CN101939590A - 低NOx的气体喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及：一种尤其用于熔化玻璃的燃烧方法，其中通过气态燃料来产生火焰，其特征在于，多个互相之间规则间隔开的周边低压气体射流向中央高压气体射流会聚；一种用于实施该方法的喷射器；一种包括一个或多个这种喷射器的燃烧器；一种包括至少一个这种燃烧器的炉子。

Description

低NOx的气体喷射器
本发明涉及一种燃烧方法和装置，其中燃料的供给是由至少一个喷射器保证的。
将针对在玻璃熔炉中、尤其是在用于制造浮法平板玻璃的炉子或用于制造玻璃容器的炉子(例如：使用再生器的炉子类型的反转工作的炉子)中熔化玻璃的用途来更具体地描述本发明，但本发明并不因此而限于这些应用。
大部分上述类型的燃烧方法，尤其是在玻璃熔炉中所使用的燃烧方法，都面临在燃烧烟中有不希望的NOx排放的问题。
NOx同时对人类和对环境都有不利的影响。实际上，一方面，NO2是刺激性气体，是呼吸疾病源。另一方面，当接触到大气时NOx可逐渐形成酸雨。最后，NOx会造成光化学污染，因为当与挥发性有机化合物和太阳辐射结合时，NOx是所谓的对流层臭氧形成的源头，对流层臭氧在低海拔高度处浓度的上升会对人类有害，尤其是在高温期间。
这就是关于NOx排放的现行标准变得越来越严格的原因。由于这些标准的存在，炉子的制造商和运营商(例如：玻璃熔炉的制造商和运营商)一直关注最大程度地限制NOx的排放，对于横焰炉，优选地限制在每Nm3的烟排放800mg的比率，对于端焰炉(four àboucle，也称马蹄焰炉)优选地限制在每Nm3的烟排放600mg的比率。
已经有人分析了影响NOx的形成的参数。主要是：温度，因为在1300℃以上，NOx的排放就指数地增长；空气的多余量，因为NOx的浓度取决于N2的浓度或氧气浓度的平方根。
已经提出了多种用于降低NOx排放的技术。
第一种技术在于使还原剂作用于所排放的气体，以便NOx转化为氮气。该还原剂可以是氨，但这会导致不便，例如难以存储和操作这种产品。同样可以使用天然气作为还原剂，但这会不利于炉子的消耗，而且会增加CO2的排放。另外，还原性气体(例如：一氧化碳)在炉子某些部分(例如：再生器)的存在还可能造成这些区域耐火材料的加速腐蚀。
因此，优选地而非必要地，通过采用所谓的初级措施(mesures primaires)来摆脱这种技术。这样称呼这些措施是因为不像在上述技术中一样力求破坏已经形成的NOx，而是力求阻止其形成，例如在火焰处。此外，这些措施实现起来更简单，因此更经济。然而，这些措施并不能完全代替上述技术，而是有利地对其进行补充。无论如何，这些初级措施构成了降低次级措施的反应剂消耗所必不可少的先决条件。
可以非限制性地把现有措施分为多个类别：
-第一类旨在借助于所谓的“重新燃烧”的技术来减少NOx的形成，通过该技术在炉子的燃烧室中形成空气不足的区域。该技术具有的缺点是提高了在再生器堆处的温度，并且在必要时需要再生器及其堆叠的特殊设计，特别是在密封性和耐腐蚀性方面；
-第二类旨在通过减少甚至阻止NOx在火焰处的形成来作用于火焰。为此，可以例如力求减少燃烧空气的多余量。同样可以力求在维持火焰长度的同时限制温度的峰值，和力求增大火焰前锋的体积以降低火焰中的平均温度。例如在US6047565和WO9802386中描述了这样的解决方案。该解决方案包括一种用于熔化玻璃的燃烧方法，其中燃料的供给和助燃剂的供给这两者均以在时间上铺展(étaler)燃料/助燃剂的接触和/或增大这一接触的体积的方式进行，以减少NOx的排放。
需要提醒的是，喷射器专用于燃料推进，燃料用于借助于助燃剂被燃烧。因此，喷射器可以构成燃烧器的一部分，术语“燃烧器”一般指同时包括燃料进口和助燃剂进口的装置。
燃料是燃油类型的液态燃料，或气态燃料，例如天然气。某些喷射器，例如在FR 2834774中所描述的，结合了至少一个液态燃料进口和一个气态燃料进口。
此外，已知的是，气态燃料比燃油更会产生NOx。
本发明的目的在于，设计一种燃烧方法，该方法只使用气态燃料，但只产生量相对小的NOx。
该目的是通过本发明达到的，本发明的主题是一种尤其用于熔化玻璃的燃烧方法，其中通过气态燃料来产生火焰，所述方法的特征在于，多个互相之间规则间隔开的周边低压气体射流向中央高压气体射流会聚。
中央高压气体射流决定火焰的长度，而(低压和高压)气体的整体流量决定火焰的功率。本发明的方法允许在改变功率的同时维持恒定的火焰长度，反之亦然。
会聚的周边低压气体射流延迟了火焰体积的增大。
因此，增多了调节的可能性，尤其是可以缩短火焰和减少NOx的排放。
根据本发明的方法的优选特征：
-热功率的70％至90％，优选地75％至85％，来源于低压气体；
-周边低压气体射流向中央高压气体射流的会聚角包含在4°和10°之间，优选地包含在5°和8°之间；
-周边低压气体射流的数量包含在4和16之间，优选地包含在8和12之间；
-所有的周边低压气体射流具有相同的特征：截面、流量、向中央高压气体射流的轴线的会聚角。
本发明的主题还包括一种用于实现根据本发明的方法的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括高压气体进口管道，该高压气体进口管道被围在同轴的低压气体进口管道中，其出口完全被垫圈所封堵，所述垫圈设有截面相同的孔，所述孔围绕所述进口管道的轴线规则地间隔开，并都以相同的角度向该轴线会聚。
优选地，所述孔的直截面——即在与所述孔的轴线垂直的平面内的截面——具有圆形的周长。
本发明的其它主题包括：
-一种燃烧器，其包括一个或多个上述喷射器；
-一种炉子，尤其是端焰炉或横焰炉，其包括至少一个上述这样的燃烧器；和
-本发明的方法、喷射器、燃烧器或炉子用于限制NOx排放的应用。
现在通过以下示例，参照附图说明本发明。在这些附图中：
-图1为作为本发明的喷射器的一部分的垫圈的正面视图；和
-图2为该垫圈的截面图。
垫圈1包括十个围绕轴线3规则间隔开的孔2。
圆孔2以6°的角向轴3会聚。
此外，垫圈1包括中央孔，用于接收中央高压气体射流，而周边低压气体射流则经过会聚的孔2。
在44m2的端焰炉中进行了试验。
在第一阶段，使用交替地位于炉子右边部分和左边部分的喷射器。
这是双冲量气体喷射器(injecteur double impulsion gaz)，其与本发明的区别只在于没有单独的、会聚的低压射流。
在该示例中，喷射器处于空气流下方的中央位置，以5°的角指向上方，其中所述空气流以22°的角被导往下方。喷射器以3°的方位角向炉子的内部中央轴线倾斜。
给定的数值为8％的O2和5000ppm的CO。
喷射器的功率被恒定保持在8000kW。
对于4N/MW的比冲量Ispé(定义为燃料射流的总冲量与热功率的比值)，NOx的排放为687mg/Nm3。
现在根据本发明通过使用图1和图2的垫圈来修改喷射器。
在4N/MW的比冲量下，NOx的排放下降至587mg/Nm3。

