CN106838898B - 蓄热式燃烧系统及蓄热式燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种蓄热式燃烧系统及燃烧方法，包括：燃烧装置，包括烟气通道、第一蓄热体和第二蓄热体，第一蓄热体设于烟气通道的第一端口内，第二蓄热体设于烟气循环通道的第二端口内，第一蓄热体和第二蓄热体分别具有朝向烟气通道内部的第二端，以及朝向烟气通道外部的第一端；混合气体支路，与第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通，用于向与之连通的蓄热体提供预燃燃气与助燃空气的混合气；主燃料气支路，与第一蓄热体和第二蓄热体之间的烟气通道部分连通，并靠近与混合气体支路连通的蓄热体的第二端设置，用于向烟气通道部分通入主燃料气。本燃烧系统可减少蓄热燃烧系统烟气中氮氧化物排放60％～80％，氮氧化物排放浓度可低于150mg/m3。
Description
技术领域
本发明涉及节能减排及低污染燃烧技术领域，更具体地，涉及一种蓄热式燃烧系统及蓄热式燃烧方法。
背景技术
当前蓄热燃烧系统中能用于抑制氮氧化物排放的技术主要有高温低氧燃烧和烟气再循环方法。对于高温低氧燃烧方法，依靠蓄热燃烧器自身的卷吸作用使部分烟气与新鲜空气混合助燃，由于难于控制烟气卷吸量和助燃空气中的氧浓度，抑制氮氧化物排放效果不理想。强制的烟气再循环方法能精确控制燃烧区的氧浓度，但是需要增加外部循环烟气管道，往往还伴随燃烧效率降低和运行费用提高等问题。基于上述原因，抑制蓄热燃烧系统氮氧化物排放的技术不能满足日益提高的环保标准的要求。而且，当前未见其它用于蓄热燃烧的低氮氧化物排放燃烧技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蓄热式燃烧系统及蓄热式燃烧方法，以解决现有技术中存在的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种蓄热式燃烧系统，包括：
燃烧装置，包括烟气通道、第一蓄热体和第二蓄热体，所述第一蓄热体设于所述烟气通道的第一端口内，所述第二蓄热体设于所述烟气循环通道的第二端口内，所述第一蓄热体和第二蓄热体分别具有朝向所述烟气通道内部的第二端，以及朝向所述烟气通道外部的第一端；
混合气体支路，与所述第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通，用于向与之连通的蓄热体提供预燃燃气与助燃空气的混合气；
主燃料气支路，与所述第一蓄热体和第二蓄热体之间的烟气通道部分连通，并靠近与所述混合气体支路连通的蓄热体的第二端设置，用于向所述烟气通道部分通入主燃料气。
优选地，所述混合气体支路上设有混合器，用于分别接收预燃燃气与助燃空气并将二者混合均匀。
优选地，所述混合器包括彼此同轴设置的第一筒体和第二筒体，以及第三筒体，
所述第一筒体和第二筒体沿着轴向依次设置并彼此连通，所述第三筒体包括彼此连接的第一段和第二段，所述第一段与所述第一筒体和第二筒体分别同轴设置，并依次穿过所述第一筒体和第二筒体，所述第二段穿出所述第一筒体的外壁，
其中，第一筒体用于连通助燃空气，第三筒体用于连通预燃燃气，第二筒体用于对所述助燃空气和预燃燃气进行混合。
优选地，还包括第四筒体，所述第四筒体设于所述第二筒体上与第一筒体相对的一端，并与所述第二筒体连通，用于将所述助燃空气和预燃燃气的混合气排出。
优选地，所述第二筒体与所述第一筒体截面积的比值为4-6，第三筒体第一段与第一筒体截面积的比值为0.15-0.32。
优选地，所述第三筒体第一段位于第二筒体内的部分的外壁上多个喷口，用于喷射预燃燃气，所述第一段位于第一筒体部分的外周和第一筒体的内壁之间设有旋流器。
优选地，所述喷口与所述第一筒体第一段的轴线之间成锐角设置。
