CN107062212B - 一种低沸点燃料分级燃烧装置及其系统 - Google Patents
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Abstract
一种低沸点燃料分级燃烧系统，包括燃料储罐、燃料泵、蒸发器、分级燃烧装置和风机。燃料泵将燃料储罐中的低沸点燃料提升到蒸发器内加热成汽态燃料；汽态燃料通过汽态燃料喷入管进入分级燃烧装置；一次风通过风机进入分级燃烧装置的一次风腔，与汽态燃料在汽态燃料喷入管的末端接触进入预混室，预混室前端呈瓶颈状，旋流片设在预混室前部，位于瓶颈状前端之后；一次风和汽态燃料在旋流片的搅动下实现预混后，进入与预混室相连的渐扩室，被设置在渐扩室前端的点火器点燃开始燃烧；二次风从二次风管进入渐扩室中后部，维持汽态燃料的稳定燃烧。本发明具有空燃混合效果好、分级配风实现低氮燃烧等优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种低沸点燃料分级燃烧装置及其系统，特别是涉及一种低沸点燃料汽化后进行低氮燃烧的装置系统。
背景技术
随着公众对大气环境污染的重视，燃煤的工业锅炉、小锅炉的污染面临更严峻的治理或关停压力，因此洁净煤利用技术得到越来越多的重视。而同时，寻找清洁替代能源也是一种解决途径，比如生物质等可再生能源，或者天然气、醇基燃料等。
醇基燃料普遍是低沸点燃料，比较容易完全分解燃烧，是一种较为清洁的替代能源。但目前比较成熟的点火燃烧装置是燃油或燃气燃烧器，并不完全适合醇基燃料。各种为醇基燃料燃烧而设计的燃烧装置有基于液体燃料设计的燃烧机（如CN105674261A、CN106196045A等），也有气化燃烧器（如CN105509047A、CN103196139A等）。当前醇基燃料气化燃烧装置存在气化效果差、气化装置易堵等问题，而液体燃烧装置又往往相对结构复杂、效果不够稳定。此外，燃烧器内点火气化的方式往往难以有效控制空气过量系数保证低氮燃烧。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种用于低沸点燃料的分级燃烧装置及其系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种低沸点燃料分级燃烧装置，包括汽态燃料喷入管、一次风腔、预混室、渐扩室和点火器；所述汽态燃料喷入管与一次风腔设置在预混室的前端；所述预混室为前端小、后端大的瓶状结构，预混室内设有伞状扩散布置的旋流片；所述渐扩室连接在预混室后端，为前窄后宽的喇叭状；所述点火器设置在渐扩室前端，即渐扩室入口处；所述渐扩室中后部设有二次风管。
上述技术方案中，所述预混室断面形状为方形或圆形；所述预混室内设有一组旋流片，为一次旋流片，一次旋流片呈伞状扩散布置；所述预混室最大通流断面的边长或直径为D0，所述一次旋流片在预混室通流断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0。
另一种优选方案是，所述预混室断面形状为方形或圆形；以燃料流向为前后，所述预混室内从前往后依次设有两组伞状扩散布置的旋流片，为一次旋流片和二次旋流片；所述预混室最大通流断面的边长或直径为D0，所述一次旋流片在预混室通流断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0；所述二次旋流片在预混室通流断面上的投影直径最大为D2，D2为0.6D0~0.8D0。
