专利名称：燃烧易燃气体的设备和方法
技术领域：
本发明涉及燃烧气体的设备和使用该设备燃烧易燃气体的方法。
在使用燃烧炉的工业生产过程中，常常遇到含如烃类、醇类、醚类、炭黑和其它的易燃成分的一般污染物的气体。为了减少污染物和废烟尘排入大气，已经提出了许多用于燃烧易燃气体的装置。
常用的装置称为火炬烟囱，易燃气体在火炬烟囱燃烧后排放到露天空气。下述的专利文献公开了现有技术中的几个实例。
Ragot的美国专利3,828,700号公开了残余物无烟燃烧的一种设备和方法。该设备包括将空气引入燃烧区的烟囱和将残余物以喷雾状引入烟囱的装置。因此，所公开的设备要求在待烧尽的残余物引入烟囱前，粉化或转化成喷雾状。
Itoh等的美国专利3,852,023号公开了通过燃烧处理气体的一种设备。该设备由与传输易燃气体主管相连接的一组支管组成。根据主管中的易燃气体流速，该易燃气体通入一根或几根支管。支管与按竖式顺序排列的多级燃烧炉相连接。通过支管引入燃烧炉的气体用位于燃烧炉最低级的点火装置点火后燃烧。
Hemsath等的美国专利3,898,317号公开了焚烧含易燃成分烟气的焚烧系统。该系统使用两个室，它们与一个排放工业气体的烟囱连接。第一个室在烟囱的排出端，为环形通道状，因此，用作空气泵的高速空气流相对于烟囱直接成纵向。第二个室设置在第一个室的下游，包括一组燃烧器和检测气体温度的热电偶。通过改变从第一室排出的空气的量和供给第二室中燃烧器的燃料及空气的量，在这两个室中可达到预定的温度。
美国专利3,954,386号公开了用于燃烧易燃气体的火炬燃烧器。该火炬燃烧器包括特定尺寸的文丘里燃烧器管，气体出口在文丘里燃烧器管的喉部处的供气管，和用于燃烧易燃气体的引火喷嘴。
美国专利4,003,693号公开了一火炬烟气燃烧器，该火炬烟气燃烧器是由一带集中处理易燃气体的输送管的烟囱组成，该烟囱有一带支管的分配器组成，该分配器通过一组开槽将易燃气体向上输送到一混合空间。火炬烟囱还包括用于将易燃气体与在压力下引入的空气进行混合的旋转扩散器。
本发明的目的是提供一种燃烧易燃气体的方法和设备，其优点从下面的讨论中将会更清楚。
本发明涉及燃烧在工业生产过程中所产生的易燃气体成分的一种方法和设备。本发明的方法和设备特别适用于燃烧在炭黑生产期间从炭黑炉排出的气流中易燃成分。
本发明的设备包括一烟气管，一端与供气管连接，用于收集气流；将空气引入烟气管，以产生空气和烟气混合物的装置；一混合区；空气和烟气混合物的点火装置；稳定点过火的混合物的装置；和位于烟气管另一端，用于抑制由烟气和空气的混合物燃烧生成的排出的气体产物的下冲气流装置。
本发明的方法包括将含易燃成分的气流引入烟气管的一端；将空气引入烟气管，以产生空气与烟气的混合物；将空气与烟气的混合物在混合区内混合；空气与烟气的混合物点火；稳定点过火的空气与烟气的混合物；和使烟气和空气混合物燃烧生成的气体产物排出烟气管和抑制气体产物的下冲气流。
本发明的方法优选利用本发明的设备进行。
供气管指的是排放工业生产过程中所产生的气体的管或导管。气流从供气管流入烟气管的一端。在炭黑炉反应器情况下，供气管排放炭黑生产所生成的气流。在本发明的设备中，供气管与烟气管端的连接应充分地减小在供气管和烟气管连接处或附近气体漏入大气的可能性。如下所述，在本发明设备一个优选的实施方案中，供气与烟气管相搭接。
引入空气的装置可以是本技术领域内已知的任何装置。引入空气的量应足以生成易点火的空气与烟气的混合物。这种决定是本领域内普通技术人员所熟知的。在本发明设备的一个优选实施例方案中，引入空气的装置包括在供气管和烟气管端之间所形成的一环形空间，这是利用不同直径的管形成的。
