用于低速燃料流的燃烧方法技术

本发明专利技术提供了一种燃烧方法，其中将具有小于50英尺/秒速度的燃料气体与具有至少200英尺/秒速度的动力气体流混合以形成具有大于50英尺/秒速度的流，并且所述混合流与氧化剂一起燃烧。具体地讲，当经加热的燃料气体加热再生器时，产生具有低速度的燃料，然后燃料和烟气的混合物穿过所述再生器以经历吸热反应，所述吸热反应产生合成气，所述合成气连同动力气体流一起进料到加热炉中。可在用于所述燃料的所述管道中或者从点火口外部的壁中的点以特定的距离将所述动力气体流进料到所述点火口内部。所有实施方案均能够更好地控制火焰的形状。

A combustion method for low speed fuel flow

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低速燃料流的燃烧方法
本专利技术涉及一种燃烧方法，其中用于燃烧的反应物以低速引入到加热炉(诸如玻璃熔炉)中，其中材料被进料到加热炉中并且被在加热炉内发生的燃烧的热量加热和/或熔化。
技术介绍
美国专利6,113,874中描述了一种称为热化学再生器(TCR)的有用技术，用于利用加热炉(诸如玻璃熔炉)中产生的烟气中的热量。在该技术中，烟气穿过再生器而加热该再生器。从该再生器出来的烟气的一部分与气态燃料混合，然后将所得的混合物进料到已被充分加热的另一个再生器中，从而凭借混合物中组分之间的吸热反应将混合物转化成合成气。然后将所得的合成气从其在其中形成的再生器进料到加热炉中以进行燃烧。在适当的时间间隔内，颠倒在其中执行操作的再生器。虽然该技术大体上具有许多吸引人的特征，但本专利技术人意外地发现了提高该技术的效率的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个方面是在加热炉中进行燃烧的方法，该方法包括(i)将燃料气体以小于50英尺/秒(优选地小于25英尺/秒)的速度通入具有连接至加热炉的内部的出口的管道中，(ii)将具有至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流注入管道内的燃料气体中，其中注入燃料气体中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的60％，(iii)夹带至少50体积％以及优选地至少70体积％的燃料气体到动力气体流中，从而在管道中形成至少一个混合流，该至少一个混合流包括燃料气体和动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度，(iv)将所述混合流以大于50英尺/秒的速度从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使该混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。本专利技术的另一个方面是在加热炉中进行燃烧的方法，该方法包括：(i)将来自热化学再生器的合成气气体以小于50英尺/秒(优选地小于25英尺/秒)的速度通入具有连接至加热炉的内部的出口的管道中，(ii)在距加热炉的内壁的上游距离L处，将具有至少100英尺/秒并且优选地至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流从管道内的具有内径D的喷嘴注入管道内的合成气中，其中注入燃料气体中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的60％，(iii)需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为5至25或甚至4至25，其中N为注入管道中的合成气中的动力气体流的数量，并且R为通入管道中的合成气的总质量流率与注入管道内的动力气体流或全部动力气体流的总质量流率的比率，从而夹带合成气到管道内的动力气体流中，并且在管道内形成至少一个混合流，该至少一个混合流包括合成气和动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度，(iv)将所述混合流以大于50英尺/秒的速度从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使该混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。本专利技术的优选方面是在加热炉中进行燃烧的方法，该方法包括：(A)在加热炉中燃烧燃料以产生气态燃烧产物；以及(B)交替地(1)(i)将该气态燃烧产物的一部分通入冷却的第一再生器中并穿过所述冷却的第一再生器，以加热第一再生器并冷却气态燃烧产物的所述部分，(ii)将燃料和来自所述第一再生器的气态燃烧产物的所述冷却部分的至少一部分通入经加热的第二再生器中，并且在第二再生器中，使气态燃烧产物和燃料在第二再生器中以吸热反应形式发生反应，以形成包括氢气和CO的合成气，(iii)将在第二再生器中形成的所述合成气以小于50英尺/秒(优选地小于25英尺/秒)的速度通入具有连接至加热炉的内部的出口的第一管道中，(iv)在距加热炉的内壁的上游距离L处，将具有至少100英尺/秒以及优选地至