用氧化剂燃烧燃料的方法以及燃烧器装置制造方法及图纸

公开了改进火焰长度和形状控制的燃烧器装置，包括至少一个燃料流体进口和至少一个氧化剂流体进口，输送燃料流体的设备，离开燃料出口的燃料流体，输送氧化剂流体的设备，离开氧化剂出口的氧化剂流体，燃料和氧化剂出口空间上隔开，和几何上的布置使得燃料流体料流和氧化剂流体料流的角度和速度允许用氧化剂以稳定宽广和明亮的火焰燃烧燃料流体。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧方法及其含独立喷头以将燃料和氧化剂独立注入熔炉燃烧室的设备，从而以一个宽而明亮的火焰用氧化剂燃烧燃料，使得用氧化剂燃烧燃料产生的氮氧化物(NOx)的量下降。工业高温方法如玻璃或玻璃原料的熔融，铁和非铁原料熔炼使用大量能量以将各种原料转化成热熔融产物，然后浇铸、成型或在工业过程中进一步处置。这种操作通常在大的熔炉中进行，它可产生每天多达500吨(米制)的熔融物料。在熔炉中用含氧的氧化剂燃烧化石燃料如天然气、雾化燃料油、丙烷等是提供能量优选的方法。在某些情况下，用电加热补充燃料热。通常，燃料和氧化剂经燃烧器加到熔炉中以产生火焰。从火焰将能量传给欲熔融的物料是由在物料表面的对流传热和向表面或物料内部(如果物料对辐射是透明的)的辐射传热的混合。通常优选高辐射(通常称为亮火焰)火焰，因为它们提供了更好的传热，从而更高的燃料效率。对于火焰加热，让火焰的能量均匀地分布到欲熔融的物料的表面上方也很重要。不然的话热区和冷区共存于熔炉中，这是不希望的。用在这类熔炉中熔融的物料制得的产品质量很差。例如在熔融玻璃浴中，在冷区有许多玻璃石头且加速了热区玻璃的汽化。另外，宽的火焰是优选的因为它们对浴有更好的覆盖。在许多国家，特别是美国，有关NOx的排放日趋严厉的法条被颁布。因此重要的是开发燃烧技术其中NOx的形成被限制。在高温方法中，由于热火焰和熔炉的热区氧和氮分子的长的停留时间促进了NOx的形成。使用基本纯的氧气(90％O2或更高)代替空气作为氧化剂被证明在降低NOx排放方面很成功，NOx排放下降了90％之多，因为所有的氮都被除去了。但用基本纯的氧气代替空气提高了火焰的温度，这样在火焰中产生了一些区域其中氮与氧反应性很高，虽然与用空气燃烧相比NOx的形成整体上下降了，但在这些区域NOx的形成可能成比例上升。另外，在实践中也不可能从熔炉中除去所有的氮，因为工业熔炉对空气的渗入是不密封的，燃料中通常含一些氮，且由非低温源供应的氧如由Vaccum Swing Adsorp-tion Plant(VSA)生产的氧含小量残留氮。常规的燃料和氧气燃烧以加热熔炉的方法使用后混合氧-燃料燃烧器。常规的氧-燃料燃烧器有一个金属体，其上有供燃料和带高浓度分子氧的氧化剂进口，和经隔开的同轴方向的通道将料流传输到位于燃烧器边缘的多个喷头。这些燃料器在其边缘产生具有尖铅笔状的高温火焰，燃烧器边缘应离熔炉足够远，以避免或降低熔炉壁的过热。由于熔炉的高温，这些燃烧器的一个重要缺点是需要冷却，通常用一个其中有循环流体如水的夹套提供冷却。这类燃烧器被描述在例如英国专利1,215,925中。对于冷却夹套可能产生严重腐蚀问题，特别当熔炉气氛含可冷凝蒸汽时。气冷氧-燃料燃烧器是对水冷燃烧器的一个改进。燃烧器体被一个称为燃烧器砖的耐火砖保护免受熔炉辐射，该砖具有基本上圆柱形空心，通向熔炉。燃烧器通常安装在空心后面且通常含几个位于空心中的燃料和氧化剂的同心喷头，该空心向熔炉内壁凹进。砖和燃烧器被周向环状气体流，通常为氧化剂气体冷却。这类燃烧器被描述在USP5,346,390和USP5,267,850中。使用这类燃烧器，燃烧在到达熔炉前的燃烧器砖中开始。这样火焰被限制并被圆柱形空心导向成一个窄轴对称喷射流，并对熔炉中的熔融提供一个不充分的覆盖。这些火焰有高的峰温度且产生相对大量的NOx，因为这里有氧气和燃料的直接接触而没被燃烧产品稀释。这此气体冷却的燃烧器的另一个缺陷是火焰可能过热并损坏熔炉耐火壁，因为火焰在壁上开始。另外当熔炉气氛与熔炉壁的耐火材料化学反应时，在火焰下的循环区也倾向于加速耐火材料磨蚀。这可能降低熔炉寿命。英国专利1,074,826和USP5,299,929公开了几个燃烧器，它们含交替分布的多个氧气和燃料喷头，分成平行两排以获得一个扁平的火焰。虽然这种方法改进了熔融物的覆盖，但这些燃料器仍产生比较大量的NOx。