CN100483025C - 一种燃气或燃油锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明燃气或燃油锅炉，特征是在炉膛内安装燃烧搅拌反应器——与液体或气体燃料空气供给装置相连接的燃烧室，利用炉膛底部作为其底部，边壁与炉底连接，长度不小于炉膛长度的70%，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50%-90%，壁面采用耐温不低于1500℃的材料制作，尾部开有燃烧产物出口，连通至炉膛；燃料空气供给装置穿过前炉墙与该燃烧室连接，其喷口配有点火器。该锅炉能够在燃烧室壁面温度不低于850℃时实现炉内的无焰燃烧，燃烧反应发生在一个弥散的宽广区域，没有分开燃烧产物和未燃气体的火焰前沿，无火焰吼声，燃烧室内流场稳定、温度分布均匀，且NO_X排放极低，燃烧噪音小，平均热负荷高。

Description

一种燃气或燃油锅炉

技术领域：

本发明属于燃烧设备锅炉技术领域，特别涉及无焰燃烧的燃气与燃油锅炉。

背景技术：

《锅炉原理与计算》(冯俊凯、沈幼庭主编，科学出版社，1992)第60-64页介绍了锅炉燃烧煤气的原理，指出了燃料空气供给装置出口会形成火舌或火炬，并对火炬长度进行了计算。《燃油燃气锅炉结构设计及图册》(赵钦新、李卫东、惠世恩、罗正辉编著，西安交通大学出版社，2002)第125-143页介绍了现代固定式工业水管蒸汽锅炉(包括D型、A型、O型和角管式锅炉)的内部构造和工作方式，这是基于锅筒、集箱、水管、炉膛的结构，燃料空气供给装置直接连至炉膛，火焰从燃料空气供给装置出口喷出后在炉膛内形成火舌或火炬，通过高温烟气与锅炉受热面的辐射换热和高温烟气冲刷部分水管的对流换热以获得所需蒸汽或热水。这些锅炉的主要问题是：由于火舌或火炬的存在，燃烧反应发生在很小的有限区域，在火舌或火炬处存在高温区，氮氧化物(NOx)的排放偏高，若进行尾气净化，则一次性尾气净化设备投资大，运行成本高；燃烧反应不够充分，若为提高燃烧效率而增大过量空气系数，又会提高排烟热损失，降低锅炉整体热效率；并且换热仅通过高温烟气辐射换热和高温烟气冲刷锅炉受热面换热，换热效率有待提高。

《锅炉原理与计算》(冯俊凯、沈幼庭主编，科学出版社，1992)第65-67页介绍了一种无焰燃料空气供给装置，这种无焰燃烧指的是预混气体在燃料空气供给装置喷口的小孔道里燃烧，从燃料空气供给装置出来到炉膛的气体已经基本是燃烧产物。实际上，这种燃烧仍然是有焰燃烧，只是小火炬的长度很短，在小孔道中基本烧完，在喷口外面看不到火焰或只能看到不长的火苗。因此燃烧反应仍然发生在很小的有限区域，燃料空气供给装置喷口的小孔道中容积热负荷很大，温度可达1800℃，需要高级耐火材料，同时也存在高温区氮氧化物(NOx)排放偏高的问题，而且由于是预混燃烧，易发生回火，燃料空气供给装置布置复杂。

发明内容：

本发明提供一种燃气或燃油锅炉，以实现无焰燃烧，克服现有锅炉燃烧过程存在高温区、排放的大气污染物特别是氮氧化物偏高、锅炉热效率偏低的缺陷。

本发明的燃气或燃油锅炉，包括锅炉本体四周用耐火炉墙包围，上方架设锅筒，锅筒内部布置烟管，从锅筒下半部引出水管，向下连接到集箱，其中，一部分水管贴靠或嵌入到炉墙上，形成辐射受热面——水冷壁，集箱置于锅炉底部；由锅筒底部、水冷壁、锅炉前后壁面和锅炉底部围成炉膛；其特征在于：在炉膛内安装燃烧搅拌反应器，该燃烧搅拌反应器是与液体或气体燃料空气供给装置相连接的燃烧室，该燃烧室利用炉膛底部作为其底部，边壁与炉底连接且与锅炉水冷壁和锅筒底部受热面距离不少于20厘米，燃烧室长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％，壁面采用耐温不低于1500℃的材料制作，尾部开有燃烧产物出口连通至炉膛；燃料空气供给装置穿过前炉墙与该燃烧室连接，该供给装置中间是燃料通道，周围是空气通道，空气通道入口用管道与风机相连，采用切向进气方式，使其喷射到燃烧室中的射流旋流强度不小于1.0，喷口配置有点火器。