优选地，还包括用于排放燃烧尾气的排气支路，所述排气支路与所述第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通。
优选地，预燃燃气占其和主燃料气总量的10％～20％。
根据本发明的第二方面，提供一种蓄热式燃烧方法，包括：
a、将一定量的预燃燃气与助燃气体以一定体积比例混合后，通入第一蓄热体的第一端，并在第一蓄热体内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃烧装置的燃烧通道，与通入第一蓄热体上部燃烧通道内的主燃料气混合燃烧，燃烧产生的气体自第二蓄热体排出燃烧装置；
b、间隔一段时间后，将上述预燃燃气与助燃气体切换至第二蓄热体的第一端，并在第二蓄热体内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃烧通道，与通入第二蓄热体上部的燃烧通道内的主燃料体很混燃烧，燃烧产生的气体自第一蓄热体排出燃烧装置；
其中，步骤a和b不断切换。
优选地，预燃燃气流量占其和主燃料气总流量的10％～20％。
本蓄热式燃烧系统及蓄热式燃烧方法，可减少蓄热燃烧系统烟气中氮氧化物排放60％～80％，氮氧化物排放浓度可低于150mg/m3，同时具有热效率高、系统简单、适用范围广等优点。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1为根据本发明实施例的电源接口装置的电路图。
图2示出了根据本发明实施例的蓄热式燃烧系统的混合器的结构示意图。
图中：燃烧装置100、外壁1、第一竖直段21、水平段23、第二竖直段22、第一蓄热体3、第二蓄热体4、第一引风机51、第二引风机52、混合器6、、第一筒体61、第二筒体62、第一段631、第二段632、喷口633、第四筒体64、旋流器65、第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73、第四阀门74、第五阀门75、第六阀门76、第七阀门77、第八阀门78、烟囱8、第一燃料喷枪91、第二燃料喷枪92。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
本申请中的蓄热式燃烧系统，包括燃烧装置、混合气体支路和主燃料气支路。其中，燃烧装置包括烟气通道、第一蓄热体和第二蓄热体，所述第一蓄热体设于所述烟气通道的第一端口内，所述第二蓄热体设于所述烟气循环通道的第二端口内，所述第一蓄热体和第二蓄热体分别具有朝向所述烟气通道内部的第二端，以及朝向所述烟气通道外部的第一端。混合气体支路与所述第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通，用于向与之连通的蓄热体提供预燃燃气与助燃空气的混合气。主燃料气支路，与所述第一蓄热体和第二蓄热体之间的烟气通道部分连通，并靠近与所述混合气体支路连通的蓄热体的第二端设置，用于向所述烟气通道部分通入主燃料气。
本蓄热式燃烧系统可减少蓄热燃烧系统烟气中氮氧化物排放60％～80％，氮氧化物排放浓度可低于150mg/m3，同时具有热效率高、系统简单、适用范围广等优点。
下面结合实施例进行详细介绍。
图1示出了根据本发明实施例的蓄热式燃烧系统的结构示意图。如图1所示，该蓄热式燃烧系统的燃烧装置100包括外壁1，外壁1内形成烟气通道。为了起到更好的保温效果，在外壁1上还可设置保温层(图中未示)。在该实施例中，烟气通道包括依次连接的第一竖直段21、水平段23和第二竖直段22。其中，第一水平段23的两端分别于第一竖直段21和第二竖直段22连接。第一竖直段21的端口处塞设有第一蓄热体3，第二竖直段22的端口处塞设有第二蓄热体4。第一蓄热体3和第二蓄热体4的气流通道均沿着竖直方向贯通。
