[发明专利]低氮氧化物燃烧工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用燃料和氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳和/或蒸汽进行低氮氧化物燃烧的工艺和装置。 

背景技术

在已知的低氮氧化物燃烧中，由鼓风机吸入的炉膛尾气会包围燃烧器火焰，从而降低火焰温度，并因此而降低氮氧化物的热辐射。 

然而，这种常规的燃烧具有重大缺陷，即在炉子设备内循环的炉膛尾气没有与氧化剂完全混合，因此只能以额外成本来实现尾气中氮氧化物的规定排放。 

采用已知的低氮氧化物燃烧，高额投资是不可避免的，并且为了维护设备，尤其是大负荷的鼓风机和管道还需要额外的费用。此外，还需要外部能量来操作鼓风机。 

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种允许在常规的炉子设备中实现经济的和低污染物(低氮氧化物)燃烧的工艺和装置。 

该目的是由具有权利要求1的特征的工艺和具有权利要求13的特征的装置实现的。 

本发明的有利的改进在各从属权利要求中给出。 

根据本发明，氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳和/或蒸汽的混合物与单独供应到燃烧器的燃料一起通过燃烧器燃烧，该燃烧器被安排在炉子设备的耐火衬层中的燃烧器模块中。 

为此目的，氧化剂以从0.2到40巴的压力被供应给喷射器，并且有利地已经在换热器中被炉膛尾气加热到20℃到900℃。氧化剂也可以不加热而被直接供应给喷射器。 

当氧化剂流出喷嘴(喷嘴在喷射器内的流动端侧可以沿轴向移动)时，它会膨胀，产生速度从20到660m/s的燃气射流，从而在喷射器中产生降压，该降压的吸入作用将炉膛尾气和/或二氧化碳(CO₂)和/或由水通过与炉膛尾气换热而生成的过热蒸汽吸到氧化剂射流内，然后该混合物被供应给燃烧器，并且在将喷射器连接到燃烧器的管线中实现温度平衡。 

也可以用常规的吹气喷嘴或其它相当的技术手段来代替喷射器，最好将其安排在为从炉子设备的燃烧室中排放炉膛尾气而设的烟囱中。 

作为氧化剂的备选方案，可以以从0.2到40巴的压力将燃料气体供应给喷射器，在这种情况下，氧化剂被加到燃烧器中。 

氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳(CO₂)和/或蒸汽的混合物中至少含5％(按体积)的氧气，该混合物在从20℃到1600℃的温度下(优选900℃)以从5到70m/s的速度被供应给燃烧器。 

燃烧器，例如被布置成缩进在燃烧器模块中的燃烧器，有利的是具有两个筒(内筒和外筒)的并流燃烧器，这两个筒彼此之间基本同轴，以便将燃料和氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳和/或蒸汽供给到燃烧器嘴。燃料或氧化剂混合物可以通过内管或通过外管被输送到燃烧器嘴。 

所用的氧化剂是含氧量按体积计至少10％的含氧介质。 

所用的燃料可以是任何常规的气体或液体燃料，特别有利的是天然气。 

有利地利用氧化剂进行操作的喷射器安装有可以沿轴向移动的用于控制供应给燃烧器的混合物的输入量、浓度和温度的喷嘴。这不需要为喷射器提供外部能量，而提供外部能量必然会增加额外的费用。 

用来加热氧气、二氧化碳和水的换热器有利地被安排在从炉子设备的燃烧室中排放炉膛尾气的烟囱内，该换热器最好是常规的同流换热器(recuperator)或交流换热器(regenerator)。 

所用的燃烧器优选是常规的并流燃烧器，该燃烧器带有至少一个用于 供应氧化剂的送料器和至少一个用于供应燃料的送料器，优选包括2个同心布置的柱形筒。 

根据本发明的燃烧器设计允许氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳(CO₂)和/或蒸汽的混合物以比燃料高0.3到4倍的速度流出燃烧器的燃烧器嘴，结果是，确保基于燃烧器功率的总动量通量在1.5到8N/MW之间，氧化剂和炉膛尾气的混合物与燃料的动量通量密度之比从0.8到31不等，并且从而在燃烧器模块出口处，功率密度达到0.2到0.5KW/mm²。 

氧化剂和/或炉膛尾气和/或二氧化碳(CO₂)和/或蒸汽的混合物在燃烧器嘴处的出口速度在20和80m/s之间。 

燃烧器也可以安排在炉子设备的尾气侧，优选是在从炉子设备的燃烧室排放炉膛尾气的烟囱内，或者是在围绕炉子设备的燃烧室的炉壁内的适于其预定用途的任何其它位置。