CN1145520C - 用于降低锅炉废气中氧含量的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
通过采用一种包括设置在锅炉对流热传递部分下流或中间位置的燃烧催化剂部分和用于将降低氧含量的燃料输送到刚好位于所说燃烧催化剂部分之前的位置的燃料供应装置的装置，将降低氧含量的燃料加入到从锅炉的辐射部分出来的废气中，并在所说的燃烧催化剂部分燃烧，以提高CO2含量并降低氧气含量，从而得到主要由氮气构成的废气，该废气的氧气浓度不超过1000ppm。
Description
本发明涉及一种用于降低锅炉废气中氧含量的装置和方法。
通常将氮气压入油田来保持油罐的压力，或者将氮气溶解在油中形成所谓的可混溶状态，来提高油在油罐中的流动性。
在此，作为氮气气源，可以采用通过空气的低温方法分离了氧气的氮气。但是，分离氮气需要大量能源，而且装置费用也非常巨大。
因此，需要以低能耗和低成本来制备氮气的方法。
本发明的目的在于提供一种用于降低锅炉废气中氧含量的装置和方法，它可以以低能耗和低成本生产氮气。
本发明的上述目的是通过一个用于降低锅炉废气中氧含量的装置来达到的，该装置包括位于锅炉的对流热传递部分的下游或者中间部分的燃烧催化剂部分，和用于向刚好位于所说催化剂燃烧部分之前的位置提供降低氧含量的燃料的燃料供应装置。
本发明包括一种用于降低锅炉废气中氧含量的方法，它包括将降低氧含量的燃料在刚好位于锅炉的对流热传递部分的下游或者中间部分的燃烧催化剂部分之前的位置加入到废气中，在所说的燃烧催化剂部分燃烧所说的降低氧含量的燃料，以提高CO2的含量并降低氧气含量，制成主要是由氮气构成的废气，该废气的氧气浓度不超过1000ppm。
图1是说明包括本发明的用于降低锅炉废气中氧含量的装置的直流锅炉的一个实施方案的简图。
下面参考附图说明本发明的这个实施方案。
图1说明了包括本发明的用于降低锅炉废气中氧含量的装置的锅炉设备的实施方案。
该实施方案采用的锅炉1是所谓的直流型锅炉。该锅炉1的热传递体系通常装配有被分成两个部分的蒸发部分。一个蒸发部分是辐射蒸发器2，另一个是残渣蒸发器3。
在锅炉1的热传递体系中，水从供水水门4通过预热器(未表示出)加入，并通过节油器5输送到辐射蒸发器2。辐射蒸发器2有许多平行安装的水管6。水的汇流和分流在设置在中间位置的集管7中重复进行，而在每个水管中水流是均匀的。所加入的约85％的水在辐射蒸发器2中被锅炉燃料的热量蒸发，同时剩余的水的蒸发和部分加热(通过常规热交换)是在下面的残渣蒸发器3中进行。所加水中的大部分杂质附着在残渣蒸发器3的管道内壁上，因此为了防止过热，残渣蒸发器设置在低温气体的管道中。接着蒸汽通过辐射过热器8和对流过热器9，从过热蒸汽出口10出来，用于驱动汽轮机，并进入下面步骤的加热体系(未表示出)。
顺便说明图1中的箭头A、B和C分别是指燃烧气体(A、B)和废气(C)的流向。
所说辐射蒸发器2和辐射过热器8构成锅炉的辐射部分，它相对而言是高温部分。另一方面，对流过热器9、残渣蒸发器3和节油器5构成锅炉的对流热传递部分，它是低温部分。
上述辐射蒸发器2是竖式管分组向下的形状，但是采用所谓的曲流型或者螺旋型蒸发器的直流型锅炉不会影响本发明的目的。
上述热传递体系(供水体系)和锅炉燃料的燃烧是通过没有表示出来的自动控制器来控制。
图1所示的本发明的实施方案还包括燃烧催化剂部分11和燃料供应装置12，它们构成本发明的降低氧含量装置的主要部分。
如图1所示，燃烧催化剂部分11设置在锅炉的对流热传递部分的下游。燃烧催化剂部分11所用的催化剂的例子包括含有铂族元素的金属及其氧化物的催化剂。可以采用下面所说的催化剂，例如：
(1)一种通过将粉末涂覆在耐热基材，例如堇青石上制备的催化剂，所说的粉末是通过将至少一种选自铂、钯和铑的活性组分负载在载体上制备的，载体含有至少一种选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化锆的氧化物。
(2)一种通过往上述催化剂中加入至少一种作为助催化剂的选自碱土金属氧化物和稀土金属氧化物的氧化物制备的催化剂。
