CN100443820C

CN100443820C - 采用稀薄－无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉

Info

Publication number: CN100443820C
Application number: CNB2005100226672A
Authority: CN
Inventors: 王宝源; 林其钊
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2005-12-24
Filing date: 2005-12-24
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2025-12-24
Also published as: CN1987286A

Abstract

本发明采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，特征是以预燃罩将空气输送管及其包围的一次燃料管出口罩住，该预燃罩的体积占炉膛空间的5-25%；从预燃罩向炉膛中引出数个旋流管，单个旋流管长度占预燃罩横截面直径的10%至100%；安置数个二次燃料管，其入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连接，出口端通向炉膛，与旋流管出口的距离为炉膛横截面直径的5%至25%；预燃罩中以较高的过量空气系数形成稀薄燃烧，产生的高温低氧混合气通过旋流管进入炉膛，与二次燃料发生反应，实现无焰燃烧。本发明锅炉缩短了无焰燃烧的预热时间至5到10分钟，高效低污染，氮氧化物排放浓度小于90ppm，热效率可达92%，降低了成本。

Description

采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉

技术领域：

本发明属于燃烧设备锅炉技术领域，特别涉及采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉。

背景技术：

《锅炉原理与计算》(冯俊凯、沈幼庭主编，科学出版社，1992，第60-64页)介绍了锅炉燃烧煤气的原理，提到了燃烧器出口会形成火舌或火炬。《燃油燃气锅炉结构设计及图册》(赵钦新等编著，西安交通大学出版社，2002，第54-56页)介绍了现代立式锅壳式燃油燃气锅炉的内部构造和工作方式，也提到了燃烧器出口会形成火舌或火炬。这些锅炉的问题是：由于火舌或火炬的存在，燃烧反应发生在较小的有限区域，一方面，在火舌或火炬处存在高温区，大气污染物氮氧化物(NO_x)的排放相当多，不容忽视，另一方面，燃烧不够充分，炉膛内温度不均匀，热效率有待提高。

中国专利申请号200510039296.9提出的《一种燃气或燃油锅炉》实现了无焰燃烧，这种燃烧没有前面所述锅炉中的火舌或火苗，是一种空间燃烧方式，燃烧反应发生在整个炉膛空间，具有高效节能、低污染等优点。然而，该锅炉要达到无焰燃烧，必须先点火将其内部的燃烧搅拌反应器加热至850℃以上，再通过高温的燃烧搅拌反应器加热燃料和空气，才能实现无焰燃烧。这样，需要占用较大炉膛空间的燃烧搅拌反应器，其长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％，有时还需要增设蓄热体，锅炉成本较高；其次，从点火燃烧至燃烧搅拌反应器达到850℃以上温度进入无焰燃烧状态的过程大约需1小时左右，需要的时间较长，特别不利于单次运作时间较短的锅炉。

发明内容：

本发明提出一种采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，以克服现有无焰燃烧锅炉预热时间较长的缺点，迅速实现无焰燃烧。

本发明采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，包括外层圆桶状或方桶状锅壳，内层圆桶状或方桶状炉胆，炉胆与锅壳之间设有水套，水套的进水管设在锅壳的下部，出水管设在锅壳的上部；炉胆与锅壳的一部分形成的用于燃烧和烟气流动的空间为炉膛，排烟口与炉膛相通，一次燃料管的出口端通向炉膛，其入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连接；空气输送管套在一次燃料管外形成环形的空气通道，该空气通道出口端通向炉膛，其入口端经空气流量控制器与风机相连接；一次燃料管出口端配有点火器；其特征在于：以圆桶状或方桶状预燃罩将空气输送管及其包围的一次燃料管出口罩住，该预燃罩的体积占炉膛空间的5％至25％；从预燃罩向炉膛中引出数个成蜗旋或螺旋状的旋流管，单个旋流管长度占预燃罩横截面直径的10％至100％；安置数个二次燃料管，其入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连接，出口端通向炉膛，与旋流管出口的距离为炉膛横截面直径的5％至25％。

所述预燃罩、旋流管及二次燃料管采用耐温不低于1500℃的耐火材料制作，所述耐火材料包括高铝砖、硅砖、复合碳化硅、镁砖或刚玉。

当预燃罩的壁厚大于0.02m时，所述旋流管也可采用镂空预燃罩壁形成的旋流通孔代替，旋流通孔整体上成蜗旋或螺旋形状，旋流通孔孔径为预燃罩壁厚的30％至100％。

所述水套也可以用换热盘管或换热排管代替。

与中国专利申请号200510039296.9提出的燃气或燃油锅炉相比较，由于本发明锅炉采用了预燃罩装置，可以通过预燃罩中第一阶段的稀薄燃烧方式，将常温的燃料和空气转变成无焰燃烧所需的高温低氧混合气；又因为本锅炉采用了旋流管和二次燃料管，预燃罩中燃烧生成的高温低氧混和气从旋流管高速喷出并形成旋流，与二次燃料管喷入的燃料充分混和反应，在炉膛形成第二阶段的无焰燃烧；因此本发明锅炉免去了中国专利申请号200510039296.9锅炉中须将燃烧搅拌反应器加热至850℃以上、再通过高温燃烧搅拌反应器加热燃料和空气的过程，将进入无焰燃烧状态的时间缩短至5到10分钟，提高了生产效率。本发明锅炉一方面继承了无焰燃烧高效低污染的特点，氮氧化物排放浓度小于90ppm，热效率可达92％；另一方面改变了实现无焰燃烧的方式，缩短无焰燃烧的预热时间至5到10分钟。

