專利名稱：減少氮氧化物生成的分階段燃燒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于減少氮的氧化物生成的流體燃料的燃燒，特別是液體燃料的燃燒。
在很多燃燒過程中產(chǎn)生大量氮的氧化物。因?yàn)榈难趸锸且阎奈廴疚?，所以減少它們的生成是符合需要的。為了減少氮的氧化物的產(chǎn)生，已用富氧空氣或工業(yè)純氧氣代替空氣作為氧化劑，以使向燃燒區(qū)中引入每一當(dāng)量氧氣的氮?dú)鈹?shù)量減少。但是，用富氧空氣或工業(yè)純氧作為氧化劑，會(huì)使待進(jìn)行燃燒過程處于高溫。動(dòng)力學(xué)上高溫燃燒有利于氮氧化物的形成，并且對(duì)燃燒器，特別是非水冷卻的燃燒器的結(jié)構(gòu)壽命有不利影響。
美國(guó)專利5,076,779和5,242,296提出了一種抑制氮氧化物形成的燃燒方法。這種燃燒方法包括在氧化劑混合區(qū)，用爐氣稀釋氧化劑氣流，形成稀釋后的氣流，然后在反應(yīng)區(qū)在這種稀釋后的氣流存在下燃燒燃料，這樣來避免出現(xiàn)有利于氮的氧化物形成的條件。燃料在稀釋后的氣流存在下完全燃燒之前，可以先在亞化學(xué)計(jì)量的氧化劑存在下不完全燃燒。已知這些方法可以大量減少氮的氧化物的生成。但是，仍需要進(jìn)一步減少氮的氧化物的釋放。
在使用液體燃料時(shí)，更需要進(jìn)行有效的燃燒，并減少氮的氧化物的生成。由于液體燃料的霧化和燃燒的復(fù)雜性，減少氮氧化物的排放量是很困難的。如果在爐壁的耐火通道內(nèi)使用一個(gè)非水冷卻的燃燒器，從燃燒器里噴出的液體燃料能接觸到耐火通道，導(dǎo)致煙灰的沉積，以致于可能最后堵塞燃燒器。
因此，本發(fā)明的目的是為了充分有效地燃燒燃料，特別是液體燃料，并且進(jìn)一步減少氮的氧化物的生成。
本發(fā)明的另一目的是在使用非水冷卻燃燒器和噴槍時(shí)，液體燃料的燃燒不會(huì)導(dǎo)致大量的煙灰沉積。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是在燃燒液體燃料時(shí)降低火焰溫度。
上述這些和其它目標(biāo)，對(duì)讀過本文內(nèi)容的本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來說是顯而易見的，可以通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的一個(gè)方面是一種減少氮氧化物生成的燃燒流體燃料的方法，這種方法包括(a)向燃燒區(qū)中噴入至少一種流體燃料流；(b)用亞化學(xué)計(jì)量的至少一種第一氧化劑物流，以小于200英尺每秒的速度噴出，至少包圍上述流體燃料流的一部分，并使這種流體燃料和至少一部分上述第一氧化劑一起燃燒，形成部分燃燒的產(chǎn)物；(c)注入至少一種第二氧化劑物流，與上述流體燃料流和第一氧化劑物流成一定角度偏離，或者從與上述流體燃料和第一氧化劑噴出的相隔一定距離的位置注入，或者從與上述流體燃料和第一氧化劑噴出的相對(duì)的位置注入，其中，這種注入的第二氧化劑物流，需是與第一氧化劑物流的體積比大于1.5∶1，但小于20∶1。
(d)用大量的含氧濃度為0.5到1.5％(體積)的外圍氣體稀釋上述第二氧化劑物流，形成稀釋后的物流；并且(f)把上述稀釋后的物流與部分燃燒的產(chǎn)物混合，然后用上述稀釋后的物流中的氧氣燃燒部分燃燒的產(chǎn)物。
本發(fā)明的另一方面是
