專利名稱：超低濃度氣體燃料的燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低濃度可燃?xì)怏w的燃燒方法，尤其涉及一種采用流化反應(yīng)器燃燒超低
濃度可燃?xì)怏w的方法。
背景技術(shù)：
在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、鋼鐵工業(yè)和煤礦開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有甲烷的廢 氣。廢氣中的甲烷濃度常常低于5%，甚至低于1%。甲烷濃度低于5%的為超低濃度可燃 性燃料。但由于甲烷濃度低、濃度變化大等原因，超低濃度氣體燃料很難被點(diǎn)燃或者維持穩(wěn) 定燃燒。目前，超低濃度氣體燃料幾乎都未進(jìn)行回收處理就直接排向大氣，一方面造成了有 限的不可再生資源的嚴(yán)重浪費(fèi)；另一方面加劇了大氣污染和溫室效應(yīng)。因此，合理回收利用 超低濃度氣體燃料具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。 目前，對(duì)于甲烷濃度較低的氣體的研究和利用，主要在以下幾個(gè)方面采用物理和 化學(xué)方法提純、作為輔助燃料或助燃劑和采用蓄熱式燃燒技術(shù)。 采用物理和化學(xué)方法提純，主要是針對(duì)含低濃度甲烷的氣體燃料。提純技術(shù)是指 將N2或空氣與甲烷分離，使氣體中的甲烷含量提高，從而提高氣體燃料的濃度。提純技術(shù) 主要有低溫分離、變壓吸附分離和膜分離3種。低溫分離設(shè)備造價(jià)高，只有當(dāng)分離的流量較 大時(shí)才有商業(yè)價(jià)值；變壓吸附分離技術(shù)現(xiàn)在比較成熟，可以加以利用；膜分離技術(shù)簡(jiǎn)單，非 常適用于小型氣體分離站，但迄今還處于研究開(kāi)發(fā)階段。提純方法的成本相對(duì)較高。
超低濃度氣體燃料由于包含了氣體燃料以及一定量的02，可用來(lái)做輔助燃料或助 燃劑，取代部分空氣，節(jié)約部分燃料，常被用于內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或鍋爐，但是該技術(shù)要求主 燃燒設(shè)備必須達(dá)到足夠高的溫度，且氣體燃料的輸送距離足夠小。 蓄熱式燃燒技術(shù)通過(guò)操作換向閥控制氣體燃料的流向。前半個(gè)周期內(nèi)，可燃?xì)饬?過(guò)高溫蓄熱體時(shí)，吸收足夠熱量后產(chǎn)生氧化反應(yīng)，燃燒產(chǎn)生的煙氣流過(guò)另一個(gè)蓄熱體時(shí)，釋 放出熱量，并把蓄熱體加熱到足夠高的溫度。后半個(gè)周期內(nèi)，通過(guò)操作換向閥，使可燃?xì)鈴?另一個(gè)蓄熱體進(jìn)入，完成類似燃燒和傳熱過(guò)程?？扇?xì)鉂舛容^高時(shí)，蓄熱體容易超過(guò)承受的 溫度極限。該技術(shù)不僅要求換向操作必須及時(shí)準(zhǔn)確，而且蓄熱體材料承受冷熱交變過(guò)程，要 求很高。整個(gè)燃燒裝置通常采用電加熱方式啟動(dòng)，難度大，并且裝置散熱損失較多時(shí)，維持 裝置運(yùn)行比較困難。新的蓄熱式燃燒技術(shù)在兩個(gè)蓄熱體之間增加催化劑層，使氣流的著火 溫度顯著降低，彌補(bǔ)了蓄熱式燃燒技術(shù)的部分不足之處，但對(duì)蓄熱材料所承受的熱應(yīng)力變 化及催化劑的要求較高。 綜上所述，超低濃度氣體燃料的利用還不成熟，并受到成本、輸送距離、蓄熱材料 等的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種既可用于一般氣體燃燒，又可 適合超低濃度氣體燃料燃燒的超低濃度氣體燃料的方法，該方法節(jié)約能源，減少溫室氣體排放。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超低濃度氣體燃料的燃燒方法，其特征在于
