CN101285576B - 低热值燃气高温空气燃烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型低热值燃气高温空气燃烧系统，包括燃烧室、燃料管道、气体通道、燃气预热器、蓄热体、烧嘴，所述蓄热体置于所述空气通道中，所述燃气预热器置于所述蓄热体之后。当燃烧系统运行时，燃料通过一侧气体通道内的烟气进行预热，再输送到另一侧进行燃烧。一个周期后，进行换向输送。配合高温预热的空气进行燃烧，可以改善炉内的换热条件，提高能源利用率。

Description

低热值燃气高温空气燃烧系统及方法
技术领域
本发明涉及低热值燃气蓄热式燃烧装置技术领域，特别涉及低热值燃气高温空气燃烧系统。
背景技术
高温空气燃烧技术(HiTAC)是二十世纪九十年代发展起来的新型燃烧技术，具有高效节能和低NOX排放的双重优越性。在大力推进节能与环保的中国，发展HiTAC技术具有十分重要的意义。高温空气燃烧技术目前主要在冶金加热炉、玻璃熔炉等行业中使用，今后将进一步扩展到工业锅炉、气化炉、固体废弃物焚烧炉等领域，有着广泛的应用前景。
对于使用低热值燃料的燃烧系统，如果对燃料不进行预热，很难满足工业加热要求，因而大量的高炉煤气等低热值燃气因无法使用被放散。只要对这些低热值燃气及其助燃空气进行有效预热，完全可以满足工业加热的高温要求，这不仅可以节约大量的燃料，而且可以减少对大气环境的污染，扩大了低热值燃气的应用范围。
目前，用于低热值燃气高温空气燃烧领域使用的燃气预热手段主要是通过蓄热体进行预热，其基本流程是炉膛所排放的高温烟气被分成两股分别输送，在两个气体通道中置有蓄热体用于对空气和燃气分别进行预热。等蓄热体蓄热饱和时，再通过空气四通换向阀和燃气换向阀进行切换，进入下一个蓄热和燃烧周期。需要指出的是，由于烟气在气体通道内的流量分配不易调节，使得燃气预热温度不易控制，可能会由于燃气预热温度过高而导致燃气裂解，对系统安全性造成一定的影响。另外，由于烟气中存在一定的氧，那么可能会导致燃气在气体通道中与氧气混合发生燃烧或爆炸，严重影响系统的安全运行。此外在燃气换向的瞬间，还可能会使燃气造成泄露，加大了燃气意外燃烧的风险。
发明内容
针对上述缺点，本发明的目的在于提供一种新型高温空气燃烧系统，可以实现燃气预热，提高能源利用效率，同时并能有效防止燃气意外燃烧以及泄露。此高温空气燃烧系统既回收了高温烟气余热，又在很大程度上将燃气进行预热，改善了炉内换热条件，从而提高了工业炉窑的热能利用效率。燃气预热的实现，能使得更多的低热值的燃料更充分地得到燃烧，扩大工业燃料使用的范围。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：
一种低热值燃气高温空气燃烧系统，包括燃烧室、燃料管道、蓄热体、燃气预热器、气体通道、烧嘴、四通换向阀、燃气电磁阀，在燃烧室的两侧均设置有所述蓄热体、所述燃气预热器、所述气体通道和所述烧嘴，每一侧的蓄热体和燃气预热器均置于相应侧的气体通道中，每一侧的燃气预热器均与各自相应的燃料管道相连，并且燃料管道的末端连接燃烧室另一侧的烧嘴，在每一侧，根据烟气流动方向，蓄热体置于燃气预热器前，燃气通过燃气预热器在气体通道内与流经蓄热体后的烟气进行热交换，实现燃气预热，然后燃气再通过燃料管道输送到另一侧烧嘴进行燃烧。
如上所述的高温空气燃烧系统，其中：所述燃气预热器为间壁式换热器。
如上所述的高温空气燃烧系统，其中：所述燃气预热器至少两个，对称分布于燃烧室两侧的气体通道内。
使用如上所述的高温空气燃烧系统的方法，其中，
(a)燃烧室排出的烟气先与燃烧室一侧气体通道内的蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在该侧蓄热体内；
(b)经过该侧蓄热体后，烟气再通过该侧燃气预热器对燃气进行预热，换热后的烟气通过烟囱排出；
(c)燃气在该侧燃气预热器中与烟气换热后被预热，然后通过相应燃料管道输送到燃烧室另一侧烧嘴，在燃烧室与高温空气配合燃烧；
(d)该侧蓄热体蓄热达到饱和时，燃气电磁阀和四通换向阀联动切换，常温空气进入该侧气体通道，经过蓄热体后被加热，将高温空气输送入燃烧室；
(e)与步骤(d)同时，燃气通过燃烧室另一侧的气体通道内的燃气预热器实现预热，并通过相应燃料管道被输送至上述蓄热达到饱和的蓄热体一侧的烧嘴。
如上所述的方法，其中步骤(b)烟气可在烟气侧通道中温度降低到稍高于烟气露点温度。
如上所述的方法，其中：所述烟气和空气在燃气预热器外的所述气体通道内流动，燃气在燃气预热器管内流动。
采用了以上技术手段，可以达到燃气的安全预热，有效防止燃气意外燃烧和泄露的技术效果。燃气预热的实现，能使得更多的低热值的燃气更充分地得到燃烧，提高能源利用率。
附图说明
图1为实施例的新型低热值燃气高温空气燃烧系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
一种新型低热值燃气高温空气燃烧系统，包括燃料管道1、蓄热体2a和2b、气体通道3、两个燃气预热器4a和4b、四通换向阀5、工件6、保温层7、燃气电磁阀8、燃气10、烟气20、空气30，所述两蓄热体4a和4b置于所述两气体通道3中，所述燃气预热器4a和4b分别置于蓄热体4a和4b之后。
烧嘴A工作时，燃烧产生的高温烟气20首先通过蓄热体2b，使得高温烟气20的显热蓄积在蓄热体2b内。从蓄热体出来的低温烟气20再通过燃气预热器4b，对燃气10进行预热，通过燃气管道1输送到工作烧嘴A，在炉膛内与助燃空气混合燃烧。待蓄热体2b蓄热达到饱和时，通过四通换向阀5和燃气电磁阀8的联动切换。即燃气10通过燃气预热器4a实现预热，通过燃气管道1输送至工作烧嘴B。由于采用间壁式热交换器，燃气与烟气不会直接接触。
在高温空气燃烧系统运行参数方面，采用控制蓄热体后烟气温度的设计，使得燃气在设计条件下得到预热，可以参照高温空气燃烧技术(HiTAC)的一般标准确定。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低热值燃气高温空气燃烧系统，包括燃烧室、燃料管道、蓄热体、燃气预热器、气体通道、烧嘴、四通换向阀、燃气电磁阀，其特征在于：在燃烧室的两侧均设置有所述蓄热体、所述燃气预热器、所述气体通道和所述烧嘴，每一侧的蓄热体和燃气预热器均置于相应侧的气体通道中，每一侧的燃气预热器均与各自相应的燃料管道相连，并且燃料管道的末端连接燃烧室另一侧的烧嘴，在每一侧，根据烟气流动方向，蓄热体置于燃气预热器前，燃气通过燃气预热器在气体通道内与流经蓄热体后的烟气进行热交换，实现燃气预热，然后燃气再通过燃料管道输送到另一侧烧嘴进行燃烧。
2.根据权利要求1所述的高温空气燃烧系统，其特征在于：所述燃气预热器为间壁式换热器。
3.根据权利要求1所述的高温空气燃烧系统，其特征在于：所述燃气预热器至少为两个，对称分布于燃烧室两侧的气体通道内。
4.使用根据权利要求1至3中任一项所述的高温空气燃烧系统的方法，其中，
(a)燃烧室排出的烟气先与燃烧室一侧气体通道内的蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在该侧蓄热体内；
(b)经过该侧蓄热体后，烟气再通过该侧燃气预热器对燃气进行预热，换热后的烟气通过烟囱排出；
(c)燃气在该侧燃气预热器中与烟气换热后被预热，然后通过相应燃料管道输送到燃烧室另一侧烧嘴，在燃烧室与高温空气配合燃烧；
(d)该侧蓄热体蓄热达到饱和时，燃气电磁阀与四通换向阀联动切换，常温空气进入该侧气体通道，经过蓄热体后被加热，将高温空气输送入燃烧室；
(e)与步骤(d)同时，燃气通过燃烧室另一侧的气体通道内的燃气预热器实现预热，并通过相应燃料管道被输送至上述蓄热达到饱和的蓄热体一侧的烧嘴；
所述烟气和空气在燃气预热器外的所述气体通道内流动，燃气在燃气预热器管内流动。
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Assignor: Tongji University

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Denomination of invention: Low heat value burnt gas high-temperature air combustion system and method

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Open date: 20081015

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