一種減少氮氧化物生成的液體燃料燃燒的方法。這個(gè)方法包括(a)在燃燒區(qū)以發(fā)散噴霧的形式提供至少一種液體燃料流，其外周角小于15°，以上述至少一種液體燃料流的軸為基準(zhǔn)測(cè)量；(b)以環(huán)狀氣流的形式，以小于200英尺每秒的速度注入亞化學(xué)計(jì)量的第一氧化劑氣流，來包圍或覆蓋至少一種上述液體燃料流的至少一部分；(c)將至少一部分上述第一氧化劑氣流并用引入的氧化劑部分燃燒上述液體燃料，來形成部分燃燒的產(chǎn)物；(d)注入至少一種第二氧化劑氣流，來建立一個(gè)外圍氣體循環(huán)模式，其中大量的外圍氣體在與上述部分燃燒產(chǎn)物混合以前，被引入上述的第二氧化劑氣流中，以形成一種氧氣濃度大約為1到30％(體積)的稀釋后的氣流，并且(e)把上述稀釋后的氣流與上述部分燃燒的產(chǎn)物混合，然后用上述稀釋后的氣流中的氧化劑燃燒上述部分燃燒的產(chǎn)物。
這里用的術(shù)語“外圍氣體”是指在燃燒區(qū)，即燃燒爐內(nèi)的氣體。
這里用的術(shù)語“部分燃燒的產(chǎn)物”指的是完全和不完全燃燒的產(chǎn)物，包括但不僅僅限于CO2、CO、H2O、H2。烴，和來燃燒的燃料。


圖1和2是涉及引入第一氧化劑、第二氧化劑和燃料的各個(gè)設(shè)備構(gòu)造的剖視圖，這是本發(fā)明的實(shí)施方案。
圖3是液體燃料噴霧設(shè)備的剖視圖，這是本發(fā)明的另一實(shí)施方案。
圖4是帶有如圖3噴霧器的液體燃料燃燒器的剖視圖，這也是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。
圖5-6是闡明第二氧化劑氣流對(duì)第一氧化劑氣流的特定體積比的重要性的圖示表示，這是本發(fā)明的另一實(shí)施方案。
圖7-8是闡明用特定的速度注入第二氧化劑的重要性的圖示表示。這是本發(fā)明的又一實(shí)施方案。
本發(fā)明將參照?qǐng)D表來具體描述。
參照?qǐng)D1-4，流體燃料和第一氧化劑從一個(gè)或多個(gè)燃燒器(3)中噴入，燃燒器有至少一條燃料通道(5)和至少一條第一氧化劑通道(7)。燃燒器(3)可以包括一個(gè)噴嘴(9)和一個(gè)外罩(11)，這個(gè)外罩與噴嘴同心，包圍了噴嘴的至少一部分。在噴嘴(9)的外表面和外罩(11)的內(nèi)表面之間形成環(huán)形通道代表了第一氧化劑通道(7)，同時(shí)噴嘴(9)的通道代表了燃料通道(5)。
除了燃料通道(5)和第一氧化劑通道(7)之外，當(dāng)使用液體燃料時(shí)，至少還提供了一個(gè)霧化流體通道(13)。這個(gè)理想的霧化流體通道(13)被合適地設(shè)計(jì)，正確地安置，這樣以發(fā)散噴霧的形式產(chǎn)生至少一種液體燃料流，外周角小于15°，最好小于10°，以上述液體燃料流的軸為基準(zhǔn)來測(cè)量。根據(jù)圖3-4，霧化流體通道(13)可以做成一個(gè)中間的環(huán)形通道，這個(gè)通道是以一個(gè)中間罩(15)同心地包圍噴嘴(9)的至少一部分(例如位于噴嘴和外罩(11)之間的一個(gè)流體管道)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用于以理想的窄外周角噴射液體燃料的噴嘴(9)具有內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定出燃料通道(5)，它中止于燃料噴嘴口(17)。燃料通道(5)至少包括兩段。第一段(5a)有較大的截面積或直徑，而第二段(5b)與第一段相連，其截面積在朝燃料噴嘴口(17)方向變小(一個(gè)半徑逐漸減小的圓錐形)，優(yōu)選圓錐體的形式。燃料噴嘴口(17)有一個(gè)入口(19)，接受來自燃料通道(5)的燃料，還有一個(gè)出口(21)，用于釋放燃料。燃料噴嘴口(17)的入口(19)通常位于第二段(5b)的末端，其截面積或直徑等于或小于第二段(5b)末端開口處的截面積或直徑。燃料噴嘴口(17)包括至少三部分，第一部分(17a)的截面積或直徑等于或小于燃料通道(5)的第二段(5b)的末端處的截面積或直徑。第二部分(17b)的截面積或直徑在朝出口(21)方向稍為變小。第三部分(17c)的截面積或直徑小于第一部分(17a)的截面積或直徑。一般來說，燃料通道(5)的載面積或直徑大于燃料噴嘴口(17)的截面積或直徑。