采用流化反應(yīng)器作為燃燒器，燃燒器的布風(fēng)板上置有砂粒和催化劑顆?；旌衔?；所述砂粒
為石英砂顆粒，粒徑為0. 1 10mm ;所述催化劑顆粒為Pa/Al203和Pt/Al203 ; 該方法的具體步驟包括首先，將超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣分別通入換熱器
進(jìn)行熱交換；然后，將經(jīng)過(guò)熱交換后的超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣通入流化反應(yīng)器的混
合腔內(nèi)進(jìn)行混合；再將混合后的氣體通過(guò)所述布風(fēng)板進(jìn)入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃
燒后的氣體作為換熱器的熱源。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能夠使超低濃度氣體燃料可靠著火和穩(wěn)定燃燒，而且 流化反應(yīng)器內(nèi)溫度波動(dòng)??；燃燒腔既可作為催化燃燒反應(yīng)器又可作為蓄熱器，流化反應(yīng)器 工作在常壓下時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍較寬，在催化劑的催化作用下混合氣體中可燃成分的濃度高 于1%時(shí)便可維持燃燒，故適應(yīng)超低濃度氣體燃料燃燒。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為布風(fēng)板和風(fēng)帽裝配的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中的附圖標(biāo)記所代表的結(jié)構(gòu)如下 1-反應(yīng)器殼體 2-布風(fēng)板 3-混合腔 4-燃燒腔 5-燃?xì)膺M(jìn)氣
孔6-助燃空氣進(jìn)氣孔7-燃燒氣體出氣孔I 8-燃?xì)鈸Q熱器9-助燃空氣換熱器
10-燃?xì)膺M(jìn)口端 11-助燃空氣進(jìn)口端12-砂粒和催化劑顆粒的混合物 13-燃燒氣 體進(jìn)氣孔114-燃燒氣體出氣孔II 15-燃燒氣體進(jìn)氣孔II 16-燃燒氣體出氣孔
11117-流量控制閥 18-風(fēng)帽 19-風(fēng)帽小孔
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。 —種超低濃度氣體燃料的燃燒方法，采用流化反應(yīng)器作為燃燒器，燃燒器的布風(fēng) 板上置有砂粒和催化劑顆?；旌衔铮凰錾傲槭⑸邦w粒，粒徑為0. 1 10mm ;所述催化 劑顆粒為Pa/Al203和Pt/Al203。 該方法的具體步驟包括首先，將超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣分別通入換熱器 進(jìn)行熱交換；然后，將經(jīng)過(guò)熱交換后的超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣通入流化反應(yīng)器的混 合腔內(nèi)進(jìn)行混合；再將混合后的氣體通過(guò)所述布風(fēng)板進(jìn)入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃 燒后的氣體作為換熱器的熱源。 在本實(shí)施例中，砂粒為石英砂顆粒，石英砂顆粒為惰性顆粒，粒徑為0. 1 10mm， 預(yù)先堆積在布風(fēng)板上并形成至少100mm高度的砂粒層。0. 1 10mm粒徑的石英砂顆粒易隨 向上沖出的混合氣體向上運(yùn)動(dòng)，并與混合氣體充分混合，溫度較高的石英砂把熱量傳遞給 混合氣體，使混合氣體溫度達(dá)到著火點(diǎn)；同時(shí)石英砂顆粒具有堅(jiān)硬，使用過(guò)程中不易破碎的 優(yōu)點(diǎn)。砂粒層的厚度應(yīng)根據(jù)不同的燃?xì)夂蜌怏w的壓力以及反應(yīng)器殼體的體積進(jìn)行確定。
