CN105202537A - 一种燃烧系统及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧系统，包括：氢气反应罐、混合燃烧机、甲醇罐、工作锅炉、分气缸、启动锅炉，所述氢气反应罐通过含氢蒸汽管与混合燃烧机连接，所述甲醇罐通过甲醇进气管与混合燃烧机连接，所述混合燃烧机与工作锅炉配合安装，所述工作锅炉通过蒸汽出气管与分气缸连接，所述分气缸通过蒸汽循环管与氢气反应罐连接，所述蒸汽循环管上设置有三通阀门，所述三通阀门通过蒸汽进气管与启动锅炉连接。本发明采用两种燃烧介质混合燃烧，安全、节能、环保，通过高温含氢蒸汽使甲醇充分雾化，有利的解决了甲醇热值量低，燃烧不充分，能源利用不高等缺点，同时氢气不需储运，产出即使用，安全可靠，具有巨大的工业生产使用、推广价值。

Description

一种燃烧系统及燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种混合介质燃烧技术，尤其涉及一种燃烧系统及燃烧方法。

背景技术

化石能源燃烧所产生的环境问题已成为经济和社会发展的重要问题，去年冬季以来北京等我国北方城市出现的持续雾霾天气给我们敲响了警钟，说明经济的发展不注重环境的保护将产生严重的社会问题。分析表明雾霾的主要成分是悬浮在空气中的有毒PM2.5颗粒，而PM2.5颗粒主要来源于煤等化石能源的燃烧。因此，发展取代使用石化能源作为燃料的高效清洁燃烧技术是社会经济发展的迫切需求。

目前，工业生产中利用甲醇燃烧进行供能，已逐步开始推广使用，但由于现有的燃烧系统及技术设计不合理。造成甲醇不能充分雾化，燃烧不充分，热值量低，能源利用不高等问题。很难实现安全、节能、环保的要求，给甲醇燃烧技术的使用及推广造成巨大阻碍。

同时，随着环境的恶化和能源的枯竭，氢能作为清洁能源正日益受到关注，但是氢能的快速制取和安全储运，氢气的实时制备与使用成为阻碍氢能发展的大问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用高温含氢蒸汽辅助甲醇燃烧的系统及燃烧方法，安全、节能、环保，有利的解决了甲醇热值量低，燃烧不充分，能源利用不高等缺点，同时氢气不需储运，产出即使用，安全可靠，具有巨大的工业生产使用、推广价值。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃烧系统，包括：氢气反应罐、混合燃烧机、甲醇罐、工作锅炉、分气缸、启动锅炉，所述氢气反应罐通过含氢蒸汽管与混合燃烧机连接，所述甲醇罐通过甲醇进气管与混合燃烧机连接，所述混合燃烧机与工作锅炉配合安装，所述工作锅炉通过蒸汽出气管与分气缸连接，所述分气缸通过蒸汽循环管与氢气反应罐连接，所述蒸汽循环管上设置有三通阀门，所述三通阀门通过蒸汽进气管与启动锅炉连接。

进一步，所述含氢蒸汽管上设置有汽水分离器，用于高温含氢蒸汽中汽、水的分离，以防止液态水进入混合燃烧机，参与燃烧降低甲醇燃烧值。

进一步，所述蒸汽循环管上设置有压力控制器，所述压力控制器用于保持蒸汽循环管中压力处于合理范围之内。

进一步，所述氢气反应罐上设置有安全减压阀，所述安全减压阀用于自动保持氢气反应罐中压力处于安全范围之内，以防止不安全因素的产生。

进一步，所述混合燃烧机上设置有延时开关、火力控制电子阀、风机，所述延时开关用于控制高温含氢蒸汽参与燃烧的时间，以提高燃烧时的安全性，以及甲醇的雾化程度，所述火力控制电子阀用于火力的自动控制，以保持工作锅炉蒸汽压力处于预设值范围内，所述风机用于混合燃烧机开启及停止前后的预吹风，以排除混合燃烧机中残留燃烧气体，保障混合燃烧机点火安全，同时风机还用于混合燃烧机工作过程中的散热处理。