中間罩(15)用于形成霧化流體通道(13)，能促進(jìn)有理想外周角的燃料噴霧狀的形成，它具有內(nèi)表面和外表面，并且同心包圍噴嘴(9)的至少一部分。在罩子(15)的內(nèi)表面和噴嘴(9)外表面之間，有霧化流體通道(13)，例如環(huán)形通道，以及一個(gè)霧化流體噴嘴口(23)，例如環(huán)形霧化流體噴嘴口。環(huán)形霧化流體通道(13)的末端是環(huán)形霧化流體噴嘴口(23)，這個(gè)噴嘴口有入口和出口開口(25和27)，用以接受和排出來自環(huán)形通道(13)的霧化流體。通常，環(huán)形霧化流體通道(13)的截面積或直徑大于環(huán)形霧化流體噴嘴口(23)的截面積或直徑。限定出環(huán)形霧化流體噴嘴口(13)的中間罩(15)的內(nèi)表面的至少一部分以及噴嘴(9)的外表面的至少一部分，是以圓錐體的形式，其直徑向出口方向以角度(A)逐漸變小，角度(A)的范圍是5°到30°，優(yōu)選12°到1 8°，該角度是以噴嘴(9)的縱軸(C)為基準(zhǔn)測(cè)量的。如果這些燃燒器(3)要被用作氣體冷卻的雙燃料燃燒器，還需要另外的罩子形成另外的通道(例如另外的環(huán)形通道)來注入不同的燃料，例如一種包含固體燃料粒子或氣體燃料的流體，以及另外的第一氧化劑。
至少一個(gè)燃燒器(3)的頂端可由至少一個(gè)爐壁(31)限定的至少一個(gè)耐火噴嘴口(29)的內(nèi)開口(28)向里凹陷，這樣他們可被用作非水冷卻的燃料器。每一個(gè)耐火噴嘴口(29)都在爐壁(31)具有形成的正對(duì)著燃燒區(qū)的內(nèi)開口(28)。通常，內(nèi)開口(28)的直徑范圍是大約0.25到10英寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使每個(gè)燃燒器(3)的頂端從耐火噴嘴口(29)的內(nèi)開口向里凹陷，凹進(jìn)去的距離至少是耐火噴嘴內(nèi)開口(28)的直徑，則每個(gè)燃燒器(3)無需水冷卻就能被應(yīng)用。這個(gè)向里凹進(jìn)去的距離減小了燃燒器頂端溫度。燃燒器(3)可用任何適于燃燒過程的原料來制做。這樣的原料包括不銹鋼、全屬、陶瓷、塑料等。
所用的流體燃料可以是液體燃料、氣體燃料、含固體燃料的流體或其混合物等。燃料，象石油或煤，可以含有化學(xué)鍵合氮。這里用的術(shù)語“化學(xué)鍵合氮”指的是以化學(xué)作用連在化合物上的氮原子(不包括分子氮)。這些含有化學(xué)鍵合氮的化合物包括胺類、酰胺類、含氮雜環(huán)類化合物等。如果所用液體燃料粘度很高，可以在輸入燃料通道(5)之前先預(yù)熱。流體燃料的速度最好大于第一氧化劑的速度以促進(jìn)流體燃料穩(wěn)定的部分全燃燒。
如果用液體燃料，霧化流體被用于分散液體燃料以利于充分有效的燃燒。優(yōu)選的霧化技術(shù)是霧化流體使霧化后的流體燃料流具有理想的窄的外周噴霧角，即使在以低速噴出液體燃料的時(shí)候，例如，速度小于50英尺每秒時(shí)也如此。優(yōu)選的霧化技術(shù)還包括以約0.5到1.2馬赫的速度噴出霧化流體，并且把液體燃料會(huì)聚于會(huì)聚角(A)為5°到30°的范圍內(nèi)，最好12°到18°，以噴嘴(9)的縱軸(C)為基礎(chǔ)測(cè)量。從環(huán)形霧化流體噴嘴口(23)噴出的霧化流體，其后將至少一部分第一氧化劑引入液體燃料流中，使液體燃料不完全燃燒。只要能達(dá)到理想的窄的外周角，并且至少一部分第一氧化劑被引入液體燃料流中，其它霧化技術(shù)也可以使用。