CN102650429B - 富含co2的甲烷气在有限空间涡旋燃烧减排co的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在有限空间涡旋燃烧减排CO的方法，适用于富含二氧化碳的甲烷混合气，该方法包括：多股空气和甲烷二氧化碳混合气经过在进气通道内的各自预燃后呈旋流相遇并互相扩散，增加了湍流度、掺混程度，从而加强燃烧；燃烧气氛通过旋流突扩过程降低气流速度，增加回流程度和燃烧反应的时间；燃烧完全后的烟气通过收缩成排放尾气以供利用。本发明通过强化富含二氧化碳的甲烷混合气在有限空间内的燃烧使得其甲烷和CO排放达到指标要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种富含二氧化碳的甲烷混合气在有限空间涡旋燃烧减排CO的方法，涉及气体燃料燃烧排放控制技术，特别是对于富含惰性气体二氧化碳的甲烷混合气在有限空间内促进掺混、加强燃烧、减少排放。
背景技术
富含了二氧化碳的甲烷混合气是一种中、低热值混合气，可以通过燃烧释放热能来驱动动力装置或作为热源加以利用。其燃烧的特点与甲烷气体有很大的不同。甲烷气体燃烧速度本来就不高，再被惰性气体二氧化碳等稀释的话，首先其热值降低；其次其最高燃烧温度降低；同时，燃烧火焰传播速度会更低；而且着火点更高。这些使得富含了二氧化碳的甲烷混合气燃烧稳定工作范围变窄。
已有的技术都是建立在较大的空间和有充裕的燃烧时间保障的基础上。若在有限空间里燃烧就很容易存在燃烧不完全、燃烧稳定性差、甲烷或CO排放超标等问题。
现在国家和各个地方对于主要含二氧化碳和甲烷的混合气的燃烧烟气中的CO的排放已有或将有指标要求。因此，如果要在有限的高度和时间里实现此种气体的完全燃烧，则如何组织燃烧过程就显得非常重要，设计的关键点、设计规则就会有讲究，需要符合一定的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富含二氧化碳的甲烷混合气在有限空间涡旋燃烧减排CO的方法。
为实现上述目的，本发明提供的富含CO2的甲烷气在有限空间涡旋燃烧减排CO的方法，包括：
1)多股空气和甲烷二氧化碳混合气在进气通道内各自预燃后呈旋流 相遇并互相扩散；
2)收缩通道内的切向旋流增加了湍流度、掺混程度从而加强燃烧；
3)燃烧气氛通过突扩过程降低气流速度，增加回流程度和燃烧反应的时间；
4)燃烧完全后的烟气通过收缩成排放尾气。
所述的方法中，增加湍流度、掺混程度以加强燃烧是通过预燃气旋流相遇后的流通面积小于进气通道流通面积之和而实现的。
所述的方法中，预燃气旋流相遇后的流通面积是进气通道流通面积之和的0.4-0.9倍。
所述的方法中，排放尾气可以用作推动动力装置做工的动力源和对工质进行加热的热源。
本发明利用了把燃烧分为多步过程的方法，通过逐步不断增加空气与甲烷二氧化碳的掺混度、增强初步燃烧烟气的湍流度、增加高温燃烧区域的驻留时间的综合措施来强化燃烧。这些措施使得甲烷二氧化碳混合气在有限空间燃烧能达到很好的燃烧完全的效果。
本发明适用于富含二氧化碳的甲烷混合气在有限空间燃烧，并使其燃烧排放尾气中的CH4和CO达到排放指标的要求。
附图说明
图1是本发明的有限空间涡旋燃烧系统示意图。
图2是图1的B-B视图。
图3是实施例子涡旋燃烧有限空间剖面的CH4摩尔分数分布图。
图4是实施例子涡旋燃烧有限空间剖面的的CO摩尔分数分布图。
附图中组件符号说明：
1旋流进气通道，2燃烧加强上升段，3减速扩张段，4收缩段，5排放尾气，6进口空气，7甲烷二氧化碳混合气。
具体实施方式
本发明是针对甲烷二氧化碳混合气在有限空间燃烧减排而提供的一种低污染强化涡旋燃烧方法。
本发明可以使甲烷二氧化碳混合气在有限空间燃烧后排出的烟气中甲烷和一氧化碳的含量达标，尤其适用于含25％以上二氧化碳(体积比)的甲烷混合气。
下面结合一种可以用于实现本发明方法的系统作详细描述。需要说明的是以下用于说明本发明方法的系统是一原理性描述，但根据该原理，本领域技术人员是能够理解和想像出具体的装置结构。
请结合图1和图2，用风机或压缩机(公知技术，图中未示出)分别提供燃烧用进口空气6和甲烷二氧化碳混合气7，空气6和甲烷二氧化碳混合气7分别进入位于系统最下部的具有多个通道的旋流进气通道1内，在各进口处开始相遇互相扩散并被点火器点燃(公知技术，图中未示出)，在旋流进气通道1内部形成如图2中箭头所示的旋流。因为预混会导致火焰稳定范围窄，所以这里采取的是扩散燃烧的方式。该旋流进气通道1的进气通道个数不限，进气通道的截面形状可以是圆形或是矩形等任意形式，本实施例以图2给出的四个通道的旋流进气通道1为例进行说明。
该多通道的旋流进气通道1上方的气体出口连接一燃烧加强上升段2，燃烧加强上升段2的流通面积小于四个进气通道流通面积之和，一般设计为燃烧加强上升段2的流通面积是四个进气通道的流通面积之和的0.4-0.9倍，燃烧加强上升段的截面可以是圆形或是矩形等任意形式。空气6与甲烷二氧化碳混合气7在旋流进气通道1内边燃烧边混合，旋流进气通道1末段的初步燃烧混合气切向进入燃烧加强上升段2的底部起始段，在此处，各个进气通道过来的初步燃烧混合气在这里相遇碰撞，一边旋转上升，一边进一步互相掺混，极大地提高湍流度，强化了燃烧过程，为进行充分燃烧提供了条件。
燃烧加强上升段2上方连接一减速扩张段3，减速扩张段3的流通面积大于燃烧加强上升段2的流通面积，使燃烧加强上升段2出来的燃烧气氛随后进入减速扩张段3以通过突扩过程降低气流速度，增加燃烧反应的时间；同时，燃烧加强上升段2出来的气氛的旋流作用使得减速扩张段3中的部分气流回流而进一步加强掺混，这两点都有利于甲烷燃烧完全，也有利于甲烷燃烧生成的一氧化碳也能燃烧完全。
最后使减速扩张段3燃烧完全后的烟气通过收缩通道4成为排放尾气 5，此排放的尾气为高温尾气，可以用来推动动力装置做工或作为热源对工质进行加热。
图3所示为本发明涡旋燃烧有限空间剖面的CH4摩尔分数分布图，可见，CH4在燃烧加强上升段2就已经燃烧完全(图中由白色到黑色表示CH4浓度渐低)。
图4是实施例子涡旋燃烧有限空间剖面的的CO摩尔分数分布图(图中由白色到黑色表示CO浓度渐低)。可见，CO在刚进入减速扩张段3不远处就已经燃烧完全。数据表明，排放尾气5处CO含量小于50mg/m3，达到了排放要求。
Claims (4)
1.一种富含CO2的甲烷气在有限空间涡旋燃烧减排CO的方法，适用于富含二氧化碳的甲烷混合气，该方法包括：
1)多股的空气和甲烷二氧化碳混合气在进气通道内各自预燃后呈旋流相遇并互相扩散；
2)收缩通道内的切向旋流增加了湍流度、掺混程度从而加强燃烧；
3)燃烧气氛通过突扩过程降低气流速度，增加回流程度和燃烧反应的时间；
4)燃烧完全后的烟气通过收缩成排放尾气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，增加湍流度、掺混程度以加强燃烧是通过预燃气旋流相遇后的流通面积小于进气通道流通面积之和而实现的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，预燃气旋流相遇后的流通面积是进气通道流通面积之和的0.4-0.9倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，排放尾气可以用作推动动力装置做功的动力源和对工质进行加热的热源。
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