CN1342864A - 一种节能及环保型燃烧技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于各种工业炉窑用节能及低氮氧化物排放燃烧技术,该技术通过采用蓄热体预热空气至高温、降低氮氧化物(NOX)等的生成及排放燃烧装置、烟气、空气换向系统,实现了在高温条件下的低氧燃烧。解决了传统工业炉窑能耗高,燃烧时NOX的生成及排放水平高于0.10%(1000ppm)以上的问题。本发明的优点在于实现节能30－60%,CO2、SO2排放降低30－60%的同时,NOX达到0.03%－0.003%(300－30ppm)的排放水平。
Description
本发明属于工业炉窑的燃料燃烧领域，适用于各种热工炉窑。
一般工业炉窑的燃料燃烧方法是按“高炉内温度、高烟气温度、高余热回收”的原则进行设计应用的。目前采用换热器可使排烟温度降低到450℃左右，采用蓄热系统可使排烟温度降低到200℃以下，实现节能30-60％，CO2排放降低30-60％。但由于采用高预热空气温度导致局部的火焰温度增高，NOx的生成及排放水平在0.10％(1000ppm)以上，对大气环境造成严重的污染。
在“蓄热式燃烧器的开发及现代工业炉中的应用”(郭伯伟等，<工业加热>，1998年第5、6期，)一文中，对目前国内外工业炉采用蓄热体燃烧器在节能及环保方面的主要特点进行了介绍。主要特点是创造高的炉内温度、高烟气余热回收方法，最大限度回收烟气中的显热，达到节能目标，这样自然就降低了CO2、SO2、NOx的生成量，达到环保的效果。但这种方法没有从根本上解决NOx的生成问题。实际上根据NOx的生成机理，高温(900℃以上)是促进NOx的生成的，只有在高温条件下，创造低氧条件(燃烧气氛中O2的含量20％以下)，才能解决NOx的生成及排放问题。
本发明的目的在于提供一种适用于各种工业炉窑用节能及低氮氧化物排放燃烧技术，实现节能30-60％，CO2、SO2排放降低30-60％，并使NOx的生成及排放减到0.03％-0.003％(300-30ppm)的水平。
本发明构成包括：蓄热式烟气余热回收装置(简称蓄热系统)；低氮化物生成及排放燃烧装置(简称燃烧系统)；烟气、空气换向系统(简称换向系统)。
本发明的工作流程为：当蓄热体(1)工作时，所产生的大量高温烟气经由蓄热体(2)排出，经蓄热体(2)后，可将排烟温度降低到200℃以下，实现烟气显热的能量回收。在20—300秒时间间隔内，换向系统(3)使空气通过蓄热体(2)，空气立即被预热到接近炉气温度。蓄热体(2)启动的同时，蓄热体(1)转换为排烟、蓄热，见附图1。燃料与通过蓄热体回收烟气预热的高温空气后，在炉内形成含氧2—20％的低氧条件下燃烧，达到低NOx的生成及排放目的。
蓄热系统是获得高温空气的蓄热装置。其中：蓄热体材质是由氧化铝、刚玉、粘土、堇青石、碳化硅、铸铁等材料制成的；蓄热体的几何形状有：片状(长：50-300mm，宽50-300mm，厚2-15mm)、条状(长：50-300mm，宽2-30mm，厚2-30mm)、球状(直径10-100mm)、蜂窝状(孔可为园或方型，园型直径为1-5mm，方型一般为1×1至5×5mm)。根据炉内烟气量(500-30000Nm3/h)及蓄热的要求预热空气的流量(500-10000Nm3/h)、预热空气温度(500-1300℃)及换向时间20-300s)，来选择蓄热体的材质、几何形状及蓄热室的体积(0.1-10m3)。炉内气流的布置有对吹式及马蹄型布置形式。
低氮化物生成及排放燃烧装置包括一次燃料燃烧器(燃料燃烧量为10-900MJ/h)、二次燃料燃烧器(燃料燃烧量为200-9000MJ/h)，燃料在炉墙或炉顶的特定位置插入炉内，高温空气(500-1300℃)与燃料混合的总空气过剩系数为1.0-1.10。
排放的燃烧装置由燃料燃烧器(10)，燃料控制阀(11)，蓄热体(12)，蓄热体壳(13)，炉壁(14)组成。
换向装置由烟气或空气入口(15)，烟气或空气出口(16)换向装置壳体(17)，换向叶片(18)，轴承(19)组成。换向时，将叶片位置由位置A调整到位置B。
换向阀装置的换向时间为20-300s，时间控制通过排烟温度在150-250℃进行闭环控制，换向阀的烟气量为500-30000Nm3/h。换向的动力采用电动或液压驱动。
本发明的优点在于：可回收烟气中90％的物理显热，节能30-60％，NOx的生成及排放量降低到0.01％(100ppm)以下，CO2生成量减少30-60％。适用于各种热工炉窑(如熔炼炉，锅炉，热处理炉，均热炉，石油化工热重整加热器，玻璃熔化炉，铝熔炼炉，干燥炉，陶瓷加热炉)；各种废弃物处理炉(工业，居民，医院，家禽废物等分解处理)；燃料再处理和转化(炉煤的气化、秸秆燃烧处理等)；低热值燃料的燃烧炉(劣质煤、低热值煤气等)等等。燃料为气体、液体、固体燃料。
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为本发明的工作流程图，(1)为蓄热系统，(2)为蓄热系统，(3)为换向系统，(4)为被加热体，(5)为工业炉窑，(6)燃料燃烧器，(7)燃料控制阀，(8)燃料燃烧器，(9)燃料控制阀。
