專利名稱：富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于加熱爐技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)，可實現(xiàn)富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒，應(yīng)用于使用氣體燃料的的加熱爐，使加熱爐節(jié)能降耗的同時又降低氮氧化合物的排放。
背景技術(shù)：
加熱爐生產(chǎn)都具有高能耗、氧化燒損高、產(chǎn)生大量廢氣的弊端。高能耗使得加熱爐消耗大量的燃料，浪費了能源；較高的氧化燒損，造成被加熱物料的浪費；產(chǎn)生的大量廢氣中的氮氧化合物形成酸雨，對環(huán)境造成惡劣影響，同時加劇了全球溫室效應(yīng)。而隨著各種資源價格的提高、環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻以及政府更加嚴(yán)格的節(jié)能措施和環(huán)保政策，加熱爐生產(chǎn)急需一套可以節(jié)能降耗同時又減少氮氧化合物的燃燒系統(tǒng)。傳統(tǒng)燃燒中利用空氣助燃，助燃空氣中約79%的氮氣不參與燃燒，反而形成煙氣帶走燃燒產(chǎn)生的一部分熱量，浪費能源。而富氧及純氧燃燒技術(shù)使用富氧空氣或純氧助燃，減少了煙氣中的氮氣，從根本上減少了煙氣帶走的余熱；同時提高了爐氣中三原子分子 (co2、H2O)的比例，由于氮氣對于熱輻射是透明的，而三原子分子具有黑度，三原子分子比例的增加使得爐氣黑度提高，從而使?fàn)t內(nèi)輻射換熱加強，提高了爐內(nèi)傳熱效率，降低了燃料消耗，但同時由于火焰溫度高，使得氧化燒損增加。一般氣體燃料燃燒時，產(chǎn)生的氮氧化合物主要為熱力型氮氧化合物，由于富氧或純氧燃燒的火焰溫度高，導(dǎo)致燃燒中熱力型氮氧化合物生成量大量增加。據(jù)介紹，對于甲烷燃料來說，氧氣濃度30 %時燃燒產(chǎn)生的氮氧化合物濃度是普通空氣燃燒的3倍，氧氣濃度80%時產(chǎn)生的氮氧化合物濃度則為普通空氣燃燒的 100倍，當(dāng)采用純氧時由于供入的氮氣量減少，燃燒產(chǎn)生的氮氧化合物濃度是普通空氣燃燒的8倍。但從總體來看，在加熱爐上采用傳統(tǒng)富氧或純氧燃燒技術(shù)，火焰燃燒溫度高，排放的氮氧化合物總量是成倍增加的，同時也是造成氧化燒損高的主要原因?；鹧嫒紵郎囟雀?、爐氣氧濃度高和爐氣含氮量高是造成氧化燒損嚴(yán)重及高氮氧化合物生成的主要原因。參與燃燒的氣體預(yù)熱后獲得高溫，在貧氧濃度條件下可以實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，燃燒區(qū)的含氧體積濃度降低至4%仍能維持穩(wěn)定燃燒。采用高溫貧氧燃燒方式，爐內(nèi)氧氣濃度低，火焰體積也因此成倍擴大，大幅度降低了火焰峰值溫度，爐溫均勻且低于熱力型氮氧化合物的生成溫度，達(dá)到了氧化燒損低、氮氧化合物低的效果。但傳統(tǒng)貧氧燃燒使用空氣助燃，空氣中約79 %的氮氣增大煙氣量，帶走大量余熱，降低熱效率，并造成后續(xù)換熱設(shè)備及環(huán)保設(shè)備的負(fù)擔(dān)。因此，提供一種將富氧空氣或純氧供風(fēng)進(jìn)行高溫預(yù)熱后，在爐膛內(nèi)形成貧氧濃度燃燒，降低氧化燒損和氮氧化合物排放，同時提高加熱爐熱效率的的燃燒系統(tǒng)，對加熱爐領(lǐng)域節(jié)能降耗及環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)，利用富氧空氣或純氧供風(fēng)，減少煙氣帶走余熱，加強爐內(nèi)傳熱同時利用高溫?zé)煔庥酂釋︻A(yù)熱介質(zhì) (富氧空氣或純氧)進(jìn)行連續(xù)高效的預(yù)熱，通過系統(tǒng)各個組成部分的聯(lián)合工作使燃料在不同含氧量供風(fēng)的條件下達(dá)到高溫貧氧燃燒條件，弱化加熱爐內(nèi)的氧化性氣氛以大幅度降低被加熱物料氧化燒損率，從而解決加熱爐高能耗、低成材率及氮氧化合物排放的問題。