专利名称：使用预热氧化剂的分级燃烧方法
技术领域：
本发明涉及一种使用预热氧化剂的分级燃烧方法。
在现有燃烧方法中，回收燃烧炉所释放的能量以减少燃料消耗是很普及的。通过使用废热锅炉或再生器可以回收由燃烧炉烟道气体传递的热。该能量回收对于其中氧化剂为空气的燃烧方法特别常见。
对于其中氧化剂为氧气的燃烧方法，回收能量也是可取的。然而，对于空气可用的技术不能直接应用于氧气。实际上，由使用氧气的燃烧所产生的烟道气体具有高含湿量并且可能含有很大量的腐蚀性颗粒。目前两种技术可用于预热氧气-US-A-5 807 418描述了一种燃烧产物和含有至少50％氧气的氧化剂的直接热交换，-根据US-A-6 071 116，在通过第二热交换器将能量回收至氧气之前，使用中间流体和第一热交换器从燃烧过的气体中回收能量。
实质上，由于腐蚀以及测量和控制热氧气(没有适合热氧气的控制手段)手段的缺乏，这些技术可能产生某些技术问题如热交换器维护和使用寿命问题和与使用该热氧气联系在一起的安全问题。
本发明的问题是提出一种使用氧气作为氧化剂以及适合从烟道气体中回收能量的新燃烧方法。
本发明的另一个问题是提出一种使用氧气作为氧化剂以及适合从烟道气体中回收能量并且不会遇到氧气预热所产生问题的新燃烧方法。
为了这些目的，本发明涉及一种燃料燃烧方法，其中喷射至少一种燃料和至少两种氧化剂-第一氧化剂在离燃料喷射点距离I1处喷射，I1最大为20cm，优选最大为15cm，
-第二氧化剂在离燃料喷射点距离I2处喷射，I2大于I1，氧化剂喷射的摩尔量应使其摩尔量的总和至少等于确保所喷射燃料燃烧所需氧化剂的摩尔化学计量，其中第一氧化剂是富氧空气，其温度最高为200℃，第二氧化剂是预热至温度至少为300℃的空气。
根据本发明，该燃烧方法是一种分级燃烧方法。此类型燃烧包括加入至少两支分别的射流形式的燃料燃烧所需的氧化剂，所述射流在离燃炉的燃料加入点不同距离处(I1和I2)喷射。第一氧化剂喷射的量导致燃料的不完全燃烧，在燃料和第一氧化剂之间的燃烧所产生的气体中仍然包含至少部分燃料。第二氧化剂喷射的量完成仍然存在于燃料和第一氧化剂之间的燃烧所产生气体中的燃料的燃烧。根据本发明，氧化剂喷射的量应以使它们的总量至少等于确保所喷射燃料燃烧所需氧化剂的摩尔化学计量。摩尔化学计量表示实现所喷射燃料的完全燃烧所需氧气的摩尔量。各种氧化剂必须至少提供全部的燃料完全燃烧所需的氧气。
根据本发明的一个基本特征，在距离I1处喷射的第一氧化剂为温度最高为200℃的富氧空气。“富氧空气”表示加入了氧气的空气，使空气富含氧气，其中氧气浓度为至少30％，优选为至少50％。富氧空气优选通过将环境空气与低温氧源混合而得到。在距离I1处喷射的氧化剂温度最高为200℃，其表示该氧化剂没有被预热，特别是没有通过其中实施燃烧的燃烧炉中的能量再生器预热。根据本发明的另一个基本特征，在距离I2处喷射的第二氧化剂是预热至温度至少为300℃的空气。预热可以通过任何热回收技术利用燃炉中热燃烧产物来进行。因此，可以根据现有技术中的已知技术通过与一部分热燃烧产物进行热交换来进行空气的预热。
根据本发明方法的一个变化，至少两种氧化剂在最大为15cm的距离I1处喷射，其中一种称为主氧化剂，与燃料混合喷射或接近燃料喷射，另一种称为次氧化剂，在离燃料一段距离处喷射。“混合喷射”表示主氧化剂和燃料在进入燃烧区之前被预混合。该预混合可以通过将主氧化剂和燃料喷射进一个混合室进行，所述混合室的终点在燃烧区。“接近”表示主氧化剂是该燃烧方法中喷射的所有氧化剂中在最接近于燃料加入点的地方加入的氧化剂。次氧化剂在离燃料一段距离处加入，即在离上部燃料加入点距离I1次处，主氧化剂和燃料加入点之间所限定的距离为I1主。主氧化剂和次氧化剂可以具有不同的氧气浓度。优选的是，主氧化剂具有比次氧化剂高的氧气浓度。由主氧化剂射流所喷射的氧化剂量优选为确保所喷射燃料燃烧所需氧气化学计量的2-50％。由次氧化剂射流和在距离I2处所喷射的氧化剂射流所喷射的氧化剂量可以为确保所喷射燃料燃烧所需氧气化学计量的50-98％。在该变化中，次氧化剂可以被分成多支次氧化剂射流，它们可以全部在离燃料射流相同的距离I1次处喷射，或在离燃料射流不同的距离I1次处喷射，但这些距离仍然小于20cm，优选小于15cm。
根据本发明的一个特殊实施方式，在距离I2处喷射的氧化剂可以被分成多支氧化剂射流。
本发明的方法可以应用于任何类型的燃烧炉并特别是加热炉、玻璃熔炉，和用于铁或非铁金属的熔炉。
通过实施前述方法，已观察到虽然本方法使用含氮气的空气，但是NOx的排放是低的并且符合环境释放标准。在任何情况下，其排放比仅预热氧气的相同燃烧器所得到的含量低。因此本发明方法既没有使用预热氧气的缺点，也没有那些使用空气燃烧的缺点。此外，富氧空气的使用限制了耐火砖磨损。
权利要求
1.一种燃料燃烧方法，其中喷射至少一种燃料和至少两种氧化剂-至少一种第一氧化剂在离燃料喷射点距离I1处喷射，I1最大为20cm，优选最大为15cm，-至少一种第二氧化剂在离燃料喷射点距离I2处喷射，I2大于I1，氧化剂喷射的量使它们的总量至少等于确保所喷射燃料燃烧所需氧化剂的化学计量，其特征在于第一氧化剂是富氧空气，其温度最高为200℃，第二氧化剂是预热至温度至少为300℃的空气。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于空气中加入氧气得到富氧空气，富氧空气中氧气浓度为至少30％。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于富氧空气通过将环境空气与低温氧源混合得到。
4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于预热空气是通过与一部分热燃烧产物进行热交换而加热的。
5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于至少两种第一氧化剂在最大为20cm，优选最大为15cm的距离I1处喷射，其中一种称为主氧化剂，其与燃料混合喷射或接近燃料喷射，另一种称为次氧化剂，在离燃料一段距离处喷射。
6.根据前述权利要求的方法，其特征在于由主氧化剂射流所喷射的氧化剂的量为确保所喷射燃料燃烧所需氧气化学计量的2-50％。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于次氧化剂被分成多支次氧化剂射流。
8.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于在距离I2处喷射的第二氧化剂被分成多支氧化剂射流。
全文摘要
本发明涉及一种燃料和氧化剂燃烧的方法，其中喷射至少一支燃料射流和至少两支氧化剂射流。根据本发明，至少一种第一氧化剂在离燃料喷射点距离I
文档编号F23D14/66GK1894542SQ200480037404
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月16日
发明者R-P·特斯阿瓦, B·勒鲁, C·安贝尔农 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司