CN106537038A - 用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置及其运行方法,更具体地涉及一种具有多级分割结构以最大限度地抑制氮氧化物生成的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置及其运行方法,该燃烧装置包括:第一注入部,通过第一注入部供给燃料;第一供给部,在第一注入部插入第一供给部内的状态下通过第一供给部供给空气;第二注入部,在第一供给部插入第二注入部内的状态下通过第二注入部供给石油焦炭燃料和输送气体;第二供给部,在第二注入部插入第二供给部内的状态下通过第二供给部供给空气;以及第三供给部,在第二供给部插入第三供给部内的状态下通过第三供给部供给空气,由于采用通过第一供给部、第二供给部和第三供给部的多级分割空气供给系统,因此使初始燃烧反应的集中区域最小化,以阻止高温热点的生成,从而抑制氮氧化物(热力型NOx)的生成。
Description
技术领域
本发明涉及用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,更具体地涉及具有多级分割结构以最大限度地抑制氮氧化物生成的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置。
背景技术
当前,人类的主要能源是烃系列的化石燃料。
然而,由这种化石燃料燃烧后的生成物造成的环境污染问题被严重提出。
主要的环境污染源除了氮氧化物(NOx)、二氧化碳(CO2)之外,还有由于燃料的不完全燃烧而生成的一氧化碳(CO)和煤烟(soot)等。
现有的使用化石燃料的燃烧器由于在燃烧时的化学反应而不可避免地生成具有化学式NO和NO2的氮氧化物(NOx)。
开发用于抑制氮氧化物(NOx)的生成的低NOx燃烧技术,以通过燃烧器的结构改善(例如燃料和空气的混合形式、空气燃料比)来实现。
在燃烧过程中生成的氮氧化物与空气中的其他氧气反应而造成烟雾和大气臭氧增加等环境问题。
尤其是,在这种燃烧过程中生成的排放物(emission)危害环境和人类健康,因此各国以越来越严格的标准来加强管制。
石油焦炭的挥发成分的含量非常低且固定碳含量非常高,因此点燃性和反应性非常低,为了完全燃烧而需要在高温条件下停留长时间。
作为现有技术的美国授权专利第6325002号公开了使用烟道气体再循环来减少从碳燃料的燃烧炉排放氮氧化物的技术。
然而,作为现有技术的美国授权专利第6325002号由于不能最小化燃烧反应的集中区域而生成高温热点(Hot Spot),因此具有仍大量排放氮氧化物的问题。
上述现有的燃烧器具有以改造并优化煤(煤粉)燃烧器而使用的形式难以确保燃烧系统的稳定性且效率低的问题。
换句话说,现有的燃烧器具有大量生成有害物质(NOx)的致命问题。
上述现有的燃烧器还具有这样的问题:妨碍能源的有效使用而成为加重燃料成本负担的原因,且使诸如选择性催化还原(SCR)等后处理设备的维护成本加重。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的,本发明的目的是提供一种用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其在使石油焦炭燃料燃烧时生成的氮化合物的生成量最小化的同时也能够使燃烧效率最大化。
技术方案
为了解决上述问题,本发明提供一种用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其特征在于,包括:第一注入部,通过所述第一注入部供给燃料;第一供给部,在所述第一注入部插入所述第一供给部内的状态下通过所述第一供给部供给空气;第二注入部,在所述第一供给部插入所述第二注入部内的状态下通过所述第二注入部供给石油焦炭燃料和输送气体;第二供给部,在所述第二注入部插入所述第二供给部内的状态下通过所述第二供给部供给空气;以及第三供给部,在所述第二供给部插入所述第三供给部内的状态下通过所述第三供给部供给空气。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的特征在于,在所述第二供给部或所述第三供给部中的至少一者的前端形成有旋转部。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的特征在于,所述第一注入部、所述第二注入部、所述第一供给部、所述第二供给部和所述第三供给部的截面为圆形形状。