引入的空气和烟气在混合区内混合后，易点火的烟气与空气的混合物进行点火。所使用的烟气与空气混合物的点火装置包括本技术领域内用于易燃气体点火的任何已知装置，包括(但不限于)点火灯、火花发生器等。点火装置可设置在本发明设备的任何位置，在该位置烟气和空气的混合物已进行了充分地混合，产生易点火的混合物。优选点火装置设置在火焰或其它的点火装置渗入由点过火的烟气和空气的混合物的稳定装置所产生的循环区这一位置。
在本发明的设备和方法中，稳定点过火的烟气与空气的混合物，以促进气流中的易燃成分基本上完全地燃烧。点过火的烟气与空气的混合物的稳定装置包括产生点过火的烟气与空气的混合物在其中循环的循环区装置。如下所述，在本发明的更详细地描述中，稳定装置包括在与供气管相连的第一烟气管和将燃烧过的烟气与空气的混合物排入大气的第二烟气管之间的一个台阶(step)。稳定装置还可包括一个物体，优选为半球体或圆锥体，且设置在产生循环的烟气管内部。
在气流中的易燃气体成分燃烧后，生成的气体产物由烟气管排放到大气。烟气管的排放端包括下冲气流的抑制装置，以保证烟气和空气混合物燃烧生成的气体产物向上排放到大气。
本发明的方法和设备能良好地燃烧气流中的易燃成分，使排放到大气的污染物和烟尘减至最少。
本发明的设备和方法进一步细节和优点在本发明下面更详细地描述中提出。
图1描述了本发明设备的一种实施方案。
图2描述了本发明的设备又一种实施方案。
如上所述，本发明的设备包括一烟气管，一端与供气管相连接，用于收集气流；将空气引入烟气管，以产生空气与烟气的混合物的装置；一混合区；
用于空气和烟气的混合物点火的装置；点火过的混合物的稳定装置；和位于烟气管的另一端，用于抑制烟气和空气的混合物燃烧所成的气体产物的下冲气流的装置。
本发明的设备特别适用在工业生产过程排放易燃气体的烟囱的那一端。
图1中描述了本发明的设备的一种实施方案。本领域的普通技术人员将容易理解，图1所示的设备是设计建造在排放易燃气体烟囱的尾端。
参考图1，本发明的设备1包括一烟气管4，与供气管2相连接。供气管2的内径用D1表示，烟气管4的内径用D2表示。供气管2和烟气管4的设置应使泄漏入大气的气体的可能性最小。在本发明的设备一优选的实施方案中，管的搭接如图1所示。在图1中，D1小于D2，且供气管2延伸入烟气管4内，由此形成装置5，用于将空气引入烟气管4。管搭接的距离用H1表示。
图1所示的本发明设备的实施方案中，把空气引入烟气管5的装置包括在供气管2和烟气管4之间的环形空间。空气通过环形空间吸入烟气管4。如上所述，吸入烟气管4的空气量应当是足以产生易燃的烟气与空气的混合物。这种决定是本领域的普通技术人员熟知的。还如上所述，把空气引入烟气管4的装置还可包括本领域内已知的其它装置，例如与烟气管4相连接的空气输送管。
在混合区6中，空气与供气管2排放的烟气混合，生成空气与烟气的混合物。该混合区的长度应当使引入的空气和烟气有充足的混合时间，生成易点火的空气和烟气的混合物。图1中，混合区的长度用H2表示。
包含混合区6的烟气管4与烟气管10的一端连接，烟气管10的内径为D3，并且设置有用于空气和烟气混合物点火的装置14。装置14可以包括本领域内用于易燃气体点火的已知的任何装置，包括(但不限于)引火灯、火花发生器等。
