专利名称：超低浓度可燃气体的燃烧利用方法
技术领域：
本发明涉及一种可燃气体燃烧方法，特别涉及超低浓度可燃气体燃烧利用技术，属于能源节约与环境保护技术领域。
背景技术：
超低浓度可燃气体主要指甲烷浓度小于1％的煤矿通风排出气体、沼气发生等过程排出的超低浓度甲烷、以及各种化工冶金等过程中产生的常温下不能用小火苗点燃的超低浓度可燃气体。以往这些可燃气体主要排往大气，由于数量巨大，造成了资源的严重浪费，同时排出的一些温室气体也带来了严重的环境破坏。由于这些超低浓度可燃气体都很难作为主燃料进行直接燃烧，其利用技术开发成为目前急待解决的问题。以采煤过程中通风排出瓦斯(主要成分为甲烷气体)为例，据有关部门最近估算，我国每年以此方式向大气中排放甲烷为100亿立方米，而甲烷气体对臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。如何合理利用这些数量巨大的资源以及避免由其引起的环境问题，已引起全世界的广泛重视。
低浓度可燃气体的利用可以通过浓缩的方式获得高浓度可燃气体，然后作为主燃料进行利用。中国专利CN01129067.6通过向煤矿瓦斯气中添加含氢的合成气体，并经过加氢脱氧过程，降低煤矿瓦斯气中的氧含量。通过吸附过程排出煤矿瓦斯气中的氮气，制得富甲烷气。再通过蒸汽转化过程，制得合成气。中国专利CN02117916.6公开了一种以高表面活性炭为分离吸附剂，变压吸附分离甲烷与氮混合物的方法。这种方法的核心是利用高表面活性炭增大甲烷与氮吸附能力的差异，达到变压吸附所需的分离系数，通过变压吸附工艺实现二者的分离。此项甲烷与氮的分离技术，在常温和1.0MPa以下压力操作，故能耗与成本较低。可用于工业气体中的甲烷/氮分离、煤层气开发、提高沼气的热值，以及降低煤矿中瓦斯浓度等目的。以上工艺对浓度较低的可燃气体浓缩存在经济性问题。
低浓度可燃气体的燃烧利用是一种直接利用方式，由于燃料浓度低，存在一定的问题。为解决低浓度瓦斯的利用问题，胜利油田胜利动力机械有限公司开发出瓦斯与细水雾混合输送技术(中国专利公开号CN200510044290.0)，解决了低浓度瓦斯输送的安全问题，使甲烷浓度在6％-25％的低浓度瓦斯能够供机组发电应用。该专利对于浓度低于1％的超低浓度瓦斯气体直接燃烧不具有适用性。中国专利(公开号CN94117692.4)开发出一种利用工业瓦斯废气辅助发电的方法，该技术对于高浓度甲烷可用，对于超低浓度甲烷气体不可用。针对超低浓度甲烷气体，中国专利公开(公开号CN200410060191.7)了一种消除空气中低浓度甲烷气体的方法。该方法使用载体为CeO2以及活性组分选自Pd或Pt中的一种或两种组成的催化剂，在常压以及220～400℃的反应条件下，对空气中含有体积浓度0.1～1％的甲烷进行消除。针对大量超低浓度可燃气体利用问题该技术存在经济性问题。
目前开发低费用、安全高效的超低浓度可燃气体利用技术一直是研究与开发的主要方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低浓度可燃气体的燃烧利用方法，即对甲烷浓度小于1％的可燃气体不仅可实现直接回收、利用，且投资与运行费用低，有利于环境保护。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种超低浓度可燃气体的燃烧利用方法，其特征在于该方法是将可燃气体经管道输运到燃烧设备的空气入口，作为主燃料的助燃空气进入燃烧设备的燃烧室进行燃烧；在输送管路中设置防爆装置，燃烧设备空气入口前设置超低浓度可燃气体与外界空气的切换及控制装置，并控制可燃气体浓度小于1％。
将超低浓度可燃气体送入火力发电厂锅炉(燃煤、燃油、燃烧煤气)后作为助燃空气和辅助燃料时，超低浓度可燃气体经过空气预热器时，为防止预热过程发生着火问题，使空气预热器的内表面温度小于500℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明具有工艺及其装置简单，与现有低浓度可燃气体利用技术比较，不存在催化以及浓缩过程，降低了系统的造价与运行费用。同时该方法考虑了防爆与可燃气体的提前氧化燃烧问题，可保证系统安全可靠地运行。通过本发明的应用，可保证超低浓度可燃气体的充分燃烧利用，实现能源资源的回收与环保的目的。
