降低氮氧化物生成量的燃烧方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术为降低还原燃烧中，特别是火焰中氮氧化物生成量的燃烧方法和装置。该法中，燃烧所需含氧气体所含单质氧低于空气。该气体由空气和低氧或无氧含量的含还原剂气体组成，优选由还原燃烧空间所得单独冷却的烟道气组成。所用装置中包括至少一个烟道（６），因此可将来自还原燃烧的含还原剂烟道气经过冷却器（９）之后通入空气混合器（８）中，其中与待引入锅炉的一次空气混合。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可降低燃烧过程中氮氧化物生成量的燃烧方法，其中燃料燃烧所需空气至少分两步引入，第一步引入的空气量低于化学计量，优选是使空气系数达到0.80-0.95，而且将基本上无单质氧的气体或气体混合物与第一步待引入的空气混合。本专利技术还涉及实施说法的装置，其中包括将空气引入炉中的装置，将燃料引入炉中的装置，以及在将空气引入炉之前将含氧量少于空气的气体或气体混合物与待引入第一步不足化学计量燃烧操作的空气混合的装置。所有燃烧方法中，当空气和燃料中的氮与氧结合而形成各种氧化物时，均会生成氮氧化物。在还原火焰中，主要是燃料中的氮迅速形成NOx，即获得所谓的速成NOx。高温下，大部分为氧化氮(NO)。温度下降时，NO易于在氧存在下转化成其它氮氧化物，主要是二氧化氮(NO2)。一旦达到要求的化学平衡条件，即主要的高温和存在氧条件时，则氮氧化物在迅速反应中高速生成。若在氮氧化物形成之后改变平衡条件以使氮氧化物分解，则分解工艺的反应速度很低，分解操作要求的主要是时间，催化剂或其它化学品。从环境角度考虑，氮氧化物很有害。工业上以及发电厂和其它锅炉厂产生大量氮氧化物，而环境保护中最重要的目标之一是降低排入大气中的NOx量。为了降NOx排出量，将氮氧化物以各种方式转化成另一形式。这些工艺包括采用各种催化剂的各种还原方法，并以各种方式采用吸收剂同时吸收硫和氮氧化物。这类方法会引起难于解决的各种问题，如价格高且难于得到用作催化剂的贵金属以及吸收剂的吸收性能差。而且，采用吸收方法时因锅炉容量和其它这类因素变化而常常难于定下装置尺寸。从技术上讲，努力在燃烧过程中防止氮氧化物的形成，而不是设法分出氮氧化物，将更为有利。为此，已开发了各种NOx生成量的燃烧器，并且已尝试在增压空间进行燃烧，除此而外，过热前分级向锅炉中通空气。但事与愿速，这些方法没有达到特别好的效果，因为实际上氮氧化物生成条件的变化，反应动力以及锅炉操作条件及其变化等因素已使这些方法难于实施或大大降低了其效率。而且，已尝试分出氮氧化物，其中采用循环炉床，在极低温度(约800℃)下操作，即在不利于NOx形成条件下操作。但这降低了炉效率和燃烧不同燃料的能力，因为必须将温度降低维持连续燃烧所需的最低点附近。上述方法已众所周知，因此不详述(见FinishMinistryofTradeamdIndustry/Energy，DepartmentD140，Helsinki1987)。DE-OS-3040830公开了将锅炉后续烟道中所得完全燃烧并冷却的烟道气与待引入不足化学计算第一燃烧区的空气混合以降低氮氧化物量的方法。既使该法可在一定程度上阻止氮氧化物的形成，但也不可能对氮氧化物量进行足够的控制。此外，循环烟道气可增加气体流过锅炉的量，因此要求更大的燃烧空间以及在锅炉中设置更大的管道。NO含量在还原区域一般较低，这取决于氢气(H2)和一氧化碳(GO2)的还原效果。这些物质会使可能形成的NO分解，反应式大致如下按已知方式进行不足化学计算燃烧时，NO浓度原则上可保持低水平。问题只在条件成为还原性的或高温，即1500℃以上时才出现。问题是，空气稍为过量在炉条件下就会迅速形成NO，或在高温(1500℃以上)时H2和CO因其还原势降低而不再能阻止NO的形成。在现有装置中特别是在初始火焰中，但也在第二和第三次引入空气时出现这种情况。现有技术装置的初始火焰中形成NO的最重要原因之一是多相火焰含例如油滴或碳粒，并因而出现高浓度氧气和燃烧气梯度以及高温梯度。因此总是可能在相际边界出现少量局部的温峰，例如在这一点的氧气量达到化学计量或稍为超过化学计量时即是这样。在典型的燃烧装置中，温度瞬时升高并在局部达到约2000℃。因此，局部NO浓度迅速升到约3500ppm(及时形成NOx)。这样形成的NO不会在锅炉条件下出现很大程度的分解。