催化劑顆粒為Pa/Al203和Pt/Al203， Pa/Al203為Pa附著在A1203(作為催化劑載 體)上的催化劑，Pt/Al203為Pt附著在A1203(作為催化劑載體)上的催化劑。顆粒狀的Pa/Al203和Pt/Al203不僅易隨向上沖出的混合氣體向上運(yùn)動(dòng)，與混合氣體接觸更充分，使其 催化效果更佳；而且可作為對(duì)混合氣體循環(huán)預(yù)熱的載體；同時(shí)Pa/Al203和Pt/Al203也具有 堅(jiān)硬，使用過(guò)程中不易破碎的優(yōu)點(diǎn)。 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為布風(fēng)板和風(fēng)帽裝配的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示 流化反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體1、燃?xì)鈸Q熱器8和助燃空氣換熱器9。反應(yīng)器殼體1由布風(fēng)板 2分隔為混合腔3和燃燒腔4，混合腔3上設(shè)有燃?xì)膺M(jìn)氣孔5和助燃空氣進(jìn)氣孔6，燃燒腔4 上設(shè)有燃燒氣體出氣孔17，布風(fēng)板2上設(shè)有一層砂粒和催化劑顆粒的混合物12。燃?xì)鈸Q熱 器8的換熱管一端為燃?xì)膺M(jìn)口端10，另一端通過(guò)氣管與燃?xì)膺M(jìn)氣孔5連通；助燃空氣換熱 器9的換熱管一端為助燃空氣進(jìn)口端11，另一端與助燃空氣進(jìn)氣孔6連通。燃?xì)鈸Q熱器8 的換熱腔壁上設(shè)有燃燒氣體進(jìn)氣孔I 13和燃燒氣體出氣孔I1 14，助燃空氣換熱器9設(shè)有 燃燒氣體進(jìn)氣孔II 15和燃燒氣體出氣孔ni 16，燃燒氣體出氣孔I 7分別通過(guò)煙道與燃 燒氣體進(jìn)氣孔I 13和燃燒氣體進(jìn)氣孔I1 15連通，燃燒氣體出氣孔I1 14通過(guò)煙道與燃燒 氣體進(jìn)氣孔II 15連通。 在燃燒氣體出氣孔I 7與燃燒氣體進(jìn)氣孔I1 15連通的煙道和燃燒氣體出氣孔I1 14與燃燒氣體進(jìn)氣孔I1 15連通的煙道上分別設(shè)有流量控制閥17。利用煙道內(nèi)安裝的流 量控制閥17調(diào)節(jié)兩條煙道內(nèi)燃燒氣體的流量，從而控制氣體燃料的預(yù)熱溫度，使燃?xì)鈸Q熱 器出口溫度、混合腔內(nèi)混合氣體的溫度均低于著火溫度，防止氣體燃料在進(jìn)入燃燒腔之前 發(fā)生燃燒。 布風(fēng)板2的出風(fēng)孔上固定設(shè)有盲孔結(jié)構(gòu)的風(fēng)帽18，風(fēng)帽18的側(cè)壁上設(shè)有風(fēng)帽小 孔19，布風(fēng)板2的出風(fēng)孔、風(fēng)帽小孔19和燃燒腔4依次連通。風(fēng)帽18采用盲孔結(jié)構(gòu)，風(fēng)帽 小孔19設(shè)在風(fēng)帽18的側(cè)壁上，可避免砂粒和催化劑顆粒的混合物12通過(guò)布風(fēng)板2的出風(fēng) 孔進(jìn)入混合腔3內(nèi)，向上流動(dòng)的混合氣體從側(cè)壁上風(fēng)帽小孔19沖出也有利于曳起布風(fēng)板2 板面上的砂粒和催化劑顆粒的混合物12，使其與混合氣體混合更充分，傳熱效果更佳。