进一步，所述启动锅炉为小型压力锅炉，所述小型压力锅炉能耗低，可快速产生高温，并自带一定压力的蒸汽。

进一步，所述混合燃烧机通过空气进气管与空气压力机连接，用于向混合燃烧机输送压缩空气，以实现甲醇的单独燃烧。

一种燃烧方法，包括如下步骤：

开启启动锅炉，蒸汽压力达到3-5kg，温度达到100-130℃时，蒸汽通过蒸汽进气管，并经过三通阀门到达蒸汽循环管，被引入氢气反应罐；

高温水蒸气与氢气反应罐中的催化剂反应，产生高温含氢蒸汽，当氢气反应罐中压力高于8kg时，氢气反应罐上设置的安全减压阀自动排气解压，保持氢气反应罐中压力小于5kg；

混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10-15s，甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；

混合燃烧机通过延时开关延时5-10s，将汽水分离器处理后的高温含氢蒸汽通过含氢蒸汽管引入混合燃烧机与甲醇充分雾化燃烧；

混合燃烧机稳定燃烧10-15s后，混合燃烧机通过火力控制电子阀进行火力控制，并将工作锅炉中蒸汽压力控制在3-5kg；

工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；

蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；

燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风10-20s，完成整个循环燃烧过程。

所述在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，燃烧循环启动步骤及实现方式还包括：混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10-15s，开启空气压力机，将压缩空气通过空气进气管输送至混合燃烧机，同时甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；

工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，工作锅炉蒸汽通过分气缸引入蒸汽循环管最终进入反应罐产生高温含氢蒸汽，关闭空气压力机，实现燃烧启动工作。

本发明的有益效果是：

1.系统及方法简单、成本低廉、能耗低、环保无污染；

2.系统自动化程度高，燃烧更加安全、节能；

3.采用高温含氢蒸汽与液态甲醇混合燃烧，使得甲醇雾化更加容易和充分，同时氢气助燃进一步提升甲醇的利用率及燃烧值，从而降低甲醇使用量；

4.采用本发明系统及燃烧方法，甲醇热值从4800大卡提升至9000大卡，瞬时火焰温度可达1100度以上；

5.本发明系统启动后，利用循环蒸汽制氢，可实现160小时以上持续助燃。

附图说明

图1为本发明一种燃烧系统结构图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、氢气反应罐，1-1、安全减压阀，2、汽水分离器，3、含氢蒸汽管，4、混合燃烧机，4-1、延时开关，4-2、火力控制电子阀，4-3、风机，5、甲醇进气管，６、甲醇罐，7、工作锅炉，8、蒸汽出气管，9、分气缸，10、蒸汽循环管，11、压力控制器，12、三通阀，13、蒸汽进气管，14、启动锅炉，15、空气压力机，15-1、空气进气管。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种燃烧系统，包括：氢气反应罐1、混合燃烧机4、甲醇罐6、工作锅炉7、分气缸9、启动锅炉14，所述氢气反应罐1通过含氢蒸汽管3与混合燃烧机4连接，所述甲醇罐6通过甲醇进气管5与混合燃烧机4连接，所述混合燃烧机4配合安装于工作锅炉7底端，所述工作锅炉7通过蒸汽出气管8与分气缸9连接，所述分气缸9通过蒸汽循环管10与氢气反应罐1连接，所述蒸汽循环管10上设置有三通阀门12，所述三通阀门12通过蒸汽进气管13与启动锅炉14连接。

所述含氢蒸汽管上设置有汽水分离器2，用于高温含氢蒸汽中汽、水的分离，以防止液态水进入混合燃烧机4，参与燃烧降低甲醇燃烧值。所述蒸汽循环管10上设置有压力控制器11，所述压力控制器11用于保持蒸汽循环管10中压力处于合理范围之内。所述氢气反应罐1上设置有安全减压阀1-1，所述安全减压阀1-1用于自动保持氢气反应罐1中压力处于安全范围之内，以防止不安全因素的产生。所述混合燃烧机4上设置有延时开关4-1、火力控制电子阀4-2、风机4-3，所述延时开关4-1用于控制高温含氢蒸汽参与燃烧的时间，以提高燃烧时的安全性，以及甲醇的雾化程度，所述火力控制电子阀4-2用于火力的自动控制，以保持工作锅炉7蒸汽压力处于预设值范围内，所述风机4-3用于混合燃烧机4开启及停止前后的预吹风，以排除混合燃烧机4中残留燃烧气体，保障混合燃烧机4点火安全，同时风机4-3还用于混合燃烧机4工作过程中的散热处理。所述启动锅炉14为小型压力锅炉，所述小型压力锅炉能耗低，可快速产生高温，并自带一定压力的蒸汽。所述混合燃烧机4通过空气进气管15-1与空气压力机15连接，用于向混合燃烧机4输送压缩空气，以实现甲醇的单独燃烧。