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流从第一管道内的具有内径D的喷嘴注入第一管道内的合成气中，其中注入合成气中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的合成气的质量流率的60％，需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为5至25或甚至4至25，其中N为注入第一管道中的合成气中的动力气体流的数量，并且R为通入第一管道中的合成气的总质量流率与注入第一管道内的动力气体流或全部动力气体流的总质量流率的比率，从而夹带合成气到第一管道内的动力气体流中，并且在第一管道内形成至少一个混合流，该至少一个混合流包括合成气和动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度，以及(v)将所述混合流以大于50英尺/秒的速度从所述第一管道通入所述加热炉中，并且将该混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧；以及(2)(i)将该气态燃烧产物的一部分通入冷却的第二再生器中并穿过所述冷却的第二再生器，以加热第二再生器并冷却气态燃烧产物的所述部分，(ii)将燃料和来自所述第二再生器的气态燃烧产物的所述冷却部分的至少一部分通入经加热的第一再生器中，并且在第一再生器中，使气态燃烧产物和燃料在第一再生器中以吸热反应形式发生反应，以形成包括氢气和CO的合成气，(iii)将在第一再生器中形成的所述合成气以小于50英尺/秒(优选地小于25英尺/秒)的速度通入具有连接至加热炉的内部的出口的第二管道中，(iv)在距加热炉的内壁的上游距离L处，将具有至少100英尺/秒以及优选地至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流从第二管道内的具有内径D的喷嘴注入第二管道内的合成气中，其中注入合成气中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的合成气的质量流率的60％，需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为5至25或甚至4至25，其中N为注入第二管道中的合成气中的动力气体流的数量，并且R为通入第二管道中的合成气的总质量流率与注入第二管道中的动力气体流或全部动力气体流的总质量流率的比率，从而夹带合成气到第二管道内的动力气体流中，并在第二管道内形成至少一个混合流，该至少一个混合流包括合成气和动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度，以及(v)将所述混合流以大于50英尺/秒的速度从所述第二管道通入所述加热炉中，并将该混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。本专利技术的另一个实施方案是在加热炉中进行燃烧的方法，包括：(i)将燃料气体以小于50英尺/秒的速度通入具有连接至加热炉的内部的出口的管道中，(ii)将具有至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流注入管道内的燃料气体中，其中注入燃料气体中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的60％，(iii)在管道内形成至少一个混合流，该至少一个混合流包括燃料气体和动力气体的混合物并且在所述出口的方向上具有大于50英尺/秒的动量平均速度，(iv)将所述混合流从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使该混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。实施本实施方案的优选条件包括：所述动力气体的总动量大于所述燃料气体的动量的五倍；注入燃料气体中的动力气体的质量流率小于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的30％；注入燃料气体中的动力气体的质量流率大于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的5％且小于动力气体所注入的燃料气体的质量流率的20％，在距加热炉的内壁的上游距离L处，将动力气体从管道内的具有内径D的喷嘴注入燃料气体中，需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为4至25，其中N为注入管道中的燃料气体中的动力气体流的数量，并且R为通入管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在加热炉中进行燃烧的方法，包括：(i)将燃料气体以小于50英尺/秒的速度通入具有连接至所述加热炉的内部的出口的管道中，(ii)将具有至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流注入所述管道内的所述燃料气体中，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的60％，(iii)在所述管道内形成至少一个混合流，所述至少一个混合流包括所述燃料气体和所述动力气体的混合物并且在所述出口的方向上具有大于50英尺/秒的动量平均速度，(iv)将所述混合流从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使所述混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 US 62/1483381.