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經濟部中央標準局員工消費合作社印K A6 __B6_ 五、發明説明（） 發明领域 本發明係關於空氣-燃料燃燒程序。 發明背景 絶大多數的燃料諸如天然氣、燃料油、丙烷、廢油、 其他烴類等的燃燒程序中，應用空氟爲氣化刻。逯知道許 多空氣-燃料燃燒程序可以由氣來富化燃燒用空氣而得到 改善。將燃料空氣富化可提高火焰溫度和熱效率，並且隨 著空氟或氣化剤中氣濃度提高，煙氟體積減小。由於改善 燃燒所帶來的生產率 '增益可以補償用於富化的高純氧费用 。在氧化則中達35*總含氧量的低度富化，一般可由現有 空氣-燃料系統經少量改裝而成。 近來，燃燒程序的環保問題m受注意。已表明氪的氧 化物即NOX對環境有害，它生成煙霧、睃雨和低層大氣中 的臭氧，後一種是地球變暖的原因之一。在美國’新的空 氣清潔法案要求推行聯邦政府控制污染的規定。新的條例 對於空氣-燃料混合物燃燒時控制形成NOX提起高度注意。 還知遑，在燃燒中低度的富氧可導致ΝΟΧ ϋ量急劇 增加。在工業燃燒程序中，超遇9〇%的ΝΟΧ發散物是氡化 氮，即NO。遣表明，高度富氧例如氧化剂中總氧含量高於 90*，則產生的NOx比相同燃燒情況下應用空氟時產生的少 。然而，高度富氣在給定的程序中會不經濟，事實上也會 產生材料問題。 在過去，減少NOx發散採取兩種方針。第一是廢氣排 (諳先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 丨裝- •11. 線_ £ii以 A6 B6 經濟部中衣楳準扃8工浈費合作社印裂 五、發（」 成之前除掉ΝΟχ。廢氣後處理除掉Ν〇χ可採用選擇性 I化或非催化遣原，以及氣化吸收和遣原程序的各樣組 合。^些程序—般成本很高，並且當後處理設備有故障時 ’需要將燃燒程序停工。第二是以某些方式改進燃燒過程 而先發地使ΝΟχ生成減至最少。第二類例如有向火焰噴水 或水蒸汽’燃繞時減少過量空氟以及所謂的低N〇X燃燒器 設計。這些方法给使用者帶來的员擔是熱效率降低或⑽入 減少的很少。 • 量明之總結 本發明提供—種方法，在現有的空氣-燃料系統中應 用氧-燃料燃燒，以増高生產率並將Ν〇χ生成減至最少。所 説的氧-燃料燃燒爲空氣_燃料燃燒所考夔，並且將氧燃 料燃燒控制到在富燃料狀況進行燃燒。 里主之簡單説明 圊1爲典型燃燒裎序中每百萬BTU產生的仙螃數與氣 化劑中含氣百分率的關係。 圖2爲用於本發明方法的裝置的縱向示意圏。 圖3爲每百萬btu產生的Ν0磅數與熄燃堍程序中氣燃 料燃燒所占百分率的關係。 囷4爲按固3試驗結果每百萬BTU產生的Ν〇磅數與氧 化則中氧濃度的關係。 圖5是每百萬BTU產生的Ν0磅數與氧化劑中氧濃度的 (請先閲讀背面之注意事項再堆寫本頁) 丨裝_ 訂· ’線， -4 - ii〇- B6 五 、發明説明（） 關係，這羌假定燃料與氣化劑完全混合和進行絶熱反應 爲三種氣-燃料比例所預見的結果。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 發明之詳細説明 如前所述，在燃燒中採用富氧的問題是使NOx發散量 急劇増大。在多數工業燃燒程序中，NOx發散物超遇90*是 氧化氮即NO。囷1表示一個絶熱、按化學計量的甲垸火焰 的預示NO平衡與氧-氮氧化剤如空氣中氧濃度的關係。NO 的單位是每百萬BTU該燃料的總燃燒的NO磅數。圊1表明 ，在低度富氧時，NO急劇増多，此一趨勢巳爲常規空氟-燃料燃燒器的多次實驗所證實。即使對相同燃燒情況高度 富氧比用空氣產生更少NOx，由於經濟、方法和材料的局 限性常常使氣的高度富化成爲不可行。按本發明，借助於 在現有空氣-燃料系統中改裝一個氧-燃料燋燒器，很容易 使該程序提高生產卒，同時使NOx生成減至最少。如固2 ，雙燃料式空氟-燃枓燃燒器10包括：管狀的第一霧化空 氣通道I2，其有空氟入口 14 ;燃料管16，其與第一空氣管 I2同心，有燃料入口 18,16的前端被一同心管包園，由它 限定主燃燒空氟入管口 20，1有燃燒空氟入口 22。在燃繞 器前端是安裝法蘭24，有燃燒器塊26，由陶瓷制成。主燃 燒空氣通道30在板28處中止，並有多個空氟通道30，它們 分布在與燃料通道32平行的軸上，32是以環形分布，園繞 露化空氣通道34的環形中止板分布。氣-燃料燃燒器36以 同心方式置於空氟通道I2之內。氧-燃料燃燒器36是同心 -5 - (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公坌）

