专利名称：试剂输送系统的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及试剂向远处反应区的输送，并且特别可用于将试剂提供到将氮氧化物(NOx)转变成氮气的加热炉的远处反应区。
背景技术：
有时人们需要将试剂提供到远处的反应区如在加热炉内的某一区域。例如为了控制污染而用烃基团将NOx转变成氮气的再燃中，需要将用作烃基团源的烃燃料如天然气或煤提供到含烟道气的远处区域。在另一个实例中，可能需要将氨或脲提供到加热炉深处与NOx反应形成氮气。
完成这种试剂输送的一种途径是使用长喷枪或其它长距离供给设备将试剂输送到远处的反应区，但是其执行的过程复杂并且如果反应区伴有热或腐蚀性环境如加热炉则需要频繁更换喷枪。将试剂输送到锅炉或加热炉中特定区域的另一种途径是使用高速喷头，其通常在混合完全前深入到腔室中。但是，这种方法可导致燃烧器中污染物如NOx的形成增加以及试剂到达反应区前消耗。两种影响均是由于湍流喷头的高夹带率特征。此外，高夹带率导致可能含有颗粒物或腐蚀性气体的热烟道气重新循环到锅炉或加热炉壁上，加重在壁上的沉积和腐蚀。还有一种方法是通过使用反应区如炉环境的计算的流体动力学模拟。在这种方法中，进行详细地计算来描述炉环境，然后喷头或喷枪可置于适合的位置。该方法可能是有效方法，但是执行起来过于复杂。
因此，本发明的目标是提供一种可将试剂提供给反应区的方法，其中反应区与试剂从注入装置出来之处通过一间隔隔开。
发明内容
本领域技术人员在知道了本公开后就可明了的各种目标通过本发明得以实现，本发明的一个方面是一种将试剂供应到反应区的方法，包括(A)向载气提供试剂并将含试剂的载气作为气体喷流从注射器通过一间隔(d)通入到注射空间；(B)从注射器用火焰包围物围绕气体喷流通过间隔(d)从而保持气体喷流一致(coherent)通过所述间隔(d)；(C)将含试剂的载气作为非一致气流通过火焰包围物的最远端进一步通入到超出所述间隔(d)的注射空间进入反应区；和(D)将非一致气流的试剂提供到反应区。
本发明的另一方面是一种将试剂提供到反应区的方法，包括(A)将气态试剂作为气体喷流从注射器通过间隔(d)送到注射空间；(B)从注射器通过间隔(d)用火焰包围物围绕气体喷流从而维持气体喷流一致通过间隔(d)；(C)将气态试剂作为非一致气流通过火焰包围物的最远端进一步通入到超出所述间隔(d)的注射空间进入反应区；和(D)将非一致气流的气态试剂提供到反应区。
此中所用的术语“一致喷射气流”是指其直径在气流长度方向基本没有增加并且周围气体包夹到气流中的夹带率远低于夹带非反应性紊流的气流。
此中所用的术语“非一致气流”是指其直径因夹带周围的气体而增加的气流。
此中所用的术语“火焰包围物”是指与气流同轴的环形燃烧流。
此中所用的术语“试剂”是指注入注射空间后参与反应的燃料或其它化合物或化合物的混合物。
唯一的附图是实施本发明的一个优选实施方案的横截面图，其中试剂提供到载气中后与载气一起供入到反应区。
具体实施例方式
下面将参照附图详细描述本发明。现在参照附图，载气1从未在附图显示的载体源提供到注射器3的中心通道2。在本发明的实施中可使用任何有效的载气，其例子包括循环烟道气、氧气、氮气、氩气和空气。当NOx还原是本发明的目的时，循环烟道气是特别优选的载气。将载气从中心通道2送到会聚/分散喷嘴4并从那里从注射器3的喷嘴4作为气体喷流6进入注射空间5。
试剂8被提供到载气中。正如附图所示，优选将试剂从与试剂源(未显示)相连的试剂供应装置7提供到载气中并且将试剂送到喷嘴4并在那里与载气混合。所述试剂可以是气体、固体或液体形式。优选所述试剂是液体或颗粒物固体形式并且在载气流中随其通过喷嘴4而雾化，从而在气体喷流6内与载气良好混合。在实施本发明中可使用任何有效的试剂，其例子包括液态烃、粉末状煤、氨和脲的一种或多种。
火焰包围物同轴沿着并围绕气体喷流6流动，用于使气体喷流6保持作为一致气体喷流从注射器3通过注射空间5内的间隔(d)。如图中所示，优选火焰包围物9通过分别从注射器3提供到注射空间5的环绕一致气体喷流6的氧化剂和燃料流的燃烧形成。在附图所示的实施方案中，燃料10如天然气从燃料源(未显示)提供到内环通道11，氧化剂12如空气、富氧空气或纯氧从氧化剂源(未显示)提供到外环通道13。如果需要，用于火焰包围物的氧化剂可通过内环通道提供，用于火焰包围物的燃料可通过外环通道提供。这种布置在载气是惰性气体时特别有用。燃料和氧化剂通过其各自的通道从注射器3进入注射空间5，在那里它们燃烧形成与通过间隔(d)的一致气体喷流6同轴流动的火焰包围物9。
在本发明的实施中，火焰包围物构成了围绕气体喷流6的流体屏障或阻隔。优选所述火焰包围物的速度低于气体喷流的速度。通过围绕气体喷流的火焰包围物形成的流体屏障或阻隔极大地降低了夹带到气体喷流中的周围气体的量，依此用于保持在火焰包围物中的喷流的一致性。这也用于保持试剂在一致的载气喷流内。