图2示出了根据本发明实施例的蓄热式燃烧系统的混合器6的结构示意图。如图2所示，混合器6设于第一支路上，用于分别接收预燃燃气与助燃空气并将二者混合均匀。所述混合器6包括彼此同轴设置的第一筒体61和第二筒体62，以及第三筒体。所述第一筒体61和第二筒体62沿着轴向依次设置并彼此连通，所述第三筒体包括彼此连接的第一段631和第二段632，所述第一段631与所述第一筒体61和第二筒体62分别同轴设置，并依次穿过所述第一筒体61和第二筒体62，所述第二段632穿出所述第一筒体61的外壁1。其中，第一筒体61用于连通助燃空气，第三筒体用于连通预燃燃气，第二筒体62用于对所述助燃空气和预燃燃气进行混合。所述第二筒体62与所述第一筒体61截面积的比值为4-6，第三筒体第一段631与第一筒体61截面积的比值为0.15-0.32。
第三筒体第一段631位于第二筒体62内的部分的外壁1上多个喷口633，用于喷射预燃燃气；所述第一段631位于第一筒体61部分的外周和第一筒体61的内壁之间设有旋流器65，用于助燃空气进入第一筒体61后经旋流器65后形成旋流进入第二筒体62内。所述喷口633与所述第一筒体61第一段631的轴线之间成锐角设置，使得预燃燃气能够斜向喷出，使得预燃燃气与助燃气体充分混合。喷口633的数目为n个，其内径为D，此时，应满足关系式第三筒体的截面积＝C×n×D2，其中C为常数，取值0.157～0.262。
进一步地，该混合器6还包括第四筒体64，所述第四筒体64设于所述第二筒体62上与第一筒体61相对的一端，并与所述第二筒体62连通，用于将所述助燃空气和预燃燃气的混合气排出。
该混合器结构紧凑，能够在有限的空间内完成安装，并且能够最大程度的实现预混功能。
在混合气体支路中，混合器6第一筒体61的端口连通外部助燃空气管道，第三筒体的端口连通外部预燃燃气管道。第四筒体64端口分成两路，一路连通烟气通道第一竖直段21的端口，另一路连通第二竖直段22的端口。在第四筒体64端口与第一竖直段21的端口之间设有第一阀门71，第四筒体64端口与第二竖直段22的端口之间设有第二阀门72，通过切换第一阀门71和第二阀门72的开关状态，可以控制预燃燃气与助燃空气的混合气可选择的进入第一竖直段21的端口或者第二竖直段22的端口，并分别进入对应的蓄热体进行燃烧，产生高温烟气。进入对应的蓄热体时，自蓄热器的第一端进入，燃烧后，高温烟气自蓄热体第二端流出。
进一步地，为了实现对预燃燃气和助燃空气的流量的控制，在预燃燃气管道上设有第三阀门73，在助燃空气管道上设有第四阀门74。为了保证充足的助燃空气供应量，在助燃空气管道上第四阀门74之间还设有第一引风机51。
主燃料气支路分成两路，第一路通向第一蓄热体3的第二端的上方，第二路通向第二蓄热体4的第二端的上方。具体地，第一路的末端和第二路的末端分别设有穿过燃烧装置100外壁1并探入烟气通道内的第一燃料喷枪91和第二燃料喷枪92。进一步地，第一燃料喷枪91之前的管道上还设有第五阀门75，第二燃料喷枪92之前的管道上还设有第六阀门76，通过第五阀门75和第六阀门76之间开关状态的切换可以控制主燃料气可选择的进入第一蓄热体3的上方或者第二蓄热体4的上方。在排气支路中，第一竖直段21的端口与第二竖直端的端口分别与第二引风机52的进气端连通，第二引风机52的出气端与烟囱8连通。第一竖直段21的端口与第二引风机52之间设有第七阀门77，第二竖直段22的端口与第二引风机52之间设有第八阀门78，通过第七阀门77和第八阀门78之间开关状态的切换，可以控制燃烧后的尾气自第一竖直段21的端口或者第二竖直端择一外排。
利用该发明中的蓄热式燃烧系统的蓄热式燃烧系统包括以下步骤：