經濟部中央螵爭扃§工消費合作社印製 五、發明説明（） 香燃燒器，在凡托。 外管隔開是内管4〇’兩者同心設置。該内管與 “。魏㈣42結㈣◎的前端 從接頭“送入二置’在一個方案中，燃料 出。邋堤氧化則二内管40<外流動’由燃燒器44的前端流 心流遇去：Γ接頭48將氧5丨入並由氧化則管4。的中 位置，於是可使」管40的終端位於燃絶器36出口端向内的 和燃料的魏可二對燃調料混n合";燃燒適當。另—方式，氧 熟知，其中之=對調。I式氧，燃料燃洗器爲本領故 ,Δ11 、—是Alr Pr〇ducts and Chemicals, Inc(All©nt〇v/n, p _ nnsylvania，美國）供應的KTech燃燒器 Ο .、'作時’ k燃燒器1Q調整到使天然氣通過接頭18送 過次燃燒空氣由接頭Μ送過，使之在氣燃料燃燒器 士端勺4方進行燃燒。該燃料⑶是用於產生氧· 燃料火培或燃繞，是通過向接頭a送入氣，向接頭Μ送入 燃料例如天然氣，從而在燃燒器36的前端雜燒 。爲使 N〇x最:> 生成’該氧’料燃燒器是於富燃料條件操作。 备燃料的含義是’當在錄.崎料器找對燃料的比 率除以該氧-燃料燃燒器中按化學計量的氧對燃料的比率 時，其相當量比值爲i.U.M，優選約χ 33。此外，進 行操作時，氡-燃料火焰被空氣燃料火焰所包倭。在囷2 的裝置中，借助於將氣.燃料燃燒器放在空氟-燃料燃燒器 之內，很容易達到上述要求，亦即使氧燃料的燃燒在空 氟-燃料燃燒的包固下進行。可以採用其他構形，將氧 •錄 f靖先閲讀背面之注意事^再項寫本頁'-· 丨裳· 訂_ -線. 用, 經濟部中央標半局B工消費合作社印裂 ί； 1 X Ο ^ “ > ' ~ 五、發明説明（） 料火焰與空氣.崎U㈣即可，但該兩個线在生成 後合並到一起。 作爲解釋，富燃料火焰使N0x產生量減少是人所共知 的，因爲火焰溫度峰低，並且可得到的氧基困量減少。事 實上，由於沒有足夠的氧捋燃料氧化完全，永遠不能達到 最高火焰溫度。此外，從熱力學來講，氧優先與破和氩化 合，然後才是與氮化合成氧化氮。然而，在富燃料條件下 未燃燒烴發散量増多，這也是污染環境的，並且使燃燒的 總效率下降。 應用阖2的裝置實地試驗，在氧-燃料燃燒器中使用 高純氧（例如"% 〇2)，使用含甲垸高於95%和氮0 32%(體 積〉的天然氣作爲燃料。如圖3所示，X抽代表應用附加氧 -燃料燃燒占總燃燒量的比率，例如，在5〇%氧_燃料情況 下，總燋燒的一半是氣-燃料，一半是空氣-燃料。氣燃 料的相當量比在1.00-1. 33之間變化，當i ◦時，表示對 甲垸的化學計量比率。在圖3中，在不使用（〇%)氧燃料 時，其空氟-燃料相當量比率是變化不—的。這些曲線表 明，當氧-燃料火焰更爲富燃料時，N0急劇滅少；逯表明 在氣-燃料用量的中段有各自的峰值，但是這些試驗中未 精确測定峄值。 囡4所承與圖3相似，不同之處是數棣表示在氣化刻 中氣的總滾度，於是該試驗可以評價句像氧與空氟事先已 混合的情況。例如，若總的燃堍量平分給空氣燃料和氣_ 燃料燃燒器，並且兩個燃埯器都是化學計量狀況，则相當 A6 B6 (請先閲請背面之;±意事項再場.SJIT本頁) 丨裝· -17. .象， 衣·^通用中园园家標孕（CNS)甲4規格（210 X 297公货 五 經濟部中央標準局工消費合作社印製 A6 B6 發明說明（） 於氧與空氣事先混合成爲氧滚度34“。此曲線的指示作 用在於它可以方便地與_5的理論Ν〇χ曲線作比較。固5 的曲線表不假設燃料和氣化剤理想混合時所预見的平衡。 阖5表不當富氧水平増大到近4〇%時，預見Ν〇χ會増多。然 而，圖3的試驗數捸表明當富化從3〇%到4〇*，Ν〇χ減少。 相信這是由於向空氣_燃料燃燒器中***氧-燃料燃燒器而 成爲分開的火焰區。常規式氧-燃料燃燒器將產生高的火 培溫度。 該圖中的曲線是基於總的燃燒量，不包括用更多氡而 提高效率的效果。以每百萬净的BTU的⑽镑數爲基準，這 樣甚至可進一步有效地減少N〇X。 所試驗的空氣-燃料燃燒器由於其混合特性不良而產 生的Ν〇Χ不正常地地少。多數空氣_燃料燃燒器都是大於 0.1磅NO/百萬BTU，表示本發明應用於其他燃燒器會有更 舒效果。 借助於以富燃料方式操作氧-燃料燃燒器，其大坞溫 度大，降低。