这些燃烧器的另一个缺陷是为获得扁平火焰机械制造复杂。众所周知用间隔一定距离的喷头喷燃料和氧化剂料流到燃烧室以产生一个脱离熔炉壁的火焰，目的在于降低耐火材料磨蚀。一种这类设备描述在USP5,302,112中，其中燃料和氧化剂喷射流以一定的汇聚角喷到熔炉中，在两股喷射流的汇聚点处氧化剂和燃料气产生良好的混合，从而提高了燃烧速率但缩短了火焰。但这类燃烧器的火焰有一峰温度并在熔炉中产生大量氮氧化物。为降低该峰温度并显著降低NOx的形成，USP4,378,205建议以很高速度喷燃料和/或氧化剂喷射流并分开注入燃料和氧化剂气体其中燃料和/或氧化剂喷射流夹带熔炉气氛中的燃烧产品并在燃料和氧化剂之间实际燃烧前被稀释。但由这些燃烧器产生的火焰几乎看不见，如第9栏，第58-65行所述。这样对熔炉操作者确定和/或控制燃烧区的位置和燃烧器设备是否实际运转是极其困难的，这可能很危险。这种燃烧器另一个缺陷是燃烧产品的夹带促进了熔炉中气体料流的强烈循环，这最终加速了熔炉耐火材料壁的磨蚀。另外，使用高速氧化剂喷射流要求使用高压氧化剂供料，这意味着氧化剂气体需要在高压下生产或输送(燃料气通常在比较高的压力下)或氧化剂气体如通常由VSA单元供应的低压氧气必须在喷到熔炉中之前被再压缩。当今使用的燃烧器通常仅设计或使用气体燃料或液体燃料(大概通过液体燃料喷雾)，但不能同时燃烧两种类型燃料或很容易地从气体燃料转换到液体燃料。对燃烧领域技术人员来说液体燃料有其固有的问题。液体燃料通常雾化且有几种不同的液体燃料雾化技术可获得。目的是产生液体流体液滴喷射流(也称“喷雾”)，它们有确定的几何特征。通常的液体燃料在液体状态不是特别易燃仅仅在气态时它们能足够快地支持氧化反应以产生一个火焰外观。当希望用环境温度下为液态或粘稠态燃料获得稳定的火焰时，主要困难是“精明地调整”该液体以使它快速蒸发从而支持火焰内部的氧化反应。目前用来完成这种“精明调整”的方法由以液滴形式雾化燃料组成这样，对于给定量的燃料，这有可能大大增加暴露给氧化剂液体表面的量(液滴越小，界面表面即蒸发点越多)。简言之，有三种主要方法用来完成液体的雾化1 旋转杯雾化法包括用移动的机械元件粉碎液体。2 在机械雾化中，燃料被压缩到很高压力(15到30巴)，这样它有很高的动能，当液体与外部大气接触时该能量导致液体的粉碎及液滴的形成。3 气体流体协助雾化法能获得类似结果，同时节省高压(2到6巴)。简言之，根据液体燃料和雾化流体在雾化器头内部或外部接触可区分两种类型的气体流协助雾化法。这两种类型可称为内部雾化法或外部雾化法。内部雾化法的特征在于限制液体燃料并雾化流体在一乳液腔中。加入两种流体到该腔中可有各种方法并对从该腔排出的乳液的特征有直接影响。同样该腔的内部几何尺寸(总体积，产生旋转的叶片，进口和出口孔板的数目和直径等)也影响欲燃烧的燃料/雾化流体混合物的具体特征。这种雾化方法通常可获得优异的雾化质量，即乳液为很小的颗粒且在这些小直径附近有很窄的粒径分布。在给定燃料传输速度下，该乳液的质量一般是所用的雾化流体传输速率和在雾化腔内部占主导的压力值的函数。对于外部雾化法，当两相之间的接触发生在任何限定腔的外部，乳液主要是由雾化流体粉碎液体燃料喷射流产生的。两种流体出口的几何尺寸完全确定了雾化质量，由接触产生的液滴的粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用氧化剂燃烧燃料的方法，该方法以下列步骤为特征： ａ）提供氧化剂流体料流的进料； ｂ）喷所述氧化剂流体料流到燃烧室中以产生至少一种喷射的氧化剂流体料流； ｃ）提供燃料流体料流的进料； ｄ）喷所述的燃料流体料流到燃烧室中以产生至少两个喷射的燃料流体料流； ｅ）通过喷至少两种喷射后的燃料流体料流到燃料室中以在燃烧室中产生一个基本上平面状的燃料流体片，喷射后的燃料流体料流的至少两股基本上位于第一燃料平面； ｆ）在燃烧室中将氧化剂流体料流与燃料流体片相交；和 ｇ）在燃烧室中用氧化剂流体燃烧燃料流体。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LC菲利普，HA波尔德斯，KA穆德伦克，P波德林，P里库尔特，L奥加拉恩，R特希亚瓦，B杜比，L里奥，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]