CN104976616A - 带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：包括燃烧室炉体和至少两个蓄热室，蓄热室内均安置有蓄热体，燃烧室炉体分别通过对应的气体通道与两个蓄热室连通，两个蓄热室之间设置有四通换向阀，气体通道上均设置有燃气烧嘴；所述燃烧室炉体的外层为保温材料，内层设置有水冷壁，水冷壁为膜式水冷壁；本发明可应用于燃气—蒸汽联合循环发电系统中，采用蓄热式高温空气燃烧技术实现炉膛内低热值燃气的贫氧高温燃烧、燃烧热效率高、NOx等污染物排放低；本发明的能量全部回收利用，无能量消耗，机组整体热发电效率明显提高，实现了低热值燃气的高效、综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及低热值燃气蓄热式高温空气燃烧装置技术领域，更具体地说，涉及一种带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉。
背景技术
目前，在我国钢铁企业中，副产煤气首先要满足钢铁生产的加热需要，在满足生产加热需要之后的煤气称之为富余煤气。在冶炼过程中，每冶炼出1t铁可产生1300-1400m3的干态高炉煤气。高炉煤气是炼铁时的副产品，其主要特点是热值低，发热量一般在2514-4190kJ/Nm3，燃烧不易稳定。随着节能技术的发展，富余高炉煤气的量也越来越多。综合利用这些富余高炉煤气，将是能源系统发展紧迫解决的重大问题。富余高炉煤气是发电的资源。从国家电力政策看，国家鼓励建设节能与环保的发电项目。在我国钢铁企业中，大多数企业采用煤气锅炉与蒸汽轮机热电联供的方式将富余高炉煤气进行回收，只有少数企业采用燃烧低热值煤气的燃气轮机设备进行发电。
钢铁企业在金属冶炼的工艺过程中，会产生大量的富生煤气，尤其是高炉煤气，钢铁企业富生煤气的特点是热值低、污染大、回收难，过去通常是放散到大气中，从而造成了资源浪费和环境污染。有些工厂则是利用煤气锅炉燃烧煤气发电来进行回收，但是通常效率不高，而且排放也比较大。目前先进的煤气回收装置就是采用燃气一蒸汽联合循环发电（CCPP：Combined Cycle Power Plant）技术，使循环效率大大提高，CO2、NOX排放量也大大降低。燃气—蒸汽联合循环电站具有热效率比常规电厂高；建设周期短；机动性好，启动快速；污染物排放少等优点。所以，近几年CCPP技术在钢铁企业回收低热值煤气领域得到了大量的应用。
燃气轮机本体由涡轮机、燃烧器、压气机三大部分组成，其中涡轮机是燃气轮机的做功部分及输出功率的部分，燃烧器是组织燃料燃烧、将燃料转化为热能的部分，而压气机则是为燃气轮机燃烧器提供燃烧空气和为整个燃气轮机提供冷却空气的部分，三大设备通过大轴和缸体构成一个整体。现有CCPP技术中的燃烧器有单筒式和多筒状式，还存在燃烧效率低、污染物排放高、CCPP整体效率不高等问题。
发明内容
本发明针对现有CCPP技术中的燃烧室存在的缺陷和不足，提供一种带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，通过蓄热室预热助燃空气至1000℃使得低热值燃气在高温低氧的环境下充分完全燃烧，降低污染物排放浓度；在燃烧室内布置水冷壁，通过辐射换热产生富余蒸汽之燃气轮机，提高CCPP整体发电效率。
本发明采用以下技术方案来实现：
带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：包括燃烧室炉体和至少两个蓄热室，蓄热室内均安置有蓄热体，燃烧室炉体分别通过对应的气体通道与两个蓄热室连通，两个蓄热室之间设置有四通换向阀，气体通道上均设置有燃气烧嘴；所述燃烧室炉体的外层为保温材料，内层设置有水冷壁，水冷壁为膜式水冷壁。
所述燃烧室炉体顶部设置有与蒸汽轮机连通的蒸汽出口。高温空气助燃低热值燃气产生的高温烟气与水冷壁内的工质进行换热产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽出口作为CCPP蒸汽轮机中蒸汽的补充。