反应区14在注射空间5内，但是远离(即非邻近)注射器3。在本发明的一个实施方案中，在反应区14保留了一种或多种将与试剂8反应的物质。例如，反应区14可含有一种或多种NOx如一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)，试剂可与它们反应可形成氮气(N2)从而达到控制污染的目的。
含试剂气流作为非一致气流或作为紊流喷流15通过间隔(d)进入注射空间5，其通过火焰包围物的最远端进入反应区14。随着气体喷流流过火焰包围物的最远端，周围气体夹带入气体喷流中导致其成为紊流或损失其一致性。试剂如液体或固体颗粒物保持在一致气流6内通过间隔(d)，但是随着载气流在超出火焰包围物9的最远端变成非一致气流，试剂颗粒在反应区内气化和从载气流中分散开来并与目标物质即NOx反应。这样试剂被有效提供到远处的反应区，而不需要从炉壁延伸到反应区的长的喷枪。
在本发明的另一实施方案中，试剂是燃料如粉末煤，载气为氧化剂如空气，试剂和载气被送到反应区，反应区所得的湍流可使它们燃烧。这样，导致燃烧反应在锅炉或加热炉内离开炉壁的某个特定位置进行。在该实施方案中，在一致的气体喷流6内不存在明显的燃烧，燃烧只在试剂和载气混合物变成紊流后发生。载气氧化剂无需以化学计量的量提供。用于与试剂燃烧的一些氧化剂可有其它来源如供用作建立火焰包围物的氧化剂。
注射器3通常置于炉壁区。通常间隔(d)在20到100喷嘴直径的范围，喷嘴4的直径通常在0.25-2英寸的范围内。一致气体喷流6的速度可以是超音速并通常在0.3-3.0马赫的范围。
当试剂是气态试剂如甲烷或其它气态烃时，可无需使用载气。在这种情况下，试剂以与前面所述实施方案中载气的相同方式起作用。在这种气态试剂实施方案中，使用附图所示的布置，图中所示的第7项和第8项被省略，气态试剂起到了图中第1项所起的作用，所有其它方面则均相同。
在本发明的实施中，人们可有效地将试剂送到发生所需反应的诸如锅炉或加热炉中的特定位置。本发明能使燃烧炉如下运作火焰在一定距离外进入炉中以防止炉壁过热并达到所需的传热最大化，而没有产生另外的污染或促使烟道气再循环到锅炉或炉壁。此外，本发明能将试剂与气体在反应区如锅炉的中心充分混合而不会显著影响反应区内主体气体的流体场。就是说，人们可在锅炉的中央混合试剂与烟道气而无需锅炉内主体气体速度或方向上有大的变化。本发明还可在特定点输送反应组分，而不会有由于在喷流达到所需反应区前的混合产生组分的消耗。
虽然参照特别优选的实施方案详细描述了本发明，本领域技术人员会认识到在本发明权利要求的精神和范围内还有其它的实施方案。
权利要求
1.一种将试剂供应到反应区的方法，包括(A)向载气提供试剂并将含试剂的载气作为气体喷流从注射器通过一间隔(d)进入注射空间；(B)从注射器用火焰包围物围绕气体喷流通过间隔(d)从而保持气体喷流一致通过所述间隔(d)；(C)将含试剂的载气作为非一致气流通过火焰包围物的最远端进一步通入到超出所述间隔(d)的注射空间进入反应区；和(D)将非一致气流的试剂提供到反应区。
2.权利要求1的方法，其中所述试剂是液体形式的试剂。
3.权利要求1的方法，其中所述试剂是固体颗粒形式的试剂。
4.权利要求1的方法，其中所述载气是循环烟道气。
5.权利要求1的方法，其中所述注射器包括会聚/分散喷嘴，所述载气被提供到会聚/分散喷嘴并且试剂被提供到会聚/分散喷嘴，在那里它与载气混合。
6.权利要求1的方法，其中所述反应区包含NOx并且还包括与NOx在反应区内反应而形成氮气的反应剂。
7.权利要求1的方法，其中所述试剂是燃料并且所述载气是氧化剂，所述试剂和载气在反应区内燃烧。
8.权利要求7的方法，其中所述试剂是粉末状煤。
9.权利要求7的方法，其中所述载气是空气。
10.一种将试剂提供到反应区的方法，包括(A)将气态试剂作为气体喷流从注射器通过间隔(d)送到注射空间；(B)从注射器通过间隔(d)用火焰包围物围绕气体喷流从而维持气体喷流一致地通过间隔(d)；(C)将气态试剂作为非一致气流通过火焰包围物的最远端进一步通入到超出所述间隔(d)的注射空间进入反应区；和(D)将非一致气流的气态试剂提供到反应区。
全文摘要
本发明涉及一种将试剂提供到远处反应区的方法,其中试剂优选与载气混合并且当载气作为一致喷流通过一间隔送入到反应区时试剂保持在载气内。所述喷流通过火焰包围物的最远端,损失了其一致性并将试剂输送到反应区进行反应。
文档编号F23J7/00GK1344587SQ0114117
公开日2002年4月17日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年9月27日
发明者L·E·波尔三世, 小林尚 申请人:普莱克斯技术有限公司