[发明专利]稀释的燃烧

说明书

本发明涉及一种稀释的燃烧方法，几乎不产生氧化氮并且特别适用于玻璃炉。 

本领域技术人员通常用“NO_x”表示由不希望有的氮气氧化产生的NO和/或NO₂类氧化氮排放物。氮气的主要来源为在助燃剂，例如空气或富氧空气中包含的氮气。 

大多数燃烧方法，特别是玻璃炉中使用的那些燃烧方法，面临着在燃烧烟气中不希望有的NO_x的排放问题。NO_x气体具有对人和环境有害影响。实际上，一方面，NO₂是一种刺激性气体并且是呼吸性疾病的病因。另一方面，与大气接触其会逐渐形成酸雨。最后，它们产生光化学污染，因为NO_x与挥发性有机化合物和太阳辐射结合是形成被称作对流层臭氧原因，当其浓度在低空升高时，变得对人有害，特别是炎热时期。 

这是强制NO_x排放的标准变得越来越严格的原因。由于严格存在这些标准，炉制造商和操作者，例如玻璃炉的制造商和操作者，坚持不懈地致力于最大限制NO_x排放，优选限制至每Nm³烟气低于800，或甚至低于600mg的水平。 

温度是一个强烈影响NO_x形成的参数。在1300℃之上，NO_x排放非常显著地增加。 

可以根据两种被称为初级方法(methodes primaire)和次级方法(methods secondaire)的原理减少NO_x。初级方法在于防止NO_x形成，而次级方法致力于破坏形成之后的NO_x。 

减少NO_x的次级方法在于对排放的气体使用还原剂，以使NO_x转化为氮气。这种还原剂可以为氨水，但是这样产生许多缺点，如难以储存和处理这种产品。在炉的某些部分(如蓄热室)中存在还原气体还可能导致这些区域中的耐火材料加速腐蚀。 

考虑到以上限制，初级方法是优选的。为了限制在火焰处形成NO_x，尤其可以设法减少过量的燃烧空气。也可以通过增加焰锋(front deflamme)体积，以降低燃烧中心的平均温度，来设法限制温度峰值。这种解决方案例如在US6047565和WO9802386中描述。燃料和助燃剂彼此先后进料，以使燃料/氧化接触时间延长，和/或增大接触体积，以便 减少NO_x排放。 

EP413309教导可以通过以下联合措施减少NO_x： 

-将助燃剂和燃料入口彼此相隔较远，距离超过助燃剂入口直径的四倍； 

-以200至1070英尺/秒(即60m/s至326m/s)和优选500至1070英尺/秒(即152m/s至326m/s)的高速注入氧化剂。 

该文献中的实施例用极富氧的助燃剂(50％氧气)完成。NO_x减少17至43％。附图显示通过相同直径的金属管进料助燃剂和燃料。 

EP896189企图通过提出以下改进该技术： 

-使用比空气更富氧的助燃剂， 

-助燃剂和燃料以0.25至1马赫的速度注入。在环境温度(T＝25℃)下，空气和甲烷中的声速分别为346m/s和450m/s。0.25马赫相当于在环境温度下速度87m/s(对于空气)，和速度112m/s(对于CH₄)。当温度升高时，这些速度随温度的平方根而增加。该文献还建议燃料速度超过100m/s和助燃剂速度超过75m/s。 

NO_x减少是基于实验室烟气中反应伴随物(partenaires)的稀释，导致火焰温度更低和更均匀的原理。另一个原理为无焰燃烧，其简单地表示燃烧肉眼不可见。 

这些文献的教导难以适用于在空气或适度富氧空气中工作的玻璃炉，因为这些炉设置了具有大横截面，特别是可为0.5至3m²的助燃剂入口。根据现有技术，燃料喷嘴在临到进入炉膛之前，总是设置在助燃剂入口下方或内部(经常在下部)。尤其，玻璃炉燃烧器的特征构造在图6中示出。大助燃剂入口直径尤其来自下列原因： 

-需要大的气量(特别是如果助燃剂为空气)，以及大直径限制压降；