降低氧化氮和一氧化碳排放浓度的燃烧方法和设备技术

一种能够抑制ＮＯ↓［Ｘ］产生和降低产生的ＣＯ以及防止热效率降低的方法和设备。燃烧火焰的分布使得它穿过由大量彼此平行且隔开的吸热管组成的一组吸热管，使燃烧火焰被这组吸热管冷却。在此组吸热管中局部形成温度约１０００－１３００℃的特定温度区空间，用来抑制ＮＯ↓［Ｘ］产生和加速ＣＯ氧化，在此空间上游产生的ＣＯ通过与燃烧产生的反应活性基团和／或氧在此空间中反应而被氧化。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及降低NOX(氧化氮)和CO(一氧化碳)排放浓度的燃烧方法和设备，所说的方法和设备适合在如直流式锅炉、自然循环水管锅炉和强制循环水管锅炉之类水管式锅炉中使用。近年来，从环境污染角度等看来，一直要求进一步降低有毒的燃烧废气，尤其是NOX和CO的排放浓度，这也包括锅炉中的废气排放。有人已经提出了降低这种有害燃烧废气的排放浓度的各种措施。一种降低措施从US 5020479号专利中得知一种技术，即尽可能地使吸热管靠近燃烧器燃烧表面，因而这组吸热管置于燃烧火焰之中，其中使热交换和火焰的冷却同时进行，借以抑制产生热NOX并实现高负荷燃烧。注意这里使用的“燃烧火焰”，是指处于燃烧反应进程下的高温气体，此高温气体包括尚未燃烧完全的可燃性预混合气体和燃烧所产生的燃烧过的气体。而且此燃烧火焰可以被燃烧气体代替。然而，这种传统措施虽然能够降低NOX的排放浓度，但是却出现另一个问题，即导致CO的排放浓度略高。据推测，这种现象的原因之一是为降低NOX而冷却燃烧火焰的措施反过来又对CO产生了快速冷却作用，以致于使所说的反应冻结，导致部分燃烧气体作为未反应的依然处于其平衡浓度下的物质(即CO及其它)被排到系统之外。为了解决此问题，在日本专利特开昭60-78247中提出了一种技术，即利用将一种冷物质放在靠近由高负荷燃烧所产生的火焰处或与之接触的方法使火焰温度控制在高于1000℃但低于1500℃温度下，然后在冷物质的下游处所设置的绝热空间中使火焰中残余的CO氧化，用此法使之转化为CO2(二氧化碳)。但是，这种技术是要减少CO的排放，而不是抑制NOX的产生。由于此原因，绝热空间中NOX温度有可能增高(这取决于绝热空间的位置)，结果会产生NOX。此外还有另一问题，即规定绝热空间的锅炉体壁之温升可能变大，这取决于形成绝热空间的条件。为了防止此温度升高问题，在处于绝热空间侧方之锅炉体壁的内表面上设置热绝缘物质是必要的，这导致系统成本的提高。不仅如此，当设置有热绝缘物质时，有可能出现长期使用中热绝缘物质脱落问题。而且，由于燃烧火焰的高流速，为了使CO→CO2的这一必要的转化能够实现，需沿燃烧火焰流动的方向加长绝热空间的长度，这种情况热效率减小，结果导致锅炉体尺寸不能减小，这也不是人们所希望的。因此，本专利技术的一个实质性目的在于提供这样一种燃烧方法和设备，它能抑制NOX产生，减少形成的CO和防止热效率的降低。本专利技术另一目的在于提供一种锅炉，它能抑制NOX的产生，减少形成的CO和防止热效率的降低，因此该锅炉有害物质的排放量较少，尺寸小而且效率高。为解决上述问题而完成的本专利技术，提出一种燃烧方法，其特征在于使燃烧火焰流动穿过一组吸热管，这组吸热管由按规定的间隔基本上互相平行设置的大量吸热管组成，以便使燃烧火焰被这组吸热管冷却;并且在这组吸热管中局部形成抑制NOX产生和加速CO氧化的特定温度区的空间，在所说空间中的上游产生的CO通过与燃烧所产生的反应活性基团和/或氧之间反应而被氧化。而且，本专利技术提出一种如上所述的燃烧方法，其中所说的特定温度区之温度范围约为1000～1300℃。本专利技术提出一种燃烧设备，其中包括按一定间隔基本上互相平行地设置一对吸热管壁装置;设置在由吸热管壁装置所规定的区段一侧的燃烧器装置;设置在所说区段另一侧的燃烧废气出口装置;以规定的间隔基本上互相平行设置的许多吸热管组成的一组吸热管，使所说的吸热管从所说的燃烧器装置的燃烧火焰中穿过;以及具有在该组热交换管中局部形成用于抑制NOX产生和加速CO氧化的特定温度区空间的燃烧装置。本专利技术提出一种如上所述的燃烧设备，其中特定温度区之温度范围约为1000～1300℃。本专利技术提供一种如上所述的燃烧设备，其中所说的燃烧器装置是预混合燃烧器。本专利技术提供一种如上所述的燃烧设备，其中围绕特定温度区空间设置的吸热管，包括构成所说吸热管壁装置的吸热管和设置在一对吸热管壁装置之间的吸热管。本专利技术提供一种如上所述的燃烧设备，其中构成吸热管壁装置包括沿燃烧火焰流动方向互相间隔且基本上互相平行设置的数根吸热管，以及用于连接彼此相邻吸热管的翼板。本专利技术提供一种如上所述的燃烧设备，其中构成吸热管壁装置的吸热管和设置在吸热管壁装置之间的吸热管按指定排列方式排列使得相邻吸热管之间的间隙小于吸热管外径，而且特定温度区的空间是将设置在吸热管壁装置之间的吸热管十中去一的方法形成的。本专利技术提供一种如上所述的燃烧设备，其中在特定温度区空间上游设置的那组吸热管的吸热管之间，形成数列曲折的火焰流动通路，这些火焰流动通路的下游端部分与特定温度区的空间相通。此外，本专利技术还提供一种如上所述的燃烧设备，其中所说的那组吸热管是水管式锅炉的一组水管。按照本专利技术，特定温度区空间中的燃烧火焰通过氧化反应足以使残余的CO转化成CO2，而且处于导致较少热NOX生成的低温下，以致于在未反应的CO和反应活性基团中氧和/或氧原子等之间进行有效的接触，从而通过氧化反应使残余的CO转化成CO2，降低CO产生量和抑制NOX产生。按照本专利技术，由于局部形成有特定温度区的空间，所以提供出一种不需要大规模的锅炉体之燃烧设备，因对其高效率的降低被减至最小，所以这种锅炉NOX和CO排放量较少、尺寸小且效率高。按照本专利技术的优选方案，由于特定温度区空间的燃烧火焰温度高于约1000℃，所以具有很大的CO减少作用。而且还由于特定温度区空间的燃烧火焰温度低于约1300℃，所以具有很大的抑制NOX产生的作用。此外，按照本专利技术又一优选方案，与扩散式燃烧器相比，采用预混合式燃烧器装置导致产生较少量的NOX，因而可以提供出涉及较少量NOX产生的燃烧设备。按照本专利技术的另外一个优选方案，由于局部形成四周排列着吸热管的特定温度区空间，所以在特定温度区空间中的燃烧火焰处于特定温度区的温度范围之内而不被迅速冷却，因而抑制了NOX的产生而且减少了CO量。按照本专利技术的再一优选方案，使流过不同而曲折的火焰流动通路的燃烧火焰在特定温度区空间内混合以及在未反应的CO和反应活性基团和/或氧之间加速接触，所以尽管所说空间相当窄，仍然能够达到CO的大量减少。此外，按照本专利技术，提供出一种NOX和CO排放量较少而效率高的水管式锅炉。本专利技术的这些和其它的目的和特点，经过结合其优选实例的下列说明并参照附图，将变得更清楚，其中附图说明图1是一种部分截面的平面视图，示意说明本专利技术一种具体方案的锅炉体结构;图2是同一实施方案中去掉炉体外皮后的炉体侧视图;图3是同一实施方案的炉体之局部侧剖视图;图4是本专利技术一种具体方案的整个设备的外观中心透视图;图5是同一实施方案中燃烧器的正视图和局部放大的正视图;图6是同一实施方案的炉体NOX和CO排放特征曲线图;图7是同一实施方案中炉体在不同输入量下NOX和CO排放特征曲线图;图8是在同一实施方案中炉体内NOX产生、CO减少和反应速率特征的曲线图;图9是先有技术炉体的NOX和CO排放特征曲线图;图10是先有技术炉体在不同输入量下NOX和CO的排放特征曲线图;图11是先有技术炉体内NOX产生、CO减少和反应速率特征曲线图;图12是先有技术炉体内燃烧气体温度特征曲线图;图13是说明CO氧化反应速度的降低与燃烧气体温度间关系的特征曲线;图14是说明NOX反应速度系数与燃烧气体温度间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低ＮＯ↓［Ｘ］和ＣＯ排放浓度的燃烧方法，其中包括：使燃烧火焰按一定方式流动，使之穿过一组吸热管，该组吸热管由大量基本上互相平行且彼此隔开的吸热管组成，通过该组吸热管使燃烧火焰冷却；在该组吸热管内局部形成特定温度区空间以便抑制ＮＯ↓［Ｘ］产生和加速ＣＯ氧化，在所说的空间中通过与燃烧所产生的活性基团和／或氧反应使所说空间上游产生的ＣＯ被氧化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：茅原敏广，田中收，川上昭典，中井哲志，池田和弘，
申请(专利权)人：三浦工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]