本實用新型包括富氧或純氧裝置1、連續(xù)余熱回收裝置2、加熱爐3、高溫貧氧燃燒器4，富氧或純氧裝置1通過管路與連續(xù)余熱回收裝置2連接，連續(xù)余熱回收裝置2位于加熱爐煙道中，連續(xù)余熱回收裝置2的出口與高溫貧氧燃燒器4的富氧或純氧入口連接，高溫貧氧燃燒器4安裝在加熱爐3爐墻上。連續(xù)余熱回收裝置2置于加熱爐3的煙道中，由富氧或純氧裝置1得到的壓力6000Pa 7000Pa，氧含量大于21 %的富氧空氣或純氧，進(jìn)入置于煙道中的連續(xù)余熱回收裝置2，與加熱爐3產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谶B續(xù)余熱回收裝置2中換熱，使煙氣的排煙溫度降至250 300°C，同時將富氧空氣或純氧預(yù)熱到500 550°C。高溫富氧空氣或純氧、燃?xì)庖约安糠譄煔庥筛邷刎氀跞紵?混合均勻，在爐內(nèi)貧氧氣氛中實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，提高熱效率的同時降低了被加熱物料的氧化燒損和氮氧化合物生成。本實用新型將富氧空氣或純氧用于高溫貧氧燃燒器供風(fēng)，從而減少煙氣中氮氣的含量，從根本上減少煙氣帶走的余熱，減少后續(xù)換熱設(shè)備和環(huán)保設(shè)備的負(fù)擔(dān)，同時提高爐氣中三原子分子(C02、H20)的含量，使?fàn)t氣黑度由空氣助燃時的0.795提高到純氧燃燒的 0.819，強化輻射換熱，提高加熱效率。由富氧或純氧裝置1、連續(xù)余熱回收裝置2、加熱爐3、 高溫貧氧燃燒器4組成的整個燃燒系統(tǒng)協(xié)同控制富氧或純氧裝置控制富氧或純氧的含氧量、壓力、流量；連續(xù)余熱回收裝置控制富氧或純氧預(yù)熱溫度；高溫貧氧燃燒器實現(xiàn)高溫貧氧燃燒；加熱爐反饋爐氣溫度、爐氣含氧量等參數(shù)，使燃燒系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)貧氧燃燒及工藝加熱溫度。本實用新型設(shè)計了一種高溫貧氧燃燒器，該高溫貧氧燃燒器利用爐內(nèi)煙氣回流， 降低富氧空氣或純氧的氧氣濃度，實現(xiàn)爐內(nèi)高溫貧氧燃燒，燃燒溫度低于熱力型氮氧化合物的生成溫度，同時特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得燃燒器在不同含氧量供風(fēng)的條件下仍能實現(xiàn)穩(wěn)定的貧氧燃燒。高溫貧氧燃燒器各個功能結(jié)構(gòu)包括燃?xì)膺M(jìn)口 5、環(huán)氧進(jìn)口 6、富氧噴嘴進(jìn)口 7、富氧噴嘴縮頸8、煙氣循環(huán)通道9、富氧噴嘴10、中部環(huán)氧通道11、燃?xì)馔ǖ?2。燃?xì)膺M(jìn)口 5與燃?xì)夤苈愤B接，環(huán)氧進(jìn)口 6和富氧噴嘴進(jìn)口 7與高溫富氧或純氧管路連接，富氧噴嘴縮頸8位于富氧噴嘴進(jìn)口后部，并與煙氣循環(huán)通道9及富氧噴嘴10連接，中部環(huán)氧通道11位于燃?xì)馔ǖ?2外圍，煙氣循環(huán)通道9、富氧噴嘴10、中部環(huán)氧通道11、燃?xì)馔ǖ?2均連到加熱爐爐膛內(nèi)。燃?xì)馔ㄟ^燃?xì)膺M(jìn)口 5進(jìn)入燃燒器，富氧空氣或純氧通過環(huán)氧進(jìn)口 6和富氧噴嘴進(jìn)口 7進(jìn)入燃燒器，富氧空氣或純氧在富氧噴嘴通道經(jīng)縮徑8加速后，卷吸煙氣循環(huán)通道9內(nèi)的煙氣，通過減小噴嘴直徑，調(diào)節(jié)富氧或純氧壓力在6000 7000Pa范圍，使卷吸煙氣后的混合氣氧含量達(dá)到4 15%。