点火装置14可以设置在本发明设备的任何位置，在该位置烟气与空气的混合物充分混合后，产生易点火的混合物。优选点火装置设置在这样的一个位置，在该位置火焰或其它点火装置渗入由点过火的烟气和空气混合物的稳定装置所产生的循环区。在图1所描述的实施方案中，点火装置14设置在距烟气管4的一端的距离P处，该烟气管4包含混合区6。本发明的设备至少包括一个点火装置，优选包括一个以上的围绕烟气管10周边设置的点火装置。
烟气与空气的混合物一点火，通常混合物就保持燃烧。因此点火一发生，点火装置就关闭。但是，优选点火装置不关闭，以保证空气和烟气的混合物稳定的燃烧。
在图1描述的本发明的实施方案中，D3大于D2，由此产生横截面的宽度为W2的台阶8。宽度W2应当足以产生点过火的空气和烟气混合物的稳定区。通过点过火的空气和烟气混合物的循环来达到稳定。
烟气管10的长度用H3表法，优选，长度H3应当允许点过火的空气和烟气的混合物中的易燃成分基本上完全燃烧。
烟气管10的另一端与大气相通，且包括抑制下冲气流的装置12，以保证烟气和空气混合物燃烧所生成的气体产物向上排放到大气。如图1所示，抑制下冲气流装置12可以包括烟气管10的截头圆锥的火炬部分，这使烟气管10的直径增加到D4。包括下冲气流抑制装置的烟气管10的火炬部分的长度和宽度分别用H4和W3表示。
本发明的设备可以用本领域内的普通技术人员已知的材料制造。适宜的材料包括(但不限于)不锈钢、耐火的材料等。
参考图1，在本发明的方法中，从供气管2排放的烟气在混合区6中与空气混合。生成的空气与烟气的混合物输送入烟气管10，该混合物在此用点火装置14点火。生成的点过火的混合物由于台阶8的结果而被稳定。空气与烟气的混合物中的易燃成分在烟气管10中继续燃烧后，排入大气。下冲气流的抑制装置12有助于保证点过火的烟气和空气的混合物的燃烧产物向上排入大气。
图2描述本发明设备的另一实施方案。在图2描述的设备中，烟气管10中设置了内部火焰稳定装置20。该内部火焰稳定装置20包括产生循环的任何物体，优选一圆锥或半球体，并且悬吊在流过烟气管10的气流中。图2所示设备的其余部分与图1所示的设备相似，只是图2所示的设备省略了烟气管4和10之间的台阶8。烟气管的尺寸，包括长度和内经，下冲气流的抑制装置及图2所示设备的其它部件与图1所示的那些设备可相同，也可不相同。
在本发明设备的另一实施方案中，该设备设置了内部火焰稳定装置20和烟气管4和10之间的台阶状的外部火焰稳定装置8。
参考图2，在本发明的方法中，从供气管2排放的烟气在混合区6中与空气混合。生成的空气和烟气混合物输入烟气管10，该混合物在此用点火装置14点火。生成的点过火的混合物用稳定装置20稳定。空气和烟气混合物中的易燃成分在烟气管10中继续燃烧后，排入大气。下冲气流抑制装置12有助于保证点过火的烟气和空气混合物的燃烧产物向上排入大气。
本发明设备和方法的进一步的细节和优点，从下面的实施例中会更清楚。
利用英国VG气体分析系统有限公司(VG Gas Analysis System，Ltd.of United Kingdom)制造的真空发生器Prima600工艺过程工业质谱仪(A vacuum generator Prima600process industrialmass spectrometer)测定如下实例涉及的气流的组成。利用附机的质谱仪说明书。气流在分析前使用Perma Pure干燥器(Perma PureProduct，股份有限公司制造，新泽西Toms河)，干燥到水分约2％(wt)。
实施例本实施例说明本发明方法和设备的效果。
将图1所示的本发明的设备与炭黑生产运行期间的炭黑炉反应器排放的燃烧气流相连通。本发明的设备用不锈钢制造，使用丙烷点火器将空气和烟气的混合物点火。设备的几何形状和操作条件示于表1。