一种在加热炉中进行燃烧的方法，包括：(i)将燃料气体以小于50英尺/秒的速度通入具有连接至所述加热炉的内部的出口的管道中，(ii)将具有至少200英尺/秒速度的至少一个动力气体流注入所述管道内的所述燃料气体中，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的60％，(iii)在所述管道内形成至少一个混合流，所述至少一个混合流包括所述燃料气体和所述动力气体的混合物并且在所述出口的方向上具有大于50英尺/秒的动量平均速度，(iv)将所述混合流从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使所述混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述动力气体的总动量大于所述燃料气体的动量的5倍。3.根据权利要求1所述的方法，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的30％。4.根据权利要求1所述的方法，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率大于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的5％且小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的20％。5.根据权利要求1所述的方法，其中在距所述加热炉的内壁的上游距离L处，将所述动力气体从所述管道内的具有内径D的喷嘴注入所述燃料气体中，需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为4至25，其中N为注入所述管道内的所述燃料气体中的动力气体流的数量，并且R为通入所述管道中的燃料气体的总质量流率与注入所述管道中的所述动力气体流或全部所述动力气体流的总质量流率的比率，从而夹带所述燃料气体到所述管道内的所述动力气体流中，并且在所述管道内形成至少一个混合流，所述至少一个混合流包括所述燃料气体和所述动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述动力射流包括氧气、蒸汽、回收烟气或燃料气体。7.根据权利要求1所述的方法，其中以至少200英尺/秒的速度，在水平方向上相对于彼此成发散角地将至少两个动力气体流朝向所述出口注入所述管道内的所述燃料气体中，并且注入所述燃料气体中的每个所述动力气体流的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的10％。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述加热炉是具有至少两个管道的玻璃熔炉，燃料气体从所述管道通入所述加热炉中，其中每个管道具有穿过所述加热炉的侧壁连接至所述加热炉的所述内部的出口。9.一种在配备有热化学再生器的加热炉中进行燃烧的方法，所述热化学再生器具有点火口，经加热的合成气能够通过所述点火口进入所述加热炉；一个或多个氧化剂口，氧化剂能够通过所述氧化剂口注入所述加热炉中；和排气口，所述排气口连接至所述加热炉，并且气态燃烧产物能够通过所述排气口从所述加热炉离开，所述方法包括：(i)使经加热的合成气以小于50英尺/秒的速度和动量F通过所述点火口流到所述加热炉中，(ii)将具有至少100英尺/秒速度的至少一个动力气体流以动量M注入所述点火口内部，以夹带所述合成气到所述动力气体流中并且将所得的组合流喷射到所述加热炉中，(iii)将一个或多个氧化剂流以总动量O通过所述一个或多个氧化剂口注入所述加热炉中，其中每个氧化剂流的轴线被设置在距所述点火口的内部周边3英寸至30英寸之间，并且使所注入的氧化剂与夹带到所述动力气体流中的所述燃料流混合，以形成喷射到所述加热炉中但既不接触所述加热炉的壁也不接触所述加热炉的炉拱的可见火焰，以及(iv)使气态燃烧产物以动量X通过所述排气口从所述加热炉排出，其中组合动量F+M+O大于所述动量X的150％。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述组合动量F+M+O大于所述动量X的300％。11.根据权利要求9所述的方法，其中所述动量M大于所述动量X。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧化剂流中的每个流的动量大于X。13.根据权利要求9所述的方法，其中所述动力气体占注入所述加热炉中的所述总氧化剂流量的5％至20％。14.根据权利要求9所述的方法，其中所述氧化剂流以大于100英尺/秒的速度注入。15.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述点火口进入所述加热炉的所述经加热的合成气的密度小于在所述排气口处离开所述加热炉的所述气态燃烧产物的密度。16.根据权利要求9所述的方法，其中所述点火口和所述排气口均连接至所述加热炉的端壁。17.根据权利要求9所述的方法，其中所述加热炉具有至少两对口，其中每对口由点火口和排气口组成，所述点火口和所述排气口位于所述加热炉的相对侧壁上，并且每对口中的所述口之间的轴线垂直于所述加热炉的纵向轴线。18.根据权利要求9所述的方法，其中在水平方向上彼此成发散角地将至少两个动力气体流注入每个点火口内的所述经加热的合成气中，以便形成在水平方向上宽的可见火焰。19.根据权利要求9所述的方法，其中所述点火口和所述排气口均为成角度的，以减少从所述加热炉到所述热化学再生器的直接辐射热传递。20.一种在配备有热化学再生器的加热炉中进行燃烧的方法，所述热化学再生器具有点火口，经加热的合成气能够通过所述点火口进入所述加热炉；一个或多个氧化剂口，氧化剂能够通过所述氧化剂口注入所述加热炉中；和排气口，所述排气口连接至所述加热炉，并且气态燃烧产物能够通过所述排气口从所述加热炉离开，所述方法包括：(i)使经加热的合成气以小于50英尺/秒的速度和动量F通过所述点火口流到所述加热炉中，(ii)从所述点火口外部的壁中的点将具有至少100英尺/秒速度的至少一个动力气体流以动量M注入所述加热炉中并将一个或多个氧化剂流以总氧化剂动量O注入所述加热炉中，其中动力气体和氧化剂的每个流的所述轴线被设置在距所述点火口的内部周边3英寸至30英寸之间，以及夹带周围的炉气和合成气，以形成喷射到所述加热炉中但既不接触所述加热炉的壁也不接触所述加热炉的炉拱的可见火焰，以及(iii)使气态燃烧产物以动量X通过所述排气口从所述加热炉排出，其中组合动量F+M+O大于所述动量X的150％。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述组合动量F+M+O大于所述动量X的300％。22.根据权利要求20所述的方法，其中所述动力气体流和所述氧化剂流中的每个流的动量大于所述动量X。23.根据权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂流以大于100英尺/秒的速度注入。24.根据权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂流中的至少一个从所述点火口的上方注入。25.根据权利要求20所述的方法，其中通过所述点火口进入所述加热炉的所述经加热的合成气的密度小于在所述排气口处离开所述加热炉的所述气态燃烧产物的密度。26.根据权利要求20所述的方法，其中所述点火口和所述排气口连接至所述加热炉的壁。27.根据权利要求20所述的方法，其中所述加热炉具有至少两对口，其中每对口由点火口和排气口组成，所述点火口和所述排气口位于所述加热炉的相对侧壁上，并且每对口中的所述口之间的轴线垂直于所述加热炉的纵向轴线。28.根据权利要求20所述的方法，其中在水平方向上彼此成发散角地将至少两个动力气体流注入每个点火口内的所述经加热的合成气中，以便形成在水平方向上宽的可见火焰。29.根据权利要求20所述的方法，其中所述点火口和所述排气口均为成角度的，以防止所述加热炉和所述热化学再生器之间的直接辐射热交换。30.一种在加热炉中进行燃烧的方法，包括：(i)将燃料气体以小于50英尺/秒的速度通入具有连接至所述加热炉的内部的出口的管道中，(ii)在所述出口的方向上将具有至少100英尺/秒速度的至少一个动力气体流注入所述管道内的所述燃料气体中，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的60％，(iii)夹带至少50体积％的所述燃料气体到所述动力气体流中，从而在所述管道内形成至少一个混合流，所述至少一个混合流包括所述燃料气体和所述动力气体的混合物并且具有大于50英尺/秒的速度，(iv)将所述混合流以大于50英尺/秒的速度从所述管道通入所述加热炉中，以及(v)使所述混合流与注入所述加热炉中的一个或多个氧化剂流一起燃烧。31.一种在加热炉中进行燃烧的方法，包括：(i)将为来自热化学再生器的合成气的燃料气体以小于50英尺/秒的速度通入具有连接至所述加热炉的内部的出口的管道中，(ii)在距所述加热炉的所述内壁的上游距离L处，将具有至少100英尺/秒速度的至少一个动力气体流从所述管道内的具有内径D的喷嘴注入所述管道内的所述合成气中，其中注入所述燃料气体中的所述动力气体的质量流率小于所述动力气体所注入的所述燃料气体的质量流率的60％，(iii)需满足的条件是(L/D)×(N/R)的值为4至25，其中N为注入所述管道内的所述合成气中的动力气体流的数量，并且R为通入所述管道中的合成气的总质量流率与注入所述管道中的所述动力气体流或全部所述动力气体流的总质量流率的比率，从而夹带所述合成气到所述管道内的所述动力气体流中，并且在所述管道内形成至少一个混合流，所述至少一个混合流包括所述合成气和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·W·小弗朗西斯，小林尚，KT·吴，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US