所述燃烧搅拌反应器，可以是长方体形状，或长方体本体、拱顶形状，或长方体本体、尖顶形状，或圆筒形状。

所述燃烧搅拌反应器内可设置耐高温1500℃以上耐火材料的蓄热体。

与现有技术相比较，由于本发明燃气或燃油锅炉采用了与液体或气体燃料空气供给装置相连接的燃烧搅拌反应器，而且该燃料空气供给装置采用切向进气方式，使其产生的射流旋流强度不小于1.0，使得高温燃气在燃烧室内旋转搅拌，并且通过高温燃烧室壁面与燃烧室内部均匀混合的燃气的强烈换热，使燃烧反应发生在一个宽广的弥散区域，没有分开燃烧产物和未燃气体的火焰前沿，能够在燃烧室壁面温度不低于850℃时实现炉内的无焰燃烧，；克服了现有技术的燃烧室内温度分布不均匀、氮氧化物排放偏高、燃烧不够充分、燃烧效率偏低等缺点；其优点是：燃烧室内流场稳定、温度分布均匀，避免了锅炉受压部件局部过热、过烧、氧化及材料组织的变化，氮氧化物(NOx)排放低，燃烧反应完全，在过量空气系数小于1.05时仍然能够完全燃烧，排烟热损失大大降低，提高了锅炉的整体热效率，同时降低了由于燃烧不完全所产生的碳氢化合物(C_mH_n)、一氧化碳(CO)、烟尘的排放，而且无燃烧吼声。

相比于前述的传统锅炉，由于本发明锅炉增加了燃烧搅拌反应器壁面与锅炉受热面的强烈辐射换热，强化了炉内的换热效果，降低了排烟温度，有利于提高锅炉的整体热效率。

由于本发明锅炉采取的燃烧搅拌反应器长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％，使燃烧反应空间大，避免容积热负荷过高以及出现高温区，有效保护燃烧室的壁面，而且燃烧室的壁面与锅炉水冷壁和锅筒底部受热面距离至少20厘米，在燃烧室外留有足够空间给高温烟气冲刷锅筒和水冷壁。

附图说明：

图1为本发明燃气或燃油锅炉的横剖面结构示意图；

图2为本发明燃气或燃油锅炉的纵剖面结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明燃气或燃油锅炉的具体实施方式。

实施例1：

本实施例中，锅炉本体底部铺设耐火材料，四周用耐火炉墙2包围；锅炉本体上方架设圆柱形锅筒1，锅筒上半部设有用管道分别连接的主汽阀、副汽阀、安全阀、水位计以及压力表，锅筒外部前端上半部与烟气出口12相连通，下半部与前烟箱11相连通，后端与后烟箱8相连通，锅筒内部沿轴线方向布置上下两组烟管10，下面一组烟管10分别连接前烟箱11和后烟箱8，上面一组烟管分别连接后烟箱8和烟气出口12；从锅筒1下半部两侧分别斜向下引出一排水管，延伸连接到两个下集箱7，其中，一部分水管5贴靠或嵌入到侧面炉墙上，形成辐射受热面水冷壁，两个下集箱7置于锅炉底部；由上锅筒底部、水冷壁、锅炉前后壁面和锅炉底部围成炉膛；炉膛出口与前烟箱相连；在炉膛中安装一个燃烧搅拌反应器4，根据炉膛空间设计成类似长方体形状的燃烧室，利用炉膛底部作为其底部，边壁与炉底连接，燃烧室的壁面与锅炉受热面(包括水冷壁和锅筒底部)距离40厘米，燃烧室长度是炉膛长度的95％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的70％，壁面采用耐高温1500℃以上的粘土砖、高铝砖、硅砖、复合碳化硅、镁砖或刚玉耐火材料，燃烧室的一端连接到燃料空气供给装置3，燃烧室的尾部开有燃烧产物出口9，连通至炉膛；燃料空气供给装置3中间是液体燃料通道，利用其高压多孔喷嘴使燃料雾化，液体燃料的喷射压力不小于1MPa，液体燃料通道周围是空气通道，空气通道入口14与风机16出口用管道相连，空气采用切向进气方式，产生旋流强度大于1.0的旋转射流进入燃烧搅拌反应器4，过量空气系数保证在1.02-1.4，燃料空气供给装置喷口配有点火器15。