達(dá)到這個(gè)理想的窄的外周噴霧角，不僅促進(jìn)了非水冷卻的以石油為燃料的燃燒器的使用，而且提高了液體燃料燃燒的充分有效性，同時(shí)減少了氮的氧化物的產(chǎn)生。而且，控.制或調(diào)整注入的霧化流體的速度以保持霧化流體對(duì)液體燃料的質(zhì)量比的范圍大約為0.3到0.7，優(yōu)選為0.4到0.7，可進(jìn)一步促進(jìn)氮氧化物排放量水平的降低。所用的霧化流體可以是任何氣體物質(zhì)，包括但并不限于水蒸汽，二氧化碳，氬氣、氮?dú)狻⒖諝?、富氧空氣和純氧氣。通常最好霧化氣體中不含有氮?dú)狻?br> 從第一氧化劑通道(7)噴入的第一氧化劑包圍流體燃料并與之反應(yīng)。噴入的第一氧化劑包括要與流體燃料反應(yīng)的亞化學(xué)計(jì)量的氧氣，這樣導(dǎo)致流體燃料的部分燃料。理想的亞化學(xué)計(jì)量的氧氣，是與流體燃料流反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量的氧氣量的10％到30％。第一氧化劑的速度通常保持小于200英尺每秒，優(yōu)選小于100英尺每秒，以促進(jìn)穩(wěn)定的部分燃燒，并減少氮氧化物的生成。所用的第一氧化劑可以是空氣、富氧空氣或工業(yè)純氧。但是，理想的第一氧化劑含氧濃度大于30％(體積)。應(yīng)該理解，另外的第一氧化劑和燃料(例如不同的燃料)可以通過另外的通道，例如外環(huán)形通道，來引入燃燒器(3)。通過使用另外的第一氧化劑和燃料，例如燃燒器(3)，可以被用作一個(gè)雙燃料燃燒器。
在流體燃料和第一氧化劑從每個(gè)燃燒器(3)中噴出的時(shí)候，第二氧化劑流從至少一個(gè)噴槍(35)中噴出。噴槍(35)位于爐壁上(31)的至少一個(gè)耐火噴嘴口(37)內(nèi)。耐火噴嘴口(37)有一個(gè)正對(duì)燃燒區(qū)(35)的內(nèi)開口(36)。噴槍(35)的頂端可在耐火噴嘴口(37)的內(nèi)開口(36)向里凹陷，凹進(jìn)去的距離至少等于耐火噴嘴口(37)內(nèi)開口(36)的直徑。如果噴槍(35)的頂端是用陶瓷材料制成的，就不必要凹進(jìn)去。這種噴槍設(shè)計(jì)成凹形，使噴槍(35)能在沒有水冷卻的條件下操作，這樣來避免與用水冷卻有關(guān)的腐蝕。
噴槍(35)的位置使第二氧化劑氣流噴出的位置與第一氧化劑和燃料流噴出的位置隔開一定距離，或成一定角度偏離，或相對(duì)或相鄰。當(dāng)噴槍(35)與燃燒器(3)成一定角度傾斜或隔開一定距離時(shí)，間隔的距離和/或噴射角度需使噴出的第二氧化劑氣流在與部分燃燒的產(chǎn)物反應(yīng)之前，引入大量的外圍氣體，即在燃燒區(qū)或爐內(nèi)的氣體。例如，當(dāng)?shù)诙趸瘎┡c燃料流平行地噴出時(shí)，第二氧化劑噴出的位置應(yīng)與燃料和第一氧化劑氣流噴出的位置相隔至少三英寸。另一方面，當(dāng)噴槍(35)位于與燃燒器相對(duì)或相鄰的至少一個(gè)爐壁上時(shí)，部分燃燒的產(chǎn)物與第二氧化劑相交的位置，應(yīng)離第二氧化劑噴出的距離足夠遠(yuǎn)，使第二氧化劑氣流與部分燃燒產(chǎn)物混合之前，達(dá)到理想的稀釋后氣流的形成。理想的稀釋后氣流氧氣濃度應(yīng)為約1到30％(體積)，優(yōu)選約2到25％(體積)。這種理想的稀釋后氣流，是通過第二氧化劑在用于燃燒部分燃燒產(chǎn)物之前，引入外圍氣體，建立一個(gè)外圍氣體循環(huán)模式來形成。外圍氣體通常含氧氣濃度為約0.5到15％。通過形成理想的稀釋氣流，火焰溫度和氮氧化物的形成都降低了。
