CN101029735A - 石油焦浆燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种石油焦浆燃烧装置，其包括由燃料流入壁、火焰流出壁、以及侧壁围成的壳体，壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，其中，燃料流入壁上设置有至少三个石油焦浆雾化喷枪、以及至少一个燃油喷枪和至少一个燃气喷枪，壳体内部的燃烧空间的内直径为火焰流出壁的内壁到燃料流入壁的内壁之间的垂直距离的四分之一到一倍。

Description

石油焦浆燃烧装置

技术领域

本发明是关于一种锅炉设备，特别是关于一种以石油焦浆为燃料的燃烧装置。

背景技术

一方面，随着环境污染问题的日益加重，锅炉设备基本都已改用清洁的能源，比如油、天然气或煤气，但是，这使锅炉设备的燃料费用大幅度上升。

另一方面，能源危机已经成为全世界关注的问题。能够被人类利用的自然能源越来越少，但人类对自然能源的需求却越来越大。因此世界各国都在进行能源结构调整，以最大限度的节约现有的能源。

因此，人们在不断的寻求新的清洁能源。采用价格低廉、高效洁净石油焦浆燃料，既能合理的利用自然资源，又能降低锅炉设备的燃料费用。但是，石油焦浆燃烧时存在着火困难、易结焦、积灰、火焰发散、难以燃尽的问题。

业界在不断的开发能够有效燃烧石油焦浆的锅炉设备。如中国专利CN02135439.1公开了一种水焦浆燃烧技术，其包括预燃室及其壁上的两次风切向进风口，切向两次风速为25～40m/s，在预燃室的一端置有一次风旋流燃烧器，一次风的旋流强度大于3.0，旋流燃烧器中心区域安置水焦浆雾化喷枪，由其将进入预燃室的水焦浆雾化成60～100μm粒度，预燃室的另一端是连接工业窑炉或锅炉的开放口，预燃室内温度至少要达到950～1000℃温度后，确保水焦浆稳定着火燃烧。

中国专利CN03113078.X公开了一种水焦浆旋流燃烧装置，由喷枪、燃烧室、切向风进口所组成，旋风筒燃烧室为圆筒状，水焦浆喷枪设在旋风筒燃烧室的一端，一次切向风进口、两次切向风进口顺序设置在水焦浆喷枪下游的旋风筒燃烧室的壁上，在旋风筒燃烧室的另一端设有旋风筒燃烧室出口。

但是上述两个专利所揭示的水焦浆燃烧装置和方法存在着缺陷，首先，仅采用一个水焦浆喷枪，要达到足够的燃烧强度，必须加大水焦浆的供给量，即，水焦浆颗粒将喷的很远，这样形成的燃烧动力场是细长的、不均匀、不饱满的，从而不能使水焦浆颗粒得到有效充分的燃烧，一旦水焦浆颗粒燃烧不充分，其离开燃烧室以后，随着温度的下降，其将在炉壁或者管道壁上结焦，结焦达到一定程度后，将降低设备的传热效率，严重的还将造成安全事故；其次，仅采用一个水焦浆喷枪，一旦该喷枪熄火必须重新启动点火，影响生产的正常进行；还有，仅采用一个水焦浆喷枪，很难有效将水焦浆充分雾化，不能有效地雾化，就不能保证水焦浆颗粒充分的与空气接触并燃烧，燃烧效率不高；而且，仅采用一个水焦浆喷枪，而不设置其它引燃装置，原则上是没有办法将水焦浆直接点燃的，即使采用先燃油再换水焦浆喷枪的方法实际上也不能将水焦浆点燃；最后，上述两个专利的一次风与切向风采用的空气没有进行区分，若一次风的空气不进行加热，则会导致燃烧不剧烈，若切向风不采用冷空气，则就不能达成有效降低燃烧室内壁温度并避免结焦的效果。

因此，提供一种火焰稳定、燃烧充分的石油焦浆燃烧装置成为了业界需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效充分的燃烧石油焦浆的石油焦浆燃烧装置。

本发明的一种技术方案是：提供一种石油焦浆燃烧装置，包括由燃料流入壁、火焰流出壁、以及侧壁围成的壳体，壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，其中，燃料流入壁上设置有至少三个石油焦浆雾化喷枪、以及至少一个燃油喷枪和/或至少一个燃气喷枪，壳体内部的燃烧空间的内直径为火焰流出壁的内壁到燃料流入壁的内壁之间的垂直距离的四分之一到一倍。

具体地，壳体为圆筒状，至少三个石油焦浆喷枪均匀分布在燃料流入壁上，它们所在的圆周的圆心与燃料流入壁的中心大致重合，它们所在的圆周的直径大于等于壳体内直径的五分之一，小于等于壳体内直径的五分之四。优选的，壳体内部的燃烧空间的内直径为火焰流出壁的内壁到燃料流入壁的内壁之间的垂直距离的二分之一到四分之三倍。石油焦浆雾化喷枪为四个，四个石油焦浆雾化喷枪等间隔分布在以燃料流入壁的中心为圆心的圆周上，四个石油焦浆雾化喷枪所在的圆周的直径大于等于壳体内直径的三分之一，小于等于壳体内直径的四分之三，每个石油焦浆雾化喷枪喷出的石油焦浆的雾化分散角度大于等于30度小于等于120度，从而在壳体内部的燃烧空间内形成由四条火炬构成的粗短的饱满的均匀的燃烧动力场。燃油喷枪为三个，两个设置在燃料流入壁下部，一个设置在燃料流入壁的上部，燃气喷枪为两个，分别设置在下部的两个燃油喷枪附近。火焰流出壁开设一出口，该出口的直径大于等于壳体内直径的五分之一，小于等于壳体内直径的五分之四，出口与壳体的侧壁之间形成一圆锥状过渡腔室。本发明的结构在于形成一种粗短、均匀、饱满、充分混合、燃烧剧烈、容易点燃、燃烧稳定的燃烧动力场。

其中，每组的切向风进口为两个或者两个以上，且每组的切向风进口是分布在壳体的侧壁的同一圆周上，切向风进口用于流入未经加热的空气。切向风进口的开设方向与侧壁的内壁轮廓线相切，切向风进口的孔直径小于等于四个石油焦浆雾化喷枪所在的最外侧圆周到壳体内壁的距离。其中一组切向风进口靠近燃料流入壁设置，且邻近四个石油焦浆雾化喷枪喷出的石油焦浆开始交叉的位置。比如，切向风进口可以设置为三组，且每组切向风进口包括三个切向风进口。每组的多个切向风进口可以设置在侧壁的同一圆周上，也可以相互错开一定的距离。所有切向风进口的送风量大约为燃烧所需总风量的8％～20％。

进一步的，石油焦浆雾化喷枪、燃油喷枪、燃气喷枪均设有配风口，其中，石油焦浆雾化喷枪的配风口设置有旋流配风器。在壳体的内壁填敷硅酸铝纤维保温层和磷酸盐耐火混凝土；在燃料流入壁和侧壁各布置至少一个观火孔；在壳体上方设置一个测量燃烧空间内温度的测点，以便于监测和自动控制。

其中，切向风进口流入的空气为冷空气，旋流配风器喷入的空气为加热的空气，且切向风进口形成的旋流空气的旋转方向与旋流配风器喷入的空气的旋转方向相同，比如都为逆时针方向。四个石油焦浆雾化喷枪的依次点燃顺序与这种旋转方向相对应，以便于更容易的点燃。

本发明的石油焦浆燃烧装置布置四个对称的石油焦浆雾化喷枪，通过相互引燃、提高炉膛火焰充满度的方法用来点燃石油焦浆。

本发明的石油焦浆燃烧装置的进一步包括自能控制系统，进行全自动化运行，可以自动调节各股风所占的比例以适应不同负荷下的燃烧要求。并配上先进的大屏显示的人机对话界面，只要轻触屏上的功能键，就可按每一步完成操作，显示系统可监控设备的运行状态和实时信息，故障显示及记录。