实施例1

开启启动锅炉，蒸汽压力达到3kg，温度达到100℃时，蒸汽通过蒸汽进气管，并经过三通阀门到达蒸汽循环管，被引入氢气反应罐；高温水蒸气与氢气反应罐中的催化剂反应，产生高温含氢蒸汽，当氢气反应罐中压力高于8kg时，氢气反应罐上设置的安全减压阀自动排气解压，保持氢气反应罐中压力小于5kg；混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10s，甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；混合燃烧机通过延时开关延时5s，将汽水分离器处理后的高温含氢蒸汽通过含氢蒸汽管引入混合燃烧机与甲醇充分雾化燃烧；混合燃烧机稳定燃烧10s后，混合燃烧机通过火力控制电子阀进行火力控制，并将工作锅炉中蒸汽压力控制在3kg；工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风10s，完成整个循环燃烧过程。

实施例2

开启启动锅炉，蒸汽压力达到4kg，温度达到120℃时，蒸汽通过蒸汽进气管，并经过三通阀门到达蒸汽循环管，被引入氢气反应罐；高温水蒸气与氢气反应罐中的催化剂反应，产生高温含氢蒸汽，当氢气反应罐中压力高于8kg时，氢气反应罐上设置的安全减压阀自动排气解压，保持氢气反应罐中压力小于5kg；混合燃烧机启动，并开启风机预吹风13s，甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；混合燃烧机通过延时开关延时8s，将汽水分离器处理后的高温含氢蒸汽通过含氢蒸汽管引入混合燃烧机与甲醇充分雾化燃烧；混合燃烧机稳定燃烧13s后，混合燃烧机通过火力控制电子阀进行火力控制，并将工作锅炉中蒸汽压力控制在4kg；工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风15s，完成整个循环燃烧过程。

实施例3

开启启动锅炉，蒸汽压力达到5kg，温度达到130℃时，蒸汽通过蒸汽进气管，并经过三通阀门到达蒸汽循环管，被引入氢气反应罐；高温水蒸气与氢气反应罐中的催化剂反应，产生高温含氢蒸汽，当氢气反应罐中压力高于8kg时，氢气反应罐上设置的安全减压阀自动排气解压，保持氢气反应罐中压力小于5kg；混合燃烧机启动，并开启风机预吹风15s，甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；混合燃烧机通过延时开关延时10s，将汽水分离器处理后的高温含氢蒸汽通过含氢蒸汽管引入混合燃烧机与甲醇充分雾化燃烧；混合燃烧机稳定燃烧15s后，混合燃烧机通过火力控制电子阀进行火力控制，并将工作锅炉中蒸汽压力控制在5kg；工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风20s，完成整个循环燃烧过程。

实施例4

混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10-15s，开启空气压力机，将压缩空气通过空气进气管输送至混合燃烧机，同时甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，空气压力机停止工作，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风10-20s，完成整个循环燃烧过程。

实施例5

本发明燃烧方法，主要燃料是工业甲醇及由水蒸汽裂解产生的氢气，因此，燃烧的产物产要为二氧化碳和水，没有粉尘污染物的排放。较传统燃烧方式及燃料更加环保，见表1。

表1：本发明燃烧系统及燃烧方法加热锅炉产生的废气监测数据与燃煤、燃油、燃气锅炉对比：

锅炉类别	烟(粉)尘(mg/ m3)	二氧化硫(mg/ m3)	氮氧化物(mg/ m3)
				本发明燃烧锅炉	27.2（实测）	2.86（实测）	14.2（实测）
燃煤锅炉（一类区）	80	400	400
				燃油锅炉（一类区）	60	300	400
燃气锅炉	30	100	400

从表1上可以看出本发明燃烧系统及燃烧方法加热锅炉产生的废气中以上三种污染物的浓度远远低于燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉污染物的排放浓度。因此，本发明燃烧系统及燃烧方法用于加热锅炉对于减少粉尘、二氧化硫及氮氧化物等污染物的排放具有重要的作用。