中部環(huán)氧通道11中的富氧或純氧與燃?xì)馔ǖ?2中的燃?xì)庠诔隹谔幓旌?，穩(wěn)定燃燒。燃?xì)饫^續(xù)擴散與富氧噴嘴10噴出的貧氧濃度混合氣混合燃燒。本實用新型的優(yōu)點和積極效果本實用新型的特別之處在于組成燃燒系統(tǒng)的各個部分聯(lián)合工作，實現(xiàn)了不同加熱能力下富氧或純氧供風(fēng)，減少了煙氣中的氮氣含量，同時提高了爐氣中三原子分子的含量， 從而減少煙氣帶走的余熱并且提高了爐內(nèi)換熱效率。本發(fā)明的另一特征在于燃燒系統(tǒng)采用了一種既能高效燃燒又能降低氮氧化合物排放的貧氧燃燒器，且在不同含氧量供風(fēng)條件下仍能實現(xiàn)穩(wěn)定的貧氧燃燒。燃燒器通過直接取自爐膛的回流煙氣而非排空煙氣來沖淡空氣氧濃度，通過結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和參數(shù)上的優(yōu)化，提高了富氧空氣或純氧的流速，富氧通道形成了較大的負(fù)壓區(qū)，回流煙氣可在負(fù)壓作用下無需任何動力裝置進(jìn)入富氧通道，高溫?zé)煔獾倪M(jìn)入一方面極大沖淡了富氧空氣或純氧的氧濃度，另一方面對高溫富氧空氣或純氧再次預(yù)熱，使燃燒在貧氧狀態(tài)下進(jìn)行，被加熱物料的氧化燒損率和氮氧化合物生成量大幅降低，燃燒狀況更好，且通過控制富氧空氣或純氧的壓力及改變噴嘴直徑，在不同含氧量供風(fēng)的條件下，仍能調(diào)節(jié)富氧空氣或純氧與煙氣的混合比例，從而使混合氣達(dá)到所需的氧濃度。本發(fā)明節(jié)約燃料、降低氧化燒損、降低氮氧化合物排放，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。

圖1為本實用新型的整體系統(tǒng)示意圖。其中，富氧或純氧裝置1、連續(xù)余熱回收裝置2、加熱爐3、高溫貧氧燃燒器4。圖2為高溫貧氧燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，燃?xì)膺M(jìn)口 5、環(huán)氧進(jìn)口 6、富氧噴嘴進(jìn)口 7、富氧噴嘴縮頸8、煙氣循環(huán)通道9、富氧噴嘴10、中部環(huán)氧通道11、燃?xì)馔ǖ?2。
具體實施方式
本實用新型包括富氧或純氧裝置1、連續(xù)余熱回收裝置2、加熱爐3、高溫貧氧燃燒器4，富氧或純氧裝置1通過管路與連續(xù)余熱回收裝置2連接，連續(xù)余熱回收裝置2位于加熱爐煙道中，連續(xù)余熱回收裝置2的出口與高溫貧氧燃燒器4的富氧或純氧入口連接，高溫貧氧燃燒器4安裝在加熱爐3爐墻上。連續(xù)余熱回收裝置2置于加熱爐3的煙道中，由富氧或純氧裝置1得到的壓力6000Pa 7000Pa，氧含量大于21 %的富氧空氣或純氧，進(jìn)入置于煙道中的連續(xù)余熱回收裝置2，與加熱爐3產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谶B續(xù)余熱回收裝置2中換熱，使煙氣的排煙溫度降至250 300°C，同時將富氧空氣或純氧預(yù)熱到500 550°C。高溫富氧空氣或純氧、燃?xì)庖约安糠譄煔庥筛邷刎氀跞紵?混合均勻，在爐內(nèi)貧氧氣氛中實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，提高熱效率的同時降低了被加熱物料的氧化燒損和氮氧化合物生成。富氧或純氧裝置1根據(jù)爐溫、爐氣氧濃度、富氧或純氧的預(yù)熱溫度等參數(shù)，提供特定壓力(6000 7000Pa)、含氧量(> 21% )的富氧空氣或純氧，送入到連續(xù)余熱回收裝置 2，低溫富氧空氣或純氧連續(xù)通過換熱元件吸收煙氣物理熱，將溫度預(yù)熱到500 550°C，然后送至高溫貧氧燃燒器4。加熱爐3產(chǎn)生的高溫?zé)煔庀冗M(jìn)入連續(xù)余熱回收裝置2，把煙氣的物理熱傳遞給換熱元件，經(jīng)過煙 排入大氣。