CN105026835A - 用于产生和处理烟气的设备 - Google Patents

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Abstract

用于产生和处理烟气的装置，该装置至少包括：烟气发生器(1)，其包括燃烧器(2)、包括至少一个燃烧炉膛(31)的燃烧室(3)以及用于排出烟气的出口(32)；用于由烟气发生器(1)产生的烟气的围封外壳(4)，所述外壳(4)包括入口(41)和出口(42)，该外壳的入口(41)被联接到用于从燃烧室(3)中排出烟气的出口(32)，并且该外壳的出口(42)通过烟气再循环回路(5)联接到烟气发生器(1)，烟气再循环回路(5)的在燃烧室(3)中的开口称为烟气供给头(6)。燃烧室(3)包括用于保护供给头(6)免受燃烧器火焰影响的屏障(7)，该屏障(7)介于燃烧炉膛(31)和烟气供给头(6)之间，用于使烟气进入围封外壳(4)的入口(41)被设置在所述外壳(4)的上部三分之一处，并且围封外壳(4)设有可关闭的出口(43)，用于通过受控的打开/关闭排出冷凝物。

Description

用于产生和处理烟气的设备
技术领域
本发明涉及一种烟气生产和处理装置。
本发明更具体地涉及一种如下类型的烟气生产和处理装置，其至少包括：
烟气发生器，包括：至少一个燃烧器；燃烧室，其具有至少一个燃烧区或“炉膛”，燃烧器的火焰适于在该至少一个燃烧区或“炉膛”中延伸；和烟气排出口，其用于将烟气从所述燃烧室移除；以及
用于围封烟气发生器产生的烟气的围封外壳，该外壳具有：入口，该入口被连接到用于将烟气从燃烧室移除的烟气排出口；和出口，该出口经由烟气再循环回路被连接到烟气发生器，从再循环回路进入烟气发生器的燃烧室中的排放部被称作“烟气进料头”。
背景技术
这样的装置已经为该领域技术人员所熟知，例如专利申请FR2961291、FR2291454和US2009/0060779中所说明的。然而，目前这些装置效率还很低，并且燃料消耗仍然高。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种如上所述类型的装置，该装置的设计使其能够提高效率并且降低燃烧器的燃料消耗量。
为此，本发明提供一种如下类型的烟气生产和处理装置，其至少包括：
烟气发生器，所述烟气发生器包括：至少一个设有燃烧套的燃烧器；燃烧室，其具有至少一个燃烧区或“炉膛”，燃烧器的火焰适于在该至少一个燃烧区或“炉膛”中延伸；和烟气排出口，其用于将烟气从所述燃烧室移除；以及
用于围封由烟气发生器产生的烟气的围封外壳，该外壳具有入口和出口，该入口被连接到用于将烟气从燃烧室移除的烟气排出口，并且出口经由烟气再循环回路被连接到烟气发生器，从再循环回路进入烟气发生器的燃烧室中的排放部被称作“烟气进料头”；
所述烟气生产和处理装置的特征在于所述燃烧室具有“火焰-拦阻器”保护屏，用以保护进料头免受燃烧器的火焰影响，用于保护进料头免受燃烧器的火焰影响的所述保护屏介于燃烧炉膛和烟气进料头之间，并且，用于使烟气进入围封外壳的入口被设置在所述外壳的上部三分之一处，优选地在上部四分之一处，并且，除与烟气发生器相连的出口以外，围封外壳还配备有用于排出冷凝物的可关闭排出口，该可关闭排出口根据外壳内的冷凝物的液面被关闭或打开，且所述出口被设置在围封外壳的底部处，并且，烟气进料头至少部分地由铁制成，位于燃烧套的背离燃烧器的一侧。
这样的装置提供了高效率，并且在排放烟气时并不在视觉上或实质上对环境造成伤害，并且由于在所述装置内发生的化学反应能够获得节约燃料的效果。
优选具有筒状的形状并且使所述燃烧器延长的燃烧套能够引导火焰，具体地，朝向进料头引导火焰。由此，进料头位于燃烧套的自由端处，优选与所述燃烧套成对准，这样使得可以加热该铁进料头。所述铁进料头形成吸热反应器，从而利用再循环烟气、利用燃烧器的火焰以及利用进料头的铁可以产生费托(Fisher-Tropsch)型的再结合反应。
优选的，将烟气通过再循环回路供应到燃烧器火焰的最热部分，火焰由燃烧套引导。由于费托效应，未燃烧的碳在由进料头形成的铁催化剂的作用下与氢再次结合，并且通过这种方式再结合的碳氢化合物被燃烧器的火焰燃烧。
换句话说，该燃烧套位于燃烧器和铁进料头之间，使得再循环烟气与火焰的轴线对准地地排放，优选在火焰的蓝焰区，也就是，最热的部分。
