CN1963370A - 一种高温低氧空气燃烧锅炉及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种应用薄壁热容器并用高频切换实现高温低氧空气燃烧的工业锅炉。主要包括成对设置的逆流式紧凑型薄壁热容器，热容器由热容器叠置而成，热容片的蜂窝通道间壁厚0.4～1mm，通道内边长2.5～3.0mm；当空气快速吸收一热容器储存的热量时烟气显热快速储存于另一热容器里，2.5～10s后切换阀动作，空气和烟气交换通道，保证锅炉温度效率高于95％。切换阀动作后的2.5～10s里滞留于炉膛内的高温低氧烟气来不及排出炉外，能稀释空气含氧浓度到15％以下，炉内发生NO_x排放低于100ppm的高温低氧空气燃烧；发明能燃用低热值气体燃料，适用于各种民用、工业和生活锅炉和回收锅炉使用。

Description

一种高温低氧空气燃烧锅炉及使用方法

技术领域  本发明涉及一种采用逆流式紧凑型薄壁热容器储存释放热量和烟气空气通道高频切换原理在炉内实现没有火焰、温度均匀、高效节能和低NO_x排放燃烧的工业锅炉。适用于火力发电厂、自备电厂和造纸厂的回收锅炉及各种民用、工业和生活锅炉使用。

背景技术  工业锅炉是工业加热的常用热工设备之一。传统工业锅炉装置中，助燃空气中含氧浓度的加大，烟气余热回收和助燃空气温度提高，有利于燃烧和热能利用。从目前燃烧技术的应用来看，单纯增加含氧量已减少了燃料消耗，但同时带来了一些新问题，如火焰体积小，火焰局部温度高，燃烧室内温度分布不均等。就传统空气预热和烟气余热回收技术的应用来看，通过设置省煤器和空气预热器，综合应用其它各种强化燃烧传热技术，已取得了高的热效率，但这些装置占地面积大、体积庞大，增加了一次投资和维护费用。另外，传统锅炉还具有如下方面的缺点：烟气余热回收多数采用间壁式换热技术，受换热效率、材质抗热抗蚀能力和系统漏损等限制，间壁式换热系统的空气预热温度难于超过600℃，炉膛内平均燃烧温度不高，不能燃烧低热值燃料；需要设计燃烧器以稳定炉内燃烧火焰；由于火焰体积小，单位火焰体积燃烧放热强度大，火焰温度高，为热力型NO_x排放创造了有利条件；燃烧温度高，受热面氧化烧损大。

发明内容  为了克服传统锅炉的对流换热设备体积庞大，炉膛内燃烧火焰体积小、NO_x生成多且不能燃用低热值燃料等缺点，本发明提供一种采用紧凑型逆流式薄壁热容器储存释放热量来大幅度缩小装置尺寸，通过烟气空气通道高频切换途径在炉膛内实现高温预热低氧浓度燃烧的锅炉装置。

高温低氧空气燃烧锅炉，主要包括绝热型炉壁，热容室和烟气空气通道切换阀门，炉壁中内置水冷管，热容室成对设置，热容室通过连接管与空气烟气通道切换阀门联接，在热容室内装有薄壁热容器，薄壁热容器由具有蜂窝孔通道的薄壁热容片叠置而成，热容片由以氧化铝成分为主的泥土烧制而成，热容片之间充满绝热型粘结剂，热容片的蜂窝孔通道相互联通，热容片通道间壁厚0.4～1mm，通道内边长为2.5～3.0mm，比表面积超过800m²/m³。

高温低氧空气燃烧锅炉的使用方法，通过连接管与两热容室联通的空气烟气通道切换阀门，在2.5～10s之间切换一次，使空气和烟气交换流动通道。2.5～10s的切换周期保证了锅炉两个薄壁热容器联合运行的温度效率高于95％。另外，切换阀门动作后的2.5～10s时间里，滞留于热容室、连接管与炉膛的高温低氧浓度烟气来不及排出炉外，有效地稀释空气中含氧浓度到低于15％的程度，保证了炉内发生火焰充满整个炉膛的高温低氧空气燃烧。

火力发电厂、工业回收锅炉及各类民用、工业和生活锅炉都可以使用本发明。

发明两个薄壁热容器取代了传统锅炉的对流段设备，且没有了传统锅炉的燃烧器和稳定火焰设施。两个薄壁热容器回收离炉烟气高温显热的同时预热空气，保证了发明的经济性。反应物在火焰内停留时间长，不完全燃烧损失减小。燃料蒸发、裂解及自燃过程加速，燃烧效率提高。发明可燃用低热值气体燃料(如发生炉煤气、高炉煤气及铅锌密闭鼓风炉烟气等)。CO排放低于100ppm，NO_x排放低于100ppm，温度效率超过95％，节能率高达30％