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的特征在于,所述第一供给部和所述第二注入部之间的间隔形成为小于所述第二注入部和所述第二供给部之间的间隔,所述第二注入部和所述第二供给部之间的间隔形成为小于所述第二供给部和所述第三供给部之间的间隔。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的特征在于,所述第一供给部供给燃烧空气总量的10%至35%的空气,所述第二供给部供给燃烧空气总量的10%至40%的空气,所述第三供给部供给燃烧空气总量的35%至65%的空气。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的特征在于,通过所述第二注入部供给的输送空气占空气总量的5%至15%。
此外,本发明提供一种用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的运行方法,其特征在于,包括:利用燃料将燃烧炉的温度升高至第一温度的第一步骤;以及向所述燃烧炉供给石油焦炭燃料的第二步骤。
此外,所述用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置的运行方法的特征在于,所述第一温度在800摄氏度以上且在1200摄氏度以下。
有益效果
上述本发明具有如下效果。
第一,由于采用通过第一供给部、第二供给部和第三供给部的多级分割空气供给系统,因此使初始燃烧反应的集中区域最小化,以阻止高温热点的生成,从而抑制氮氧化物(热力型NOx)的生成。
第二,通过区分富燃料区域和贫燃料区域,具有诱导氮氧化物(NOx)减少的优点。
第三,在作为燃烧器的端部的喷嘴端部附近,在第二供给部或第三供给部中的至少一者中形成有旋转部,因此石油焦炭燃料和输送空气一起在进行旋转型气旋运动的同时向喷嘴端部移动,因此具有确保燃料在燃烧炉内的停留时间以实现充分的燃烧反应的优点。
第四,由于第一供给部和第二注入部之间的间隔形成为小于第二注入部和第二供给部之间的间隔,第二注入部和第二供给部之间的间隔形成为小于第二供给部和第三供给部之间的间隔,因此使通过第一供给部、第二供给部和第三供给部供给的空气量不同,从而具有能够更有效地进行燃烧的优点。
第五,由于在使燃料在燃烧炉中燃烧以将燃烧炉的温度升高至第一温度后供给石油焦炭燃料,因此具有使燃烧效率最大化且使氮氧化物的生成最小化的效果。
第六,由于能够进行石油焦炭燃料的单独燃烧和与其他燃料的混合燃烧,因此具有提高燃烧的稳定性且实现低污染以及提高燃料系统的稳定性和经济性的优点。
附图说明
图1是根据本发明的优选实施例的石油焦炭燃烧系统的概念图。
图2是根据本发明的优选实施例的燃烧器的侧截面图。
图3是根据本发明的优选实施例的燃烧器的正截面图。
图4是根据本发明的优选实施例的燃烧器的透视图。
具体实施方式
以下,将参照附图进行详细说明。
在该过程中,为了说明的清楚性和便利性,可以夸张地示出附图中所示的线的厚度和组成部分的尺寸等。此外,后述的术语是考虑其在本发明中的功能而定义的术语,其可以根据用户、操作者的意图或习惯而不同。因此,需要基于本发明的全部内容来描述对这些术语的定义。
1.对组成部分的说明
图1是根据本发明的优选实施例的石油焦炭燃烧系统的概念图。
图2是根据本发明的优选实施例的燃烧器100的侧截面图,图3是根据本发明的优选实施例的燃烧器100的正截面图。
图4是根据本发明的优选实施例的燃烧器100的透视图。
燃烧器100形成在燃烧炉200的一侧,且使石油焦炭燃料在燃烧炉200内燃烧。
如图1所示,整体燃烧装置由燃烧器100和燃烧炉200构成。
燃烧炉200应该能够承受1500摄氏度以上的高温条件。因此,利用能够承受高温的耐热性材料构成燃烧炉200的内部,或能够使用能够利用空气和冷却水进行冷却的结构的四角形或圆形的燃烧炉200。
如图3所示观察燃烧器100的正截面的一形状,燃烧器100为环形形式,从中心部以第一注入部111、第一供给部121、第二注入部112、第二供给部122、第三供给部123的顺序以多级结构形成。也就是说,如图3和图4所示,第一注入部111、第一供给部121的注入管(围绕第一注入部111的部分)、第二注入部112、第二供给部122的注入管(围绕第二注入部112的部分)、第三供给部123的注入管(围绕第二注入部112和第二供给部122的注入管的部分)同轴,且其内径依次增大。
此外,向第一注入部111注入用于混合燃烧的液体燃料。
