CN108050511A - 低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法 - Google Patents

低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法，包含：燃烧室，其两侧对称设置有第一烧嘴和第二烧嘴，且该第一烧嘴和第二烧嘴之间通过气体通道连通；第一蓄热体和第二蓄热体，对称设置在气体通道中，且分别位于第一烧嘴和第二烧嘴的外侧；第一燃气预热组件和第二燃气预热组件，对称设置在气体通道中，分别位于第一蓄热体和第二蓄热体的外侧，且分别通过燃料管道连通至燃烧室；四通换向阀，连接设置在气体通道上，且位于第一燃气预热组件和第二燃气预热组件之间。本发明可实现燃气的安全预热，防止燃气意外燃烧以及泄露，提高能源利用率；可实现高温烟气余热的回收，改善换热条件，提高热能利用效率。

Description

低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法
技术领域
本发明涉及一种高温空气无焰燃烧系统及方法，具体是指使用低热值燃气的高温空气无焰燃烧系统及方法，属于高温空气无焰燃烧技术领域。
背景技术
高温空气无焰燃烧技术是二十世纪九十年代发展起来的新型燃烧技术，具有高效节能和低NOX排放的双重优越性。在大力推进节能与环保的中国，发展该技术具有十分重要的意义。高温空气无焰燃烧技术目前主要在冶金加热炉、玻璃熔炉等行业中使用，今后将进一步扩展到工业锅炉、气化炉、固体废弃物焚烧炉等领域，有着广泛的应用前景。
对于使用低热值燃料的燃烧系统而言，如果对燃料不进行预热，很难满足工业加热要求，因而大量的高炉煤气等低热值燃气因无法使用被放散。但是只要对这些低热值燃气及其助燃空气进行有效预热，完全可以满足工业加热的高温要求，这不仅可以节约大量的燃料，而且可以减少对大气环境的污染，扩大了低热值燃气的应用范围。
目前，在使用低热值燃气的高温空气无焰燃烧领域中，使用的燃气预热手段主要是通过蓄热体进行预热，其基本流程是：将炉膛所排放的高温烟气分成两股后分别通过两个气体通道进行输送，并且利用烟气对在两个气体通道中均设置的蓄热体进行蓄热，然后分别用于对空气和燃气进行预热。等蓄热体蓄热饱和时，再通过空气四通换向阀和燃气换向阀进行切换，进入下一个蓄热和燃烧周期。
需要指出的是，由于烟气在气体通道内的流量分配不易调节，使得燃气预热温度不易控制，可能会由于燃气预热温度过高而导致燃气裂解，对燃烧系统的安全性造成一定的影响。另外，由于烟气中存在一定的氧，那么可能会导致燃气在气体通道中与氧气混合发生燃烧或爆炸，严重影响燃烧系统的安全运行。此外在燃气换向的瞬间，还可能会使燃气造成泄露，加大了燃气意外燃烧的风险。
基于上述，本发明提出一种新型的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法，以解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法，实现燃气的安全预热，防止燃气意外燃烧以及泄露，提高能源利用率；实现高温烟气余热的回收，改善换热条件，提高热能利用效率。
为实现上述目的，本发明提供一种低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，包含：燃烧室，其两侧对称设置有第一烧嘴和第二烧嘴，且该第一烧嘴和第二烧嘴之间通过气体通道连通；第一蓄热体和第二蓄热体，对称设置在气体通道中，且分别位于第一烧嘴和第二烧嘴的外侧；第一燃气预热组件和第二燃气预热组件，对称设置在气体通道中，分别位于第一蓄热体和第二蓄热体的外侧，且分别通过燃料管道连通至燃烧室；四通换向阀，连接设置在气体通道上，且位于第一燃气预热组件和第二燃气预热组件之间。
所述的气体通道包含：第一气体通道，连通设置在燃烧室的第一烧嘴与四通换向阀的第一接口之间，其内部设置有第一蓄热体和第一燃气预热组件；第二气体通道，连通设置在燃烧室的第二烧嘴与四通换向阀的第二接口之间，其内部设置有第二蓄热体和第二燃气预热组件。
所述的燃料管道包含：第一燃料管道，其上设置有第一燃气电磁阀，该第一燃料管道将燃气通过第一燃气预热组件输送至燃烧室的第二烧嘴；第二燃料管道，其上设置有第二燃气电磁阀，该第二燃料管道将燃气通过第二燃气预热组件输送至燃烧室的第一烧嘴。
所述的第一燃气预热组件至少由一个燃气预热器组成，所述的第二燃气预热组件至少由一个燃气预热器组成，且组成第一燃气预热组件的燃气预热器和组成第二燃气预热组件的燃气预热器数量相同，对称设置。
所述的燃气预热器采用翅片式换热器；所述的第一燃料管道和第二燃料管道在燃烧室中的燃气喷口呈锥形。
所述的四通换向阀的第三接口与大气连通，用于通入空气，且在该第三接口处设置有第一开关阀；所述的四通换向阀的第四接口通过烟囱与大气连通，用于排放烟气，且在该第四接口处设置有第二开关阀。
本发明还提供一种低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，采用上述的燃烧系统实现，包含以下步骤：
S1、当第一蓄热体蓄热饱和时，联动切换四通换向阀和两个燃气电磁阀，使用燃烧室的第一烧嘴进行燃烧工作；
S2、常温空气经由四通换向阀进入第一气体通道，经过第一蓄热体时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室的第一烧嘴，与通过第二燃料管道被输送至燃烧室的第一烧嘴的燃气配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气由燃烧室的第二烧嘴排出，并与第二气体通道中的第二蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在第二蓄热体内；
经过第二蓄热体的烟气接着对第二气体通道中的第二燃气预热组件中输送的燃气进行换热，使得输送至燃烧室的第一烧嘴的燃气被预热；
经过第二燃气预热组件的烟气经由四通换向阀排出；
S3、当第二蓄热体蓄热饱和时，联动切换四通换向阀和两个燃气电磁阀，使用燃烧室的第二烧嘴进行燃烧工作；
S4、常温空气经由四通换向阀进入第二气体通道，经过第二蓄热体时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室的第二烧嘴，与通过第一燃料管道被输送至燃烧室的第二烧嘴的燃气配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气由燃烧室的第一烧嘴排出，并与第一气体通道中的第一蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在第一蓄热体内；
经过第一蓄热体的烟气接着对第一气体通道中的第一燃气预热组件中输送的燃气进行换热，使得输送至燃烧室的第二烧嘴的燃气被预热；
经过第一燃气预热组件的烟气经由四通换向阀排出。
所述的S1中，具体包含以下步骤：
S11、关闭第一燃气电磁阀，打开第二燃气电磁阀；
S12、打开四通换向阀的第一开关阀和第二开关阀；
S13、切换四通换向阀，将第一接口与第三接口连通，用于通入空气；将第二接口与第四接口连通，用于排放烟气。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、打开第一燃气电磁阀，关闭第二燃气电磁阀；
S32、打开四通换向阀的第一开关阀和第二开关阀；
S33、切换四通换向阀，将第一接口与第四接口连通，用于排放烟气；将第二接口与第三接口连通，用于通入空气。
所述的S2中，燃气在第二燃气预热组件的管道内流动；烟气在第二燃气预热组件外的第二气体通道内流动；所述的S4中，燃气在第一燃气预热组件的管道内流动；烟气在第一燃气预热组件外的第一气体通道内流动。
综上所述，本发明所提供的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法，实现燃气的安全预热，有效防止燃气意外燃烧以及泄露的情况发生，并使得更多的低热值燃气更充分的得到燃烧，提高能源利用率，扩大工业燃料使用的范围；实现高温烟气余热的回收，改善换热条件，有效提高工业炉窑的热能利用效率。
附图说明
图1为本发明中的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”、“第二”等关系术语仅仅用于将一个实体或操作与另一个实体或操作进行区分，并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。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换。
如图1所示，为本发明所提供的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，包含：燃烧室9，其两侧对称设置有第一烧嘴A和第二烧嘴B，且该第一烧嘴A和第二烧嘴B之间通过气体通道连通；第一蓄热体2a和第二蓄热体2b，对称设置在气体通道中，且分别位于第一烧嘴A和第二烧嘴B的外侧；第一燃气预热组件4a和第二燃气预热组件4b，对称设置在气体通道中，分别位于第一蓄热体2a和第二蓄热体2b的外侧，且分别通过燃料管道连通至燃烧室9；四通换向阀5，连接设置在气体通道上，且位于第一燃气预热组件4a和第二燃气预热组件4b之间。
所述的燃烧室9的外壁上覆盖设置有保温层7。
所述的气体通道包含：第一气体通道3a，连通设置在燃烧室9的第一烧嘴A与四通换向阀5的第一接口51之间，其内部设置有第一蓄热体2a和第一燃气预热组件4a；第二气体通道3b，连通设置在燃烧室9的第二烧嘴B与四通换向阀5的第二接口52之间，其内部设置有第二蓄热体2b和第二燃气预热组件4b。
所述的燃料管道包含：第一燃料管道1a，将燃气10通过第一燃气预热组件4a输送至燃烧室9的第二烧嘴B；第二燃料管道1b，将燃气10通过第二燃气预热组件4b输送至燃烧室9的第一烧嘴A。
所述的第一燃料管道1a上设置有第一燃气电磁阀8a，控制燃气10是否经由第一燃气预热组件4a输送至燃烧室9的第二烧嘴B；所述的第二燃料管道1b上设置有第二燃气电磁阀8b，控制燃气10是否经由第二燃气预热组件4b输送至燃烧室9的第一烧嘴A。
所述的第一燃气预热组件4a至少由一个燃气预热器组成，所述的第二燃气预热组件4b也至少由一个燃气预热器组成，且组成第一燃气预热组件4a的燃气预热器和组成第二燃气预热组件4b的燃气预热器数量相同，对称设置。
在本发明的一个优选实施例中，所述的第一燃气预热组件4a由一个燃气预热器组成，所述的第二燃气预热组件4b也由一个燃气预热器组成，分别对称设置在第一气体通道3a和第二气体通道3b内。
在本发明的又一个优选实施例中，所述的第一燃气预热组件4a由两个燃气预热器串联组成，所述的第二燃气预热组件4b也由两个燃气预热器串联组成，分别对称设置在第一气体通道3a和第二气体通道3b内。
在本发明的优选实施例中，所述的燃气预热器采用翅片式换热器，以提升燃气10的换热效果；所述的第一燃料管道1a和第二燃料管道1b在燃烧室9中的燃气喷口呈锥形，以提升燃气10的射流速度。
所述的四通换向阀5的第三接口53与大气连通，用于通入空气30，且在该第三接口53处设置有第一开关阀5a；所述的四通换向阀5的第四接口54通过烟囱与大气连通，用于排放烟气20，且在该第四接口54处设置有第二开关阀5b。
本发明还提供一种低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，采用上述的燃烧系统实现，包含以下步骤：
S1、当第一蓄热体2a蓄热饱和时，联动切换四通换向阀5和两个燃气电磁阀，使用燃烧室9的第一烧嘴A进行燃烧工作；
S2、常温空气30经由四通换向阀5进入第一气体通道3a，经过第一蓄热体2a时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室9的第一烧嘴A，与通过第二燃料管道1b被输送至燃烧室9的第一烧嘴A的燃气10配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气20由燃烧室9的第二烧嘴B排出，并与第二气体通道3b中的第二蓄热体2b进行换热，使得高温烟气20的显热蓄积在第二蓄热体2b内；
经过第二蓄热体2b的烟气20，其温度降低至稍高于烟气露点的温度，一般高于5℃～10℃，并接着对第二气体通道3b中的第二燃气预热组件4b中输送的燃气10进行换热，使得输送至燃烧室9的第一烧嘴A的燃气10被预热；
经过第二燃气预热组件4b的烟气20经由四通换向阀5排出；
S3、当第二蓄热体2b蓄热饱和时，联动切换四通换向阀5和两个燃气电磁阀，使用燃烧室9的第二烧嘴B进行燃烧工作；
S4、常温空气30经由四通换向阀5进入第二气体通道3b，经过第二蓄热体2b时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室9的第二烧嘴B，与通过第一燃料管道1a被输送至燃烧室9的第二烧嘴B的燃气10配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气20由燃烧室9的第一烧嘴A排出，并与第一气体通道3a中的第一蓄热体2a进行换热，使得高温烟气20的显热蓄积在第一蓄热体2a内；
经过第一蓄热体2a的烟气20，其温度降低至稍高于烟气露点的温度，一般高于5℃～10℃，并接着对第一气体通道3a中的第一燃气预热组件4a中输送的燃气10进行换热，使得输送至燃烧室9的第二烧嘴B的燃气10被预热；
经过第一燃气预热组件4a的烟气20经由四通换向阀5排出。
在所述的S1之前，通过向燃烧室9的第二烧嘴B中通入常温空气和常温燃气进行燃烧，燃烧产生的高温烟气由燃烧室9的第一烧嘴A排出，并与第一气体通道3a中的第一蓄热体2a进行换热，使得高温烟气20的显热蓄积在第一蓄热体2a内，并且直至该第一蓄热体2a达到蓄热饱和。
如图1所示，所述的S1中，具体包含以下步骤：
S11、关闭第一燃气电磁阀8a，打开第二燃气电磁阀8b；
S12、打开四通换向阀5的第一开关阀5a和第二开关阀5b；
S13、切换四通换向阀5，将第一接口51与第三接口53连通，用于通入空气30；将第二接口52与第四接口54连通，用于排放烟气20。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、打开第一燃气电磁阀8a，关闭第二燃气电磁阀8b；
S32、打开四通换向阀5的第一开关阀5a和第二开关阀5b；
S33、切换四通换向阀5，将第一接口51与第四接口54连通，用于排放烟气20；将第二接口52与第三接口53连通，用于通入空气30。
所述的S2中，燃气10在第二燃气预热组件4b的管道内流动；烟气20在第二燃气预热组件4b外的第二气体通道3b内流动；因此两者不会发生接触。
所述的S4中，燃气10在第一燃气预热组件4a的管道内流动；烟气20在第一燃气预热组件4a外的第一气体通道3a内流动；因此两者不会发生接触。
在本发明的优选实施例中，在低热值燃气高温空气无焰燃烧系统的运行参数方面，可采用控制经过蓄热体后的烟气温度的设计，使得燃气在预设条件下得到预热，具体的可以参照高温空气燃烧技术（HiTAC）的一般标准确定。
综上所述，本发明所提供的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统及方法，具有以下优点和有益效果：
1、实现燃气的安全预热，有效防止燃气意外燃烧以及泄露的情况发生，并使得更多的低热值燃气更充分的得到燃烧，提高能源利用率，扩大工业燃料使用的范围；
2、实现高温烟气余热的回收，改善换热条件，有效提高工业炉窑的热能利用效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，包含：
燃烧室，其两侧对称设置有第一烧嘴和第二烧嘴，且该第一烧嘴和第二烧嘴之间通过气体通道连通；
第一蓄热体和第二蓄热体，对称设置在气体通道中，且分别位于第一烧嘴和第二烧嘴的外侧；
第一燃气预热组件和第二燃气预热组件，对称设置在气体通道中，分别位于第一蓄热体和第二蓄热体的外侧，且分别通过燃料管道连通至燃烧室；
四通换向阀，连接设置在气体通道上，且位于第一燃气预热组件和第二燃气预热组件之间。
2.如权利要求1所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，所述的气体通道包含：
第一气体通道，连通设置在燃烧室的第一烧嘴与四通换向阀的第一接口之间，其内部设置有第一蓄热体和第一燃气预热组件；
第二气体通道，连通设置在燃烧室的第二烧嘴与四通换向阀的第二接口之间，其内部设置有第二蓄热体和第二燃气预热组件。
3.如权利要求1所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，所述的燃料管道包含：
第一燃料管道，其上设置有第一燃气电磁阀，该第一燃料管道将燃气通过第一燃气预热组件输送至燃烧室的第二烧嘴；
第二燃料管道，其上设置有第二燃气电磁阀，该第二燃料管道将燃气通过第二燃气预热组件输送至燃烧室的第一烧嘴。
4.如权利要求3所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，所述的第一燃气预热组件至少由一个燃气预热器组成，所述的第二燃气预热组件至少由一个燃气预热器组成，且组成第一燃气预热组件的燃气预热器和组成第二燃气预热组件的燃气预热器数量相同，对称设置。
5.如权利要求4所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，所述的燃气预热器采用翅片式换热器；所述的第一燃料管道和第二燃料管道在燃烧室中的燃气喷口呈锥形。
6.如权利要求1所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧系统，其特征在于，所述的四通换向阀的第三接口与大气连通，用于通入空气，且在该第三接口处设置有第一开关阀；所述的四通换向阀的第四接口通过烟囱与大气连通，用于排放烟气，且在该第四接口处设置有第二开关阀。
7.一种低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，其特征在于，采用如权利要求1～6中任一项所述的燃烧系统实现，包含以下步骤：
S1、当第一蓄热体蓄热饱和时，联动切换四通换向阀和两个燃气电磁阀，使用燃烧室的第一烧嘴进行燃烧工作；
S2、常温空气经由四通换向阀进入第一气体通道，经过第一蓄热体时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室的第一烧嘴，与通过第二燃料管道被输送至燃烧室的第一烧嘴的燃气配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气由燃烧室的第二烧嘴排出，并与第二气体通道中的第二蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在第二蓄热体内；
经过第二蓄热体的烟气接着对第二气体通道中的第二燃气预热组件中输送的燃气进行换热，使得输送至燃烧室的第一烧嘴的燃气被预热；
经过第二燃气预热组件的烟气经由四通换向阀排出；
S3、当第二蓄热体蓄热饱和时，联动切换四通换向阀和两个燃气电磁阀，使用燃烧室的第二烧嘴进行燃烧工作；
S4、常温空气经由四通换向阀进入第二气体通道，经过第二蓄热体时通过换热成为高温空气后，进入燃烧室的第二烧嘴，与通过第一燃料管道被输送至燃烧室的第二烧嘴的燃气配合燃烧；
燃烧产生的高温烟气由燃烧室的第一烧嘴排出，并与第一气体通道中的第一蓄热体进行换热，使得高温烟气的显热蓄积在第一蓄热体内；
经过第一蓄热体的烟气接着对第一气体通道中的第一燃气预热组件中输送的燃气进行换热，使得输送至燃烧室的第二烧嘴的燃气被预热；
经过第一燃气预热组件的烟气经由四通换向阀排出。
8.如权利要求7所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，其特征在于，所述的S1中，具体包含以下步骤：
S11、关闭第一燃气电磁阀，打开第二燃气电磁阀；
S12、打开四通换向阀的第一开关阀和第二开关阀；
S13、切换四通换向阀，将第一接口与第三接口连通，用于通入空气；将第二接口与第四接口连通，用于排放烟气。
9.如权利要求7所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、打开第一燃气电磁阀，关闭第二燃气电磁阀；
S32、打开四通换向阀的第一开关阀和第二开关阀；
S33、切换四通换向阀，将第一接口与第四接口连通，用于排放烟气；将第二接口与第三接口连通，用于通入空气。
10.如权利要求9所述的低热值燃气高温空气无焰燃烧方法，其特征在于，所述的S2中，燃气在第二燃气预热组件的管道内流动；烟气在第二燃气预热组件外的第二气体通道内流动；所述的S4中，燃气在第一燃气预热组件的管道内流动；烟气在第一燃气预热组件外的第一气体通道内流动。
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