，所述載氣被提供到會聚/分散噴嘴并且試劑被提供到會聚/分散噴嘴，在那里它與載氣混合。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)包含NOx并且還包括與NOx在反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)而形成氮?dú)獾姆磻?yīng)劑。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述試劑是燃料并且所述載氣是氧化劑，所述試劑和載氣在反應(yīng)區(qū)內(nèi)燃燒。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述試劑是粉末狀煤。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述載氣是空氣。
10.一種將試劑提供到反應(yīng)區(qū)的方法，包括(A)將氣態(tài)試劑作為氣體噴流從注射器通過間隔(d)送到注射空間；(B)從注射器通過間隔(d)用火焰包圍物圍繞氣體噴流從而維持氣體噴流一致地通過間隔(d)；(C)將氣態(tài)試劑作為非一致氣流通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端進(jìn)一步通入到超出所述間隔(d)的注射空間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)；和(D)將非一致氣流的氣態(tài)試劑提供到反應(yīng)區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將試劑提供到遠(yuǎn)處反應(yīng)區(qū)的方法,其中試劑優(yōu)選與載氣混合并且當(dāng)載氣作為一致噴流通過一間隔送入到反應(yīng)區(qū)時(shí)試劑保持在載氣內(nèi)。所述噴流通過火焰包圍物的最遠(yuǎn)端,損失了其一致性并將試劑輸送到反應(yīng)區(qū)進(jìn)行反應(yīng)。
文檔編號F23J7/00GK1344587SQ0114117
公開日2002年4月17日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者L·E·波爾三世, 小林尚 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司