專利名稱：燃燒易燃氣體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒氣體的設(shè)備和使用該設(shè)備燃燒易燃氣體的方法。
在使用燃燒爐的工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常遇到含如烴類、醇類、醚類、炭黑和其它的易燃成分的一般污染物的氣體。為了減少污染物和廢煙塵排入大氣，已經(jīng)提出了許多用于燃燒易燃氣體的裝置。
常用的裝置稱為火炬煙囪，易燃氣體在火炬煙囪燃燒后排放到露天空氣。下述的專利文獻公開了現(xiàn)有技術(shù)中的幾個實例。
Ragot的美國專利3,828,700號公開了殘余物無煙燃燒的一種設(shè)備和方法。該設(shè)備包括將空氣引入燃燒區(qū)的煙囪和將殘余物以噴霧狀引入煙囪的裝置。因此，所公開的設(shè)備要求在待燒盡的殘余物引入煙囪前，粉化或轉(zhuǎn)化成噴霧狀。
Itoh等的美國專利3,852,023號公開了通過燃燒處理氣體的一種設(shè)備。該設(shè)備由與傳輸易燃氣體主管相連接的一組支管組成。根據(jù)主管中的易燃氣體流速，該易燃氣體通入一根或幾根支管。支管與按豎式順序排列的多級燃燒爐相連接。通過支管引入燃燒爐的氣體用位于燃燒爐最低級的點火裝置點火后燃燒。
Hemsath等的美國專利3,898,317號公開了焚燒含易燃成分煙氣的焚燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用兩個室，它們與一個排放工業(yè)氣體的煙囪連接。第一個室在煙囪的排出端，為環(huán)形通道狀，因此，用作空氣泵的高速空氣流相對于煙囪直接成縱向。第二個室設(shè)置在第一個室的下游，包括一組燃燒器和檢測氣體溫度的熱電偶。通過改變從第一室排出的空氣的量和供給第二室中燃燒器的燃料及空氣的量，在這兩個室中可達到預定的溫度。
美國專利3,954,386號公開了用于燃燒易燃氣體的火炬燃燒器。該火炬燃燒器包括特定尺寸的文丘里燃燒器管，氣體出口在文丘里燃燒器管的喉部處的供氣管，和用于燃燒易燃氣體的引火噴嘴。
美國專利4,003,693號公開了一火炬煙氣燃燒器，該火炬煙氣燃燒器是由一帶集中處理易燃氣體的輸送管的煙囪組成，該煙囪有一帶支管的分配器組成，該分配器通過一組開槽將易燃氣體向上輸送到一混合空間?；鹁鏌焽柽€包括用于將易燃氣體與在壓力下引入的空氣進行混合的旋轉(zhuǎn)擴散器。
本發(fā)明的目的是提供一種燃燒易燃氣體的方法和設(shè)備，其優(yōu)點從下面的討論中將會更清楚。
本發(fā)明涉及燃燒在工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的易燃氣體成分的一種方法和設(shè)備。本發(fā)明的方法和設(shè)備特別適用于燃燒在炭黑生產(chǎn)期間從炭黑爐排出的氣流中易燃成分。
本發(fā)明的設(shè)備包括一煙氣管，一端與供氣管連接，用于收集氣流；將空氣引入煙氣管，以產(chǎn)生空氣和煙氣混合物的裝置；一混合區(qū)；空氣和煙氣混合物的點火裝置；穩(wěn)定點過火的混合物的裝置；和位于煙氣管另一端，用于抑制由煙氣和空氣的混合物燃燒生成的排出的氣體產(chǎn)物的下沖氣流裝置。
本發(fā)明的方法包括將含易燃成分的氣流引入煙氣管的一端；將空氣引入煙氣管，以產(chǎn)生空氣與煙氣的混合物；將空氣與煙氣的混合物在混合區(qū)內(nèi)混合；空氣與煙氣的混合物點火；穩(wěn)定點過火的空氣與煙氣的混合物；和使煙氣和空氣混合物燃燒生成的氣體產(chǎn)物排出煙氣管和抑制氣體產(chǎn)物的下沖氣流。