高效余熱回收裝置2監(jiān)測煙氣、富氧空氣或純氧的溫度，調(diào)節(jié)進(jìn)出口兩換熱介質(zhì)(煙氣、富氧空氣或純氧)流速。富氧空氣或純氧通過燃燒器環(huán)氧進(jìn)口 6和富氧噴嘴進(jìn)口 7進(jìn)入燃燒器，富氧空氣或純氧在富氧噴嘴通道經(jīng)縮徑 8加速后，卷吸煙氣循環(huán)通道9內(nèi)的煙氣，通過減小噴嘴直徑以及調(diào)節(jié)富氧空氣或純氧的壓力(6000 7000P)，達(dá)到所需氧含量(4 15% )。中部環(huán)氧通道11中的富氧空氣或純氧與燃?xì)馔ǖ?2中的燃?xì)庠诔隹谔幓旌?，起到提高火焰穩(wěn)定性的作用。燃?xì)饫^續(xù)擴散與富氧噴嘴10噴出的貧氧濃度的混合氣混合燃燒。由于混合氣氧濃度降低，火焰體積明顯增大， 爐內(nèi)溫度場均勻，溫差范圍減小。整個燃燒系統(tǒng)的聯(lián)合工作，使加熱爐在不同加熱能力下能夠?qū)崿F(xiàn)貧氧燃燒，燃燒溫度低于熱力型氮氧化合物的生成溫度，且由于富氧空氣或純氧供風(fēng)，煙氣中氮氣的減少，減少了煙氣帶走的熱量。三原子分子含量增加，使輻射換熱大大加強，提高了整體換熱效率。 實踐證明，與傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)節(jié)能35 50 %，氧化燒損降低30 %左右， 氮氧化合物排放降低50 80%。
權(quán)利要求1.一種富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)，包括富氧或純氧裝置、連續(xù)余熱回收裝置、加熱爐、高溫貧氧燃燒器，其特征在于，富氧或純氧裝置(1)通過管路與連續(xù)余熱回收裝置(2)連接，連續(xù)余熱回收裝置(2)位于加熱爐煙道中，連續(xù)余熱回收裝置(2)的出口與高溫貧氧燃燒器(4)的富氧或純氧入口連接，高溫貧氧燃燒器(4)安裝在加熱爐(3)爐墻上；連續(xù)余熱回收裝置(2)置于加熱爐(3)的煙道中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫貧氧燃燒器(4)包括燃?xì)膺M(jìn)口(5)、環(huán)氧進(jìn)口(6)、富氧噴嘴進(jìn)口(7)、富氧噴嘴縮頸 (8)、煙氣循環(huán)通道(9)、富氧噴嘴(10)、中部環(huán)氧通道(11)、燃?xì)馔ǖ?12)；燃?xì)膺M(jìn)口(5) 與燃?xì)夤苈愤B接，環(huán)氧進(jìn)口(6)和富氧噴嘴進(jìn)口(7)與高溫富氧或純氧管路連接，富氧噴嘴縮頸(8)位于富氧噴嘴進(jìn)口后部，并與煙氣循環(huán)通道(9)及富氧噴嘴(10)連接，中部環(huán)氧通道(11)位于燃?xì)馔ǖ?12)外圍，煙氣循環(huán)通道(9)、富氧噴嘴(10)、中部環(huán)氧通道(11)、 燃?xì)馔ǖ?12)均連到加熱爐爐膛內(nèi)。
專利摘要一種富氧或純氧供風(fēng)的高溫貧氧燃燒系統(tǒng)，屬于加熱爐技術(shù)領(lǐng)域。富氧或純氧裝置、連續(xù)余熱回收裝置、加熱爐、高溫貧氧燃燒器；富氧或純氧裝置通過管路與連續(xù)余熱回收裝置連接，連續(xù)余熱回收裝置位于加熱爐煙道中，連續(xù)余熱回收裝置的出口與高溫貧氧燃燒器的富氧或純氧入口連接，高溫貧氧燃燒器安裝在加熱爐爐墻上。優(yōu)點在于，實現(xiàn)了不同加熱能力下富氧或純氧供風(fēng)，減少了煙氣中的氮氣含量，同時提高了爐氣中三原子分子的含量，從而減少煙氣帶走的余熱并且提高了爐內(nèi)換熱效率。
文檔編號F23L15/00GK202024353SQ20112007199
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者馮娜, 鄭克明 申請人:北京沃克能源科技有限公司