CN101539292A - 可调式石油焦粉强化燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种可调式石油焦粉强化燃烧装置，包括高温蓄热腔体、可调式多级燃烧器。本发明针对石油焦粉挥发分含量低，燃烧NOx含量高的特点，采用强化石油焦粉的升温速率，降低着火热等技术相结合的方法实现了石油焦粉的稳定着火和低污染燃烧。高温蓄热腔体和中心管的扩口结构插入炉膛的深度均可调整，以适应燃烧装置负荷变化的影响。本发明针对性强，具有方便可调、技术成熟、燃烧效率高且加工制造方便的特点。

Description

可调式石油焦粉强化燃烧装置

技术领域

本发明属于热能与动力工程技术领域的燃烧装置，具体涉及一种可调式石油焦粉强化燃烧装置。

背景技术

石油焦是以原油蒸馏所产的重质油或石油沥青、渣油、焦油为原料经焦化处理(热裂过程)转化而成的产品，是石油深度加工产生的一种副产品。近年来，延迟焦化工艺快速发展，石油的深度加工成为了石化工业的主要技术路线之一，因此，石油焦的产量快速增加。2001年我国延迟焦化生产能力为2164*10⁴t/a，2003年为2930*10⁴t/a，2004年为3725*10⁴t/a，2005年为4245*10⁴t/a。

石油焦具有高热值、高硫含量、低灰分、低挥发分的特点。石油焦中固定碳的含量高达80％～90％以上，但挥发分含量只有10％左右，燃料性质与无烟煤接近。石油焦中硫的含量较高，硫含量大于或等于3％的含硫石油焦在世界石油焦产量中占较大比例。石油焦本身的燃料氮(1％左右)和高温燃烧形成的热力性氮所产生的NOx污染比较严重。石油焦的价格相对于煤炭和重油来讲要低很多，作为燃料使用的石油焦售价约在300元/t左右，仅是具有相同热量的重油价格的四分之一左右，燃煤价格的二分之一左右。根据以上背景，将石油焦作为煤炭和石油的辅助燃料将具有较好的经济价值和安全价值，但前提是首先要在环保方面达到国家标准。

石油焦目前的使用途径有循环流化床燃烧、与煤炭混烧、制成石油焦浆燃烧等技术，而适用于石油焦粉直接燃烧的燃烧装置目前还没有商业运行的案例。燃烧是一个物理和化学作用综合控制的反应过程，石油焦粉燃烧的主要困难是挥发分含量较低，因此燃烧初期的着火和稳燃困难；石油焦燃烧后产生的硫氧化物含量较高，脱硫装置的负荷增加；由于燃烧初期的反应温度较高，燃烧装置结焦的可能性较大；石油焦中含氮量很高且燃烧温度较高，燃烧后会产生大量的NOx，无法满足国家环保要求的指标；石油焦含碳量高，燃烧产物中未燃尽碳比较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适应石油焦粉高效、稳定燃烧的可调式石油焦粉强化燃烧装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括设置在炉膛燃烧腔内插入深度可调的高温蓄热腔体，在高温蓄热腔体的内设置有与高温蓄热腔体相连通的中心风管，中心风管的外侧依次套装有与高温蓄热腔体相连通的热风送风管、内二次助燃空气管道和外二次助燃空气管道，在热风送风管内沿气流方向依次设置有石油粉浓淡分离装置和浓淡保持装置，在内二次助燃空气管道内设置有旋流发生器。

本发明的高温蓄热腔体为采用耐火蓄热材料浇注而成的内壁呈流线型结构的腔体；中心风管的出口为扩口结构，且中心风管插入高温蓄热腔体的深度能够调节；内、外二次助燃空气管道的入口还设置有调节风量的空气调节挡板。

本发明要解决的首要问题是石油焦粉的稳定着火，针对这一问题，三种控制方法被整合在一起。首先，高温蓄热腔体的使用大大提高了石油焦粉所接受的辐射换热量，提高了其升温速度，有利于石油焦粉的快速着火，蓄热腔体插入炉膛的深度不同时，所提供的热量亦不同，增加了系统对热负荷的适应能力；其次，石油焦粉浓淡分离装置的使用又进一步降低了石油焦粉的着火热，有利于其快速着火；再次，旋流发生器使旋转气流的卷吸作用所提供的高温回流烟气被用来加热新鲜的石油焦粉，从而使得石油焦粉的着火更为容易，回流区的大小可以通过调节内、外二层助燃空气的流量比和石油焦粉出口的前后位置来方便的调节。

附图说明

附图1是本发明的整体结构示意图。

中心风管1，热风送风管2，内、外二次助燃空气管道3、5，空气调节挡板4，石油焦粉浓淡分离装置6，旋流发生器7，浓淡保持装置8，高温蓄热腔体9，炉膛10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括设置在炉膛10燃烧腔内插入深度可调的高温蓄热腔体9，高温蓄热腔体9为采用耐火蓄热材料浇注而成的内壁呈流线型结构的腔体，在高温蓄热腔体9的内设置有与高温蓄热腔体9相连通的中心风管1，中心风管1的出口为扩口结构，且中心风管1插入高温蓄热腔体9的深度可调，中心风管1的外侧依次套装有与高温蓄热腔体9相连通的热风送风管2、内二次助燃空气管道3和外二次助燃空气管道5，在热风送风管2内沿气流方向依次设置有石油粉浓淡分离装置6和浓淡保持装置8，在内二次助燃空气管道3内设置有旋流发生器7，内、外二次助燃空气管道3、5的入口还设置有调节风量的空气调节挡板4。