将第一注入部111插入第一供给部121内,向第一供给部121供给第一燃烧空气,以使通过第一注入部111注入的液体燃料燃烧。
向第二注入部112注入石油焦炭燃料及输送其的空气。
将第二注入部112插入第二供给部122内,通过第二供给部122供给空气。
将第二供给部122插入第三供给部123内,向第三供给部123供给空气。
如上所述,将用于燃烧的空气通过第一供给部121、第二供给部122和第三供给部123分成第一次、第二次、第三次供给。
这种空气多级分割供给使初始燃烧反应的集中区域最小化,以阻止生成高温热点,从而抑制热力型NOx的生成。
此外,通过区分富燃料区域和贫燃料区域,导致降低氮氧化物(NOx)。
通过第一供给部121供给的第一空气沿与燃烧器100的轴方向相同的方向供给,以用于消除在火焰初期形成的高温区域。
由于通过第一供给部121供给的第一空气沿与燃烧器100的轴方向相同的方向供给,因此能够抑制在高温下生成热力型NOx。
通过第一供给部121供给的第一空气占空气总量的10%至35%。
优选地,在第二供给部122和第三供给部123中的至少一者中形成旋转部130。
通过第二供给部122供给的第二空气和通过第三供给部123供给的第三空气由于旋转部130、130'而形成强的涡流。
此时,使通过第二供给部122供给的第二空气和通过第三供给部123供给的第三空气的旋转强度、流量和流速不同,以能够增大湍流强度。
由于第二空气和第三空气诱导火焰前端的强湍流形成,因此确保了火焰稳定性。
第二供给部122和第三供给部123这两个空气供给部的旋转部130、130'能够使用相同角度或不同角度的旋转部130、130',但需要注意的是,在使用相同角度的旋转部时,需要使流量或流速条件不同,以使涡流的强度不同。
通过第二供给部122供给的第二空气占燃烧空气总量的10%至40%,但是其可以根据燃烧器100的容量或燃料条件而不同。
通过第三供给部123供给的第三空气占燃烧空气总量的35%至65%。
此外,针对本发明的多级空气供给结构,还优选的是,第一供给部121和第二注入部112之间的间隔形成为小于第二注入部112和第二供给部122之间的间隔。
此外,还优选的是,第二注入部112和第二供给部122之间的间隔形成为小于第二供给部122和第三供给部123之间的间隔。
通过压力型或与空气/蒸汽的混合型喷嘴、借助在燃烧器100的中央的第一注入部100供给用于混合燃烧的再生油或重油。
第一注入部111供给液体燃料,在注入石油焦炭燃料前,第一注入部111也可用作燃烧系统初始加热(Heat-up)时的液体燃料供给部。
具有通过第二注入部112供给作为固体燃料的石油焦炭燃料和作为输送气体的空气的结构。
向第一供给部121的周围供给石油焦炭燃料和输送其的空气。
石油焦炭燃料和输送空气一起在进行旋转型气旋(cyclone)运动的同时能够向作为燃烧器100的端部的喷嘴端部1404行进。
这种气旋运动形式形成在旋转的同时行进的形式,因此使燃料在燃烧炉200内的停留时间最大化,以充分地进行燃烧反应。
因此,能够实现使燃料在燃烧炉200内充分地进行燃烧反应,因此能够保持火焰的稳定性。
此时,以空气总量的5%至15%的量供给用于输送的空气。
2.燃烧装置的运行方法说明
由于石油焦炭的挥发成分少且固定碳量多,因此为了稳定的燃烧需要升温至高温的燃烧炉200条件。
根据本发明的燃烧装置利用精制油和重油等液体燃料将燃烧炉200的温度升高,且在燃烧炉200的温度充分升高时供给石油焦炭燃料。
换句话说,优选地,在燃烧炉200的温度为约1000摄氏度时才注入石油焦炭燃料。
还优选的是,此后,根据需要,使石油焦炭燃料单独燃烧或设定混合燃烧比率条件,以使燃烧系统运行。
通过这种燃烧装置生成的高温废气可以适用于诸如锅炉的工业燃烧系统。
更具体地,在第一步骤中,利用燃料使燃烧炉200的温度上升至第一温度。
优选地,第一温度在800摄氏度以上且1200摄氏度以下的范围内。
在将燃烧炉200的温度加热至第一温度时,进行至向燃烧炉200供给焦炭燃料的第二步骤。
在第二步骤中供给的焦炭燃料在升温至第一温度的燃烧炉200内顺利地进行燃烧,以减小氮氧化物的排放。
此外,如图4所示,在石油焦炭燃料从燃烧器100内部向喷嘴端部1404输送时,在内部进行气旋运动的同时行进并燃烧,因此使停留时间最大化,且顺利地进行燃烧,结果是大大减少氮氧化物的排放。
燃烧器100能够且优选进行石油焦炭燃料的单独燃烧和与诸如精制油、重油的液体燃料的混合燃烧。
能够进行石油焦炭燃料和液体燃料的混合燃烧的比率范围在单独燃烧条件下优选是10:0.