a、将一定量的预燃燃气与助燃气体以一定体积比例混合后，通入第一蓄热体3的第一端，并在第一蓄热体3内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃烧装置100的燃烧通道，与通入第一蓄热体3上部燃烧通道内的主燃料气混合燃烧，燃烧产生的气体自第二蓄热体4排出燃烧装置100。
具体地，打开第四阀门74、第一阀门71、第三阀门73和第八阀门78和第五阀门75，其他阀门关闭。启动第一引风机51，将助燃燃气鼓入混合器6内，预燃燃气同时进入混合器6内，预燃燃气与助燃空气以一定比例在混合器6内混合均匀，然后自第一阀门71进入燃烧装置100第一竖直段21的端口内，并进入第一蓄热体3的第一端进入第一蓄热体3内燃烧，采用低燃料浓度预混燃烧原理抑制氮氧化物生成。其中，预燃燃气与助燃空气比例为0.9％-1.3％(以天然气为例)，在此比例下，由于预燃燃气含量较小，能够使得预燃燃气非充分燃烧，但又能产生具有一定助燃空气余量的高温烟气，从而抑制氮氧化物生成的同时又能得到后续步骤需要的高温烟气。
高温烟气从第一蓄热体3的第二端流出后，与第一燃料喷枪91喷出的主燃气混合。高温烟气对主燃料气进行加热，使得主燃料气与高温烟气中的助燃空气成分燃烧，此时，采用低氧浓度扩散燃烧原理抑制氮氧化物生成。
主燃料气与高温烟气中的助燃空气成分燃烧后产生的高温气体自第二蓄热体4的第二端进入第二蓄热体4，对第二蓄热体4进行加热，然后经第八阀门78、第二引风机52和烟囱8排入大气。
b、间隔一段时间后，将上述预燃燃气与助燃气体切换至第二蓄热体4的第一端，并在第二蓄热体4内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃烧通道，与通入第二蓄热体4上部的燃烧通道内的主燃料体很混燃烧，燃烧产生的气体自第一蓄热体3排出燃烧装置100。
具体地，第三阀门73、第四阀门74、第二阀门72、第七阀门77、第六阀门76打开，其他阀门关闭。启动第一引风机51，将助燃燃气鼓入混合器6内，预燃燃气同时进入混合器6内，预燃燃气与助燃空气以一定比例在混合器6内混合均匀，然后自第二阀门72进入燃烧装置100第二竖直段22的端口内，并进入第蓄热体的第一端进入第二蓄热体4内燃烧，采用低燃料浓度预混燃烧原理抑制氮氧化物生成。其中，预燃燃气与助燃空气比例为0.9％-1.3％(以天然气为例)，在此比例下，由于预燃燃气含量较小，能够使得预燃燃气非充分燃烧，但又能产生具有一定助燃空气余量的高温烟气，从而抑制氮氧化物生成的同时又能得到后续步骤需要的高温烟气。
高温烟气从第二蓄热体4的第二端流出后，与第二燃料喷枪92喷出的主燃气混合。高温烟气对主燃料气进行加热，使得主燃料气与高温烟气中的助燃空气成分燃烧，此时，采用低氧浓度扩散燃烧原理抑制氮氧化物生成。
主燃料气与高温烟气中的助燃空气成分燃烧后产生的高温气体自第一蓄热体3的第二端进入第一蓄热体3，对第一蓄热体3进行加热，然后经第七阀门77、第二引风机52和烟囱8排入大气。
由此可见，步骤b过程在燃烧装置100中的气体流量基本与步骤a中，实现周期性换向。
在预定的间隔时间内，步骤a和b不断切换，以便保证两个蓄热体的蓄热温度，实现对燃料的蓄热式加热。
该实施例中，预燃燃气可使用天然气、液化石油气等气体燃料；预燃燃气的流量占全部燃料流量的10％～20％。全部助燃空气和预燃燃气混合后的燃气浓度应低于燃气爆炸极限下线的25％；以天然气为例，混合气中甲烷浓度应低于1.3％；以液化石油气为例，混合气中丙烷、丁烷总浓度应低于0.45％。
主燃料可使用天然气、液化石油气、燃料油等各种气体、液体燃料；主燃料的流量占全部燃料流量的80％～90％。
采用前述贫燃预混和燃料分级方法，可有效抑制蓄热燃烧系统氮氧化物的生成，可减少氮氧化物排放60％～80％，设计工况下氮氧化物排放浓度可低于150mg/m3。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种蓄热式燃烧系统，其特征在于，包括：