本發(fā)明的方法優(yōu)選利用本發(fā)明的設(shè)備進行。
供氣管指的是排放工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的氣體的管或?qū)Ч?。氣流從供氣管流入煙氣管的一端。在炭黑爐反應器情況下，供氣管排放炭黑生產(chǎn)所生成的氣流。在本發(fā)明的設(shè)備中，供氣管與煙氣管端的連接應充分地減小在供氣管和煙氣管連接處或附近氣體漏入大氣的可能性。如下所述，在本發(fā)明設(shè)備一個優(yōu)選的實施方案中，供氣與煙氣管相搭接。
引入空氣的裝置可以是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的任何裝置。引入空氣的量應足以生成易點火的空氣與煙氣的混合物。這種決定是本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員所熟知的。在本發(fā)明設(shè)備的一個優(yōu)選實施例方案中，引入空氣的裝置包括在供氣管和煙氣管端之間所形成的一環(huán)形空間，這是利用不同直徑的管形成的。
引入的空氣和煙氣在混合區(qū)內(nèi)混合后，易點火的煙氣與空氣的混合物進行點火。所使用的煙氣與空氣混合物的點火裝置包括本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)用于易燃氣體點火的任何已知裝置，包括(但不限于)點火燈、火花發(fā)生器等。點火裝置可設(shè)置在本發(fā)明設(shè)備的任何位置，在該位置煙氣和空氣的混合物已進行了充分地混合，產(chǎn)生易點火的混合物。優(yōu)選點火裝置設(shè)置在火焰或其它的點火裝置滲入由點過火的煙氣和空氣的混合物的穩(wěn)定裝置所產(chǎn)生的循環(huán)區(qū)這一位置。
在本發(fā)明的設(shè)備和方法中，穩(wěn)定點過火的煙氣與空氣的混合物，以促進氣流中的易燃成分基本上完全地燃燒。點過火的煙氣與空氣的混合物的穩(wěn)定裝置包括產(chǎn)生點過火的煙氣與空氣的混合物在其中循環(huán)的循環(huán)區(qū)裝置。如下所述，在本發(fā)明的更詳細地描述中，穩(wěn)定裝置包括在與供氣管相連的第一煙氣管和將燃燒過的煙氣與空氣的混合物排入大氣的第二煙氣管之間的一個臺階(step)。穩(wěn)定裝置還可包括一個物體，優(yōu)選為半球體或圓錐體，且設(shè)置在產(chǎn)生循環(huán)的煙氣管內(nèi)部。
在氣流中的易燃氣體成分燃燒后，生成的氣體產(chǎn)物由煙氣管排放到大氣。煙氣管的排放端包括下沖氣流的抑制裝置，以保證煙氣和空氣混合物燃燒生成的氣體產(chǎn)物向上排放到大氣。
本發(fā)明的方法和設(shè)備能良好地燃燒氣流中的易燃成分，使排放到大氣的污染物和煙塵減至最少。
本發(fā)明的設(shè)備和方法進一步細節(jié)和優(yōu)點在本發(fā)明下面更詳細地描述中提出。


圖1描述了本發(fā)明設(shè)備的一種實施方案。
圖2描述了本發(fā)明的設(shè)備又一種實施方案。
如上所述，本發(fā)明的設(shè)備包括一煙氣管，一端與供氣管相連接，用于收集氣流；將空氣引入煙氣管，以產(chǎn)生空氣與煙氣的混合物的裝置；一混合區(qū)；
用于空氣和煙氣的混合物點火的裝置；點火過的混合物的穩(wěn)定裝置；和位于煙氣管的另一端，用于抑制煙氣和空氣的混合物燃燒所成的氣體產(chǎn)物的下沖氣流的裝置。