此外，氣-燃料燃燒器外面的環形空閘的天 然氣楚到屏蔽的作用，使内層的高純度氧延遲與空氣燃 料燃燒器中的氮接觸。由於該火焰是富燃料的，大部八氣 巳用於氣化蛵燃料，然後才與空氟-燃料流昆合。相俨這 幾個因素的综合作用，即低的火焰溫度、在氧-燃料火焰 溫度的還原條件、以及將内層高純度氣遮蔽使之不與空氣 -燃料火焰的氮接觸，都使得廢氣中NOx含量意想不 少。從這些實驗數據就T以預見，當至少三分< — 〜碼燃洗 -8 - 本·*氏張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） ------,—.---------------裝------訂------^ (請先閲讀背面之注意事β再填寫本頁)

五、發明説明（） 量是由氣.喊燃❹完成時，料到最優化條件。馨於 上述試檢數捸和所得結論，優選的操作條件是氧燃料火 焰爲富燃料，而空氣-燃料火焰大約在化學計量比，而不 要反轉跡。採用與本發8収轉的料只能使空氣燃料 火培溫度稍下降，但使氧-燃料域溫度大輕上升。由於 火焰中熱法生成N〇X是隨溫度圣指數闞係増多，當按與本 發明相反的方式操作時’將產生火培溫度高峰，將導致多 於本發明的N°X。使兩個燃燒器都是富燃料操作雖然可以 減少_，但使域率下降。由於已證明富氧可以 效率’在本發财料錄·崎㈣財_將提高生 產率，因爲由於富燃料帶來的下降巳被富氧所帶來的増高 所抵消而有餘。在多數工業墟中不致發生未燃燒煙的發散 ，由於空氣會紅射並進人排錢H祕開火捣區 的排出廢氣中一切餘下的燃料都燒掉。 本發明可以在現有毅備上以最低限费用進行改裝。本 發明可提供生產率的増益，同時不會發生像一般的低度富 帶來的ΝΟχ發散量増南。以前人們曾把氣-燃料燃燒 二添加到"·燃料爐中來提高生產皁，但是在本發明之 ’遣沒有把減少NQx發散量的問題考慮進去。 根據以上的說明，申請人提出以下的申請專利範園。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 9 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 C7 D7 中請專利範团 1. 一種在空氟-嫩料浞合抝嫩堍時滅少氮的氧化杨產 生量的方法，該方法包括： (a) 燋燒一種氧-燃料混合物，其方式爲在熾堍時使 用空氟-嫩料混合物逡酸敌氣-嫩料的燃燒，使之不接觭到 氣；及 (b) 在整個嫩燒程序中，保持拔氧-嫩料混合物處於 富燃料狀態。 2·依申請專利範園第1項所述的方法，其中的操作程 序是使拔氧-嫩料燋燒提供該燋燒程序螝產熱量的50-9〇* 3·依申請專利範因第1項所述的方法，其中在所述氧-嫩料嫩燒中的化學計黃條件保持在相當量比率1· 2-1.35 〇 4·依申請專利範園第1項所述的方法，其中所述氣-嫩 料燃堍是以同心方式在所述空氟-燃料燃燒之內進行。 5·依申請專利範園第1項所述的方法，其中所述氧·燋 料燃燒器中的孅料是選自：肀烷、丙垸、燃料油、廢油、 烴類燋料以及它們的混合物。 6.依申請專利範園第5項所速的方法，其中氣對嫩料 的比率是1. 5份氧對1份甲烷。 .1〇 * ------------------------装------訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再項寫本M) 表紙張尺度適用中a國家櫺準（CNS)甲4规格（210 X 297 | A7 B7 C7 D7 六、申請專利範圍 7. 依申請專利範面第1項所述的方法，其中空氣-燃料 和氧-燃料燃燒兩者的燃料是選自：甲烷、丙垸、燃料油 、廢油、烴類燃料以及它們的混合物。 8. 依申請專利範圊第1項所述的方法，其中空氣-燃料 燃燒的燃料是油，氣-燃料燃燒的燃料是甲烷。 9. 依申請專利範園第1項所述的方法，其中所述方法 是通遇在一個空氣-燃料燃燒器内以同心方式***一個氧_ 燃料燃燒器而進行的'。 1〇 .依申請專利範園第1項所述的方法，其中所述方法 是在該方法設備中***一個氣-燃料燃燒器而進行的，其 方式是將氣-燃料燃燒產物喷射入該空氟-燃料燃燒物流中 ------------------------裝------訂 ； 線 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家檫準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐>