CN110375327A - 一种高效清洁超焓燃烧装置及其应用的炉体 - Google Patents

一种高效清洁超焓燃烧装置及其应用的炉体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高效清洁超焓燃烧装置及其应用的炉体，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体内整体形成有用于超焓燃烧的燃烧室，也可以在炉体内设置循环烟道。本发明采用两种方式实现超焓燃烧，一种是通过电加热耐火材料层，使得燃烧室的空间和耐火材料的焓值达到H+∆H，大于燃料的焓值H，实现超焓燃烧；另一种是设置循环烟道，燃料燃烧产生的热烟气经烟道换热，使得耐火材料和燃烧室内的焓值达到H+∆H，大于燃料的焓值H，更高效地达到实现超焓燃烧所需的条件。

Description

一种高效清洁超焓燃烧装置及其应用的炉体
技术领域
本发明涉及燃烧设备技术领域，具体涉及一种高效清洁超焓燃烧装置及其应用的炉体，适用于固体、气体或液体的燃料燃烧。
背景技术
随着自然资源的不断开发利用和城市化的迅速发展，人们的生活水平正在不断提高，城市人口的不断增长，而对资源的需求也越来越大，同时对清洁燃烧技术也越来越看重。但目前焚烧技术仍有很多不足：一是燃烧效率需要提高，传统的焚烧炉渣热灼率为3％-5％，气相中还有较多残炭，还有开发的潜力；二是存在二次污染问题，由于焚烧温度不均匀、平均温度低，烟气中易形成NOX、SO2等酸性气体、碳氢化合物和重金属等有毒有害成分。
“超焓燃烧”是指在忽略对外热损失的情况下，火焰温度可超过与未经预热的混合气状态相应的绝热火焰温度。与传统的燃烧方式相比，超焓燃烧技术具有热效率高、燃烧效率高、贫焰极限高(低热值燃料可燃烧)、辐射输出高(有利于均匀、定向、无接触加热)、均匀燃烧温度、较大的燃烧当量比和排放的污染物极少等优点。正由于这些优点，超焓燃烧技术的应用不仅可以提高焚烧处理的热效率和燃烧效率，最主要的是能够将抑制有害气体的生成。因此要对超焓燃烧过程进行系统的研究，为燃烧技术和焚烧炉的设计提供参考。
现有超焓燃烧技术的实现，主要是根据超焓燃烧原理，利用烟气余热加热蓄热材料，用蓄热材料再加热进炉膛燃烧的空气，实现炉膛内拥有的焓大于进入炉内燃料固有的焓。由于蓄热材料与空气换热时的温度会逐渐降低，当温度降低到炉膛内拥有的焓小于进入炉内燃料固有的焓时，燃烧已不再是超焓燃烧状态了，也就是，该技术不能实现持续的稳定的超焓燃烧。
发明内容
本发明提供一种高效清洁超焓燃烧装置，能够更好的实现燃料的超焓燃烧。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体内整体形成有用于超焓燃烧的燃烧室。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，该炉体内在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的耐火隔板，并将炉体内腔分割成下层的用于超焓燃烧的燃烧室，以及上层的循环烟道，其中燃烧室与进料机构连通，循环烟道与烟气出口连通。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，炉体内在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在该下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，并与烟气出口相通，该下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，该炉体上层在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的第一耐火隔板，炉体下层在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第一耐火隔板之间以及第一耐火隔板与炉墙之间形成上层循环烟道，该上层循环烟道与烟气出口连通，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，所述第三耐火隔板在上循环烟道前部处开有第一通孔，所述下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体内在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的耐火隔板，并将炉体内腔分割成下层的用于超焓燃烧的燃烧室，以及上层的循环烟道，其中燃烧室与进料机构连通，循环烟道与烟气出口连通。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，炉体内在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在该下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，并与烟气出口相通，该下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体上层在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的第一耐火隔板，炉体下层在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第一耐火隔板之间以及第一耐火隔板与炉墙之间形成上层循环烟道，该上层循环烟道与烟气出口连通，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，所述第三耐火隔板在上循环烟道前部处开有第一通孔，所述下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
采用上述的高效清洁超焓燃烧装置的炉体，所述炉体为锅炉、窑炉、热风炉或冶炼炉。
由以上技术方案可知，本发明采用两种方式实现超焓燃烧，一种是通过电加热耐火材料层，使得燃烧室的空间和耐火材料含有的焓值达到H+ΔH，待燃烧室达到上述条件时，将焓值为H的燃料送到燃烧室进行燃烧，此时燃料的燃烧环境中的焓值为H+ΔH，大于燃料的焓值H，实现超焓燃烧；另一种是设置循环烟道，燃料燃烧产生的热烟气经烟道换热，使得耐火材料和燃烧室内含有的焓值达到H+ΔH，大于燃料的焓值H，更高效地达到实现超焓燃烧所需的条件。并且两种方式中燃烧环境中的焓值持续达到H+ΔH，均能实现持续的稳定的超焓燃烧：对于电加热方式，可以通过燃烧室内温度的变化来控制电加热模式和进入燃烧室内的空气量，当炉内温度降低到超焓燃烧临界点时，电加热接通电源给炉内加热，同时减少进入炉内的空气量；当炉内温度超过设置的超焓燃烧温度上限，电加热电源断电，同时调节进入炉内的空气量，使炉内实现连续稳定超焓燃烧。采用循环烟道方式，在进入炉内燃料量连续不变的情况下，主要是控制进入炉内空气量，使炉内燃烧温度保持在一定范围内，在该温度范围内，炉内燃烧是超焓燃烧。
附图说明
图1为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例1的主剖视图；
图2为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例1的侧剖视图，其未示出炉排机构；
图3为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例1的俯视剖面图；
图4为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例2的主剖视图；
图5为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例3的主剖视图；
图6为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例3的侧剖视图，其未示出炉排机构；
图7为本发明高效清洁超焓燃烧装置的实施例4的主剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
所述高效清洁超焓燃烧装置包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，该进料机构根据炉体燃料的类型可以选择多种机构，当炉体燃料为固体时，采用炉排机构，且其进料口也就布置在炉体的下层，当炉体燃料为气体和液体时，采用燃烧器，其进料口可以布置在炉体的中部。本实施例适用于固体燃料。
本发明提供一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体10以及设置在炉体下方的炉排机构20，该炉体的下层开设有进料口11，炉体的上层开设有烟气出口12，燃料在炉体内燃烧。
本发明可以通过电加热耐火材料层，使得燃烧室的空间和耐火材料的焓值达到 H+ΔH，待燃烧室达到上述条件时，将焓值为H的燃料送到燃烧室进行燃烧，此时燃料的燃烧环境中的焓值为H+ΔH，大于燃料的焓值H，实现超焓燃烧。本发明还可以设置循环烟道，燃料燃烧产生的热烟气经烟道换热，使得耐火材料和燃烧室内的焓值达到H+ΔH，大于燃料的焓值H，更高效地达到实现超焓燃烧所需的条件。
本发明超焓燃烧实现了清洁燃烧，是指炉膛内温度场均匀、无局部高温区、燃料燃烧效率高，污染物生成低。燃料进入燃烧室，迅速裂解成CO、CxHyOz和残炭残渣，H2O分解成H+、OH-，形成气态燃烧和固态燃烧混合燃烧气氛，提高燃烧效率。 CO、CxHyOz、H+和OH-形成气态还原性燃烧环境，无局部高温区，有效抑制NOx的生成。燃料中的硫与固硫材料反应生成耐高温复合硫盐，有效抑制SOx的生成。
实施例1
如图1、2和3所示，所述炉体10的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层 13、电加热层14和保温层15。
通电使得电加热层工作以发热，通过电加热层的工作，使得燃烧室的空间和耐火材料的焓值达到H+ΔH，待燃烧室达到上述条件时，将焓值为H的燃料经所述进料口，由炉排输送到燃烧室进行燃烧，此时燃料的燃烧环境中的焓值H+ΔH，大于燃料的焓值H，实现超焓燃烧。
所述炉体10的上层在竖直方向上交错设置有两个水平布置的第一耐火隔板30，炉体的下层在水平方向上交错设置有四个(两对)竖直布置的第二耐火隔板40，相对炉排机构的另一侧设置一个与右侧壁平行的第三耐火隔板50，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，其中第一耐火隔板之间以及第一耐火隔板与炉体的炉墙之间形成上层循环烟道31，该上层循环烟道与烟气出口连通，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉体的炉墙之间形成下循环烟道41，所述第三耐火隔板50在下循环烟道尾部处开有对称出口51，将烟气流向由水平变为竖直向上，在相对炉排机构的另一侧形成一个竖直烟道，所述第三耐火隔板在上循环烟道前部处开有第一通孔52，用于将第三耐火隔板与炉墙之间形成的竖直烟道与上循环烟道连通。也可以在最上层的第一耐火隔板靠近竖直烟道的位置开设有第三通孔，该第三通孔正对着烟气出口。
为了提高一致性，耐火隔板的材料与耐火材料层的材料相同。
所述下循环烟道41中与所述进料口11连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室411，本实施例中，所述燃烧室411所在的烟道位于下循环烟道的中部位置，便于炉排机构送料。
本发明循环烟道覆盖于燃烧室的上侧壁和前后两侧壁，燃料燃烧产生的热烟气经循环烟道换热，使得耐火材料和燃烧室内的焓值达到H+ΔH，大于燃料的焓值H，更高效地达到实现超焓燃烧所需的条件。
所述电加热层14是由电加热丝组成，该电加热丝紧贴在耐火材料层13的背面，当通电时，电加热丝发热，将热量传递给耐火材料层。所述电加热层还可以采用电阻丝、硅碳棒、加热圈、加热板、加热管中的一种。
燃烧装置中还设置有烟气分析仪16和温度传感器17，并与智能控制器18连接。所述烟气分析仪16将燃烧室内气体含量，包括O2、H2、CH4、CO2、CO、HCl、SO2和 NOx等的气体含量等数据传输到智能控制器，所述温度传感器17将燃烧温度传输到智能控制器，经智能控制器将采集到的气体含量和燃烧温度等数据处理，发出信号控制进风口入口处设置的阀门，进而在燃烧过程中建立一个稳态的燃烧环境。本实施例中，烟气分析仪16安装在上层循环烟道31中，温度传感器17安装在燃烧室 411内。
实施例2
如图4所示，当采用电加热层时，所述燃烧室内可不设置循环烟道，具体地，高效清洁超焓燃烧装置包括炉体10以及设置在炉体下方的炉排机构20，该炉体的一侧开设有进料口11，炉体的另一侧开设有烟气出口12，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层13、电加热层14和保温层15，该炉体内整体形成有用于超焓燃烧的燃烧室，该炉体的整个腔体都是燃烧室。
实施例3
在实施例3中，与实施例1的区别是炉体不设置竖直方向上交错的两个水平布置的第一耐火隔板，仅保留第二耐火隔板和第三耐火隔板，参照图5和6。
实施例4
在实施例4中，与实施例1的区别是炉体不设置第二耐火隔板和第三耐火隔板，仅保留竖直方向上交错设置的两个水平布置的第一耐火隔板。参照图7。
实施例5，6和7
不采用电加热层时，需要通过耐火隔板在炉体内形成循环烟道来达到超焓燃烧的效果。
实施例5中，与实施例1的区别是炉体炉墙上不设置有加热层。
实施例6中，与实施例3的区别是炉体炉墙上不设置有加热层。
实施例7中，与实施例4的区别是炉体炉墙上不设置有加热层。
本发明高效清洁超焓燃烧装置还可以用于其他炉体中实现超焓燃烧，如可以应用于锅炉、窑炉、热风炉和冶炼炉。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体内整体形成有用于超焓燃烧的燃烧室。
2.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，该炉体内在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的耐火隔板，并将炉体内腔分割成下层的用于超焓燃烧的燃烧室，以及上层的循环烟道，其中燃烧室与进料机构连通，循环烟道与烟气出口连通。
3.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，炉体内在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在该下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，并与烟气出口相通，该下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
4.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层和保温层，该炉体上层在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的第一耐火隔板，炉体下层在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第一耐火隔板之间以及第一耐火隔板与炉墙之间形成上层循环烟道，该上层循环烟道与烟气出口连通，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，所述第三耐火隔板在上循环烟道前部处开有第一通孔，所述下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
5.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体内在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的耐火隔板，并将炉体内腔分割成下层的用于超焓燃烧的燃烧室，以及上层的循环烟道，其中燃烧室与进料机构连通，循环烟道与烟气出口连通。
6.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，炉体内在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在该下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，并与烟气出口相通，该下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
7.一种高效清洁超焓燃烧装置，包括炉体以及设置在炉体一侧的进料机构，炉体上开设有烟气出口，其特征在于，所述炉体的炉墙包括由内至外依次设置的耐火材料层、电加热层和保温层，该炉体上层在竖直方向上交错设置有至少两个水平布置的第一耐火隔板，炉体下层在水平方向上交错设置有至少一对竖直布置的第二耐火隔板，炉体内还设置一个竖直布置的第三耐火隔板，高度与最上层的第一耐火隔板齐平，所述第一耐火隔板之间以及第一耐火隔板与炉墙之间形成上层循环烟道，该上层循环烟道与烟气出口连通，所述第二耐火隔板之间以及第二耐火隔板与炉墙之间形成下循环烟道，所述第三耐火隔板在下循环烟道尾部处开有对称出口，将烟气流向由水平变为竖直向上，所述第三耐火隔板在上循环烟道前部处开有第一通孔，所述下循环烟道中与所述进料机构连通的烟道形成用于超焓燃烧的燃烧室。
8.根据权利要求3、4、6或7所述的高效清洁超焓燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室所在的烟道位于下循环烟道的中部位置。
9.根据权利要求2-7任一项所述的高效清洁超焓燃烧装置，其特征在于，所述耐火隔板的材料与耐火材料层的材料相同。
10.根据权利要求1、5、6或7任一项所述的高效清洁超焓燃烧装置，其特征在于，所述电加热层采用电加热金属丝、电阻丝、硅碳棒、加热圈、加热板、加热管中的一种。
11.根据权利要求1-7任一项所述的高效清洁超焓燃烧装置，其特征在于，所述高效清洁超焓燃烧装置内还设置有烟气分析仪和温度传感器。
12.根据权利要求1-7任一项所述的高效清洁超焓燃烧装置，其特征在于，所述进料机构为炉排机构。
13.采用权利要求1-7任一项所述的高效清洁超焓燃烧装置的炉体，其特征在于，所述炉体为锅炉、窑炉、热风炉或冶炼炉。
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