图2为本发明低NOx排放的燃烧装置，其中(10)为燃料燃烧器，(11)为燃料控制阀，(12)为蓄热体，(13)为蓄热体壳，(14)为炉壁。
图3为本发明的换向装置，(15)为烟气或空气入口，(16)为烟气或空气出口，(17)为换向装置壳体，(18)为换向叶片，(19)为轴承。换向时，将叶片位置由位置A调整到位置B。
实施例：该发明在间歇式锻造炉实际应用。该炉体没有烟囱和地下构件，炉底面积为1.33m2，炉衬采用厚度为300mm的高耐火性能的耐火纤维，炉底及底周边用一层高铝砖砌成，耐火纤维用叠块法砌筑。蓄热系统中蓄热体为100×100×5mm的粘土质的波纹片，总高为1000mm，采用喷射排烟，喷射气体的气源与燃烧用空气的气源共用同一鼓风机，风机的风压为7000Pa。燃料为高粘度重油，预热到98℃，热值为Q＝39350KJ/kg。燃烧系统用高压外混式带针阀的油枪，油压为0.22Mpa，蒸汽压为0.42Mpa，额定油量为30kg/h。采用按时间换向，换热时间为180-300s，连续可调，实现自动控制。实际使用效果见表1。本发明与蓄热式锻造炉比，节能指标是一致的，但NOx生成及排放水平降低20倍。
表1 不同技术的节能及NOx生成及排放水平
| 炉型 | 烟温℃ | 预热空气温度℃ | 排烟温度℃ | 炉子生产率kg/m2h | 炉子热效率％ | NOx生成及排放水平％ |
| 一般锻造炉 | 1000 | 0 | 1000 | 300-350 | 10 | 0.030-0.060 |
| 换热锻造炉 | 1100 | 350-500 | 600-700 | 456.7 | 21 | 0.030-0.100 |
| 蓄热锻造炉 | 1200 | 1000 | 150 | 1000 | 42 | 0.060-0.200 |
| 本发明 | 1200 | 1000 | 150 | 1000 | 42 | 0.003-0.010 |
Claims (2)
1、一种节能及环保型燃烧技术，由蓄热式烟气余热回收装置，低氮化物生成及排放燃烧装置，烟气、空气换向系统组成，其特征在于：
a、工作流程为：当蓄热体(1)工作时，所产生的大量高温烟气经由蓄热体(2)排出，经蓄热系统(2)后，可将排烟温度降低到200℃以下，实现烟气显热的能量回收；在20—300秒时间间隔内，换向系统(3)使空气通过蓄热体(2)，空气立即被预热到接近炉气温度。蓄热体(2)启动的同时，蓄热体(1)转换为排烟、蓄热，燃料与通过蓄热体回收烟气预热的高温空气后，在炉内形成含氧2—20％的低氧条件下燃烧，达到低NOx的生成及排放目的；
b、低氮化物生成及排放燃烧装置包括一次燃料燃烧器，燃料燃烧量为10-900MJ/h，二次燃料燃烧器，燃料燃烧量为200-9000MJ/h，燃料在炉墙或炉顶的特定位置插入炉内，高温空气500-1300℃与燃料混合的总空气过剩系数为1.0-1.10；
c、排放的燃烧装置由燃料燃烧器(10)，燃料控制阀(11)，蓄热体(12)，蓄热体壳(13)，炉壁(14)组成；
d、换向装置由烟气或空气入口(15)，烟气或空气出口(16)换向装置壳体(17)，换向叶片(18)，轴承(19)组成。换向时，将叶片位置由位置A调整到位置B，换向时间为20-300s，时间控制通过排烟温度在150-250℃进行闭环控制，换向阀的烟气量为500-30000Nm3/h。换向的动力采用电动或液压驱动。
2、根椐权利要求1所述的燃烧技术其特征在于：蓄热体蓄热体材质是由氧化铝、刚玉、粘土、堇青石、碳化硅、铸铁等材料制成的；蓄热体的几何形状有：片状(长：50-300mm，宽50-300mm，厚2-15mm)、条状：长：50-300mm，宽2-30mm，厚2-30mm，球状：直径10-100mm，蜂窝状：孔可为园或方型，园型直径为1-5mm，方型一般为1×1至5×5mm；根据炉内烟气量：500-30000Nm3/h及蓄热的要求预热空气的流量：500-10000Nm3/h，预热空气温度：500-1300℃及换向时间20-300s，来选择蓄热体的材质、几何形状及蓄热室的体积：0.1-10m3，炉内气流的布置有对吹式及马蹄型布置形式。
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|---|---|---|---|---|
| CN100504164C (zh) * | 2006-06-30 | 2009-06-24 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种低氮氧化物排放的燃煤方法 |
| CN101915502A (zh) * | 2010-08-25 | 2010-12-15 | 丰城市宏成金属制品有限公司 | 一种用回收烟气调制燃油(气)反射炉氧气氛的方法 |
| CN101936677B (zh) * | 2009-07-02 | 2012-10-24 | 北京金信合达能源科技有限公司 | 脉动式再生换热器 |
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