(3)一种含有至少一种选自例如铜、钒、铬、铁和镍及其氧化物的物质的催化剂。
对于催化剂的量，当废气的量为1600000Nm3/H(对应于600MW锅炉)时，催化剂的量是16M3。当催化剂的量小于上述量时，不能够充分促进燃烧，而过量使用也是不经济的。
加入到燃烧催化剂部分11的锅炉废气的温度优选地为150～350℃。燃烧催化剂部分11的废气温度优选地为300～500℃，更优选地为350～500℃。
如图1的实施方案所说的，燃烧催化剂部分11可以设置在锅炉对流热传递部分的下游。其可任选地设置在锅炉对流热传递部分的中间部分，只要它能够使废气具有上述温度。
燃料供应装置12是用于将降低氧含量的燃料加入到燃烧催化剂部分11的装置，其设置在刚好位于燃烧催化剂部分11之前的位置。在本发明中，目的在于通过在燃烧催化剂部分11进行二级燃烧来将通常含有2～3体积％氧气的废气中的氧含量降低到1000ppm或更低。因此，当废气的量为1600000Nm3/H(与600MW的锅炉相应)时，可以加入16000～20000Nm3/H的天然气(主要由CH4构成)。换句话说范围为(废气量)×10-2到1.25×(废气量)10-2Nm3/H是合适的。废气中的氧含量一般是2～3体积％，因此比上述范围小的量不会充分降低氧含量。当该量超过上述范围时，废气中所含的天然气就是一个不燃烧的组分，但是如果将气体压入油田则没有什么不利。燃料供应装置12可以采用本领域技术人员已知的供应装置。
顺便说明在装配有本发明的降低氧含量的装置的锅炉中，燃烧催化剂部分11的温度升高。因此设置空气加热器14以在废气和从鼓风机吹入的空气之间进行热交换。空气加热器14优选不泄漏空气的换热器。
通过空气加热器14、脱水器(未表示出)、压缩机(未表示出)等，废气被输送到使用的地方。
在本发明的降低氧含量的装置中，通过燃烧降低氧含量的燃料降低了废气中的氧含量提高了CO2的含量。在此产生的热量被空气加热器14用于加热初级燃烧的空气。与其它装置类似，这些装置是通过没有表示出来的自控部分自动控制的。
通过以上述方式采用该实施方案的降低氧含量装置，可以通过与低温方法相比较低的动力和较低的成本生产出基本不含氧气的废气。另外，由于降低氧含量装置的二级燃烧，产生比普通废气CO2含量高的废气。当压入油田时CO2比氮气效果更好。
当将锅炉废气在初级燃烧后直接进入油田的油罐，由于残留有氧气，会堵塞油罐并腐蚀油井或者生产装置。另一方面，本发明所用的废气基本上不含氧气，但是含有CO2，因此当被压入油田时非常有效。换句话说，通过将通过本发明获得的富含CO2的氮气压入油田，可以保持油罐的压力并显著提高油在油罐中的流动性。
其它实施方案
本发明的用于降低锅炉废气中氧含量的装置和采用这种装置的方法并不限于所说的实施方案，而且它们的各种改型均在本发明的范围之内。
图1所示的锅炉是所谓的Benson锅炉，但是本发明也可以采用其它的直流锅炉，如Zulzer锅炉。只要不偏离本发明的目的，本发明还可以采用不是直流锅炉的锅炉。
实施例1
在废气含量为1600000Nm3/H的直流锅炉中，在位于锅炉的对流热传递部分的下游的燃烧催化剂部分放置Pt催化剂(含有作为活性组分的铂，其负载于二氧化硅并被覆盖在堇青石基材上)。
催化剂的量为16m3。
加入到燃烧催化剂部分的废气的温度为200℃，该气体的组成：
N2：73％，CO2：9％，H2O：16％，O2：2％
以16000Nm3/H的量将天然气(主要由CH4组成)作为降低氧含量的燃料。
在燃烧催化剂部分的燃烧结果是气体组成的变化如下：
N2：73％，CO2：10％，H2O：17％，O2：(未检测出)
燃烧温度为400℃。
如上所述，仅通过加入少量降低氧含量的燃料就可得到富含CO2的不含氧气的氮气，由此可证明本发明的效果。
1997年7月16日申请的包括说明书、权利要求书、附图和摘要的日本专利申请9-190924在此全部结合作为参考。
Claims (24)
1.一种利用降低了氧含量的锅炉废气用于氮气源的装置，包括设置在锅炉对流热传递部分下游或中间部分的燃烧催化剂部分；用于将降低氧含量的燃料输送到刚好位于所说燃烧催化剂部分之前的位置的燃料供应装置；和不泄漏空气的换热器以在废气和从鼓风机吹入的空气之间进行热交换。
2.权利要求1记载的装置，其中废气已通过锅炉的辐射部分。
3.权利要求1记载的装置，其中锅炉是直流型锅炉。
4.权利要求1记载的装置，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是通过在耐热基材上涂覆粉末制备的催化剂，所说粉末是通过将至少一种选自铂、钯和铑的活性组分负载在含有至少一种选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化锆的氧化物的载体上制备的。
5.权利要求4记载的装置，其中所述耐热基材是堇青石。
6.权利要求4或5记载的装置，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是一种通过将至少一种选自作为助催化剂的碱土金属氧化物和稀土金属氧化物的氧化物加入到上述催化剂中来制备。
7.权利要求1记载的装置，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是一种含有至少一种选自由金属及其氧化物构成的组的物质的催化剂。
8.权利要求7记载的装置，其中所述金属为铜、钒、铬、铁和镍。
9.权利要求1记载的装置，其中加入到燃烧催化剂部分的废气的温度是150～350℃。
10.权利要求1记载的装置，其中在燃烧催化剂部分的废气的温度是300～500℃。
11.权利要求1记载的装置，其中降低氧含量的燃料是主要由CH4构成的天然气。
12.权利要求11记载的装置，其中降低氧含量的燃料的量为废气量×10-2到1.25×废气量×10-2Nm3/H。
13.一种将锅炉废气用作氮气源的方法，它包括将降低氧含量的燃料在刚好位于锅炉对流热传递部分下游或者中间部分的燃烧催化剂部分之前的位置加入到废气中，在所说的燃烧催化剂部分燃烧所说的降低氧含量的燃料，以提高CO2含量并降低氧气含量，得到主要由氮气构成的废气，其氧气浓度不高于1000ppm，所述废气在不泄漏空气的换热器中与从鼓风机吹入的空气之间进行热交换，和将所述氮气压入油田来保持油罐的压力，或者将氮气溶解在油中形成可混溶状态，来提高油在油罐中的流动性。
14.权利要求13记载的方法，其中废气已通过锅炉的辐射部分。
15.权利要求13记载的方法，其中锅炉是直流锅炉。
16.权利要求13记载的方法，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是通过在耐热基材上涂覆粉末制备的催化剂，所说粉末是通过将至少一种选自铂、钯和铑的活性组分负载在含有至少一种选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化锆的氧化物的载体上制备的。
17.权利要求16记载的方法，其中所述耐热基材是堇青石。
18.权利要求16或17记载的方法，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是一种通过将至少一种选自作为助催化剂的碱土金属氧化物和稀土金属氧化物的氧化物加入到上述催化剂中来制备。
19.权利要求13记载的方法，其中在燃烧催化剂部分的催化剂是一种含有至少一种选自由金属及其氧化物构成的组的物质的催化剂。
20.权利要求19记载的方法，其中所述金属是铜、钒、铬、铁和镍。
21.权利要求13记载的方法，其中加入到燃烧催化剂部分的废气的温度是150～350℃。
22.权利要求13记载的方法，其中在燃烧催化剂部分的废气的温度是300～500℃。
23.权利要求13记载的方法，其中降低氧含量的燃料是主要由CH4构成的天然气。
24.权利要求13记载的方法，其中降低氧含量的燃料的量为废气量×10-2到1.25×废气量×10-2Nm3/H。
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