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，发明包括绝热型炉壁1、热容室2和8、薄壁热容器3和7、金属软管4和6，空气烟气通道切换阀门5。炉壁1内嵌有水冷管。热容室通常成对设置。薄壁热容器3和7分别置于热容室2和热容室8内，热容器3和7及热容室2和8的一侧和炉壁面相切，热容室2和8的远离炉壁侧都留有1个气体空间。炉壁1和热容室2及热容室8以法兰方式相联结。热容室2通过金属软管4与空气烟气通道切换阀门5以法兰方式联接，热容室8通过金属软管6与空气烟气通道切换阀门5以法兰方式联接。金属软管4和6可减小炉膛1高温热应力对整个装置的破坏作用。薄壁热容器3的重量通过热容室2连同热容室2的重量传递至炉壁1，薄壁热容器7的重量通过热容室8连同热容室8的重量也传递至炉壁1。热容室2、薄壁热容器3及金属软管4和热容室8、薄壁热容器7及金属软管6的连接布置方式完全相同，两套连接可沿炉壁1集中布置，也可沿炉壁1分散布置。

薄壁热容器3和7由众多薄壁热容片叠置而成。热容片由以氧化铝成分为主的泥土烧制而成，具有蜂窝孔气流通道，通道之间间壁厚0.4～1mm，通道内边长2.5～3.0mm，比表面积超过800m²/m³。热容片叠置时，热容片之间为绝热型粘结剂，众多的热容片蜂窝孔通道相互联通，最大限度地减少气流流过蜂窝通道时的阻力损失。空气或烟气流过薄壁热容片蜂窝通道时，气体与通道内壁面对流与辐射换热热阻远大于热容片内部导热热阻(毕屋尔准则数远小与1)，以致于各个热容片始终以均匀一致的温度随时间变化而变化。

当空气流过薄壁热容器3时，烟气流过薄壁热容器7。高温烟气在空气烟气通道切换阀门5的排烟口负压作用下经由热容室8排出。在热容室8里，高温烟气将其携带的显热迅速储存于薄壁热容器7里，待烟气流出薄壁热容器7时温度已大幅度降低(高出环境温度100℃左右)且最终被排入大气。常温空气在空气烟气通道切换阀门5的进风口正压作用下经由热容室2进入炉膛1。在热容室2里，空气迅速取出储存于薄壁热容器3里的热量而升温到超过燃气自燃点温度水平。随着换热时间的延长，薄壁热容器7因储存了越来越多的热量而逐渐丧失回收烟气显热的能力，薄壁热容器3因放出了越来越多的热量而逐渐丧失预热空气的能力。2.5～10s后，空气烟气通道切换阀门5动作，空气和烟气交换流动路线，空气以逆流方式流过薄壁热容器3，烟气以逆流方式流过薄壁热容器7。此时，空气经切换阀门5、金属软管6及薄壁热容器7进入炉内；烟气经薄壁热容器3、金属软管4及切换阀门5排入大气。

2.5～10s切换阀动作，薄壁热容器7储存热量和薄壁热容器3释放热量的能力都没有明显下降，保持了两薄壁热容器联合运行温度效率高于95％。另外，切换阀动作时停止供应燃气，热容室、金属软管与炉膛内滞留了大量的温度高、氧气浓度低的烟气。在下一周期开始时，这些滞留烟气稀释了经薄壁热容器蜂窝孔通道送入的空气含氧浓度到低于15％的水平。2.5～10s恰好为炉内滞留的高温低氧浓度烟气全部排出的时间，喷入炉内的燃气分子始终能接触到温度高且氧气浓度低的助燃混合气流，因此很好地保证了全部运行时间里炉内发生高温低氧空气燃烧，炉内燃烧稳定，释热均匀，火焰充满整个炉膛。

Claims (2)

1.高温低氧空气燃烧锅炉，其特征在于：主要包括绝热型炉壁，热容室和烟气空气通道切换阀门，炉壁中内置水冷管，热容室成对设置，热容室通过连接管与空气烟气通道切换阀门联接，在热容室内装有薄壁热容器，薄壁热容器由具有蜂窝孔通道的薄壁热容片叠置而成，热容片由以氧化铝成分为主的泥土烧制而成，热容片之间充满绝热型粘结剂，热容片的蜂窝孔通道相互联通，热容片通道间壁厚0.4～1mm，通道内边长为2.5～3.0mm，比表面积超过800m²/m³。

2.高温低氧空气燃烧锅炉的使用方法，其特征在于：通过连接管与两热容室联通的空气烟气通道切换阀门，在2.5～10s之间切换一次，使空气和烟气交换流动通道。