所述燃气烧嘴与燃气轮机的燃料管道连通，燃气烧嘴与燃料管道之间的连通管道上设置有燃气电磁阀。
所述四通换向阀的管口一连接蓄热室一的燃气出口，管口二连接至燃气轮机，管口三接入常温空气，管口四接入到蓄热室二，将常温空气送入蓄热室二进行预热。
所述蓄热室一、蓄热室二、燃烧室炉体、四通换向阀、燃气烧嘴之间形成循环工作路线。
所述蓄热体为陶瓷球或蜂窝陶瓷蓄热体。
所述蓄热室一、蓄热室二可对称的布置在燃烧室炉体两侧。
使用如上所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉的工作流程如下：
（1）燃气电磁阀开通，四通换向阀关闭，燃烧室炉体内的高温烟气首先与膜式水冷壁内的工质进行辐射换热，使得高温烟气的部分显热产生富余蒸汽，送至蒸汽轮机，以提高CCPP的整体热效率；
（2）经过辐射换热的高温烟气通过气体通道进入蓄热室与蓄热体进行热交换，使得高温烟气的另一部分显热蓄积在蓄热体内；
（3）蓄热体蓄热达到饱和后，燃气电磁阀和四通换向阀联动切换，经过蓄热室一的燃气变为废气通过四通换向阀进入燃气轮机，常温空气进入蓄热室二，常温空气经过蓄热体后被加热成高温空气，高温空气被送入燃烧室；
（4）步骤（3）中进入燃气轮机的燃气通过蓄热室一的气体通道上的燃气烧嘴喷入燃烧室炉体内，与高温空气实现混合燃烧。
本发明与现有技术相比，其优点在于：
本发明可应用于燃气——蒸汽联合循环发电系统中，采用蓄热式高温空气燃烧技术实现炉膛内低热值燃气的贫氧高温燃烧、燃烧热效率高、NOx等污染物排放低；本发明的燃烧室炉体内产生的高温蒸汽和经过蓄热室一的废气进入燃气-蒸汽联合循环发电系统，能量全部回收利用，机组整体热发电效率明显提高，实现了低热值燃气的高效、综合利用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中标记：1燃烧室炉体，2A、2B蓄热室，3A、3B燃气烧嘴，4四通换向阀，5燃料管道，6A、6B气体通道，7水冷壁，8蓄热体，9保温材料，10电磁阀，a燃气，b空气，c烟气，d蒸汽。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明：
实施例1
如图1所示，带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，包括燃烧室炉体1和至少两个蓄热室2A、2B，蓄热室一2A、蓄热室二2B内均安置有蓄热体8，燃烧室炉体1通过对应的气体通道6A、6B分别与蓄热室一2A、蓄热室二2B连通，蓄热室一2A、蓄热室二2B之间设置有四通换向阀4，气体通道6A、6B上分别设置有燃气烧嘴3A、3B；所述燃烧室炉体1的外层为保温材料9，内层设置有水冷壁7，水冷壁7为膜式水冷壁。
所述燃烧室炉体1顶部设置有与蒸汽轮机连通的蒸汽出口。高温空气助燃低热值燃气产生的高温烟气与水冷壁7内的工质进行换热产生蒸汽，蒸汽d通过蒸汽出口作为CCPP蒸汽轮机中蒸汽的补充。
所述燃气烧嘴3A、3B与燃气轮机的燃料管道5连通，燃气烧嘴3A、3B与燃料管道5之间的连通管道上设置有燃气电磁阀10。
所述四通换向阀4的管口一连接蓄热室一2B的燃气出口，管口二连接至燃气轮机，烟气c进入燃气轮机，管口三接入常温空气b，管口四接入到蓄热室二2A，将常温空气b送入蓄热室二2A进行预热。
所述蓄热室一2B、蓄热室二2A、燃烧室炉体1、四通换向阀4、燃气烧嘴3A、3B之间形成循环工作路线。
所述蓄热体8为陶瓷球或蜂窝陶瓷蓄热体。
所述蓄热室一2B、蓄热室二2A、可对称的布置在燃烧室炉体1两侧。