有利的是，围封外壳的容积不小于燃烧器在一个小时内能够接收的吸入空气的体积。
这样，烟气被再喷射到燃烧器的炉膛中，即被再喷射到燃烧器的在吸入的新鲜空气下游的火焰中，而不像在本领域已知方案中那样被喷射到吸入的新鲜空气中。
通过本发明的解决方案，由于吸入的新鲜空气未被污染，所以几乎不排放烟气，并且所述少量排放的烟气在燃烧器的火焰中再次燃烧。本发明的解决方案从而可以实现燃料消耗的大约15％的降低。
相反的，在专利文献FR2291454中，如本领域现有技术所知的，通过将烟气供应到吸入该燃烧器中的新鲜空气中来再循环该烟气，因此进入的空气被污染，降低了装置的效率。在本领域现有技术所知的专利文献US2009/0060779中，该循环烟气也被输送回到燃烧器的新鲜空气中，从而导致燃烧器被堵塞。
优选的，围封外壳没有通向外部空气的烟道。
在本发明的具体方面中，围封外壳的管道不对围封外壳的第一个三分之一中排放，即不对用于容纳来自烟气的冷凝物的区域排放。
相反，在专利文献FR2291454中，烟气被排放到围封外壳的底部的水中，从而水被CO2和氮氧化物污染，而在本发明中，烟气仅排放到围封外壳的顶部中，使得来自冷凝物的水具有高的纯度，能够直接使用，例如用于灌溉。
优选的，围封外壳的体积不小于能够由燃烧器接收的空气的体积。
有利的，围封外壳的任何管道不对围封外壳的第一个三分之一中排放。
优选的，保护屏由耐火材料制成。
通常，保护屏在所述燃烧室内部延伸，面向燃烧器的压头，该压头由喷射区形成，燃料和氧化剂的混合物在该喷射区中从燃烧器被喷射到所述燃烧室中，并且该喷射区与焰底对应。
优选的，该保护屏具有曲面板的形状，至少部分地包围送料头，所述送料头为管道形式，在该管道在其长度的至少一部分上设有多个孔，该多个孔被定向为朝向保护屏引导烟气的流动。
具体地，该板绕着与燃烧器的火焰的轴线大致垂直的轴线弯曲。类似的，该送料头在第一管道的燃烧室是封闭的，该第一管道排放到与第一管道大致垂直地延伸的第二管道，所述第二管道是设有孔的管道，并且绕与燃烧器的火焰的轴线大致垂直的轴线延伸。
优选的，用立方米(m3)表示的该围封外壳的体积基本与用立方米每小时(m3/h)表示的该燃烧器的流率相等。因而，由于燃料和氧化剂的混合物的燃烧器流率被设定为15m3/h，因此围封外壳的体积等于15m3。
优选的，送料头中的孔的面积的总和等于所述送料头的管道的截面积，以防止任何的过压。
优选的，被设置在保护屏的热辐射区中的送料头与保护屏间隔开不超过20厘米(cm)的距离。
保护屏与燃烧器的喷射区被间隔开不超过20cm的距离。
通常，当燃烧器在点燃状态时，保护屏与火焰的顶端被间隔开不超过10cm的距离。
为了便于通过增大压头损失来冷凝，燃烧室经由包括至少一个导流体的循环回路与围封外壳的入口连通。
优选的，烟气再循环回路在其长度的至少一部分上在烟气循环回路内延伸，以实现整体的紧凑，该烟气循环回路用于将来自燃烧室的烟气朝着围封外壳循环。
同样优选的，再循环回路在循环回路内部延伸的区域被设置成靠近所述回路的送料头，以通过使再循环烟气与从燃烧室移除的烟气接触而使再循环烟气被加热。
优选的，该围封外壳的入口配备有封闭翻板阀，该封闭翻板阀在燃烧器处于熄灭状态时关闭所述入口，所述翻板阀在自重的作用下保持关闭状态。所述翻板阀适于通过燃烧器在烟气循环回路内产生的压力的作用下从关闭状态到达打开状态。
通常，该围封外壳是半掩埋式外壳。这样的构造进一步利于冷凝物的产生。
附图说明
本发明可以通过阅读以下参照附图给出的实施例描形成的述来很好地理解，其中：
图1是本发明装置的示意图；
图2是送料头和保护屏的简化透视图，该送料头和保护屏面向燃烧器的火焰定位；
图3是图2的示意截面图；并且
图4是送料头和保护屏的示意平面图。
具体实施方式
如上所述，本发明的装置更具体地被设计成能够产生烟气并处理所述烟气，以在具有良好的燃烧效率和减少燃料消耗的情况下限制所述烟气向环境的排放。
因此，这样的装置包括烟气发生器1，例如锅炉。所述烟气发生器1包括燃烧器2，该燃烧器2适于按根据将执行的燃烧选出的比例混合燃料，例如燃料油，以及氧化剂，例如空气。
该燃烧器2至少被部分地设置在燃烧室3内部。具体地，喷射燃料和氧化剂的混合物的喷射区或“燃烧器压头”被设置在燃烧室3中，所述燃烧室3也是烟气发生器1的一部分。
