CN115789638B - 一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，包括多烧嘴燃烧系统，多烧嘴燃烧系统包括燃烧炉和设置在燃烧炉内的小功率全预混式燃烧器，小功率全预混式燃烧器包括抽风机构、抽风机构出气口一端连接的喷气管，喷气管远离抽风机构一端转动连接有圆形的防回火板，防回火板上以防回火板为圆心均匀等角度开设有导气孔，均匀分布的导气孔为由喷气管内一端向外扩的斜孔。本燃烧系统加热炉热效率提升到95％以上；几乎无NOx产生，达到洁净排放；烟气排放温度降低至100℃以下；产生95％以上为CO2，CO2能够进行封存或再利用，符合碳中和理念，达到减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧系统，具体涉及一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统。
背景技术
现石化行业、冶金、建材等行业的燃烧方式多还是使用以空气为助燃剂的燃烧方式。但是空气中的氧气仅占21％，空气中更多的是含量近79％的氮气，在燃烧时空气中只有氧气和燃料发生氧化反应，氮气不参与燃烧。而且氮气和氧气在高温时产生NOx，产生的氮氧化物会对大气环境造成负面影响，且排放时将带走大量热量。
相对于传统的燃烧技术，纯氧燃烧所需的理论氧化量所需量大大减少，因此燃烧排气量也大大减少，带走的热量少，达到节能的目的，且燃烧产物中几乎不产生NOx，产生95％以上为CO2，CO2能够进行封存再利用，符合了碳中和的理念，达到减排的目的。
全预混式燃烧技术是将燃料与空气或氧气在进入燃烧室喷嘴前进行完全混合，燃气与空气的混合通过智能化预混调节阀门系统来保证精准的燃气与空气的混合比例。然后燃气与空气同时经过混合器与混合管气体分子被完全搅散，使得每一个燃气分子周围都环绕着氧分子，燃气被完全燃烧，产生的COe含量小于50PPM。
综上所述，开发出一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统能够解决上述问题。
发明内容
为解决上述问题，提出了以下技术方案：
一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，包括多烧嘴燃烧系统，多烧嘴燃烧系统包括燃烧炉和设置在燃烧炉内的小功率全预混式燃烧器，小功率全预混式燃烧器包括抽风机构，抽风机构出气口一端连接的喷气管，喷气管远离抽风机构一端转动连接有圆形的防回火板，防回火板上以防回火板为圆心均匀等角度开设有导气孔，均匀分布的导气孔为由喷气管内一端向外扩的斜孔，喷气管远离抽风机构一端的内壁设置有第二轴承，第二轴承外壁固定连接于喷气管，防回火板靠近喷气管一端固定连接有插管，插管为空心的圆柱体，插管与防回火板同圆心，插管形状大小与第二轴承内圈适配，插管固定连接于第二轴承的内圈。
进一步的，喷气管内靠近防回火板一端设置有风扇，风扇通过转轴传动连接于防回火板的圆心处。
进一步的，转轴穿过第一轴承的内圈且转轴固定连接于第一轴承的内圈，第一轴承外圈通过安装架固定连接于喷气管的内壁。
进一步的，防回火板底部外侧设置有轴封，轴封内侧与喷气管内壁耦合。
进一步的，还包括氧气与燃气混合系统，燃烧控制系统，烟气余热回收系统，氧气与燃气混合系统包括氧气进气管道、燃气进气管道、混合器；多烧嘴燃烧系统还包括多烧嘴燃烧管道、小功率全预混式燃烧器、燃烧炉，燃烧控制系统包括调压阀、氧气调节阀、紧急切断阀、微量调节阀、气体流量计、压力变送器；烟气余热回收系统包括氧气燃气双预热换热器、引风机。
进一步的，氧气进气管道和燃气进气管道均通过氧气燃气双预热换热器后连接于混合器，氧气进气管道上依次设置有紧急切断阀、调压阀、微量调节阀、气体流量计、压力变送器；燃气进气管道上依次设置有紧急切断阀、调压阀、氧气调节阀、气体流量计、压力变送器。