本发明的石油焦浆燃烧装置可用于其他各种类型的锅炉设备或者窑炉设备，比如蒸汽锅炉、水浴炉等。

本发明的有益效果是：采用四个石油焦浆雾化喷枪均匀设置在燃料流入壁上，可以加大石油焦浆的雾化强度，缩短石油焦浆的喷射长度，形成粗短、均匀、饱满、充分混合的燃烧动力场；采用三个燃油喷枪、二个燃气喷枪，并按顺序依次点燃四个石油焦浆雾化喷枪，真正有效的将四个石油焦浆雾化喷枪充分点燃，并稳定的燃烧，四个石油焦浆雾化喷枪之间可以相互引燃，相互辅助燃烧，避免了熄火现象；采用两组四个切向风进口，并流入冷空气，形成切向旋转空气流，既增强了石油焦浆雾滴混合燃烧强度，又降低了壳体内壁的温度，避免了石油焦浆雾滴在壳体内壁上结焦；同时切向旋流还可以将石油焦浆火炬包裹在其中，避免其直接与壳体内壁接触；采用喇叭形出口，一方面可以加速高温火焰的旋转强度以便使石油焦浆充分燃烬，另一方面还可以避免高温火焰冲出出口后直接与炉管接触，彻底避免了烧炉管现象的发生。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的石油焦浆燃烧装置的剖视示意图。

图2是本发明的石油焦浆燃烧装置的侧视示意图。

具体实施方式

                      实施例1

请参照图1及图2，本发明的石油焦浆燃烧装置，用于燃烧水焦浆或者油焦浆，在本实施例中，本发明的石油焦浆燃烧装置用作油田注汽锅炉的稳燃室。其包括壳体10、石油焦浆雾化喷枪70、燃油喷枪80以及燃气喷枪90。

壳体10由燃料流入壁20、火焰流出壁40、以及侧壁60围成。壳体10为圆筒状，壳体10的内部形成一圆筒状的燃烧空间30，壳体10内部的燃烧空间30的内直径为燃料流入壁20的内壁到火焰流出壁40的内壁之间的垂直距离的四分之一到一倍，优选的是，燃烧空间30的内直径为燃料流入壁20的内壁到火焰流出壁40的内壁之间的垂直距离的二分之一到四分之三倍。在该具体实施例中，燃烧空间30的内直径为燃料流入壁20的内壁到火焰流出壁40的内壁之间的垂直距离的三分之二倍。

火焰流出壁40开设一出口44，该出口44的直径大于等于壳体10内直径的五分之一，小于等于壳体内直径的五分之四，在本实施例中选用该出口44的直径等于壳体10内直径的二分之一，在出口44与壳体10的侧壁60之间形成一圆锥状过渡腔室48。即，在火焰流出壁40上形成了一喇叭形开口。

石油焦浆雾化喷枪70为四个，四个石油焦浆雾化喷枪70分别装设在燃料流入壁20上，并且等间隔分布在以燃料流入壁20的中心为圆心的圆周上，四个石油焦浆雾化喷枪70的中心所在的圆周的直径大于等于壳体10的内直径的四分之一，小于等于壳体内直径的四分之三，在本实施例中，四个石油焦浆雾化喷枪70的中心所在的圆周的直径为壳体10的内直径的三分之二。其中，每个石油焦浆雾化喷枪70喷出的石油焦浆的雾化分散角度大于等于30度小于等于120度，在本实施例中选用45度。从而，当石油焦浆被点燃以后，在壳体10内部的燃烧空间30内将形成由四条火炬构成的粗短的饱满的燃烧动力场。石油焦浆雾化喷枪70、燃油喷枪80、燃气喷枪90均设有配风口(图未示)，其中，石油焦浆雾化喷枪70的配风口还设置有旋流配风器。

燃油喷枪80为三个，其中两个设置在燃料流入壁20的下部，一个设置在燃料流入壁20的上部，燃气喷枪90为两个，分别设置在下部的两个燃油喷枪80附近。

壳体10的侧壁60上间隔设置两组切向风进口610、620，每组切向风进口均包括两个切向风进口，且每组的切向风进口是分布在壳体10的侧壁60的同一圆周上，其中切向风进口610、620的开设方向与侧壁60的内壁轮廓线相切，切向风进口610、620的孔直径小于等于四个石油焦浆雾化喷枪70的最外侧所在的圆周到壳体10内壁的距离。其中，一组切向风进口610靠近燃料流入壁20设置，且邻近四个石油焦浆雾化喷枪70喷出的石油焦浆开始交叉的位置。另一组切向风进口620设置在切向风进口610与火焰流出壁40之间。

进一步的，在壳体10的内壁填敷硅酸铝纤维保温层和磷酸盐耐火混凝土；在燃料流入壁20和侧壁60各布置至少一个观火孔；在壳体10上方设置一个测量燃烧空间30内温度的测点，以便于监测和自动控制。

点火时，先靠点火电极点着燃气喷枪90，然后由燃气喷枪90点着与其邻近的两支燃油喷枪80，再依靠燃烧空间30内的火焰点着上部的一个燃油喷枪80，燃油喷枪80运行一定时间燃烧空间30内的炉温升到约650～700℃后，开始由供浆系统向石油焦浆雾化喷枪70输送石油焦浆，石油焦浆雾化喷枪70逐个点火投入运行，因为本实施例中切向风进口610、620的旋转风向为逆时针，所以先投入右下方的石油焦浆雾化喷枪70，接着按逆时针方向逐个投入石油焦浆雾化喷枪70。这样一个石油焦浆雾化喷枪70被点燃后其又可以用于点燃另一个石油焦浆雾化喷枪70，从而有效的将四个石油焦浆雾化喷枪70全部点燃。因为石油焦浆雾化喷枪70的配风口装设旋流配风器，使燃烧空气也进行逆时针旋转，所以燃烧空间30内四支旋转的火炬被切向风进口610、620内流入的切向风加大旋流力度，并形成一个大的旋转燃烧动力场，有效地解决了水焦浆挥发分低，难着火的技术难题。

该石油焦浆燃烧装置的送风系统分为主送风系统和副送风系统。主送风系统由主鼓风机、空气预热器、风道、旋流配风器等组成。主送风系统的送风过程为：所需的燃烧空气，经鼓风机加压，经过空气预热器加温到100℃左右，由主风道分流器分别送到四个石油焦浆雾化喷枪70、燃油喷枪80、燃气喷枪90，其中每个石油焦浆雾化喷枪70按比例分配成为旋转风和直流风，提供燃烧所需大部分空气。副送风系统由小鼓风机经风道不经加热直接进入切向风进口610、620，产生切向旋流的冷风，将四支旋转火炬形成一个高速旋转的火球，火焰稳定性好，燃烧强度大，有效地解决了水焦浆难燃烬技术难题，送风量大约为总风量的8％～20％，本实施例中选用10％。

本发明的石油焦浆燃烧装置布置了四个对称的石油焦浆雾化喷枪70，通过它们之间互相引燃，提高炉膛火焰充满度的方法用来点燃石油焦浆。

本发明的石油焦浆燃烧装置设有两组共四个切向风进口610、620。一方面，切向旋转风使石油焦浆雾滴做高速旋转，稳定燃烧工况。另一方面，切向旋转风将已将燃烧的高温火焰抽吸到燃烧空间30靠近石油焦浆雾化喷枪70的一端，有效地解决了石油焦浆的着火和燃烬问题。

本发明的石油焦浆燃烧装置通过四个石油焦浆雾化喷枪70的旋流配风器所喷入的四股旋流风和由侧壁60喷入的两股切向旋流风共同完成水焦浆的加热、烘干、着火以及燃烧过程。

本发明的石油焦浆燃烧装置的出口44设计成喇叭形，一方面可以加速高温火焰的旋转强度以便使石油焦浆充分燃烬，另一方面还可以避免高温火焰冲出出口44后直接与炉管接触，彻底避免了烧炉管现象的发生。

本发明的石油焦浆燃烧装置的旋流配风器喷入的旋流空气首先与石油焦浆雾滴进行充分的混合，而侧壁60喷入的高速旋转的切向旋流空气可以有效地在燃烧空间30内沿着壳体10的内壁作切向高速旋转，一方面，在燃烧空间30内形成复杂的旋转和轴向运动，提高燃烧强度，另一方面，切向旋流空气为未经加热的冷空气，可以有效降低壳体10的内壁温度，避免石油焦浆雾滴在壳体10的内壁结焦。

本发明的石油焦浆燃烧装置的进一步包括自能控制系统，其采用西门子中型可编程逻辑控制器，全自动化运行，可以自动调节各股风所占的比例以适应不同负荷下的燃烧要求。并配置人机对话界面，只要轻触屏上的功能键，就可按每一步完成操作，显示系统可监控设备的运行状态和实时信息，故障显示及记录。

智能控制系统具有蒸汽超温、蒸汽超压、烟道超温、管壁超温、柱塞泵进口水压低、系统水流量低、柱塞泵油压低、高压风风压低、鼓风机风压低、无火焰信号、浆压低、浆压高、浆流量低、鼓风机故障、供浆泵故障、输浆泵故障、浆罐浆料低、浆罐浆料高、柱塞泵电机故障、压力传感器故障等各路传感器故障自动保护功能，可无人值守。

                        实施例2

作为本发明的另一实施方式，本发明的石油焦浆燃烧装置可用于其他各种类型的锅炉或者窑炉设备，比如蒸汽锅炉、水浴炉等。

壳体10的外轮廓可以是圆筒以外的其他形状。切向风进口610、620可以设置两组以上，比如采用三组切向风进口，且每组切向风进口610、620包括至少一个切向风进口，比如每组采用三个切向风进口。每组的多个切向风进口可以设置在侧壁60的同一圆周上，也可以相互错开一定的距离。

石油焦浆喷枪70可以采用三个或者三个以上，并且均匀分布在燃料流入壁20上，它们所在的圆周的圆心与燃料流入壁20的中心大致重合，它们所在的圆周的直径大于等于所述壳体10内直径的三分之一，小于等于所述壳体10内直径的三分之二。

其中，燃油喷枪80、燃气喷枪90的配风口也可以设置有旋流配风器。燃油喷枪80、燃气喷枪90均可以至少设置一个，或者仅采用燃油喷枪80或者燃气喷枪90来引燃石油焦浆雾化喷枪70。

Claims (10)

1、一种石油焦浆燃烧装置，包括由燃料流入壁、火焰流出壁、以及侧壁围成的壳体，所述壳体的内部形成一圆筒状的燃烧空间，所述壳体的侧壁上间隔设置两组或者两组以上的切向风进口，其特征在于：所述燃料流入壁上设置有至少三个石油焦浆雾化喷枪、以及至少一个燃油喷枪和/或至少一个燃气喷枪，所述壳体内部的燃烧空间的内直径为所述火焰流出壁的内壁到所述燃料流入壁的内壁之间的垂直距离的四分之一到一倍。

2、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述壳体内部的燃烧空间的内直径为所述火焰流出壁的内壁到所述燃料流入壁的内壁之间的垂直距离的二分之一到四分之三倍。

3、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述石油焦浆雾化喷枪为四个，所述四个石油焦浆雾化喷枪等间隔设置在以燃料流入壁的中心为圆心的圆周上，所述四个石油焦浆雾化喷枪所在的圆周的直径大于等于所述壳体内直径的三分之一，小于等于所述壳体内直径的四分之三，从而在所述壳体内部的燃烧空间内形成由四条火炬构成的粗短的饱满的燃烧动力场。

4、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述燃油喷枪为三个，两个设置在所述燃料流入壁下部，一个设置在所述燃料流入壁的上部，所述燃气喷枪为两个，分别设置在所述的下部的两个燃油喷枪附近。

5、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述每组的切向风进口为两个或者两个以上，且每组的切向风进口是分布在所述壳体的侧壁的同一圆周上，所述切向风进口用于流入未经加热的空气，所有切向风进口的送风量大约为燃烧所需总风量的8％～20％。

6、如权利要求5所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述切向风进口的开设方向与所述侧壁的内壁轮廓线相切，所述切向风进口的孔直径小于等于所述四个石油焦浆雾化喷枪所在的最外侧圆周到所述壳体内壁的距离。

7、如权利要求6所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述一组切向风进口靠近所述燃料流入壁设置，且邻近所述四个石油焦浆雾化喷枪喷出的石油焦浆开始交叉的位置。

8、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述每个石油焦浆雾化喷枪喷出的石油焦浆的雾化分散角度大于等于30度小于等于120度。

9、如权利要求8所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述石油焦浆雾化喷枪、所述燃油喷枪、所述燃气喷枪均设有配风口，其中，至少在所述石油焦浆雾化喷枪的配风口设置有旋流配风器。

10、如权利要求1所述的石油焦浆燃烧装置，其特征在于，所述火焰流出壁开设一出口，该出口的直径大于等于所述壳体内直径的五分之一，小于等于所述壳体内直径的五分之四，所述出口与所述壳体的侧壁之间形成一圆锥状过渡腔室。

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