在石油焦炭燃料和液体燃料混合燃烧条件下石油焦炭燃料和液体燃料的比率优选为7:3。
当然,在能够根据使用环境和燃烧条件进行单独燃烧和混合燃烧的前提下,可以对上述石油焦炭燃料和液体燃料之间的混合比率进行各种变更或调节。
上文参照本发明的优选实施例进行了说明,但是本领域的普通技术人员能够理解,在不脱离在所附权利要求书中记载的本发明的思想和领域的范围内,可以对本发明进行各种修改和变更。
Claims (9)
1.一种用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,包括:
第一注入部(111),通过所述第一注入部(111)注入液体燃料;
第一供给部(121),所述第一供给部(121)与所述第一注入部(111)连通且通过所述第一供给部(121)供给第一燃烧空气;
第二注入部(112),通过所述第二注入部(112)注入石油焦炭燃料;
第二供给部(122),利用所述第二供给部(122)通过旋转部(130’)向所述第二注入部(112)供给第二燃烧空气;以及
第三供给部(123),利用所述第三供给部(123)通过旋转部(130)向所述第二注入部(112)供给第三燃烧空气,
所述第一注入部(111)、所述第一供给部(121)的注入管、所述第二注入部(112)、所述第二供给部(122)的注入管、所述第三供给部(123)的注入管同轴,
所述第一注入部(111)的内径、所述第一供给部(121)的注入管的内径、所述第二注入部(112)的内径、所述第二供给部(122)的注入管的内径、所述第三供给部(123)的注入管的内径依次增大。
2.根据权利要求1所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,通过多级分割而供给空气,以防止热点(Hot Spot)生成且抑制NOx的生成。
3.根据权利要求2所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,在所述旋转部(130,130’)的内侧设置多个旋转体(131),所述旋转体(131)基于所述第一注入部(111)的轴方向沿螺纹方向突出,并且第二燃烧空气和第三燃烧空气在借助所述旋转部(130,130’)的所述旋转体(131)旋转的同时分别注入至第二注入部(112)中。
4.根据权利要求3所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,使通过所述旋转部(130’)供给的第二燃烧空气的旋转强度、流量和流速分别与通过所述旋转部(130)供给的第三燃烧空气的旋转强度、流量和流速不同,以增大湍流强度。
5.根据权利要求4所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,所述旋转部(130’)的旋转体的基于所述第一注入部(111)的轴方向而突出的螺纹方向与所述旋转部(130)的旋转体的基于所述第一注入部(111)的轴方向而突出的螺纹方向不同,或者
所述旋转部(130’)的旋转体的基于所述第一注入部(111)的轴方向而突出的螺纹方向与所述旋转部(130)的旋转体的基于所述第一注入部(111)的轴方向而突出的螺纹方向相同,且使第二燃烧空气的流量和流速与第三燃烧空气的流量和流速不同。
6.根据权利要求5所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,通过所述第二注入部(112)以气旋运动注入石油焦炭燃料,以气旋运动注入的石油焦炭燃料通过与作为不同的涡流而供给的第二燃烧空气和第三燃烧空气接触而实现火焰稳定性。
7.根据权利要求2所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,根据是石油焦炭燃料的单独燃烧条件还是石油焦炭燃料和液体燃料的混合燃料条件,控制以使注入所述第一注入部(111)的液体燃料和注入所述第二注入部(112)的石油焦炭燃料的质量比不同。
8.根据权利要求2所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,通过向所述第一注入部(111)供给液体燃料且向所述第一供给部(121)供给第一燃烧空气以进行燃烧,对所述第二注入部(112)进行初始加热,且在将所述第二注入部(112)初始加热至1000摄氏度后,通过所述第二注入部(112)注入石油焦炭燃料。
9.根据权利要求2所述的用于石油焦炭燃料的单独燃烧和混合燃烧的燃烧装置,其中,
总燃烧空气分为第一燃烧空气、第二燃烧空气和第三燃烧空气,
第一燃烧空气量为燃烧空气总量的10%至35%(体积),
第二燃烧空气量为燃烧空气总量的10%至40%(体积),以及
第三燃烧空气量为燃烧空气总量的35%至65%(体积),第一燃烧空气量、第二燃烧空气量和第三燃烧空气量的总和为100%(体积)。
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