表1设备的几何形状D-1(in)3.00D-2(in)4.31D-3(in)7.50D-4(in) 12.38H-1(in)3.00H-2(in) 10.50H-3(in)7.50H-4(in)2.44W-1(in)0.66W-2(in)1.59W-3(in)2.44P (in) 1.5点火器丙烷流量(scfh)2.67点火器喷嘴尺寸(in) 0.50原料气流速(Kscfh) 9.35原料气湿度(vol.％) 35.3原料气热值(BTU/SCF) 66供气管2的温度(°F) 254供气管2的气流速度(ft/s) 73in＝英寸scfh＝标准立方英尺/小时Kscfh＝仟标准立方英寸/小时；vol.％＝体积百分数；BTU＝英国热量单位；°F＝华氏度；ft/s＝英寸/秒在干燥后，按本文描述的方法测定进入和排出本发明设备的气流组成。结果示于表2。
表2干燥气流的组成化合物 进入气流排出气流N2(vol.％)62.5 84.18O2(vol.％)3.56 0.00CO2(vol.％) 2.44 13.61Ar(vol.％) 0.67 0.99C2H2(vol.％)0.223 ＜0.003H2(vol.％)14.99 0.18CO(vol.％) 14.55 0.82CH4(vol.％) 0.772 ＜0.003H2S(ppmv) 626＜31SO2(ppmv) 6312249CS2(ppmv) 959＜15COS(ppmv) 233＜15vol.％＝体积百分数；ppmv＝百万分之一(体积)。
表2的结果表明本发明的方法和设备降低了气流中包括CS2、COS和H2S的所有易燃成分的排放水平。这些结果也清楚地表明本发明的设备的燃烧效率是高的。
这些结果表明，本发明的方法和设备可以有效地应用于气体中易燃成分的燃烧。
十分明白，本文中所描述的本发明的各种结构，只是进行说明，而不打算限制本发明的范围。
权利要求
1.燃烧气流中易燃成分的一种设备，该设备包括一烟气管，一端与供气管相连接，用于收集气流；将空气引入烟气管以产生空气与烟气的混合物的装置；一混合区；空气与烟气的混合物的点火装置；稳定点过火的混合物的稳定装置；和位于烟气管的另一端的用于抑制烟气与空气的混合物燃烧生成的气体产物的下冲气流的装置。
2.根据权利要求1的设备还包括几根烟气管，其中，第一烟气管包含所述的混合区，所述的空气与烟气混合物的点火装置位于与上述第一烟气管相连接的第二烟气管中，且第二烟气管的直径大于上述第一烟气管的直径，和上述的火焰稳定装置包括在第一和第二烟气管之间的台阶。
3.燃烧气流中易燃成分的一种方法，该方法包括将含易燃成分的气流引入烟气管的一端；将空气引入烟气管以产生空气和烟气的混合物；空气与烟气的混合物在一混合区中混合；空气与烟气的混合物点火；稳定由点火的空气与烟气混合物所产生的火焰；使烟气与空气的混合物燃烧所生成的气体产物排出烟气管；抑制气体产物的下冲气流。
全文摘要
一种用于燃烧气流中易燃气体的设备。该设备包括烟气管(4、10)，其一端与收集气流的供气管(2)相连通；将空气引入烟气管以产生空气和烟气混合物的装置(5)；混合区(6)；空气和烟气的混合物点火的装置(14)；稳定装置(8)；和位于烟气管另一端的抑制下冲气流的装置(12)。还公开了利用该设备燃烧气流中易燃成分的方法。
文档编号F23G7/06GK1122629SQ94192025
公开日1996年5月15日 申请日期1994年3月14日 优先权日1993年3月20日
发明者乔舒亚·斯威辛班克 申请人:卡伯特公司