本發(fā)明的設(shè)備特別適用在工業(yè)生產(chǎn)過程排放易燃氣體的煙囪的那一端。
圖1中描述了本發(fā)明的設(shè)備的一種實施方案。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解，圖1所示的設(shè)備是設(shè)計建造在排放易燃氣體煙囪的尾端。
參考圖1，本發(fā)明的設(shè)備1包括一煙氣管4，與供氣管2相連接。供氣管2的內(nèi)徑用D1表示，煙氣管4的內(nèi)徑用D2表示。供氣管2和煙氣管4的設(shè)置應使泄漏入大氣的氣體的可能性最小。在本發(fā)明的設(shè)備一優(yōu)選的實施方案中，管的搭接如圖1所示。在圖1中，D1小于D2，且供氣管2延伸入煙氣管4內(nèi)，由此形成裝置5，用于將空氣引入煙氣管4。管搭接的距離用H1表示。
圖1所示的本發(fā)明設(shè)備的實施方案中，把空氣引入煙氣管5的裝置包括在供氣管2和煙氣管4之間的環(huán)形空間。空氣通過環(huán)形空間吸入煙氣管4。如上所述，吸入煙氣管4的空氣量應當是足以產(chǎn)生易燃的煙氣與空氣的混合物。這種決定是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的。還如上所述，把空氣引入煙氣管4的裝置還可包括本領(lǐng)域內(nèi)已知的其它裝置，例如與煙氣管4相連接的空氣輸送管。
在混合區(qū)6中，空氣與供氣管2排放的煙氣混合，生成空氣與煙氣的混合物。該混合區(qū)的長度應當使引入的空氣和煙氣有充足的混合時間，生成易點火的空氣和煙氣的混合物。圖1中，混合區(qū)的長度用H2表示。
包含混合區(qū)6的煙氣管4與煙氣管10的一端連接，煙氣管10的內(nèi)徑為D3，并且設(shè)置有用于空氣和煙氣混合物點火的裝置14。裝置14可以包括本領(lǐng)域內(nèi)用于易燃氣體點火的已知的任何裝置，包括(但不限于)引火燈、火花發(fā)生器等。
點火裝置14可以設(shè)置在本發(fā)明設(shè)備的任何位置，在該位置煙氣與空氣的混合物充分混合后，產(chǎn)生易點火的混合物。優(yōu)選點火裝置設(shè)置在這樣的一個位置，在該位置火焰或其它點火裝置滲入由點過火的煙氣和空氣混合物的穩(wěn)定裝置所產(chǎn)生的循環(huán)區(qū)。在圖1所描述的實施方案中，點火裝置14設(shè)置在距煙氣管4的一端的距離P處，該煙氣管4包含混合區(qū)6。本發(fā)明的設(shè)備至少包括一個點火裝置，優(yōu)選包括一個以上的圍繞煙氣管10周邊設(shè)置的點火裝置。
煙氣與空氣的混合物一點火，通?；旌衔锞捅３秩紵Ｒ虼它c火一發(fā)生，點火裝置就關(guān)閉。但是，優(yōu)選點火裝置不關(guān)閉，以保證空氣和煙氣的混合物穩(wěn)定的燃燒。
在圖1描述的本發(fā)明的實施方案中，D3大于D2，由此產(chǎn)生橫截面的寬度為W2的臺階8。寬度W2應當足以產(chǎn)生點過火的空氣和煙氣混合物的穩(wěn)定區(qū)。通過點過火的空氣和煙氣混合物的循環(huán)來達到穩(wěn)定。
煙氣管10的長度用H3表法，優(yōu)選，長度H3應當允許點過火的空氣和煙氣的混合物中的易燃成分基本上完全燃燒。
煙氣管10的另一端與大氣相通，且包括抑制下沖氣流的裝置12，以保證煙氣和空氣混合物燃燒所生成的氣體產(chǎn)物向上排放到大氣。如圖1所示，抑制下沖氣流裝置12可以包括煙氣管10的截頭圓錐的火炬部分，這使煙氣管10的直徑增加到D4。包括下沖氣流抑制裝置的煙氣管10的火炬部分的長度和寬度分別用H4和W3表示。