使用时，先将锅炉水循环系统(包括锅筒、水管等)加水至水位线超过锅筒一半高度，燃料通道入口13通入燃料，启动风机16通风到空气通道入口14，然后将配在燃料空气供给装置上的点火器15启动，点火燃烧至燃烧反应器的壁面温度不低于850℃。此时，燃料与空气从燃料空气供给装置3喷射到燃烧搅拌反应器4里面后，炽热的燃烧搅拌反应器壁面与混合气进行高强度换热，燃料、空气和燃烧产物充分旋转搅拌，充分混合，使得燃料和空气迅速融入到宽广的弥散的燃烧室空间，发生反应，没有分开燃烧产物和未燃气体的火焰前沿，无火舌或火炬，无火焰吼声，形成无焰燃烧。燃烧产物从燃烧搅拌反应器出口9流出，进入炉膛后，冲刷锅筒和水冷壁，返回到锅炉前部，进入前烟箱11。然后烟气从前烟箱11进入烟管10，流入后烟箱8后，再由烟管返回，最后从烟气出口12至省煤器或直接从烟囱排出。若要停止锅炉工作时，先切断燃料供给，再吹扫空气5分钟。

由于本发明的燃气或燃油锅炉采用了与液体或气体燃料空气供给装置相连接的燃烧搅拌反应器，而且该燃料空气供给装置产生的射流旋流强度不小于1.0，使得高温燃气在燃烧室内旋转搅拌，并且通过高温燃烧室壁面与燃烧室内部均匀混合的燃气的强烈换热，使燃烧反应发生在一个宽广的弥散区域，没有分开燃烧产物和未燃气体的火焰前沿，从而无火舌或火炬，克服了现有技术的燃烧室内温度分布不均匀、氮氧化物排放偏高、燃烧不够充分、燃烧效率偏低等缺点；其优点是：燃烧室内流场稳定、温度分布均匀，避免了锅炉受压部件局部过热、过烧、氧化及材料组织的变化，氮氧化物(NOX)排放低，燃烧反应完全，在过量空气系数小于1.05时仍然能够完全燃烧，排烟热损失大大降低，提高了锅炉的整体热效率，同时降低了由于燃烧不完全所产生的碳氢化合物(C_mH_n)、一氧化碳(CO)、烟尘的排放，而且无燃烧吼声。

相比于前述的传统锅炉，由于本发明锅炉增加了燃烧搅拌反应器壁面与锅炉受热面的强烈辐射换热，强化了炉内的换热效果，降低了排烟温度，有利于提高锅炉的整体热效率。

由于本发明的锅炉采取的燃烧搅拌反应器长度占炉膛长度的95％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的70％，使燃烧反应空间大，避免容积热负荷过高以及出现高温区，有效保护燃烧室的壁面；同时燃烧室的壁面与锅炉水冷壁和锅筒底部受热面距离40厘米，在燃烧室外留有足够空间给高温烟气冲刷锅筒和水冷壁。