图1为超低浓度可燃气体为矿井通风排风、燃烧设备为火力发电厂锅炉时的系统流程。
图中1-矿井排风引风机，2-防爆设备，3-切换及控制装置，4-锅炉送风机，5-锅炉。
具体实施例方式
本发明中所指的可燃气体包括甲烷浓度小于1％的煤矿通风排出气体、沼气发生等过程中排出的含超低浓度甲烷、以及各种化工冶金等过程中产生的常温下不能用小火苗点燃的超低浓度可燃气体。
本发明所提供的超低浓度可燃气体的燃烧利用方法，是将可燃气体经管道输运到燃烧设备的空气入口，作为主燃料的助燃空气进入燃烧设备的燃烧室进行燃烧；为避免燃烧设备入口前所发生的爆炸事故对燃烧设备的影响，在可燃气体输送管路中应设置防爆装置；同时为提高系统的安全性能，在燃烧设备空气入口前设置超低浓度可燃气体与外界空气的切换及控制装置，控制可燃气体浓度小于1％；当甲烷浓度大于1％时，利用切换及控制装置切换至外界空气；当甲烷浓度小于1％时，切换至含可燃气体的管路。
当超低浓度可燃气体作为燃烧设备为火力发电厂锅炉的主燃空气时，超低浓度可燃气体需经空气预热器，并使空气预热器的内表面温度小于500℃。
超低浓度可燃气体进入燃烧设备燃烧室后，在高温下，与氧气发生反应，释放反应热，通过受热面进行热量的回收与利用。
图1为采煤矿井通风瓦斯用于火电厂煤粉锅炉的助燃空气和辅助燃料时，系统流程如图1所示。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明的工艺流程及工作原理是矿井排风引风机1排出的含有超低浓度瓦斯气体(甲烷含量小于1％)经过管道输送至锅炉送风机4入口。在矿井引风机1与锅炉送风机4间的输送管路中布置一防爆装置2，以防止意外爆炸事故对后续锅炉系统的影响。防爆装置2之后布置一个外界空气与矿井通风气体的切换及控制装置3。当矿井通风排出气体中甲烷浓度超过1％时，切换到外界空气。锅炉5内空气预热器设计要防止辅助燃料的着火，与矿井排风气体接触的内表面温度控制在500℃以下。预热后的气体作为锅炉系统的一次风和二次风，其中的超低浓度可燃气体(甲烷)作为辅助燃料在炉膛内发生燃烧反应，释放反应热，通过锅炉受热面进行热量的回收。
其它超低浓度可燃气体(如沼气发生等过程排出的超低浓度甲烷、以及各种化工冶金等过程中产生的常温下不能用小火苗点燃的超低浓度可燃气体)用于燃烧设备(燃煤、燃气、燃油的工业锅炉，燃气轮机等)时，其实施过程与上述采煤矿井通风排出瓦斯用于煤粉锅炉时类似。
权利要求
1.一种超低浓度可燃气体的燃烧利用方法，其特征在于该方法是将可燃气体经管道输运到燃烧设备的空气入口，作为主燃料的助燃空气和辅助燃料进入燃烧设备的燃烧室进行燃烧；在输送管路中设置防爆装置(2)，燃烧设备空气入口前设置超低浓度可燃气体与外界空气的切换及控制装置(3)，并控制可燃气体浓度小于1％。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于当所述的超低浓度可燃气体作为火力发电厂锅炉的助燃空气和辅助燃料时，超低浓度可燃气体需经空气预热器，并使空气预热器的内表面温度小于500℃。
全文摘要
超低浓度可燃气体的燃烧利用方法，涉及一种超低浓度可燃气体(甲烷浓度小于1％的煤矿通风排出气体、沼气发生等过程排出的超低浓度甲烷、以及各种化工冶金等过程中产生的常温下不能用小火苗点燃的超低浓度可燃气体)用于燃烧设备辅助燃烧的方法。本发明将可燃气体经过管道输运到燃烧设备的空气入口，作为主燃料的助燃空气和辅助燃料进入燃烧设备的燃烧室进行燃烧。本发明具有工艺及其装置简单，安全可靠，设计合理，可高效利用超低浓度可燃气体，实现能源的充分利用、节能与环保的目的。
文档编号F22B31/00GK1900591SQ20061008884
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者由长福, 徐旭常 申请人:清华大学