專利名稱：生物能源高效燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括多種生物質(zhì)在內(nèi)的低熱值燃料可單燒或混燒的燃燒系統(tǒng)領(lǐng)域。
2.
背景技術(shù)：
人類居住的地球日漸暖化。這一點毋庸置疑，也己獲得了各國政府的共識。暖化的原因 主要是人類在近一個世紀以來大量燃燒化石燃料，排放大量的溫室氣體。全球變暖已引起嚴
重后果正在破壞自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡、造成自然災(zāi)害，更在威脅人類的食物供應(yīng)和居住環(huán) 境。由于經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國對能源的需求不斷增加，減排的壓力愈來愈大。這些問題需 要多種途徑去解決。大力開發(fā)新能源，如風(fēng)能、太陽能和地?zé)崮?，是一種途徑，但在可預(yù)見 的將來我們對化石燃料的巨大需求仍無法避免，而以石油、煤炭為主的一次能源卻又日益枯 竭。尋找化石燃料的可替代品已成當(dāng)務(wù)之急。在這種情況下，大力開發(fā)可再生燃料的清潔燃 燒技術(shù)非常必要。
可再生燃料作為產(chǎn)生熱能的來源已經(jīng)研究很多年了。生物質(zhì)，生物油和生物氣這樣的可 再生燃料是化石燃料好的替代品。然而，因生物質(zhì)產(chǎn)出的季節(jié)性而導(dǎo)致的供應(yīng)不足以及其發(fā) 熱值普遍較低等問題限制了它們在工業(yè)燃燒應(yīng)用中的有效性和重要性。基于此，該發(fā)明旨在 研發(fā)"復(fù)合燃料燃燒系統(tǒng)"，即包括多種生物質(zhì)在內(nèi)的低熱值燃料可單燒或混燒的燃燒系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將可以克服要維持清潔高效運行所面臨的難題，即單一生物質(zhì)燃料的供應(yīng)由于季節(jié)變 更或其它原因而中斷所引發(fā)的影響工業(yè)生產(chǎn)正常運行的問題。
該發(fā)明將利用最近十余年國際燃燒領(lǐng)域發(fā)展的一種最新的燃燒方式，即高溫空氣燃燒模 式。這種模式又被稱為溫和與強低氧稀釋。在高溫空氣燃燒設(shè)備中，燃燒可以發(fā)生在
1100-1700K這樣相對較低的溫度范圍，并具有熱流分布均勻和溫度波動小的特點。在最佳的 狀態(tài)下，火焰消失且無聲無息。理想的高溫空氣燃燒過程最初是反應(yīng)物和廢氣的混合，接著 空氣在加熱并稀釋的條件下與燃料進行反應(yīng)，在最終的反應(yīng)燃燒區(qū)，溫度較低且均勻，化學(xué) 反應(yīng)較慢。結(jié)果是，相比傳統(tǒng)燃燒，這種燃燒的效率可提高(甚至超過)30n/。,NOx和CO等 污染物的排放降低70%。該技術(shù)由于集節(jié)能與環(huán)保于一身，被國際燃燒界譽為21世紀最有發(fā) 展前途的燃燒技術(shù)之一。目前在日本、德國和美國高溫空氣燃燒已較成功地應(yīng)用于冶金、機 械、化工、陶瓷等工業(yè)部門的一些燃氣爐窯上。但過去的研究表明，要實現(xiàn)高溫空氣燃燒， 混合物的溫度須大于800。C且含氧濃度低于15%。這些要求又大大地局限了它的工業(yè)應(yīng)用。
值得注意的是，高溫空氣燃燒還可以應(yīng)用于目前受推崇的C02的捕捉和地下(超過l公里)封存技術(shù)，即所謂的在廢油廢氣井中或海洋底部實施的"地質(zhì)封存"。封存的成本依賴 于煙氣的體積，則可通過提高熱效率(高溫空氣燃燒)或增加氧氣來減少這部分成本。另外， 高溫空氣燃燒可以應(yīng)用于低比熱燃料，比如來源于生物質(zhì)生成或煤礦排出的能源。己經(jīng)出版 的關(guān)于高溫空氣燃燒概念的應(yīng)用與不足的綜述中，介紹了其從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用領(lǐng)域中的問題， 還總結(jié)了高溫空氣燃燒在建模方面的最新進展。人們發(fā)現(xiàn)，在爐膛環(huán)境中高溫空氣燃燒能夠 增加30°/。的輻射熱。并且由于爐內(nèi)溫度分布更均勻，實際上也顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。此外 還大大減少了NO、 CO等污染物的排放。人們總結(jié)道，盡管最近十年來人們對這個燃燒概念 的研究保持濃厚的興趣，但對高溫空氣燃燒的穩(wěn)定性、火焰?zhèn)鞑ゼ邦A(yù)測方面的知識的相當(dāng)缺 乏。
盡管上述技術(shù)中使用的高溫空氣燃燒概念已經(jīng)為人所知有段時間，但在熱和煙氣的循環(huán) 條件下有關(guān)火焰結(jié)構(gòu)的狀況還有待進一步研究。目前在日本和歐洲，高溫空氣燃燒技術(shù)已經(jīng) 成功應(yīng)用于一些工業(yè)中，并且已經(jīng)開發(fā)出對其他工業(yè)的潛在應(yīng)用前途。若結(jié)合基礎(chǔ)理論和創(chuàng) 新方法來實現(xiàn)這項燃燒技術(shù)，高溫空氣燃燒可以為更多系統(tǒng)所選擇。特別地，高溫空氣燃燒 方式可以用于鋼鐵工業(yè)中的退火、淬火和回火等環(huán)節(jié)，也能在很多其他化工行業(yè)中得到廣泛 使用。本發(fā)明旨在將高溫空氣燃燒概念進一步發(fā)展成為能在同一裝置上有效燃燒氣、液、固 多種生物質(zhì)燃料的燃燒模式。 3.