所以，很显然，既使是瞬时出现的少量局部温峰也会迅速升高废气中的NO平均值，而这一值应保持在约100ppm的低温水平。本专利技术目的是提出这样一种方法，其中在还原燃烧步骤，一般在所谓的初级燃烧时，特别是火焰中的NOx生成量可最大限度地降低并在该条件下可阻止形成NOx的先决条件而又无需任何复杂的装置。无需在燃烧后分出NOx。该法特征是将含还原剂，如H2和CO的气体或气体混合物与待引入第一步的空气混合，引入第一步的气体混合物中氧含量优选为12-19%，并且待引入气体混合物的氧含量及还原势可进行调节以使所用燃料在绝热燃烧温度下按供入氧含量和还原势进行燃烧后的烟道气中氮氧化合物浓度不高于预定值。本专利技术基本概念是将空气引入燃烧工艺中，其中在炉的还原部分，特别是在难控制的火焰内的NOx生成量在各温度条件下均保持足够低的水平以及在该燃烧步骤中可能出现的氧气/燃料之比。在还原条件下用氧含量低于普通空气氧含量并含还原剂的气体或气体混合物进行燃烧即可达到该目的。采用本专利技术方法，氮氧化物浓度可进行控制，以使烟道气中氮氧化物的平衡浓度，实际上也是最高浓度随时都保持极低水平。本专利技术另一目的是提出该法所用装置。该装置特征是混合装置包括至少一个将部分来自第一步燃烧的烟道气送入待引入第一步的空气中并与之相混的烟道。本专利技术装置的基本数据是将还原气或气体混合物，即含还原剂的无氧或低氧气体相互充分混合并至少引入锅炉区，其中燃料和空气一般相互混合不充分，从而使局部温峰有可能出现。典型的是，该区为锅炉的还原燃烧区，主要为火焰。以下参照附图详述本专利技术。附图说明图1说明了现有技术中预定NO浓度下一般用空气进行燃烧时温度和空气系数(为气体混合物中氧气与不考虑其它成分，如惰性气体和还原剂时燃烧所需理论氧量之比)的相互关系以及在典型油燃烧工艺中用空气和空气与锅炉完全燃烧烟道气组成的气体的混合物，即氧含量17%的混合物进行燃烧时绝热温度和空气系数的相互关系(见DE-A-3040830)。图2举例说明了维持燃烧的气体为空气，如同图1完全燃烧烟道气和空气的混合物或还原燃烧循环的冷却气和空气的混合物时纯甲烷(CH4)燃烧所得最大NO量和空气系数的相互关系。图3为本专利技术方法所用装置示意图。图1中曲线A-B举例说明了一般用空气燃烧时广泛采用的油的绝热燃烧温度与空气系数的关系。曲线C-D举例说明了用完全燃烧烟道气稀释后的空气，即氧含量为17%的混合物进行燃烧时同种油绝热燃温度与空气系数的关系。曲线E-F举例说明了一般用空气燃烧时100ppmNO浓度下对应的温度和空气系数的对应关系。该曲线以上NO浓度大于100ppm。高温(1500℃以上)对本专利技术特别重要。由于火焰中最热区域的局部温度极为接近绝热温度，所以从中可看出一般用空气燃烧时空气系数低至0.82即可达到100ppm的NO浓度(G点)。而采用完全燃烧烟道气稀释的烟道气时空气系数为0.93即可达到100ppm的浓度(H点)。从最差的情况看，还原区内最大NO浓度在一般用空气燃烧时为约2700ppm，而在用该例中所述稀释空气燃烧时仅为约800ppm。图1中第一次提到的值用I点表示，而最后提到的值用J点表示。现已出人意料地发现，将含一定量还原剂的气体或气体混合物与燃烧空气混合而使燃烧所需氧以不足化学计量且低于21%的均匀氧含量时，燃烧器的还原区，特别是在火焰中可阻止NO生成。因此可降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
降低燃烧过程中氮氧化物生成量的燃烧方法，其中燃料燃烧所需空气至少分两步引入，第一步以不足化学计量引入空气，优选是使空气系数达到０．８０－０．９５，而将基本上无单质氧的气体或气体混合物与待引入第一步的空气混合，并将含还原剂的气体或气体混合物与待引入第一步的空气混合，其特征是来自不足化学计量燃烧步骤（优选来自第一燃烧步骤）的含Ｈ↓［２］和／或ＣＯ的还原性燃烧气与待引入第一步的空气混合以使待引入第一步的气体混合物中氧含量优选达到１２－１９％，并对待引入空气混合物的氧含量和还原势进行调节以使所用燃料在绝热温度下按照达到的氧含量和还原势进行燃烧而形成的烟道气中氮氧化物浓度不超过预定浓度值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：周考莱尼，
申请(专利权)人：欧伊坦佩尔拉公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]