本發(fā)明的設(shè)備可以用本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員已知的材料制造。適宜的材料包括(但不限于)不銹鋼、耐火的材料等。
參考圖1，在本發(fā)明的方法中，從供氣管2排放的煙氣在混合區(qū)6中與空氣混合。生成的空氣與煙氣的混合物輸送入煙氣管10，該混合物在此用點火裝置14點火。生成的點過火的混合物由于臺階8的結(jié)果而被穩(wěn)定?？諝馀c煙氣的混合物中的易燃成分在煙氣管10中繼續(xù)燃燒后，排入大氣。下沖氣流的抑制裝置12有助于保證點過火的煙氣和空氣的混合物的燃燒產(chǎn)物向上排入大氣。
圖2描述本發(fā)明設(shè)備的另一實施方案。在圖2描述的設(shè)備中，煙氣管10中設(shè)置了內(nèi)部火焰穩(wěn)定裝置20。該內(nèi)部火焰穩(wěn)定裝置20包括產(chǎn)生循環(huán)的任何物體，優(yōu)選一圓錐或半球體，并且懸吊在流過煙氣管10的氣流中。圖2所示設(shè)備的其余部分與圖1所示的設(shè)備相似，只是圖2所示的設(shè)備省略了煙氣管4和10之間的臺階8。煙氣管的尺寸，包括長度和內(nèi)經(jīng)，下沖氣流的抑制裝置及圖2所示設(shè)備的其它部件與圖1所示的那些設(shè)備可相同，也可不相同。
在本發(fā)明設(shè)備的另一實施方案中，該設(shè)備設(shè)置了內(nèi)部火焰穩(wěn)定裝置20和煙氣管4和10之間的臺階狀的外部火焰穩(wěn)定裝置8。
參考圖2，在本發(fā)明的方法中，從供氣管2排放的煙氣在混合區(qū)6中與空氣混合。生成的空氣和煙氣混合物輸入煙氣管10，該混合物在此用點火裝置14點火。生成的點過火的混合物用穩(wěn)定裝置20穩(wěn)定。空氣和煙氣混合物中的易燃成分在煙氣管10中繼續(xù)燃燒后，排入大氣。下沖氣流抑制裝置12有助于保證點過火的煙氣和空氣混合物的燃燒產(chǎn)物向上排入大氣。
本發(fā)明設(shè)備和方法的進一步的細節(jié)和優(yōu)點，從下面的實施例中會更清楚。
利用英國VG氣體分析系統(tǒng)有限公司(VG Gas Analysis System，Ltd.of United Kingdom)制造的真空發(fā)生器Prima600工藝過程工業(yè)質(zhì)譜儀(A vacuum generator Prima600process industrialmass spectrometer)測定如下實例涉及的氣流的組成。利用附機的質(zhì)譜儀說明書。氣流在分析前使用Perma Pure干燥器(Perma PureProduct，股份有限公司制造，新澤西Toms河)，干燥到水分約2％(wt)。
實施例本實施例說明本發(fā)明方法和設(shè)備的效果。
將圖1所示的本發(fā)明的設(shè)備與炭黑生產(chǎn)運行期間的炭黑爐反應器排放的燃燒氣流相連通。本發(fā)明的設(shè)備用不銹鋼制造，使用丙烷點火器將空氣和煙氣的混合物點火。設(shè)備的幾何形狀和操作條件示于表1。
表1設(shè)備的幾何形狀D-1(in)3.00D-2(in)4.31D-3(in)7.50D-4(in) 12.38H-1(in)3.00H-2(in) 10.50H-3(in)7.50H-4(in)2.44W-1(in)0.66W-2(in)1.59W-3(in)2.44P (in) 1.5點火器丙烷流量(scfh)2.67點火器噴嘴尺寸(in) 0.50原料氣流速(Kscfh) 9.35原料氣濕度(vol.％) 35.3原料氣熱值(BTU/SCF) 66供氣管2的溫度(°F) 254供氣管2的氣流速度(ft/s) 73in＝英寸scfh＝標準立方英尺/小時Kscfh＝仟標準立方英寸/小時；vol.％＝體積百分數(shù)；BTU＝英國熱量單位；°F＝華氏度；ft/s＝英寸/秒在干燥后，按本文描述的方法測定進入和排出本發(fā)明設(shè)備的氣流組成。結(jié)果示于表2。
