[发明专利]通过单独喷射燃料和氧化剂实现的燃烧方法

说明书

本发明涉及一种通过单独喷射至少一种燃料和至少一种氧化剂实现的燃烧方法，以及这种方法通过单独喷射所述的燃料和氧化剂在控制和/或调节火焰位置方面的用途。

该燃烧过程是在燃烧炉中进行的，燃烧炉包括一个用来放置有待加热的填料的底板，和一个位于填料上方的顶板，第一流体和第二流体是单独地喷射到燃烧炉中的，这些流体之间可进行燃烧，这些流体的喷射是在填料表面和顶板之间进行的，第一流体可以是一种可燃烧流体或一种氧化剂流体，而第二流体可以是一种氧化剂流体或一种可燃烧流体。

先有技术中的许多文献，如专利US 4,863,371,US 4,946,382,US 4,988,285和US 5,076,779都公开了使用一种氧化剂如氧气或富氧空气的燃料燃烧方法，其中所生成的氮氧化物(NOx)的数量被降低。

其它公开文献，如专利US 4,541,796,US 5,302,112,US 5,643,348公开了具有不同几何结构的燃烧室，特别是与燃料和氧化剂单独喷射相对应的燃烧室，这些燃烧室之间的区别主要在于喷射数目或喷嘴数目、喷嘴之间的距离及它们的相对位置等。

然而，这些不同的方法以及这些不同的燃烧室在燃烧炉中的使用(其中填料必须由来自这些燃烧室的能源加热或熔化)都具有这样一个缺陷，当燃烧室被装配妥当或者当需要实施所述方法时，特别是当燃料喷射到氧化剂上方时，单独喷射燃料或氧化剂会导致燃料升向顶板，进而导致燃烧即热焰靠近顶板。这种操作会损坏炉子的顶板，因而是很危险的。

现在，当采用单独喷射燃料和氧化剂时，因而出现一个有关如何控制喷射以避免燃料/氧化剂混合物，优选至少是避免燃油升向顶板的问题。这种控制的目的是大体上保持气体在喷射到燃烧炉中时的高度范围，防止氧化剂和/或燃料向顶板的方向明显升高。“明显升高”的意思应理解为一种升高，它可使温度过高的气体和/或压缩(或过度压缩)的气体进入顶板区域。这两种情况都会导致顶板中的耐火材料被损坏。

为解决所提出的问题，首先立刻想到的假说是假定重力对火焰位置有影响，特别是天然气它是燃烧炉中最轻的气态化合物，当采用天然气燃料时，它有向燃烧炉顶板升高的趋势，进而可能引起所遇到的问题。

本申请人所做的实验表明，在喷射方向大体保持水平的情况下，即大体平行于有待熔化填料表面的情况下，重力对火焰特性没有明显影响。

经过进一步的研究后，本申请人搞清了氧化剂喷射流和燃料喷射流的各自流速对于火焰(朝向顶板)向上取向和火焰(朝向填料)向下取向的重要性。

本发明是基于对于最低流体冲力与最高流体冲力之比的重要性的证实，即位于对应于最低流体喷射流的水平面上，喷射点最靠近有待加热填料表面的流体的动量流速(Qm·V)对喷射点最靠近顶板表面的流体的动量流速(Qm·V)之比的重要性。术语“动量流速”应理解为质量流速乘以速度。术语“动量流速”和“冲力”可以交替使用代表同一量Qm·V。

本发明方法的特征在于第一流体在第一水平面喷射入燃烧炉，第二流体在第二水平面喷射入燃烧炉，相对于有待加热的填料第一水平面位于第二水平面之下，在第二水平面喷射流体的冲力小于或等于在第一水平面喷射流体的冲力的约3倍。

优选地，本发明的燃烧方法的特征在于在第二水平面喷射流体的冲力小于或等于在第一水平面喷射流体的冲力的约1.5倍。

当底部喷射嘴包括很多喷嘴时，冲力对应于每个喷嘴冲力的总和。

同样，当顶部喷射嘴包括多个喷嘴时，冲力对应于每个喷嘴冲力的总和。

在多于两个喷射嘴的情况下，特别是底部喷嘴喷射第一流体，中部喷嘴喷射第二流体，顶部喷嘴喷射第一流体时，如果中部喷射流的冲力小于顶部和底部喷射流的冲力较高者的约3倍，顶部喷射流的冲力应保持为小于底部喷射流冲力的3倍(超出这一比率，则是中部喷射流控制火焰位置)。

不希望束缚于任何理论，发明人相信可以用以下方式解释本发明：