燃烧室3的燃烧器火焰在其中延伸的部分已知为燃烧室的“炉膛”31。该炉膛可以通过罐形成，称为“燃烧罐”或“燃烧套”，并具有由燃烧器的喷射头形成的底部。燃烧室的一部分延伸超过炉膛。在本实例中，燃烧室的周侧壁围绕罐的周侧壁延伸。形成的管状主体的一端接收罐，而在其另一端处被壁封闭，稍后描述的送料头穿过该壁突出。
所述燃烧室3设有烟气排出口32，该烟气排出口32经由烟气循环回路被连接到围封外壳4，并且具体的是被连接到所述围封外壳4的入口41。所述烟气排出口32由在燃烧室的管状主体的一端处在燃烧室的周侧壁和燃烧罐的周侧壁之间余留的间隙形成。
所述围封外壳4具有第一烟气排出口42，该第一烟气排出口42经由再循环回路被连接到燃烧室的与设有燃烧器的端部相对的端部。应该注意到的是，该围封外壳通常是半埋入外壳，以产生相对于外部温度的温度差，以便有利于冷却烟气从而冷凝烟气。
所述围封外壳在该外壳的入口处配备有翻板阀。所述翻板阀11在燃烧器的火焰处于熄灭状态时关闭该围封外壳的入口41，且在其自重的作用下保持关闭。一旦燃烧器点燃，所述翻板阀就打开。
所述围封外壳4还设有用于释放该外壳内部过高压力的释放装置。这些过高压力的释放装置可以仅由阀来形成。
所述围封外壳还具有用于测量外壳内部压力的测量装置，以在需要时熄灭燃烧器。
所述围封外壳还具有用于从外壳移除冷凝物的冷凝物排放第二出口43。
如图1所示，烟气入口41被设置在该围封外壳的上部第一个四分之一处，而冷凝物排出口43被设置在该围封外壳的底部处。
冷凝物排出口43配备有关闭组件8，例如电磁阀，该关闭组件8适于接收由水箱液面传感器9发送的信号，该信号是所述水箱的液面的函数。通过该关闭组件，该传感器在水箱的液面高于预定值时使水箱打开。
烟气的未凝结部分在围封外壳的顶部处经由烟气排出口42离开围封外壳，并且经由“再循环”回路5到达燃烧室3的与配备燃烧器的位置相对的位置处。
从回路进入燃烧室的排放部称为“烟气进料头”6，用于将烟气供应到燃烧室3中。料头6至少部分地由铁制成，原因稍后描述。
燃烧室3进一步包括保护屏7，保护屏7由耐火材料例如陶瓷制成，并且保护屏7将与燃烧器火焰占据的位置相对应的燃烧室的炉膛31与烟气进料头6分离。
在给出的实例中，保护屏7面向燃烧器2的压头22延伸，其中该压头由喷射区构成，燃料和氧化剂的混合物在该喷射区处被从燃烧器2喷射到所述燃烧室3中，并且该压头与焰底对应。换而言之，如实施例给出的，当燃烧室3具有管状主体的外形，其中在所述主体的一个端部处设置燃烧器的喷射区，而在该主体的另一端部处设置进料头时，保护屏7在燃烧室中在所述端部之间延伸。具体的，该保护屏7在烟气进料头和使燃烧器延伸的燃烧套之间延伸。
保护屏7具有弯曲板的形状，至少部分地围绕进料头6，所述进料头6具有管道的形式，该管道在其长度的至少一部分上设有多个孔61，该多个孔61被定向成将烟气的流动朝向保护屏7引导。
该板绕与燃烧器的火焰的轴线大致垂直的轴线弯曲。类似地，进料头的管道的具有扩散功能的至少一部分与火焰的纵向轴线大致垂直地延伸。
设置在保护屏7的热辐射区中的进料头6与保护屏间隔开不超过20cm的距离。
保护屏7与燃烧器2的喷射区间隔开不超过20cm的距离。
当燃烧器2处于点燃状态时，保护屏7与火焰顶端间隔开不超过10cm的距离。
因而，保护屏具有面对燃烧器火焰的“热”表面，并且具有当燃烧器运行时上升的温度，该表面被燃烧器火焰散发的热“火燎”，或者承受燃烧器火焰散发的热的作用。
由于所述保护屏由耐火材料制成，其承受温度上升，并且保护至少部分地由铁制成且因此更易受损的进料头。铁用作催化剂。
在燃烧室中燃烧的过程中，所述燃烧产生二氧化碳和水。一部分水在围封外壳中冷凝。烟气的其余部分被排放到燃烧室中。烟气中残余的碳水化合物，特别地一氧化碳与冷凝形成的氢再结合，使得在保护屏产生的热的作用下，并且在存在进料头的铁的情况下，它们导致碳氢化合物和水的生成。
换而言之，烟气中的未燃烧部分和由围封外壳形成的冷凝物的水蒸气中包含的氢在铁制成的进料头处再结合成碳氢化合物。这些碳氢化合物随后再次燃烧，并且由于它们的存在，使得能够减少在燃烧过程中所要使用的燃料的量。
这就是为什么这样的装置能够实现较低的燃料消耗和提高的燃烧效率。

Claims (12)

1.一种烟气产生和处理装置，至少包括：
烟气发生器(1)，所述烟气发生器(1)包括：至少一个设有燃烧套的燃烧器(2)；燃烧室(3)，所述燃烧室(3)具有至少一个燃烧区或“燃烧炉膛”(31)，所述燃烧器(2)的火焰(21)适于在该至少一个燃烧区或“燃烧炉膛”(31)中延伸；和烟气排出口(32)，所述烟气排出口(32)用于从所述燃烧室(3)移除烟气；以及