使用該流化反應(yīng)器時(shí)，從燃?xì)鈸Q熱器8的燃?xì)膺M(jìn)口端10通入氣體燃料，從助燃空 氣換熱器9的助燃空氣進(jìn)口端11通入助燃空氣，氣體燃料和助燃空氣經(jīng)熱交換后通過(guò)氣管 進(jìn)入混合腔3內(nèi)，在混合腔3內(nèi)充分混合后的氣體通過(guò)布風(fēng)板2的出風(fēng)口并從風(fēng)帽18上的 風(fēng)帽小孔19沖出進(jìn)入燃燒腔4，同時(shí)曳起布風(fēng)板2板面上的砂粒和催化劑顆粒的混合物12 向上運(yùn)動(dòng)，砂粒和催化劑顆粒的混合物12隨混合氣流向上運(yùn)動(dòng)時(shí)并把自身的熱量傳遞給 混合氣體。當(dāng)混合氣體在催化劑顆粒的催化作用下溫度達(dá)到可燃著火點(diǎn)后，氣體中的可燃 成分與氧氣發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)，放出熱量，一部分熱量傳遞給砂粒和催化劑顆粒，但由于重 力的作用，被氣流帶到燃燒腔4內(nèi)上部的高溫砂粒和催化劑顆粒便沿腔壁回落到布風(fēng)板2 上，為超低濃度氣體燃料提供了著火和穩(wěn)定燃燒的條件。燃燒反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物由煙道分 別進(jìn)入燃?xì)鈸Q熱器8和助燃空氣換熱器9的換熱腔內(nèi)，并與換熱管內(nèi)的氣體燃料和助燃空 氣進(jìn)行熱交換，將熱量傳遞給氣體燃料和助燃空氣，隨后經(jīng)助燃空氣換熱器9上的燃燒氣 體出氣孔III16排除。 流化反應(yīng)器既可作為燃燒反應(yīng)裝置，又可作為蓄熱裝置，不但適合一般氣體燃料 的燃燒，同時(shí)更適合超低濃度氣體燃料的燃燒。超低濃度氣體燃料燃燒具有較強(qiáng)的火焰穩(wěn) 定能力，較寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍。在常壓下工作時(shí)，流化反應(yīng)器不但可使氣體燃燒完全，而且 自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)。
最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種超低濃度氣體燃料的燃燒方法，其特征在于采用流化反應(yīng)器作為燃燒器，燃燒器的布風(fēng)板上置有砂粒和催化劑顆?；旌衔?；所述砂粒為石英砂顆粒，粒徑為0.1～10mm；所述催化劑顆粒為Pa/Al2O3和Pt/Al2O3；該方法的具體步驟包括首先，將超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣分別通入換熱器進(jìn)行熱交換；然后，將經(jīng)過(guò)熱交換后的超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣通入流化反應(yīng)器的混合腔內(nèi)進(jìn)行混合；再將混合后的氣體通過(guò)所述布風(fēng)板進(jìn)入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超低濃度氣體燃料的燃燒方法，采用流化反應(yīng)器作為燃燒器，燃燒器的布風(fēng)板上置有砂粒和催化劑顆?；旌衔?；砂粒為石英砂顆粒，粒徑為0.1～10mm；催化劑顆粒為Pa/Al2O3和Pt/Al2O3；該方法的具體步驟包括先將超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣分別通入換熱器進(jìn)行熱交換；然后，將經(jīng)過(guò)熱交換后的超低濃度可燃?xì)怏w和助燃空氣通入流化反應(yīng)器的混合腔內(nèi)進(jìn)行混合；再將混合后的氣體通過(guò)布風(fēng)板進(jìn)入燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。本發(fā)明能夠使超低濃度氣體燃料可靠著火和穩(wěn)定燃燒，在催化劑的催化作用下混合氣體中可燃成分的濃度高于1％時(shí)便可維持燃燒，故適應(yīng)超低濃度氣體燃料燃燒。
文檔編號(hào)F23C10/01GK101713535SQ20091019166
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者冉景煜, 唐強(qiáng), 張力, 蒲舸, 閆云飛 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)