本发明的高温蓄热腔体9插入炉膛10内部，依靠炉膛10内的辐射和对流换热维持较高的温度并加热其腔内的未燃石油焦粉，使其快速着火、燃烧。高温蓄热腔体9内壁设计成流线型结构，引导高速的外层助燃空气流贴壁流动以延迟其与石油焦粉的接触时间，达到分级燃烧的目的。高温蓄热腔体9插入炉膛10内的深度设计成可调节形式，以方便用户根据燃烧装置的热负荷来调整燃烧的效果。

本发明的燃烧器为四通道结构，中心风管1供入少量助燃空气，一方面调节主燃烧区的氧气量；另一方面调节主燃区距离喷嘴出口的位置和主燃区的温度，防止石油焦在喷嘴出口处结渣。中心风管1外为热风送风管2，热风送风管2内为石油焦粉和一次助燃空气的混合物。由于石油焦粉的挥发分较低，所以携带气流占总空气量的比例不超过10％，只要能达到携带的目的即可。石油焦粉在一次助燃空气管道内经石油焦粉浓淡分离装置6分离成内浓外淡两股气流。根据煤粉燃烧中的实验结果可知，浓淡燃烧可以显著降低煤粉的着火热，同时降低NOx排放，因此，本发明使用该技术，降低内层浓煤粉气流的着火热，使其快速着火并作为热源逐渐点燃全部石油焦粉。助燃空气分为内外两股，内层助燃空气以强旋转射流形式喷入，其主要作用形成较大的高温回流区，利用已燃烧的石油焦粉的热量来点燃新鲜的石油焦粉，同时提供燃烧初期所需要的空气量；外层助燃空气以直流形式喷入，其主要作用是补充后期燃尽所需空气。

本发明采用中心风管来调节回流区的位置和喷口附近的温度，从而有效地抑制了结渣现象的发生。NOx的生成除了受温度影响外还受氧气量的控制，本发明大幅度提高了初始反应区的温度水平，所以必须严格控制该区域内的氧气量才能使得NOx的生成达到要求，为此，本发明减少了一次风的比例，同时使大量的热烟气回流以降低反应区的氧气浓度。蓄热体的流线型设计也使得外层助燃空气进入燃烧区的时间大大延迟，从而达到了分级燃烧的目的，可以有效的抑制NOx生成。

本发明的工作过程如下：石油焦粉由热风携带经热风送风管2进入高温蓄热腔体9中，风粉流经石油焦粉浓淡分离装置6后，由于颗粒的惯性强于空气而形成了内浓外淡的颗粒分布状态，经分离后的石油焦粉进入浓度保持装置8后以浓淡两股进入高温蓄热腔体9燃烧。燃烧初期所需要的空气除携带焦粉的热空气外，其余由内层助燃空气提供，内层助燃空气经内二次助燃空气管道3送入经过旋流发生装置7，形成强烈的旋转气流并在高温蓄热腔体9内形成高温回流区。回流区的位置和温度可以通过流经中心风管1的中心风量来进行微调，以降低结渣的可能性。燃料燃尽所需要的助燃空气由外二次助燃空气管道5引入，外二次助燃空气管道5在燃烧器出口扩口结构和蓄热腔体内壁流线型结构的引导下在初始燃烧区以后参与反应，起到了控制着火区温度和氧气浓度的目的，实现了分级燃烧。内外层助燃空气的流量可以通过调节挡板4进行调节。

本发明中心风管1和高温蓄热腔体9插入燃烧室的深度均可调节。中心风管的插入深度改变时即可以调节回流区的位置和初始燃烧区的温度，还可以通过风管头部的扩口结构与浓淡保持装置的距离来改变石油焦粉进入高温腔体的浓度分布特性。高温腔体9的插入深度改变时，腔体的温度将发生改变，从而石油焦粉获得的辐射热量也会相应的改变。

Claims (4)

1、一种可调式石油焦粉强化燃烧装置，其特征在于：包括设置在炉膛(10)燃烧腔内插入深度可调的高温蓄热腔体(9)，在高温蓄热腔体(9)的内设置有与高温蓄热腔体(9)相连通的中心风管(1)，中心风管(1)的外侧依次套装有与高温蓄热腔体(9)相连通的热风送风管(2)、内二次助燃空气管道(3)和外二次助燃空气管道(5)，在热风送风管(2)内沿气流方向依次设置有石油粉浓淡分离装置(6)和浓淡保持装置(8)，在内二次助燃空气管道(3)内设置有旋流发生器(7)。

2、根据权利要求1所述的可调式石油焦粉强化燃烧装置，其特征在于：所说的高温蓄热腔体(9)为采用耐火蓄热材料浇注而成的内壁呈流线型结构的腔体。

3、根据权利要求1所述的可调式石油焦粉强化燃烧装置，其特征在于：所说的中心风管(1)的出口为扩口结构，且中心风管(1)插入高温蓄热腔体(9)的深度能够调节。

4、根据权利要求1所述的可调式石油焦粉强化燃烧装置，其特征在于：所说的内、外二次助燃空气管道(3、5)的入口还设置有调节风量的空气调节挡板(4)。