本发明的具体工作过程为：在正常运行中的某个时间，常温空气b在四通换向阀4 的控制下进入蓄热室2A，吸收高温蓄热体8的热量后进入气体通道6A，在此与通过燃气管道5上的燃气烧嘴3A喷入的燃气a混合并燃烧产生1400℃的高温烟气c，高温烟气c首先与膜式水冷壁7内的工质进行辐射换热，使得高温烟气c的部分显热产生富余蒸汽d，送至蒸汽轮机，以提高CCPP的整体热效率。经过辐射换热的高温烟气c通过气体通道6B进入蓄热室一2B与蓄热体8进行热交换，使得高温烟气c的另一部分显热蓄积在蓄热体8内。蓄热体8蓄热达到饱和后，烟气温度降低至600℃，随后经四通换向阀4进入燃气轮机推动燃气轮机发电。到了设定的换向时刻，燃气电磁阀10和四通换向阀4联动切换，常温空气b改走蓄热室2B，燃气烧嘴3B处变为燃烧状态，而气体通道6A处转变为排烟状态。以上过程按设定周期循环往复，实现燃烧炉的连续运行。
Claims (8)
1.带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：包括燃烧室炉体（1）和至少两个蓄热室，蓄热室内均安置有蓄热体（8），燃烧室炉体（1）分别通过对应的气体通道与两个蓄热室连通，两个蓄热室之间设置有四通换向阀（4），气体通道上均设置有燃气烧嘴；所述燃烧室炉体（1）的外层为保温材料（9），内层设置有水冷壁（7），水冷壁（7）为膜式水冷壁。
2.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述燃烧室炉体（1）顶部设置有与蒸汽轮机连通的蒸汽出口；燃烧室炉体（1）内的高温烟气与水冷壁（7）进行换热产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽出口作为CCPP蒸汽轮机中蒸汽的补充。
3.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述燃气烧嘴与燃气轮机的燃料管道（5）连通，燃气烧嘴与燃料管道（5）之间的连通管道上设置有燃气电磁阀（10）。
4.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述四通换向阀（4）的管口一连接蓄热室一（2A）的燃气出口，管口二连接至燃气轮机，管口三接入常温空气，管口四接入到蓄热室二（2B），将常温空气送入蓄热室二（2B）进行预热。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述蓄热室一（2A）、蓄热室二（2B）、燃烧室炉体（1）、四通换向阀（4）、燃气烧嘴之间形成循环工作路线。
6.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述蓄热体（8）为陶瓷球或蜂窝陶瓷蓄热体。
7.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于：所述蓄热室一（2A）、蓄热室二（2B）对称布置于燃烧室炉体（1）两侧。
8.根据权利要求1所述的带水冷壁的低热值燃气高温空气燃烧炉，其特征在于工作流程如下：
A.在正常运行中的某个时间，燃气电磁阀（10）开通，四通换向阀（4）关闭，常温空气在四通换向阀（4）的控制下进入蓄热室二（2B），吸收蓄热体（8）热量后进入气体通道，通过燃气管道上的燃气烧嘴喷入的燃气混合并燃烧产生高温烟气；
B.高温烟气首先与膜式水冷壁（7）进行辐射换热，使得高温烟气的部分显热产生富余蒸汽，送至蒸汽轮机；
C.经过辐射换热的高温烟气通过气体通道进入蓄热室与蓄热体（8）进行热交换，使得高温烟气的另一部分显热蓄积在蓄热体（8）内；
D.蓄热体（8）蓄热达到饱和后，燃气电磁阀（10）和四通换向阀（4）联动切换，燃气电磁阀（10）关闭，四通换向阀（4）开通，经过蓄热室一（2A）的燃气变为废气通过四通换向阀（4）进入燃气轮机，常温空气进入蓄热室二（2B），常温空气经过蓄热体（8）后被加热成高温空气，高温空气被送入燃烧室；
E.步骤D中进入燃气轮机的燃气通过蓄热室一（2A）的气体通道上的燃气烧嘴喷入燃烧室炉体（1）内，与高温空气实现混合燃烧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |