CN1228830A - 在炉中燃烧气体的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在炉(2)中燃烧气体燃料的方法和装置,特别涉及用于在主要燃烧一种主燃料的锅炉(1)内燃烧低热值气体的方法和装置。本发明基于将气化器(5)的产出气体或其它可燃气体送入炉(2)之下部分(10)的缺乏空气的环境中,并且气体在所需燃烧空气送给量或成倍的燃烧空气送给量的条件下在炉(2)的上部燃烧。

Description

在炉中燃烧气体的方法及装置
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的在炉中燃烧气体燃料的方法，特别涉及在主要燃烧其它主燃料的锅炉内燃烧低热值气体的方法。
本发明还涉及一种适用于实施所述方法的装置。
本发明特别适于燃烧通过空气气化作用产生的气体、高炉气体和其它低热值的气体。本发明例如用于实现锅炉内燃烧过程中的燃料变化，并且也可用于燃烧高热值的气体如天然气。
通常，由一个独立的气化器所获得的产出气体(product gas)由燃烧器送入炉中。如果产出气体热值较低，为保证可靠地引燃，燃烧器的结构必须保证较低的轴向速度，因而燃烧器的尺寸很大。当燃烧低热值气体、如通过空气气化作用产生的气体时，气体进给体积流量变得非常大，这就使低速下的燃料进给复杂化并使燃烧器的尺寸变得较大。此外，在已有的炉子中改造较大型的燃烧器在技术上难以实现，而且，用多个燃烧器改装已有的锅炉会大大减少有效的传热面积。燃烧产出气体难以达到足够的停留时间，并且结构限制也会给附加燃烧器的设置带来困难。尽管高热值的产出气体可以以较高的轴向速度进给，但在已有的锅炉中改装入一个新的燃烧器仍然难以进行。由于锅炉通常设计使用特定的燃料和空气流量，附加燃烧器可能会导致结污问题和气流扰动，因为锅炉中新流量的出现会改变炉中的流型，从而改变燃料燃烧过程、火焰形态、烟气组成以及锅炉内表面上的热传递。
本发明的目的就是提供一种适用于特别是在设计用于其它类型主燃料的已有锅炉中燃烧低热值气体而无需对锅炉进行大的结构改动的方法。
本发明的目的通过以下方法实现：将待燃烧的由气化器产生的产出气体或其它气体送入锅炉中处于缺氧条件下的下部分，然后在锅炉的上部分在所需的燃烧空气送给速度或更大的燃烧空气送给速度下使气体燃烧。
更具体地说，本发明方法的特征在权利要求1的特征部分中有所描述。
而且，本发明装置的特征在权利要求7的特征部分中有所描述。
本发明具有显著的优点。
利用本发明，可在已有的锅炉结构中非常便利地使用热值很低的气体而只需对锅炉作微小改动。蒸气发生器的传热面积不需要减少并且装有燃烧气体再循环系统的锅炉可利用已有的再循环系统来将辅助气体燃料送入锅炉的下部分。本发明可实现稳定燃烧并且仅仅使炉内的流型发生微小改变。在这种方法中，火焰的辐射作用使辅助气体燃料的引燃和燃烧过程得以稳定。此外，新的送给装置使得对已有的锅炉的改造更加简化，因为气体入口要比大型燃烧器更易装在炉中。
与现有技术相比，这种新颖方法对燃料类型的适应性更强，并且便于进一步增大通过燃烧控制方式减少烟气中的氮氧化物量的可能性。由于这种方法可通过适当安排空气的送给来实现炉中的明确分段，所以锅炉可以以如同分段式低NOx燃烧器那样的方式进行工作。
当燃烧的产出气体作为一种辅助燃料送入已有的锅炉中时，这种方法的优点将最为显著。通过将产出气体通过安装在炉子下部分的喷嘴送入或通过可能有的燃烧气体再循环系统的开口送入、而未使用燃烧器，可使传热表面所要发生的变化基本上比设有用于通过燃烧器燃烧所得的产出气体的锅炉要小。此外，也能获得上述燃烧过程的优点。另外，如果新锅炉专门设计用于燃烧混合燃料，根据气态燃烧产物部分，重燃烧作用可达到特别有利的状态，这会减少氮氧化物(NOx)的排放量。在这里，由燃料所生成的烃基将一氧化氮重新还原成为氮分子，因此减少了氮氧化物的排放总量。
本发明的方法可适用于燃烧各种类型的气体燃料。然而，这种方法在锅炉结构方面的优点在燃烧低热值气体如通过空气气化作用产生的气化气体、高炉气体以及废气时能得到最佳利用。不过，上述改善燃烧过程的优点在燃烧高热值气体如天然气时同样也能得到利用。另外，产出气体可作为主燃料燃烧。
下面将参照附图借助本发明的一个实施方案对本发明进行更为详细的描述。
参照附图，产出气体被送入炉2的下部10中的空气缺乏(还原性)区域中，因而确保足够的停留时间并防止炉内爆炸。由于没有燃烧空气被送入该区域，因而气体只在送入炉子上部区域的燃烧空气流中引燃并燃烧。空气可通过送入其它燃料的燃烧器8送入锅炉和/或通过单独的空气送给喷嘴9送入。锅炉1中的蒸气发生回路内的燃烧轨迹继而其传热分布可通过空气送给的垂直分布情况得到有效控制，该空气分布情况决定了炉2内燃烧过程的不同区域的位置。空气送给分布情况也为炉2内氮氧化物的生成链提供了有效的控制方式，由此一个适当分段的空气送给模式可以使污染物排放量大为减少。
附图中所示的锅炉1为一种常规设计的用于燃烧如煤或泥炭的锅炉。用于送给固体燃料的燃烧器8在炉2的壁上排成行，因此，燃烧器所需的燃烧空气通过安装于燃烧器8的空气送给喷嘴送入炉中，并且如果需要，还可通过位于其附近的辅助空气送给喷嘴送入。除燃烧器空气送给喷嘴之外，锅炉1装有至少一个用于将空气送入炉2上部分的顶部辅助空气送给喷嘴9。通常，锅炉1的上部分包括用于高温加热自蒸气发生器排放出的蒸气且环绕着炉2设置的过热器，以及烟气导管的出口接管。
产出气体被送入燃烧器8下方的炉2的下部分10中、进入一个没有空气送给的区域，从而在其中建立一个强还原性的环境。气体在气化器5中产生，气化器5可为空气气化器、高炉或其它产生或生成可燃性气体的装置。本发明可以利用热值很低的气体，从而利用它们的热值并且由于带有烟气净化装置的大型锅炉的先进燃烧工艺也能使气化器中产生的气体进行有效的燃烧/净化，因而有效且耗费低廉地降低了污染物排放量。同时待燃烧的气体从气化器中经大直径导管6送入位于炉子下部分10中的喷嘴7，由此气体可在炉内向上流动。尽管气体不会在缺乏空气的炉子下部分引燃，但它将会在炉2的火焰辐射(即燃烧过程的热辐射)和通过燃烧器8之空气喷嘴送入的氧气的作用下在上部区域得到加热并很容易引燃。通过经顶部辅助空气喷嘴9将余下的所需燃烧空气送入炉子的上部分中，炉内的燃烧过程进而得以分段进行。
除了上述实施例外，也可考虑本发明的其它实施方案。
本发明也适用于仅用于燃烧产出气体的锅炉，在此不需要单独的燃烧器，而是燃烧器可由单独的空气送给喷嘴代替。然而，在这种情况下，要注意利用如天然气或石油燃烧器来帮助保证气体的引燃和燃烧。另外，单个锅炉可用来燃烧多个不同的气化器产生的产出气体，这在将废物气化成燃料的应用中是非常有利的。

Claims (12)

1．一种在炉中燃烧气体的方法，其特征在于，
-待燃烧的气体被送入该炉(2)的下部分(10)内的一个还原性区域中，以及
-燃烧空气被送入炉(2)中位于待燃烧气体的送给区域(10)上方的至少一个区域内。
2．权利要求1所述的方法，其中气体在装有至少一个用于燃烧除待燃烧气体之外的其它一些燃料的燃烧器(8)的锅炉中燃烧，其特征在于待燃烧的气体被送入炉(2)内在燃烧器(8)的下方。
3．权利要求2所述的方法，其特征在于燃烧空气的一部分通过所述燃烧器(8)的空气喷嘴送入炉(2)内，而另一部分通过位于该燃烧器上方的至少一个空气送给喷嘴(9)送入。
4．权利要求1所述的方法，其特征在于，燃烧空气的一部分被送入炉(2)内在气体送给位置上方的第一段处，而辅助空气被送入炉内在位于第一空气送给位置上方的至少一段处。
5．上述任一权利要求所述的方法，其特征在于待燃烧的气体通过一个燃烧气体再循环系统送入炉(2)内。
6．上述任一权利要求所述的方法，其特征在于待燃烧的气体为由空气气化作用所产生的气体、高炉气体、废气或其它低热值的气体。
7．一种在炉(2)中燃烧气体的装置，其特征在于，
-用于该炉(2)下部分(10)内的还原性区域的开口(7)，通过这个开口(7)气体被送入该炉(2)中，以及
-至少一个空气送给喷嘴，用于将燃烧空气送入该炉(2)中、位于待燃烧气体的送给区域(10)上方的至少一个区域中。
8．权利要求7所述的装置，所述装置在其炉内包括至少一个用于燃烧除待燃烧气体之外的其它燃料的燃烧器(8)，其特征在于用于将待燃烧气体送入炉(2)内的开口(7)位于该燃烧器(8)的下方。
9．权利要求8所述的装置，其特征在于，具有所述燃烧器(8)的空气喷嘴，一部分燃烧空气可通过该燃烧器(8)的空气喷嘴送入炉内；并且具有位于该燃烧器(8)上方的用于将辅助空气送入炉(2)内的至少一个空气喷嘴(9)。
10．权利要求7所述的装置，其特征在于，具有空气喷嘴，其中一部分燃烧空气可通过该空气喷嘴送入炉(2)内、在气体燃料送给位置上方的第一段处；以及位于该第一空气送给位置上方用于将辅助空气送入炉(2)内的至少一段处的至少一个辅助空气喷嘴(9)。
11．以上权利要求7-10中任一权利要求所述的装置，其特征在于待燃烧的气体通过烟气再循环系统送入炉(2)内。
12．以上权利要求7～11中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置包括一种用于产生气体燃料的装置(5)和至少一个用于将气体燃料送入该炉(2)内以便在其中燃烧的喷嘴(6)。
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