上述技术方案中，所述渐扩室末端设有蓄热体，蓄热体为蜂窝状耐火材料结构，用于形成汽态燃料的蓄热燃烧，降低一次风和二次风量的同时保证燃烧充分，减少NOx生成。
上述技术方案中，所述渐扩室末端与燃烧室相连，燃烧室设置有三次风管。
一种低沸点燃料分级燃烧系统，其包含低沸点燃料分级燃烧装置，以及燃料储罐、燃料泵、蒸发器和风机；其中
所述燃料储罐用于储存液态的低沸点燃料；
所述燃料泵将燃料储罐中的低沸点燃料提升到蒸发器，所述蒸发器用于将低沸点燃料从液态加热成汽态燃料；
汽态燃料通过汽态燃料喷入管进入分级燃烧装置的前部；一次风通过风机进入分级燃烧装置的一次风腔，与汽态燃料在汽态燃料喷入管的末端接触进入预混室进行预混；
预混后的混合气进入与预混室相连的渐扩室，被设置在渐扩室前端的点火器点燃开始燃烧，并在渐扩室中逐渐扩散燃烧；
二次风从二次风管进入渐扩室中后部，使汽态燃料燃烧更充分。
上述技术方案中，所述空气与汽态燃料在预混室内经过流经一次旋流片，在伞状扩散布置的一次旋流片抛洒搅动下成为预混均匀的混合气；
或，所述空气与汽态燃料在预混室内经过流经一次旋流片，在伞状扩散布置的一次旋流片抛洒搅动下预混；二次旋流片设在一次旋流片后方，二次旋流片投影直径D2大于一次旋流片投影直径D1，空气与汽态燃料经过一次旋流片预混后继续经过二次旋流片再一次抛洒搅动混合成为均匀的混合气。
上述技术方案中，所述渐扩室末端设有蓄热体，从二次风管切向进入渐扩室中后部的二次风对燃烧的预混混合气形成助燃，燃烧的混合气进入设有蓄热体的渐扩室末端，在渐扩室末端形成汽态燃料的蓄热燃烧，降低一次风和二次风量。
所述渐扩室后连接有燃烧室，燃烧室设置有三次风管，渐扩室未燃尽的混合气及烟气进入燃烧室，在从三次风管切向喷入的三次风助燃下充分燃烧。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、低沸点燃料汽化与燃烧器分开设置，各部件都容易优化从而达到总体优化的目标；2、预混室内设计旋流片强化了燃料和空气的混合效果；3、预混室后点火再补充二、三次风的多级配风方式既保证燃烧充分又实现低氮燃烧；4、渐扩室的蓄热体结构保证燃烧效果的同时又降低需氧量，进一步保证低氮燃烧。
附图说明
图1是本发明所涉及的一种用于低沸点燃料分级燃烧系统示意图。
图2是本发明所涉及的一种用于低沸点燃料分级燃烧装置示意图。
图3是本发明所涉及的一种用于低沸点燃料分级燃烧装置所述旋流片示意图。
图中：1－燃料储罐；2－燃料泵；3－蒸发器；4－分级燃烧装置；5－风机；6－汽态燃料喷入管；7－一次风腔；8－预混室；9－一次旋流片；10－二次旋流片；11－渐扩室；12－二次风管；13－蓄热体；14－三次风管；15－点火器；16－燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的具体结构、运行方法和实施方法进行详细论述。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明所述低沸点燃料分级燃烧系统，是包括燃料提升、汽化和分级燃烧的整体工艺系统，适用于甲醇、乙醇等醇基燃料，也适用于生物质柴油等低沸点燃料。如图1所示，本发明所述低沸点燃料分级燃烧系统包括燃料储罐1、燃料泵2、蒸发器3、分级燃烧装置4和风机5。液态的低沸点燃料储存在燃料储罐1中，燃料泵2将燃料储罐1中的低沸点燃料抽取、提升到蒸发器3内，液态的低沸点燃料在蒸发器3内通过电加热等方式被加热成汽态燃料。
如图2所示，所述分级燃烧装置4包括汽态燃料喷入管6、一次风腔7、预混室8、渐扩室11和点火器15。汽态燃料喷入管6与一次风腔7设置在预混室8的前端。一次风腔7环绕在汽态燃料喷入管6的末端外围，一次风腔7的一次风由风机5提供。
