[发明专利]降低氧化氮和一氧化碳排放浓度的燃烧方法和设备

说明书

本发明涉及降低NO_x(氧化氮)和CO(一氧化碳)排放浓度的燃烧方法和设备，所说的方法和设备适合在如直流式锅炉、自然循环水管锅炉和强制循环水管锅炉之类水管式锅炉中使用。

近年来，从环境污染角度等看来，一直要求进一步降低有毒的燃烧废气，尤其是NO_x和CO的排放浓度，这也包括锅炉中的废气排放。有人已经提出了降低这种有害燃烧废气的排放浓度的各种措施。一种降低措施从US 5020479号专利中得知一种技术，即尽可能地使吸热管靠近燃烧器燃烧表面，因而这组吸热管置于燃烧火焰之中，其中使热交换和火焰的冷却同时进行，借以抑制产生热NO并实现高负荷燃烧。注意：这里使用的“燃烧火焰”，是指处于燃烧反应进程下的高温气体，此高温气体包括尚未燃烧完全的可燃性预混合气体和燃烧所产生的燃烧过的气体。而且此述语“燃烧火焰”可以被“燃烧气体”代替。

然而，这种传统措施虽然能够降低NO_x的排放浓度，但是却出现另一个问题，即导致CO的排放浓度略高。据推测，这种现象的原因之一是为降低NO_x而冷却燃烧火焰的措施反过来又对CO产生了快速冷却作用，以致于使所说的反应冻结，导致部分燃烧气体作为未反应的依然处于其平衡浓度下的物质(即CO及其它)被排到系统之外。为了解决此问题，在日本专利特开昭60-78247中提出了一种技术，即利用将一种冷物质放在靠近由高负荷燃烧所产生的火焰处或与之接触的方法使火焰温度控制在高于1000℃但低于1500℃温度下，然后在冷物质的下游处所设置的绝热空间中使火焰中残余的CO氧化，用此法使之转化为CO₂(二氧化碳)。

但是，这种技术是要减少CO的排放，而不是抑制NO_x的产生。由于此原因，绝热空间中NO_x温度有可能增高(这取决于绝热空间的位置)，结果会产生NO_x。此外还有另一问题，即规定绝热空间的锅炉体壁之温升可能变大，这取决于形成绝热空间的条件。为了防止此温度升高问题，在处于绝热空间侧方之锅炉体壁的内表面上设置热绝缘物质是必要的，这导致系统成本的提高。不仅如此，当设置有热绝缘物质时，有可能出现长期使用中热绝缘物质脱落问题。而且，由于燃烧火焰的高流速，为了使的这一必要的转化能够实现，需沿燃烧火焰流动的方向加长绝热空间的长度，这种情况热效率减小，结果导致锅炉体尺寸不能减小，这也不是人们所希望的。

因此，本发明的一个实质性目的在于提供这样一种燃烧方法和设备，它能抑制NO_x产生，减少形成的CO和防止热效率的降低。本发明另一目的在于提供一种锅炉，它能抑制NO_x的产生，减少形成的CO和防止热效率的降低，因此该锅炉有害物质的排放量较少，尺寸小而且效率高。

为解决上述问题而完成的本发明，提出一种燃烧方法，其特征在于使燃烧火焰流动穿过一组吸热管，这组吸热是由按规定的间隔基本上互相平行设置，以便使燃烧火焰被这组吸热管冷却；并且在这组吸热管中局部形成抑制NO_x产生和加速CO氧化的特定温度区的空间，在所说空间中的上游产生的CO通过与燃烧所产生的反应活性基团和/或氧之间反应而被氧化。而且，本发明提出一种如上所述的燃烧方法，其中所说的特定温度区之温度范围约为1000～1300℃。

本发明提出一种燃烧设备，其中包括：按一定间隔基本上互相平行地设置一对吸热管壁装置；设置在由吸热管壁装置所规定的区段一侧的燃烧器装置；设置在所说区段另一侧的燃烧废气出口装置；以规定的间隔基本上互相平行设置的许多吸热管组成的一组吸热管，使所说的吸热管从所说的燃烧器装置的燃烧火焰中穿过；以及具有在该组热交换管中局部形成用于抑制NO_x产生和加速CO氧化的特定温度区空间的燃烧装置。

本发明提出一种如上所述的燃烧设备，其中特定温度区之温度范围约为1000～1300℃。

本发明提供一种如上所述的燃烧设备，其中所说的燃烧器装置是预混合燃烧器。

本发明提供一种如上所述的燃烧设备，其中围绕特定温度区空间设置的吸热管，包括构成所说吸热管壁装置的吸热管和设置在一对吸热管壁装置之间的吸热管。