除了象上面提到的噴入第二氧化劑外，在引入的第一氧化劑的量的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)引入的第二氧化劑的量，來進(jìn)一步減少氮氧化物的形成。例如圖5-6，表明了在第二氧化劑量與第一氧化劑量為不同的比例時(shí)，NOx(氮氧化物排放水平)與第二氧化劑注入速度的關(guān)系曲線圖。這個(gè)曲線圖表明，產(chǎn)生的氮氧化物的質(zhì)量隨著第二氧化劑與第一氧化劑的體積比的增加而減小。理想的第一氧化劑與第二氧化劑的體積比是大于15∶1，優(yōu)選大于或等于24∶1，最好大于3∶1，但小于20∶1。
另外，第二氧化劑的速度應(yīng)該提高，來進(jìn)一步減少氮氧化物的形成。圖7-8是NOx(氮氧化物排放量水平)對(duì)第二氧化劑背壓和第二氧化劑注入速度的關(guān)系曲線圖。這個(gè)曲線圖表明，產(chǎn)生的氮氧化物的質(zhì)量隨著第二氧化劑注入速度或第二氧化劑背壓的增加而減小。第二氧化劑的理想的速度是大于250英尺每秒，優(yōu)選大于300英尺每秒，最好是大于400英尺每秒。所用的第二氧化劑可以是空氣，富氧空氣或工業(yè)純氧氣。但是，理想的第二氧化劑，含氧氣濃度應(yīng)大于30％(體積比)。
在實(shí)踐中，如上所述地從理想的位置高速噴入第二氧化劑，建立了一個(gè)外圍氣體循環(huán)模式，因而由于第二氧化劑氣流的噴氣抽吸效應(yīng)，外圍氣體和由燃料與第一氧化劑燃燒所形成的部分燃燒產(chǎn)物被引入第二氧化劑氣流。因?yàn)榈诙趸瘎饬魉俣群芨?，并且噴入的位置離燃料和第一氧化劑足夠遠(yuǎn)，第二氧化劑與燃料和第一氧化劑的混和被延遲了。這種延遲使第二氧化劑先與外圍氣體混和，形成理想的稀釋后的氣流，同時(shí)通過燃料和第一氧化劑的部分燃燒，形成部分燃燒的產(chǎn)物。然后稀釋后的氣流引入部分燃燒的產(chǎn)物并燃燒。
為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明，提供以下實(shí)例。這些實(shí)例的提供是為了說明的目的，但并不僅僅局限于此。
所有這些例子中的實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室燃燒爐內(nèi)進(jìn)行的，這個(gè)燃燒爐內(nèi)部尺寸為直徑3英尺，長(zhǎng)8英尺。這個(gè)燃燒爐至少一面爐壁上有兩個(gè)以上的噴嘴，其末端開口于燃燒爐的內(nèi)室。
所用燃料石油的物理化學(xué)性質(zhì)示于下表。
表1C H SN H2O85.12 10.99 0.27 0.22 2.6表2粘度cSt 140°F32.96(厘沲)180°F16.21密度 140°F0.8980180°F0.8855熱值Btu/1b 總熱值18503凈熱值17799石油在140°F下用泵送入爐內(nèi)。保持燃燒器入口溫度180°F，這樣使石油粘度保持在16cSt(厘沲)，燃燒器內(nèi)燃燒速度為1MMBtu/h。
從爐壁三個(gè)位置注入氮?dú)鈦砟M空氣滲透作用，因?yàn)檫@是工業(yè)燃燒爐常發(fā)生的問題。
在測(cè)量NOx時(shí)，保持燃燒爐耐火爐壁的平均溫度為2800°F。
基于化學(xué)熒光分析儀所測(cè)定的NO值來表示NO的結(jié)果，并以每一百萬BTU燃料燃燒所產(chǎn)生的NO2的磅數(shù)來表示。