本发明燃烧系统及燃烧方法锅炉，对于燃油锅炉和燃气（天然气）锅炉，其产生蒸汽的成本远低燃油锅炉和燃气（天然气）锅炉，综合目前的数据分析，取燃油锅炉和燃气锅炉平均成本值，即燃油锅炉的成本是燃煤锅炉的4倍，燃气锅炉的成本是燃煤锅炉的2倍，见表2。

表2不同类型锅炉产生蒸汽成本的比较（假定燃煤锅炉产生的成本为1）

锅炉类型	燃煤锅炉	本发明燃烧系统及燃烧方法锅炉	燃气锅炉	燃油锅炉
					相对成本	1.0	1.4	2.0	4.0

由于燃气锅炉需要铺设天然气管道至蒸汽锅炉，因此，燃气锅炉的成本还将进一步提高。在我国许多中小型城市，特别是很多县级市或县城，目前还没有天然气供应，燃气锅炉的使用会受到限制。本发明燃烧系统及方法锅炉其使用不受地域的限制，因此，其应用将更广泛。并且成本更低，以10吨的天然气锅炉与本发明燃烧系统及方法锅炉作对比，见表3。

表3使用10吨的天然气锅炉与本发明燃烧系统及方法锅炉作对比数据

	锅炉水量	产出蒸气量	燃料量	成本
					天然气燃烧	10吨	9吨	天然气800 m3	约3200元
本发明燃烧系统及燃烧方法	10吨	9吨	甲醇720千克催化剂20千克	约2200元

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃烧系统，其特征在于，包括：氢气反应罐、混合燃烧机、甲醇罐、工作锅炉、分气缸、启动锅炉，所述氢气反应罐通过含氢蒸汽管与混合燃烧机连接，所述甲醇罐通过甲醇进气管与混合燃烧机连接，所述混合燃烧机与工作锅炉配合安装，所述工作锅炉通过蒸汽出气管与分气缸连接，所述分气缸通过蒸汽循环管与氢气反应罐连接，所述蒸汽循环管上设置有三通阀门，所述三通阀门通过蒸汽进气管与启动锅炉连接。

2.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述含氢蒸汽管上设置有汽水分离器。

3.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述蒸汽循环管上设置有压力控制器。

4.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述氢气反应罐上设置有安全减压阀。

5.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述混合燃烧机上设置有延时开关、火力控制电子阀、风机。

6.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述启动锅炉为小型压力锅炉。

7.根据权利要求1所述一种燃烧系统，其特征在于，所述混合燃烧机通过空气进气管与空气压力机连接。

8.一种燃烧方法，其特征在于，包括如下步骤：

开启启动锅炉，蒸汽压力达到3-5kg，温度达到100-130℃时，蒸汽通过蒸汽进气管，并经过三通阀门到达蒸汽循环管，被引入氢气反应罐；

高温水蒸气与氢气反应罐中的催化剂反应，产生高温含氢蒸汽，当氢气反应罐中压力高于8kg时，氢气反应罐上设置的安全减压阀自动排气解压，保持氢气反应罐中压力小于5kg；

混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10-15s，甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；

混合燃烧机通过延时开关延时5-10s，将汽水分离器处理后的高温含氢蒸汽通过含氢蒸汽管引入混合燃烧机与甲醇充分雾化燃烧；

混合燃烧机稳定燃烧10-15s后，混合燃烧机通过火力控制电子阀进行火力控制，并将工作锅炉中蒸汽压力控制在3-5kg；

工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，启动锅炉停止工作，工作锅炉中的蒸汽通过分气缸进行分流，一部分进入蒸汽循环管被循环引入氢气反应罐；

蒸汽循环管中蒸汽压力大于5kg时，蒸汽循环管上设置的压力控制器停止蒸汽进入氢气反应罐；

燃烧系统停止后，混合燃烧机启动风机排风10-20s，完成整个循环燃烧过程。

9.根据权利要求8所述一种燃烧方法，其特征在于，还包括以下步骤及实现方式：

混合燃烧机启动，并开启风机预吹风10-15s，开启空气压力机，将压缩空气通过空气进气管输送至混合燃烧机，同时甲醇罐中甲醇通过甲醇进气管进入混合燃烧机，并点火燃烧；

工作锅炉蒸汽压力达到3kg时，工作锅炉蒸汽通过分气缸引入蒸汽循环管最终进入反应罐产生高温含氢蒸汽，关闭空气压力机，实现燃烧启动工作。