[發明專利]低濃度可燃氣體的燃燒方法及流化反應器

無效

• 申請號: 200910191668.8
• 申請日: 2009-11-30
• 公開（公告）號: CN101713534A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 唐強;張力;楊仲卿;蒲舸;閆云飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F23C10/00
• 分類號: F23C10/00;F23C10/18;F23C10/20
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

技術領域

本發明涉及低濃度可燃氣體的燃燒方法及其燃燒器，尤其涉及一種采用流化反應器燃燒低濃度可燃氣體的方法及流化反應器。

背景技術

在煤礦開采、化學工業、石油工業和鋼鐵工業生產過程中，會產生大量的含有甲烷、一氧化碳、氫氣等可燃性氣體的廢氣。廢氣中可燃性氣體的濃度常常低于10％，甚至低于5％，通常把濃度低于10％的可燃性氣體稱為低濃度可燃性氣體。以煤礦開采為例，礦井瓦斯廢氣主要可燃氣體是甲烷，且甲烷濃度低，濃度變化大等原因，這種低濃度可燃氣體很難被點燃或者維持穩定燃燒。目前，低濃度可燃氣體幾乎都未進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重浪費；另一方面加劇了大氣污染和溫室效應。因此，合理回收利用低濃度可燃氣體具有節能和環保雙重意義。

目前，對于甲烷濃度較低的氣體的研究和利用，主要在以下幾個方面：采用物理和化學方法提純、作為輔助燃料或助燃劑和采用蓄熱式燃燒技術。

采用物理和化學方法提純，主要是針對含低濃度甲烷的氣體。提純技術是指將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。提純技術主要有低溫分離、變壓吸附分離和膜分離等。低溫分離設備造價高，只有當分離的流量較大時才有商業價值；變壓吸附分離技術現在比較成熟，可以加以利用；膜分離技術簡單，非常適用于小型氣體分離站，但迄今還處于研究開發階段。提純方法的成本相對較高。

低濃度可燃氣體由于包含了可燃氣體以及一定量的O₂，可用來做輔助燃料或助燃劑，取代部分空氣，節約部分燃料，常被用于內燃機、燃氣輪機或鍋爐，但是該技術要求主燃燒設備必須達到足夠高的溫度，且氣體燃料的輸送距離足夠小。

蓄熱式燃燒技術通過操作換向閥控制氣體燃料的流向。前半個周期內，可燃氣流過高溫蓄熱體時，吸收足夠熱量后產生氧化反應，燃燒產生的煙氣流過另一個蓄熱體時，釋放出熱量，并把蓄熱體加熱到足夠高的溫度。后半個周期內，通過操作換向閥，使可燃氣從另一個蓄熱體進入，完成類似燃燒和傳熱過程。可燃氣濃度較高時，蓄熱體容易超過承受的溫度極限。該技術不僅要求換向操作必須及時準確，而且蓄熱體材料承受冷熱交變過程，要求很高。整個燃燒裝置通常采用電加熱方式啟動，難度大，并且裝置散熱損失較多時，維持裝置運行比較困難。新的蓄熱式燃燒技術在兩個蓄熱體之間增加催化劑層，使氣流的著火溫度顯著降低，彌補了蓄熱式燃燒技術的部分不足之處，但對蓄熱材料所承受的熱應力變化及催化劑的要求較高。

對于流化床燃燒技術，中國專利申請號為89100176.X公開了一種用流化床燃燒固體燃料的方法，指出了流化床具有燃燒效率高、污染物排放少的優點，但并未涉及氣體燃料的燃燒。中國專利號為200820110474.1涉及氣體燃料在流化床中的燃燒，該發明采用快速床和湍流流化床相結合的方法，利用載氧體在快速床和湍流床之間的循環，實現了高濃度氣體燃料的燃燒和二氧化碳的收集，但并未涉及濃度低于10％的可燃氣體的燃燒。

綜上所述，低濃度可燃氣體直接燃燒和利用技術還不成熟，并受到成本、輸送距離或蓄熱材料等方面的限制。流化床燃燒技術具有燃燒效率高，污染物少的優點，但目前主要應用在固體燃料和高濃度的氣體燃料，對于低濃度可燃氣體并未涉及。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是解決低濃度可燃氣體熱值低、可燃成分濃度變化幅度大、穩定燃燒困難等問題，提供一種在流化反應器內燃燒低濃度可燃氣體的方法。

本發明的另一個目的是為實現上述方法，同時克服現有流化反應器燃燒不連續和燃燒不穩定，提供一種可連續穩定燃燒，且結構簡單的流化反應器。

本發明的目的是這樣實現的：一種低濃度可燃氣體的燃燒方法，其特征在于：采用流化反應器作為燃燒器，燃燒器的布風板上置有砂粒；該方法的具體步驟包括：首先，將低濃度可燃氣體和助燃空氣分別通入換熱器進行熱交換；然后，將經過熱交換后的低濃度可燃氣體和助燃空氣通入流化反應器的混合腔內進行混合；再將混合后的氣體通過所述布風板進入所述燃燒器的燃燒腔內燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。

進一步，所述砂粒為石英砂顆粒，粒徑為0.1～10mm。