發(fā)明內(nèi)容
以化石燃料為主的一次能源正日益枯竭。生物質(zhì)燃料是化石燃料的理想替代品，但因季 節(jié)性導(dǎo)致的供應(yīng)問題限制了它們的有效利用。該項目旨在研發(fā)能匹配多種生物質(zhì)燃料的高效 清潔燃燒系統(tǒng)，以消除單一品種燃料供應(yīng)引起的工業(yè)應(yīng)用問題。實驗證明高溫空氣燃燒模式 能使氣、固狀燃料高效清潔燃燒，本申請?zhí)峁┮环N生物能源高效燃燒方法實現(xiàn)上述目的。
為達到上述目的所采用的技術(shù)方案是在同一爐膛中使用氣、固狀燃料都能實現(xiàn)高溫空 氣燃燒的燃燒模式。發(fā)明者都對解決這一關(guān)鍵技術(shù)有豐富的經(jīng)驗和足夠知識積累。我們的解
決方案是(1)采用對沖雙燃燒器布置和(2)利用可控混合的、自激發(fā)抖動射流(se 1 f-exci ted oscillating-jet)噴嘴。首先試驗傳統(tǒng)的氣狀(天然氣)和固體燃料(煤粉)，然后使用生物 氣和生物質(zhì)。最近我們已經(jīng)在阿德萊德大學(xué)的高溫空氣燃燒爐膛中使用木屑燃料并已獲得成 功。
本網(wǎng)絡(luò)改進技術(shù)的有益效果是，它的完成將對高溫空氣燃燒在實際工業(yè)中的廣泛應(yīng)用提 供理論基礎(chǔ)，因此具有重要的指導(dǎo)意義；并可能在節(jié)能減排方面所面臨的重大關(guān)鍵科學(xué)技術(shù) 問題、瓶頸技術(shù)問題的解決具有很大的實質(zhì)性作用。
44.
具體實施例方式
第一階段該發(fā)明一開始將建一有機玻璃模型爐。然后利用實驗室現(xiàn)有的先迸的激光手 段測量爐內(nèi)冷態(tài)非燃燒流場特性，包括測量速度、濃度等分布。這將幫助我們更好地了解燃 料噴嘴布置、流量和種類對爐膛內(nèi)燃燒穩(wěn)定性以及整個爐子運行的影響。如何使爐子適用于 難以測量的固體燃料，這方面的數(shù)據(jù)將非常有價值。
第二階段上述工作完成后，參照已有的系統(tǒng)和冷態(tài)實驗結(jié)果加以設(shè)計，建造用于該項 目研究的高溫空氣燃燒燃燒系統(tǒng)。建造完成后投入試運并解決可能出現(xiàn)的未預(yù)期的問題。確 定可燃用多種可再生燃料的高溫空氣燃燒系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)。燃燒器的布置采用對沖形式和同 側(cè)不同角度等；還將采取傳統(tǒng)直流和抖動可控射流噴嘴。
第三階段這一階段將對實驗爐使用氣體燃料進行試驗。開始會使用壓縮天然氣(CNG)
和液化石油氣(LPG)。接下來會使用添加C02和N2等惰性氣體的生物氣。使用生物氣面臨的主
要問題是其組分會隨時間變化，因而將對不同組分進行試驗。實驗還將對爐內(nèi)溫度分布、廢 氣組分及運行演變過程進行測試。
第四階段這一階段將對固體生物質(zhì)燃料進行實驗。為了確立對沖布置的燃燒器對復(fù)合
燃料的適應(yīng)性，這一步將至關(guān)重要。實驗將使用三種主要燃料，它們分別是鋸削末、橄欖果 渣和小桉木。這些燃料代表不同密度和組分特性的燃料。很重要的一點是，通過該研究我們 能夠了解這些燃料在使用前的準備工作和費用。從而估算它們在整個運行費用中所占的份額。 燃料準備工作中重要的變量有顆粒大小、水分含量和傳送方式。
權(quán)利要求
1、一種生物能源高效燃燒方法，用以消除單一品種燃料供應(yīng)引起的工業(yè)應(yīng)用問題，其特征在于在同一爐膛中使用氣、固狀燃料都能實現(xiàn)高溫空氣燃燒的燃燒模式，采用對沖雙燃燒器布置和利用可控混合的、自激發(fā)抖動射流噴嘴。
全文摘要
以化石燃料為主的一次能源正日益枯竭。生物質(zhì)燃料是化石燃料的理想替代品，但因季節(jié)性導(dǎo)致的供應(yīng)問題限制了它們的有效利用。該發(fā)明旨在研發(fā)能匹配多種生物質(zhì)燃料的高效清潔燃燒系統(tǒng)，以消除單一品種燃料供應(yīng)引起的工業(yè)應(yīng)用問題。實驗證明高溫空氣燃燒模式能使氣、固狀燃料高效清潔燃燒。因此選擇研發(fā)生物質(zhì)高溫空氣燃燒系統(tǒng)，在同一爐膛中使用氣、固狀燃料都能實現(xiàn)高溫空氣燃燒的燃燒模式，采用對沖雙燃燒器布置和利用可控混合的、自激發(fā)抖動射流噴嘴。
文檔編號F23C1/12GK101551101SQ20081008883
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者馮寶平, 超 劉, 嶸 李 申請人:劉 超;李 嶸;馮寶平