Claims (10)

1.一种尤其用于熔化玻璃的燃烧方法，其中通过气态燃料来产生火焰，所述方法的特征在于，多个互相之间规则间隔开的周边低压气体射流向中央高压气体射流会聚。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热功率的70％至90％，优选地75％至85％，来源于低压气体。
3.如前述权利要求中任一个所述的方法，其特征在于，所述周边低压气体射流向所述中央高压气体射流的会聚角包含在4°和10°之间，优选地包含在5°和8°之间。
4.如前述权利要求中任一个所述的方法，其特征在于，所述周边低压气体射流的数量包含在4和16之间，优选地包含在8和12之间。
5.如前述权利要求中任一个所述的方法，其特征在于，所有的周边低压气体射流具有相同的特征。
6.一种用于实施如前述权利要求中任一个所述的方法的喷射器，其特征在于，所述喷射器包括高压气体进口管道，所述高压气体进口管道被围在同轴的低压气体进口管道中，其出口完全被垫圈所封堵，所述垫圈设有截面相同的孔，所述孔围绕所述进口管道的轴线规则地间隔开，并都以相同的角度向所述轴线会聚。
7.如权利要求6所述的喷射器，其特征在于，所述孔的直截面具有圆形的周长。
8.一种燃烧器，包括一个或多个如权利要求6或7所述的喷射器。
9.一种炉子，尤其是端焰炉或横焰炉，包括至少一个如权利要求8所述的燃烧器。
10.如权利要求1至5中任一个所述的方法、或如权利要求6或7所述的喷射器、或如权利要求8所述的燃烧器、或如权利要求9所述的炉子用于限制NOx排放的应用。
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