蒸发器3加热后的汽态燃料通过汽态燃料喷入管6进入分级燃烧装置4。一次风通过风机5进入分级燃烧装置4的一次风腔7，与汽态燃料在汽态燃料喷入管6的末端接触和部分混合进入预混室8。预混室8为前端小、后端骤扩的瓶状结构，预混室前端呈瓶颈状。为了达到充分混合的效果，预混室8内设有旋流片（如图3所示），旋流片设在预混室8前部，位于瓶颈状的预混室前端之后。
其中一种技术方案，预混室8内设置的旋流片只有一组，为一次旋流片9。预混室8的通流断面形状可以方形或圆形，骤扩端即预混室最大的通流断面的边长或直径为D0。所述一次旋流片9包括多个（优选3~5个）叶片17，呈伞状阵列设置。按燃料流向为前后，一次旋流片9由前往后扩散式布置。一次旋流片9在预混室断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0。空气与汽态燃料在预混室8内经过流经一次旋流片9，在伞状扩散布置的一次旋流片9抛洒式搅动下预混均匀。
另一种优选方案是，所述预混室8的通流断面形状为方形或圆形，骤扩端即预混室最大的通流断面的边长或直径为D0。预混室8内从前往后依次设有两组旋流片，为一次旋流片9和二次旋流片10；所述一次旋流片9和二次旋流片10均包括多个（优选3~5个）叶片17，呈伞状阵列设置。按燃料流向为前后，一次旋流片9和二次旋流片10均为由前往后扩散式伞状布置。空气与汽态燃料在预混室8内经过流经一次旋流片9，在一次旋流片9搅动下预混均匀。但为了尽可能的强化混合效果，空气与汽态燃料混合气继续经过二次旋流片10，在二次旋流片10搅动下完全混合均匀。所述一次旋流片在预混室通流断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0；所述二次旋流片在预混室通流断面上的投影直径最大为D2，D2为0.6D0~0.8D0。为达到二级混合效果，二次旋流片10的尺寸大于一次旋流片9，即D2>D1。
预混室8后端连接有渐扩室11，渐扩室11为前窄后宽的喇叭状。预混室8与渐扩室11的连接处设有点火器15，点火器15设置在渐扩室11前端入口处。经过预混室8混合均匀的汽态燃料和空气的混合气在渐扩室11入口处被点火器15点燃开始燃烧。渐扩室的渐扩结构为混合气的稳定燃烧提供了条件。渐扩室11中后部设有二次风管12，二次风从二次风管12切向进入渐扩室中后部，维持汽态燃料的稳定燃烧。
优选方案中，所述渐扩室11末端设有蓄热体13，蓄热体13为蜂窝状耐火材料结构，在渐扩室末端形成汽态燃料的蓄热燃烧，降低一次风和二次风量的同时维持燃烧效果保证燃烧效率，从而进一步减少NOx生成。
渐扩室11后连接有燃烧室16，燃烧室16设置有三次风管14。三次风从三次风管14切向喷入，使汽态燃料及烟气充分燃烧。
本发明所述技术中，空气分别从一次风腔7、二次风管12和三次风管14喷入，使汽态燃料在分级燃烧装置4内外形成分级燃烧，最大程度的降低了NOx的排放。
Claims (9)
1.一种低沸点燃料分级燃烧装置，其特征在于，所述分级燃烧装置（4）包括汽态燃料喷入管（6）、一次风腔（7）、预混室（8）、渐扩室（11）和点火器（15）；所述汽态燃料喷入管（6）与一次风腔（7）设置在预混室（8）的前端；所述预混室（8）为前端小、后端大的瓶状结构，预混室（8）内设有伞状扩散布置的旋流片；所述渐扩室（11）连接在预混室（8）后端，为前窄后宽的喇叭状；所述点火器（15）设置在渐扩室（11）前端；所述渐扩室（11）中后部设有二次风管（12）。
2.根据权利要求1所述的一种低沸点燃料分级燃烧装置，其特征在于，所述预混室（8）通流断面形状为方形或圆形；所述预混室（8）内设有一组旋流片，为一次旋流片（9），一次旋流片（9）呈伞状扩散布置；所述预混室（8）最大通流断面的边长或直径为D0，所述一次旋流片（9）在预混室（8）通流断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0。
3.根据权利要求1所述的一种低沸点燃料分级燃烧装置，其特征在于，所述预混室（8）通流断面形状为方形或圆形；所述预混室（8）内从前往后依次设有两组伞状扩散布置的旋流片，为一次旋流片（9）和二次旋流片（10）；所述预混室（8）最大通流断面的边长或直径为D0，所述一次旋流片（9）在预混室（8）通流断面上的投影直径最大为D1，D1为0.4D0~0.6D0；所述二次旋流片（10）在预混室（8）通流断面上的投影直径最大为D2，D2为0.6D0~0.8D0。
4.根据权利要求1所述的一种低沸点燃料分级燃烧装置，其特征在于，所述渐扩室（11）末端设有蓄热体（13）。
5.根据权利要求1所述的一种低沸点燃料分级燃烧装置，其特征在于，所述渐扩室（11）后连接有燃烧室（16），燃烧室（16）设置有三次风管（14）。
6.一种低沸点燃料分级燃烧系统，其特征在于，其包含如权利要求1至3任一项所述的低沸点燃料分级燃烧装置（4），以及燃料储罐（1）、燃料泵（2）、蒸发器（3）和风机（5）；其中：
所述燃料储罐（1）用于储存液态的低沸点燃料；
所述燃料泵（2）将燃料储罐（1）中的低沸点燃料提升到蒸发器（3），所述蒸发器（3）用于将低沸点燃料从液态加热成汽态燃料；
汽态燃料通过汽态燃料喷入管（6）进入分级燃烧装置（4）的前部；一次风通过风机（5）进入分级燃烧装置（4）的一次风腔（7），与汽态燃料在汽态燃料喷入管（6）的末端接触进入预混室（8）进行预混；
预混后的混合气进入与预混室（8）相连的渐扩室（11），被设置在渐扩室（11）前端的点火器（15）点燃，并在渐扩室（11）中逐渐扩散燃烧；
二次风从二次风管（12）进入渐扩室（11）中后部，使汽态燃料燃烧更充分。
7.根据权利要求6所述的一种低沸点燃料分级燃烧系统，其特征在于，
空气与汽态燃料在预混室（8）内流经一次旋流片（9），在伞状扩散布置的一次旋流片（9）抛洒搅动下成为预混均匀的混合气；
或，空气与汽态燃料在预混室（8）内流经一次旋流片（9），在伞状扩散布置的一次旋流片（9）抛洒搅动下预混；二次旋流片（10）设在一次旋流片（9）后方，二次旋流片（10）投影直径D2大于一次旋流片（9）投影直径D1，空气与汽态燃料经过一次旋流片（9）预混后继续经过二次旋流片（10）再一次抛洒搅动混合成为均匀的混合气。
8.根据权利要求6或7所述的一种低沸点燃料分级燃烧系统，其特征在于，所述渐扩室（11）末端设有蓄热体（13），从二次风管（12）切向进入渐扩室（11）中后部的二次风对燃烧的预混混合气形成助燃，燃烧的混合气进入设有蓄热体（13）的渐扩室（11）末端，在渐扩室末端形成汽态燃料的蓄热燃烧，降低一次风和二次风量。
9.根据权利要求6或7所述的一种低沸点燃料分级燃烧系统，其特征在于，所述渐扩室（11）后连接有燃烧室（16），燃烧室（16）设置有三次风管（14），所述渐扩室（11）未燃尽的混合气及烟气进入燃烧室（16），在从三次风管（14）切向喷入的三次风助燃下充分燃烧。
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