表2干燥氣流的組成化合物 進入氣流排出氣流N2(vol.％)62.5 84.18O2(vol.％)3.56 0.00CO2(vol.％) 2.44 13.61Ar(vol.％) 0.67 0.99C2H2(vol.％)0.223 ＜0.003H2(vol.％)14.99 0.18CO(vol.％) 14.55 0.82CH4(vol.％) 0.772 ＜0.003H2S(ppmv) 626＜31SO2(ppmv) 6312249CS2(ppmv) 959＜15COS(ppmv) 233＜15vol.％＝體積百分數(shù)；ppmv＝百萬分之一(體積)。
表2的結(jié)果表明本發(fā)明的方法和設(shè)備降低了氣流中包括CS2、COS和H2S的所有易燃成分的排放水平。這些結(jié)果也清楚地表明本發(fā)明的設(shè)備的燃燒效率是高的。
這些結(jié)果表明，本發(fā)明的方法和設(shè)備可以有效地應用于氣體中易燃成分的燃燒。
十分明白，本文中所描述的本發(fā)明的各種結(jié)構(gòu)，只是進行說明，而不打算限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.燃燒氣流中易燃成分的一種設(shè)備，該設(shè)備包括一煙氣管，一端與供氣管相連接，用于收集氣流；將空氣引入煙氣管以產(chǎn)生空氣與煙氣的混合物的裝置；一混合區(qū)；空氣與煙氣的混合物的點火裝置；穩(wěn)定點過火的混合物的穩(wěn)定裝置；和位于煙氣管的另一端的用于抑制煙氣與空氣的混合物燃燒生成的氣體產(chǎn)物的下沖氣流的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備還包括幾根煙氣管，其中，第一煙氣管包含所述的混合區(qū)，所述的空氣與煙氣混合物的點火裝置位于與上述第一煙氣管相連接的第二煙氣管中，且第二煙氣管的直徑大于上述第一煙氣管的直徑，和上述的火焰穩(wěn)定裝置包括在第一和第二煙氣管之間的臺階。
3.燃燒氣流中易燃成分的一種方法，該方法包括將含易燃成分的氣流引入煙氣管的一端；將空氣引入煙氣管以產(chǎn)生空氣和煙氣的混合物；空氣與煙氣的混合物在一混合區(qū)中混合；空氣與煙氣的混合物點火；穩(wěn)定由點火的空氣與煙氣混合物所產(chǎn)生的火焰；使煙氣與空氣的混合物燃燒所生成的氣體產(chǎn)物排出煙氣管；抑制氣體產(chǎn)物的下沖氣流。
全文摘要
一種用于燃燒氣流中易燃氣體的設(shè)備。該設(shè)備包括煙氣管(4、10)，其一端與收集氣流的供氣管(2)相連通；將空氣引入煙氣管以產(chǎn)生空氣和煙氣混合物的裝置(5)；混合區(qū)(6)；空氣和煙氣的混合物點火的裝置(14)；穩(wěn)定裝置(8)；和位于煙氣管另一端的抑制下沖氣流的裝置(12)。還公開了利用該設(shè)備燃燒氣流中易燃成分的方法。
文檔編號F23G7/06GK1122629SQ94192025
公開日1996年5月15日 申請日期1994年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月20日
發(fā)明者喬舒亞·斯威辛班克 申請人:卡伯特公司