CN105605574A - 一种套管式超低热值煤层气燃烧装置 - Google Patents

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王鹏飞
冯涛
刘荣华
贾真真
舒威
苟尚旭
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Abstract

本发明公开了一种套管式超低热值煤层气燃烧装置。该装置包括内管和外管，内管的内空间构成内燃烧室，内管和外管套装所形成的夹层空间构成外燃烧室，内燃烧室两端分别设置第一进气室和第一排气室，外燃烧室两端分别设置第二进气室和第二排气室，且内、外燃烧室的进、排气室设置方向相反，第一进气室、第二进气室、第一排气室、第二排气室分别连接第一进气管、第二进气管、第一排气管、第二排气管。在本发明装置中，超低热值煤层气由两端交错进入，风流无需改变方向，节省了控制风流反向的管道、阀门及控制元件，整个装置结构较简单，同时装置内气压稳定，装置运行稳定。

Description

一种套管式超低热值煤层气燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种超低热值煤层气燃烧装置，属于超低热值煤层气燃烧技术领域。
背景技术
超低热值煤层气是指煤层气中甲烷体积分数低于5%的煤层气，通常条件下，它不能被点燃或者维持燃烧。目前，世界上几乎所有的超低热值煤层气都未经回收处理而直接排向大气。超低热值煤层气中的甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体，其温室效应为二氧化碳的21倍。同时，甲烷又是一种优质洁净的气体能源。据统计，我国每年约有200亿m3的甲烷以超低热值煤层气的形式排空，如将其回收利用，相当于节省4000万吨标准煤，减排3.0亿吨当量CO2。因此，合理回收利用超低热值煤层气具有节能和环保双重意义。
现有技术中，有关超低热值煤层气燃烧利用装置有加拿大CANMET能源技术研制的CFRR催化燃烧器及美国Sequa公司在MEGTEC系统中公布的可用于处理煤矿乏风的热力TFRR燃烧器。CFRR工作原理是采用可再生热交换器实现气固之间的能量传输和转移，催化剂用于降低反应的活化能，从而降低超低热值煤层气氧化反应温度，使反应更易进行。装置启动时，由电加热元件将床层预热，使中央温度达到点火温度（1000℃），超低热值煤层气以一个方向流入和通过反应器，气体被蓄热陶瓷加热，温度不断提高，直至甲烷氧化。然后，氧化的热气体继续向反应器的另一边移动，把热量传递给催化剂层和热交换介质而逐渐降温。随着气体的不断进入，反应器入口一侧温度逐渐降低，出口侧温度逐渐升高。在入口侧没有足够的热量将气体加热到氧化温度以前，开始换向，气体流动发生反转。该反应器的关键是将送入反应器中的气体不断变换流动方向，使气体在蓄热体中吸热升温，以保证氧化过程的自维持。TFRR燃烧器工作原理和构造大体相同，主要区别是催化逆流反应器使用了氧化催化剂，降低了瓦斯氧化所需要的温度。现有的技术存在以下缺点：（1）超低热值煤层气在装置中需进行周期性换向，才能维持系统的自运行。完成换向功能所需的管道、阀门及控制系统增加了系统的复杂性，而且维护困难。（2）换向瞬间，装置内压强发生强烈变化，装置需一段时间才能恢复稳定，影响装置稳定运行。（3）换向还会导致在换向时残存在管道及反应器中的超低热值煤层气未经氧化而直接排出。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、无需改变气流方向且运行稳定的套管式超低热值煤层气燃烧装置。
本发明采用下述技术方案：
一种套管式超低热值煤层气燃烧装置，包括内管和外管，内管的内空间构成内燃烧室，内管和外管套装所形成的夹层空间构成外燃烧室，内燃烧室两端分别设置第一进气室和第一排气室，外燃烧室两端分别设置第二进气室和第二排气室，且内、外燃烧室的进、排气室设置方向相反，第一进气室、第二进气室、第一排气室、第二排气室分别连接第一进气管、第二进气管、第一排气管、第二排气管。
进一步地，内燃烧室和外燃烧室内均填充有氧化铝蓄热球。
进一步地，外燃烧室外还设置有保温层，进一步降低能耗损失。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1）本发明采用超低热值煤层气从燃烧装置两端交错进入内、外燃烧室的技术措施，减少了气流换向系统，装置结构更加简单，而且容易维护。
2）本发明装置运行时，不需改变气流方向，装置内压力稳定，改善了原燃烧装置换向时带来的装置内部压强剧变，从而提高了系统运行的稳定性。
3）本发明减少了由于换向导致的未经氧化而直接排出的超低热值煤层气。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2是图1所示结构的A-A剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
如图1和图2所示，一种套管式超低热值煤层气燃烧装置，包括内管9和外管10，内管9的内空间构成内燃烧室1，内管9和外管10套装所形成的夹层空间构成外燃烧室2，内燃烧室1两端分别设置第一进气室3A和第一排气室4A，外燃烧室2两端分别设置第二进气室3B和第二排气室4B，第一进气室3A、第二进气室3B、第一排气室4A、第二排气室4B分别连接第一进气管5A、第二进气管5B、第一排气管6A、第二排气管6B，内燃烧室1和外燃烧室2内均填充有氧化铝蓄热球8，外燃烧室2外还设置有保温层7。
超低热值煤层气分为两路，由第一进气管5A和第二进气管5B，分别进入第一进气室3A和第二进气室3B，再分别进入内燃烧室1和外燃烧室2。由于内、外燃烧室的进、排气室设置方向相反，超低热值煤层气在内燃烧室1和外燃烧室2的流动方向相反，形成两股交错逆向流动的气流。超低热值煤层气在内燃烧室1和外燃烧室2受热并发生氧化反应放出热量，反应后的气体从内燃烧室1和外燃烧室2的另一端进入第一排气室4A和第二排气室4B，再由两端的第一排气管6A和第二排气管6B排至大气。
本发明的工作原理是：超低热值煤层气在内燃烧室1或外燃烧室2中部发生氧化反应并放出热量，在沿内燃烧室1或外燃烧室2流动过程中将热量不断传递给氧化铝蓄热球8直至排出，而使得内燃烧室1或外燃烧室2出口段的氧化铝蓄热球8温度升高，温度不断上升的蓄热球8再将热量传递给相邻的气流方向相反的外燃烧室2或内燃烧室1，使得与其相邻的外燃烧室2或内燃烧室1的入口段始终保持一定的预热温度，从而保障了整个燃烧装置不会因不断进入新鲜风流而冷却，保障了装置的持续稳定运行。
在本发明装置中，超低热值煤层气由两端交错进入，风流无需改变方向，节省了控制风流反向的管道、阀门及控制元件，整个装置结构较简单，同时装置内气压稳定，装置运行稳定。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (3)

1.一种套管式超低热值煤层气燃烧装置，包括内管和外管，其特征在于：内管的内空间构成内燃烧室，内管和外管套装所形成的夹层空间构成外燃烧室，内燃烧室两端分别设置第一进气室和第一排气室，外燃烧室两端分别设置第二进气室和第二排气室，且内、外燃烧室的进、排气室设置方向相反，第一进气室、第二进气室、第一排气室、第二排气室分别连接第一进气管、第二进气管、第一排气管、第二排气管。
2.根据权利要求1所述的套管式超低热值煤层气燃烧装置，其特征在于：所述的内燃烧室和外燃烧室内均填充有氧化铝蓄热球。
3.根据权利要求1或2所述的套管式超低热值煤层气燃烧装置，其特征在于：外燃烧室外还设置有保温层。
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