這些實(shí)驗(yàn)是用如圖4所示的燃燒器進(jìn)行的。這個(gè)燃燒器放在固定于爐壁的耐火噴嘴內(nèi)，燃燒器的頂端位于噴嘴的內(nèi)開口向里凹陷約4英寸處(兩倍于內(nèi)開口的直徑)。在另一固定于爐壁的耐火噴嘴口內(nèi)放著一個(gè)氧氣噴槍，噴槍的頂端位于噴嘴的內(nèi)開口向里凹陷約2英寸處(等于這個(gè)耐火噴嘴口內(nèi)開口的直徑)。燃燒器和噴槍的位置互相平行，相距6英寸。噴槍用于注入第二氧化劑，燃燒器用于噴入石油、霧化流體和第一氧化劑，使石油部分燃燒。霧化流體可以是蒸汽、空氣和氧氣。所注入霧化流體的量需使霧化流體/石油質(zhì)量比保持在約50％。在圖5中，所用霧化流體為蒸汽。在圖6中，所用霧化流體為空氣。為了得到圖5-6中的關(guān)系曲線，改變第二氧化劑的注入速度以及第二氧化劑/第一氧化劑的體積比。這些關(guān)系曲線圖表明了第二氧化劑/第一氧化劑體積比對(duì)氮氧化物排放量水平的影響作用。根據(jù)圖5-6中的關(guān)系曲線，可通過增加第二氧化劑/第一氧化劑體積比來降低氮氧化物的排放量水平。圖7-8闡明了第二氧化劑注入速度對(duì)氮氧化物排放量水平的影響作用。注入的第一氧化劑的量需是，通過燃燒器引入的氧氣在圖7和圖8中分別占引入的總的氧氣量的約30％和40％。圖7和圖8中所用霧化流體都是蒸汽。根據(jù)圖7和8中的關(guān)系曲線可以得知增大第二氧化劑的速度可以降低氮氧化物的排放量水平。
通過應(yīng)用本發(fā)明，氮氧化物的排放水平大為降低。在燃燒液體燃料的情況下，降低氮氧化物的排放水平是特別值得注意的，因?yàn)橛捎谝后w燃料霧化和燃燒的復(fù)雜性，本領(lǐng)域技術(shù)人員還沒有考慮過象本發(fā)明所提供的這樣，使用液體燃料時(shí)用很窄的噴射角度，這樣來降低氮氧化物的排放水平。另外，以很窄的噴射角度來使用液體燃料流，同時(shí)減少了氮氧化物的生成，使燃燒器能在非水冷卻的情況下使用，并且在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)沒有堵塞和腐蝕。
雖然本發(fā)明通過參照一些實(shí)施方案來具體描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求范圍內(nèi)還有其它實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一個(gè)減少氮氧化物產(chǎn)生的燃燒流體燃料的方法，該方法包括(a)向燃燒區(qū)內(nèi)噴入至少一種流體燃料流；(b)用小于200英尺每秒的速度噴入的至少一種亞化學(xué)計(jì)量的第一氧化劑氣流，包圍至少一部分上述的至少一種流體燃料流，并使上述流體燃料流與第一氧化劑一起燃燒，形成部分燃燒的產(chǎn)物，(c)噴入至少一種第二氧化劑氣流，與上述流體燃料流和第一氧化劑氣流成一定角度偏離，或者與噴出上述流體燃料和第一氧化劑氣流的位置相距一定距離，或在其對(duì)面，其中，上述的噴入的第二氧化劑需使上述第二氧化劑與第一氧化劑的體積比大于1.5∶1，但小于20∶1；(d)用大量含氧濃度為約0.5到15％(體積)的外圍氣體，來稀釋上述第二氧化劑氣流，形成稀釋后的氣流；并且(e)把上述稀釋后的氣流與上述部分燃燒的產(chǎn)物混合，然后使上述部分燃燒的產(chǎn)物與上述稀釋后的氣流中的氧氣一起燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，上述注入的第二氧化劑氣流與上述第一氧化劑氣流的體積比大于2.4∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，上述第二氧化劑氣流的速度大于200英尺每秒。
4.一個(gè)減少氮氧化物產(chǎn)生的燃燒液體燃料的方法，這個(gè)方法包括(a)在燃燒區(qū)內(nèi)以發(fā)散噴射的形式提供至少一種液體燃料流，外周角小于15°，以上述液體燃料流的軸為基準(zhǔn)測(cè)量；(b)以小于200英尺每秒的速度，以環(huán)形氣流的形式，噴入亞化學(xué)計(jì)量的第一氧化劑氣流，來包圍或覆蓋至少一部分上述的至少一種液體燃料流；(c)將至少一部分上述第一氧化劑氣流引入上述液體燃料流中，并使上述液體燃料與引入的氧化劑一起燃燒，形成部分燃燒的產(chǎn)物；(d)噴入至少一種第二氧化劑氣