实施例2：

本实施例为采取对传统燃煤锅炉进行改造，在炉膛中安装一个燃烧搅拌反应器，根据炉子负荷设计燃料空气供给装置，使之成为能够燃烧气体或液体燃料的本发明的锅炉。

所利用的传统燃煤锅炉的结构是：锅炉本体四周用耐火炉墙2包围，上方架设上锅筒1，上锅筒1内部布置烟管，上锅筒1上半部分别用管道连接至汽阀、安全阀、水位计以及压力表，从上锅筒1下半部引出水管向下延伸连接到下锅筒，其中，一部分水管贴靠或嵌入到炉墙2上，形成辐射受热面——水冷壁，下锅筒置于锅炉底部，下锅筒的一端封头上装有排污阀门；由上锅筒底部、水冷壁、锅炉前后壁面和锅炉底部围成炉膛；炉膛一端开口与加煤设备相连，炉膛底部铺设炉排或炉篦，炉膛另一端开口至除渣设备；在炉膛前方和后方搭砌前拱和后拱。

本实施例在传统燃煤锅炉的基础上，拆除加煤设备和底部炉排或炉篦，并在原炉排或炉篦位置铺设耐火材料，根据需要可以拆除炉拱，在炉膛中安装一个燃烧搅拌反应器4，燃烧搅拌反应器根据炉膛空间设计成类似长方体本体、拱顶形状的燃烧室，长度是炉膛长度的90％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的75％，壁面采用耐高温1500℃以上的粘土砖、高铝砖、硅砖、复合碳化硅、镁砖或刚玉耐火材料，也可采用内层钢材外敷耐火材料的结构，燃烧室的一端连接到燃料空气供给装置3，燃烧室的尾部开有燃烧产物出口9；燃料空气供给装置3中间是气体燃料通道，气体燃料的喷射压力不小于500毫米水柱，气体燃料通道周围是空气通道，空气通道入口14与风机16出口用管道相连，空气采用切向进气方式，产生旋流强度大于1.0的旋转射流进入燃烧搅拌反应器4，过量空气系数保证在1.02-1.4，燃料空气供给装置喷口配有点火器15。

使用方法与实施例1相同。

实施例3：

本实施例中，在燃烧搅拌反应器里面底部分别贴靠燃烧室两个侧壁分开放置3块(共6块)蓄热体6，该蓄热体采用耐高温1500℃以上的耐火砖材料，形状是长方体，每块蓄热体的高度占燃烧室高度的80％，长度占燃烧室长度的8％，宽度占燃烧室宽度的10％；在燃烧搅拌反应器内设置蓄热体后，由于它辅助炽热的燃烧搅拌反应器壁面与混合气进行强烈换热，所以温度分布更加均匀，同时它有助于燃烧搅拌反应器内部气体的搅拌混合。

其他部分与实施例1或2相同。

Claims (3)

1、一种燃气或燃油锅炉，锅炉本体四周用耐火炉墙包围，上方架设锅筒，锅筒内部布置烟管，从锅筒下半部引出水管，向下连接到集箱，其中，一部分水管贴靠或嵌入到炉墙上，形成辐射受热面——水冷壁，集箱置于锅炉底部；由锅筒底部、水冷壁、锅炉前后壁面和锅炉底部围成炉膛；其特征在于：在炉膛内安装燃烧搅拌反应器，该燃烧搅拌反应器是与液体或气体燃料空气供给装置相连接的燃烧室，该燃烧室利用炉膛底部作为其底部，边壁与炉底连接且与锅炉水冷壁和锅筒底部受热面距离不少于20厘米，燃烧室长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％，壁面采用耐温不低于1500℃的材料制作，尾部开有燃烧产物出口连通至炉膛；燃料空气供给装置穿过前炉墙与该燃烧室连接，该供给装置中间是燃料通道，周围是空气通道，空气通道入口用管道与风机相连，采用切向进气方式，使其喷射到燃烧室中的射流旋流强度不小于1.0，喷口配置有点火器。

2、如权利要求1所述的燃气或燃油锅炉，特征在于所述燃烧搅拌反应器，包括长方体形状，或长方体本体、拱顶形状，或长方体本体、尖顶形状，或圆筒形状。

3、如权利要求1所述的燃气或燃油锅炉，特征在于所述燃烧搅拌反应器内设置有耐高温1500℃以上耐火材料的蓄热体。

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