围封外壳(4)，所述围封外壳(4)用于围封由所述烟气发生器(1)产生的烟气，该外壳(4)具有入口(41)和出口(42)，所述入口(41)被连接到用于从所述燃烧室(3)移除烟气的烟气排出口(32)，所述出口(42)经由烟气再循环回路(5)被连接到所述烟气发生器(1)，从所述再循环回路(5)进入到所述烟气发生器(1)的燃烧室(3)中的排放部被称作“烟气进料头”(6)；
所述烟气产生和处理装置的特征在于：所述燃烧室(3)具有“火焰-拦阻器”保护屏(7)，所述保护屏(7)用于保护进料头(6)免受所述燃烧器(2)的火焰(21)影响，用于保护所述进料头(6)免受所述燃烧器(2)的火焰(21)影响的所述保护屏(7)介于所述燃烧炉膛(31)和所述烟气进料头(6)之间，并且，用于使烟气进入所述围封外壳(4)的入口(41)被设置在所述外壳(4)的上部三分之一处，优选地在上部四分之一处，并且，除与烟气发生器(1)相连的出口(42)之外，所述围封外壳(4)配备有用于移除冷凝物的可关闭的排出口(43)，所述可关闭的排出口(43)根据外壳(4)内的冷凝物的液面被打开或关闭，且被布置在围封外壳(4)的底部处，并且，所述烟气进料头至少部分地由铁制成，位于所述燃烧套的背离所述燃烧器的一侧。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述围封外壳(4)设置的烟气管道不排放到所述围封外壳的第一个三分之一中。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述保护屏(7)由耐火材料制成。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的装置，其特征在于：所述保护屏(7)面向所述燃烧器(2)的由喷射区形成的压头(22)延伸，燃料和氧化剂的混合物在该喷射区处从所述燃烧器(2)喷射到所述燃烧室(3)中，并且该喷射区对应于焰底。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的装置，其特征在于：所述保护屏(7)具有弯曲板的形状且至少部分地围绕所述进料头(6)，所述进料头(6)具有管道的形式，且在该管道的至少一部分长度上设有多个孔(61)，该多个孔(61)被定向成朝向所述保护屏(7)引导烟气的流动。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的装置，其特征在于：设置在所述保护屏(7)的热辐射区中的所述进料头(6)与所述保护屏间隔开不超过20cm的距离，并且所述板绕着与所述燃烧器的火焰的轴线大致垂直的轴线弯曲。
7.如权利要求1-6中的任一项且结合权利要求4所述的装置，其特征在于：所述保护屏(7)与所述燃烧器(2)的喷射区间隔开不超过20cm的距离。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的装置，其特征在于：当所述燃烧器(2)处于点燃状态时，所述保护屏(7)与火焰的顶端间隔开不超过10cm的间隔。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的装置，其特征在于：所述燃烧室(3)经由包括至少一个导流体(10)的循环回路与所述围封外壳(4)的入口(41)连通。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的装置，其特征在于：所述烟气再循环回路(5)至少在其长度的一部分上在烟气循环回路中延伸，所述烟气循环回路用于将烟气从所述燃烧室(3)朝向所述围封外壳(4)循环。
11.如权利要求1-10中的任一项所述的装置，其特征在于：所述围封外壳(4)的所述入口(41)配备有关闭翻板阀(11)，所述翻板阀(11)在所述燃烧器(2)的火焰处于熄灭状态时关闭所述入口(41)，所述翻板阀(11)在自重的作用下保持关闭。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的装置，其特征在于：所述围封外壳(4)是半埋入式外壳。
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