进一步的，燃烧炉内设置有多个小功率全预混燃烧器，混合器和小功率全预混燃烧器的进气口之间通过连接管道连接，连接管道上设置依次有微量调节阀和压力表。
进一步的，燃烧炉内的小功率全预混燃烧器的前段的连接管上设置有阻火器。
进一步的，燃烧炉通过排烟管连接有引风机，氧气燃气双预热换热器设置在引风机和燃烧炉之间的排烟管上，氧气燃气双预热换热器和燃烧炉之间的排烟管上设置有烟气取样装置。
本发明有益效果如下：
1.加热炉热效率提升到95％以上；
2.几乎无NOx产生，达到洁净排放；
3.烟气排放温度降低至100℃以下；
4.产生95％以上为CO2，CO2能够进行封存或再利用，符合碳中和理念，达到减排的目的。
附图说明
图1为本燃烧系统连接示意图；
图2为小功率全预混式燃烧器结构示意图；
图3为图2局部放大图，
附图标记说明如下：1、紧急切断阀；2、调压阀；3、微量调节阀；4、气体流量计；5、压力变送器；6、氧气调节阀；7、混合器；8、压力表；9、阻火器；10、小功率全预混燃烧器；101、进气口；102、抽风机构；104、喷气管；11、燃烧炉；12、烟气取样装置；13、引风机；14、物料；15、氧气燃气双预热换热器；21、风扇；22、第一轴承；23、转轴；24、安装架；31、防回火板；32、导气孔；33、插管；41、第二轴承；51、轴封。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1和图2所示的，一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，包括多烧嘴燃烧系统，多烧嘴燃烧系统包括燃烧炉11和设置在燃烧炉11内的小功率全预混式燃烧器，小功率全预混式燃烧器包括抽风机构102，抽风机构102出气口一端连接的喷气管104，喷气管104远离抽风机构102一端转动连接有圆形的防回火板31，防回火板31上以防回火板31为圆心均匀等角度开设有导气孔32，均匀分布的导气孔32为由喷气管104内一端向外扩的斜孔。喷气管104远离抽风机构102一端的内壁设置有第二轴承41，第二轴承41外壁固定连接于喷气管104，防回火板31靠近喷气管104一端固定连接有插管33，插管33为空心的圆柱体，插管33与防回火板31同圆心，插管33形状大小与第二轴承41内圈适配，插管33固定连接于第二轴承41的内圈。喷气管104内靠近防回火板31一端设置有风扇21，风扇21通过转轴23传动连接于防回火板31的圆心处。转轴23穿过第一轴承22的内圈且转轴23固定连接于第一轴承22的内圈，第一轴承22外圈通过安装架24固定连接于喷气管104的内壁。防回火板31底部外侧设置有轴封51，轴封51内侧与喷气管104内壁耦合。
混合气体通过小功率全预混燃烧器10的进气口101进入到排风管内。通过流动的混合气体驱动风扇21转动，风扇21转动时由于转轴23的传动防回火板31同时也转动，通过防回火板31的转动使得从导气孔32发出的火苗也跟着转动，使得火苗和混合气体接触更均匀从而减少NOx的产生。同时通过设置向外扩的导气孔32使得火焰更加分散，减少了NOx的产生。
防回火板31底部轴封51的设置防止了气体从防回火板31和喷气管104连接处泄露。
实施例2
如图1所示的，还包括氧气与燃气混合系统，燃烧控制系统，烟气余热回收系统，氧气与燃气混合系统包括氧气进气管道、燃气进气管道、混合器7；多烧嘴燃烧系统还包括多烧嘴燃烧管道、小功率全预混式燃烧器、燃烧炉11，燃烧控制系统包括调压阀2、氧气调节阀6、紧急切断阀1、微量调节阀3、气体流量计4、压力变送器5；烟气余热回收系统包括氧气燃气双预热换热器15、引风机13。氧气进气管道和燃气进气管道均通过氧气燃气双预热换热器15后连接于混合器7，氧气进气管道上依次设置有紧急切断阀1、调压阀2、微量调节阀3、气体流量计4、压力变送器5；燃气进气管道上依次设置有紧急切断阀1、调压阀2、氧气调节阀6、气体流量计4、压力变送器5。燃烧炉11内设置有多个小功率全预混燃烧器10，混合器7和小功率全预混燃烧器10的进气口101之间通过连接管道连接，连接管道上设置依次有微量调节阀3和压力表8。燃烧炉11内的小功率全预混燃烧器10的前段的连接管上设置有阻火器9。燃烧炉11通过排烟管连接有引风机13，氧气燃气双预热换热器15设置在引风机13和燃烧炉11之间的排烟管上，氧气燃气双预热换热器15和燃烧炉11之间的排烟管上设置有烟气取样装置12。
一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统的控制方法，步骤如下：
由气体流量计4与压力变送器5检测气体流量与气体压力。
根据燃气与氧气反应的化学当量和烟气中的O2和COe来计算空燃比，并根据空燃比来传输信号给微量调节阀3与氧气调节阀6，由此阀件控制燃气与氧气的进气量达到预设空燃比，并由调压阀2来调节燃气压力，使燃气与氧气在混合器7中充分混合。
燃气与氧气经过混合器7混合后，混合气体进入多烧嘴燃烧管道，由多烧嘴燃烧管道上的微量调节阀3来调节进气流量，控制火焰的大小，火焰在燃烧炉11中燃烧，物料吸收热量，产生的高温烟气通过引风机13引进烟气余热吸收装置与氧气和燃气进行换热，实现更低的排烟温度。
多烧嘴燃烧管道设置阻火器9，防止回火，阻止火焰沿管道传播，高温烟气排烟管道上设有烟气抽取样点，能够通过烟气分析仪来检测烟气组成成分。
多烧嘴燃烧系统运用的燃烧器为小功率全预混式燃烧器，单个燃烧器功率小，分散了火焰，燃烧温度均匀，减少NOx产生。
氧气燃气双预热换热器15将高温烟气与氧气和燃气进行换热，升高了氧气与燃气的温度，降低了烟气的温度，使得排烟温度控制在100℃以下。
烟气抽取样点中抽取的烟气经过烟气分析仪检测，CO2含量大于95％，O2含量在1～2％，COe含量在0～50PPM，NOx含量近乎于0，还有少量的水蒸气，粉尘等。
烟气取样中的COe，是指CO和未燃尽的可燃物，如CH4，H2等组分。
燃烧方式为完全预混式燃烧，可燃混合物在火道、燃烧室中瞬时完成燃烧，又称无焰燃烧，燃烧火焰传播速度快，几乎不存在化学不完全燃烧现象。
氧气与燃气由微量调节阀3与氧气调节阀6精准的控制空燃比，并由调压阀2控制氧气与燃气的压力平衡，然后进入混合器7进行充分混合。而后经过混合器7的混合气体通过多烧嘴燃烧管道，由多烧嘴燃烧管道上的微量调节阀3来调节进气流量，控制火焰的大小，压力表8检测气体压力，火焰在燃烧炉11中进行无焰燃烧，无焰燃烧易发生回火，在进入燃烧器之前的管道设有阻火器9，防止回火具有严格而复杂的保护措施。燃烧炉11内的物料吸收热量，燃烧产生的高温烟气通过引风机13引进氧气燃气双预热换热器15与氧气和燃气进行换热，氧气与燃气的温度得到了升高，提高了燃烧效率，烟气温度降低至100℃以下，实现更低的排烟温度。
在本发明的使用过程中，本发明在高温烟气排烟管道上设有气取样装置，在烟气抽取样点中抽取的烟气经过烟气分析仪检测，CO2含量大于95％，O2含量在1～2％，COe含量在0～50PPM，NOx含量近乎于0，还有少量的水蒸气，粉尘等。95％的CO2能够进行收集封存或再利用。近乎于0的NOx，排放物清洁。O2含量在1～2％，COe含量在0～50PPM，燃烧反应完全，燃烧炉11热效率高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，包括多烧嘴燃烧系统，所述多烧嘴燃烧系统包括燃烧炉(11)和设置在所述燃烧炉(11)内的小功率全预混式燃烧器，所述小功率全预混式燃烧器包括抽风机构(102)，抽风机构(102)出气口一端连接的喷气管(104)，其特征在于：所述喷气管(104)远离所述抽风机构(102)一端转动连接有圆形的防回火板(31)，所述防回火板(31)上以防回火板(31)为圆心均匀等角度开设有导气孔(32)，均匀分布的所述导气孔(32)为由喷气管(104)内一端向外扩的斜孔，所述喷气管(104)远离抽风机构(102)一端的内壁设置有第二轴承(41)，所述第二轴承(41)外壁固定连接于所述喷气管(104)，所述防回火板(31)靠近喷气管(104)一端固定连接有插管(33)，所述插管(33)为空心的圆柱体，所述插管(33)与所述防回火板(31)同圆心，所述插管(33)形状大小与所述第二轴承(41)内圈适配，所述插管(33)固定连接于所述第二轴承(41)的内圈，所述喷气管(104)内靠近所述防回火板(31)一端设置有风扇(21)，所述风扇(21)通过转轴(23)传动连接于防回火板(31)的圆心处，所述转轴(23)穿过第一轴承(22)的内圈且所述转轴(23)固定连接于第一轴承(22)的内圈，所述第一轴承(22)外圈通过安装架(24)固定连接于所述喷气管(104)的内壁。
2.根据权利要求1所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：所述防回火板(31)底部外侧设置有轴封(51)，所述轴封(51)内侧与所述喷气管(104)内壁耦合。
3.根据权利要求1所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：还包括氧气与燃气混合系统，燃烧控制系统，烟气余热回收系统，所述氧气与燃气混合系统包括氧气进气管道、燃气进气管道、混合器(7)；所述多烧嘴燃烧系统还包括多烧嘴燃烧管道、小功率全预混式燃烧器、燃烧炉(11)，所述燃烧控制系统包括调压阀(2)、氧气调节阀(6)、紧急切断阀(1)、微量调节阀(3)、气体流量计(4)、压力变送器(5)；所述烟气余热回收系统包括氧气燃气双预热换热器(15)、引风机(13)。
4.根据权利要求3所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：所述氧气进气管道和燃气进气管道均通过所述氧气燃气双预热换热器(15)后连接于所述混合器(7)，所述氧气进气管道上依次设置有紧急切断阀(1)、调压阀(2)、微量调节阀(3)、气体流量计(4)、压力变送器(5)；所述燃气进气管道上依次设置有紧急切断阀(1)、调压阀(2)、氧气调节阀(6)、气体流量计(4)、压力变送器(5)。
5.根据权利要求4所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：所述燃烧炉(11)内设置有多个小功率全预混燃烧器(10)，所述混合器(7)和所述小功率全预混燃烧器(10)的进气口(101)之间通过连接管道连接，所述连接管道上设置依次有微量调节阀(3)和压力表(8)。
6.根据权利要求5所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：所述燃烧炉(11)内的小功率全预混燃烧器(10)的前段的连接管上设置有阻火器(9)。
7.根据权利要求3所述的一种全预混式纯氧燃烧的无焰燃烧系统，其特征在于：所述燃烧炉(11)通过排烟管连接有引风机(13)，所述氧气燃气双预热换热器(15)设置在所述引风机(13)和燃烧炉(11)之间的排烟管上，所述氧气燃气双预热换热器(15)和燃烧炉(11)之间的排烟管上设置有烟气取样装置(12)。
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