流來建立一個(gè)外圍氣體循環(huán)模式，其中大量的外圍氣體在與上述部分燃燒的產(chǎn)物混合之前，被引入上述至少一種第二氧化劑氣流中，形成氧氣濃度為約1到30％(體積)的稀釋后氣流；以及(e)將上述稀釋后氣流與上述部分燃燒的產(chǎn)物混合，然后將上述部分燃燒的產(chǎn)物與稀釋后氣流中的氧化劑一起燃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，上述噴入的至少一種第二氧化劑氣流的速度，是必須使第二氧化劑與第一氧化劑的體積比大于4∶1，并且上述的至少一種第二氧化劑氣流為流速大于上述液體燃料流的流速。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中步驟(a)中的上述至少一種液體燃料流的形式，是通過至少一個(gè)有開口的噴嘴沿其軸向注入至少一種液體燃料流，并且通過有一個(gè)環(huán)形開口的環(huán)形通道注入霧化流體，此環(huán)形通道是在上述至少一個(gè)噴嘴和包圍上述噴嘴的至少一部分的外罩之間形成的，上述霧化流體是從上述位于噴嘴開口上游或與開口在同一平面內(nèi)的環(huán)形開口，以0.5到1.2馬赫的速度噴出，會(huì)聚角為12°到18°，此會(huì)聚角是以上述流體燃料流的軸為基準(zhǔn)測(cè)得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中上述至少一個(gè)噴嘴的頂端由包圍上述燃燒區(qū)的至少一個(gè)爐壁限定出的至少一個(gè)耐火噴嘴的內(nèi)開口向里凹隅，凹進(jìn)去的距離至少等于上述內(nèi)開口的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中上述霧化流體與上述液體燃料的體積比的范圍為約0.4到0.7。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中上述第二氧化劑氣流從一個(gè)噴槍里噴出，噴槍與上述的至少一個(gè)噴嘴相隔一定距離或成一定角度偏離，或者位于與這個(gè)噴嘴所在位置相鄰或相對(duì)的爐壁上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中還包括從第二環(huán)形開口注入另一種燃料流，這種燃料流選自一種氣態(tài)燃料流、含固體燃料粒子的氣流，和其混合物，這個(gè)第二環(huán)形開口在上述外罩和包圍這個(gè)外罩至少一部分的第二外罩之間形成；通過第三個(gè)環(huán)形開口注入另外的第一氧化劑，這個(gè)第三環(huán)形開口在上述第二外罩和包圍第二外罩的至少一部分的第三外罩之間形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少氮氧化物產(chǎn)生的燃燒方法，包括使燃料流與低速氧化劑一起部分燃燒，再將其產(chǎn)物與稀釋了的第二氧化劑混合并燃燒?？捎锰岣叩诙趸瘎┑乃俣?，或調(diào)整第二氧化劑/低速氧化劑之比，來減少氮氧化物的形成。通常，提高這個(gè)比例和/或速度可進(jìn)一步降低氮氧化物的排放水平。當(dāng)使用液體燃料時(shí)，用霧化流體將其霧化，使液體燃料流有很窄的噴射角。這樣使燃燒器可以在無水冷卻下操作，并減少了氮氧化物的生成。
文檔編號(hào)F23C99/00GK1121156SQ9510719
公開日1996年4月24日 申請(qǐng)日期1995年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月13日
發(fā)明者W·T·小林, 小·A·W·弗朗西斯, H·小林 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司