燃烧装置，包括烟气通道、第一蓄热体和第二蓄热体，所述第一蓄热体设于所述烟气通道的第一端口内，所述第二蓄热体设于所述烟气通道的第二端口内，所述第一蓄热体和第二蓄热体分别具有朝向所述烟气通道内部的第二端，以及朝向所述烟气通道外部的第一端；
混合气体支路，与所述第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通，用于向与之连通的蓄热体提供预燃燃气与助燃空气的混合气，所述混合气体支路上设有混合器，用于分别接收预燃燃气与助燃空气并将二者混合均匀；
主燃料气支路，与所述第一蓄热体和第二蓄热体之间的烟气通道部分连通，并靠近与所述混合气体支路连通的蓄热体的第二端设置，用于向所述烟气通道部分通入主燃料气，
其中，所述混合器包括彼此同轴设置的第一筒体和第二筒体，以及第三筒体，
所述第一筒体和第二筒体沿着轴向依次设置并彼此连通，所述第三筒体包括彼此连接的第一段和第二段，所述第一段与所述第一筒体和第二筒体分别同轴设置，并依次穿过所述第一筒体和第二筒体，所述第二段穿出所述第一筒体的外壁，
其中，第一筒体用于连通助燃空气，第三筒体用于连通预燃燃气，第二筒体用于对所述助燃空气和预燃燃气进行混合。
2.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，还包括第四筒体，所述第四筒体设于所述第二筒体上与第一筒体相对的一端，并与所述第二筒体连通，用于将所述助燃空气和预燃燃气的混合气排出。
3.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，所述第二筒体与所述第一筒体截面积的比值为4-6，第三筒体第一段与第一筒体截面积的比值为0.15-0.32。
4.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，所述第三筒体第一段位于第二筒体内的部分的外壁上多个喷口，用于喷射预燃燃气，所述第一段位于第一筒体部分的外周和第一筒体的内壁之间设有旋流器。
5.根据权利要求4所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，所述喷口与所述第三筒体第一段的轴线之间成锐角设置。
6.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，还包括用于排放燃烧尾气的排气支路，所述排气支路与所述第一蓄热体的第一端或者第二蓄热体的第一端择一连通。
7.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧系统，其特征在于，预燃燃气占其和主燃料气总量的10%～20%。
8.一种蓄热式燃烧方法，利用权利要求1-6任一项所述的蓄热式燃烧系统执行，其特征在于，包括：
a、将一定量的预燃燃气与助燃气体以一定体积比例混合后，通入第一蓄热体的第一端，并在第一蓄热体内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃烧装置的烟气通道，与通入第一蓄热体上部烟气通道内的主燃料气混合燃烧，燃烧产生的气体自第二蓄热体排出燃烧装置；
b、间隔一段时间后，将上述预燃燃气与助燃气体切换至第二蓄热体的第一端，并在第二蓄热体内燃烧，燃烧产生的高温烟气进入烟气通道，与通入第二蓄热体上部的燃烧通道内的主燃料气混合燃烧，燃烧产生的气体自第一蓄热体排出燃烧装置；
其中，步骤a和b不断切换。
9.根据权利要求8所述的蓄热式燃烧方法，其特征在于，预燃燃气流量占其和主燃料气总流量的10%～20%。
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