中国专利申请号200510039296.9提出的锅炉需要占用较大炉膛空间(长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％)的燃烧搅拌反应器，根据具体情况有时还须要增加蓄热体，而本发明锅炉不需要这些装置，简化了结构，降低了成本。

附图说明：

图1为实施例1燃气锅炉的纵向剖面结构示意图。

图2为实施例1燃气锅炉的预燃罩以及旋流管的横向剖面示意图。

图3为实施例2燃油锅炉的纵向剖面结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉的具体实施方式。

实施例1：一种预燃罩位于顶部的立式燃气锅炉

本实施例中采用锅炉蒸发量为0.5t/h的燃气锅炉。图1给出了本实施例燃气锅炉的纵向剖面结构示意图；图2为预燃罩和旋流管的横向剖面仰视示意图。如图所示：锅炉外层是圆桶状锅壳1，锅壳轴线与水平方向垂直，锅壳1用耐火砖包围，高3.5m，外径1.6m，内层是圆桶状炉胆2，炉胆2与锅壳1之间是水套3，水套3通过支架14辅助固定在锅壳1上，锅壳1与水套3之间夹有一层烟道与炉膛相通，锅壳1上方安装压力表与水套3相连通，锅壳侧上方安装水位计与水套3相连通，进水管4设在锅壳1的侧下部，与水套3相连通，出水管5设在锅壳1的侧上部，与水套3相连通，炉胆2与锅壳1底部形成炉膛，排烟口6与炉膛相通；在锅炉顶部中间安装一次燃料管7，截面圆形，外径0.03m，钢制，入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连，出口端穿过水套3伸向炉膛而且均分为8个圆孔，空气输送管套于一次燃料管7外面，并与其形成环形的空气通道8，空气通道8入口端经空气流量控制器与风机9相连，一次燃料管7出口端配有点火器10；用一个刚玉制作的圆桶状预燃罩11将空气输送管及其包围的一次燃料管7出口罩住，该预燃罩固定于炉胆顶部，高0.6m，外径0.4m，壁厚0.03m，镂空预热罩壁，形成四个旋流通孔12，整体上成蜗旋形状，旋流通孔孔径为0.02m，安置四个二次燃料管13，入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连，出口端通向炉膛，与旋流通孔12出口的距离为0.2m。

使用时，先将锅炉与外部供水(汽)系统连接好，将水循环系统(包括水套3、水管等)加水直到水位计所示的水位线超过炉胆高度5cm以上。启动风机9通风到空气通道8入口，吹扫1分钟后，通过空气流量控制器和燃料流量控制器控制预燃罩11里面的过量空气系数为1.1；向一次燃料管7通入燃料，启动点火器10，开始燃烧。再过2分钟后，调节燃料流量控制器，向二次燃料管13通入燃料，并逐渐增加二次燃料流量，同时增加预燃罩11里的过量空气系数至1.5，保持总体的过量空气系数在1.0至1.1。此后由于预热罩11中空气过量系数较高，形成稀薄燃烧，将常温燃料和空气转变成较高温度且较低氧气含量的混合气，经四个旋流通孔12排入炉膛中。因为旋流通孔12整体上呈蜗旋状，故高温低氧混合气排入炉膛后形成旋流，同时和二次燃料混合进一步形成高温低氧条件下的无焰燃烧。高温烟气通过辐射和对流方式加热炉胆2，从而使水套3中的水逐渐升温，蒸汽(或热水)从出水管5排出，冷水从进水管4补充，经过换热的低温烟气由排烟口6排出。

若要停止锅炉工作时，先切断燃料供给，再吹扫空气5分钟。

由于本发明锅炉采用了预燃罩装置，在通过燃料和空气流量控制器控制空气过量系数为1.5的情况下，预燃罩中能够形成第一阶段的燃烧，即稀薄燃烧，进而通过燃烧的方式将常温的燃料和空气转变成无焰燃烧所需的高温低氧混合气；由于本锅炉采用了旋流通孔和二次燃料管，高温低氧混和气从旋流通孔喷出并形成旋流，与二次燃料管喷入的燃料充分混和反应，在炉膛形成第二阶段的燃烧，即无焰燃烧；因此本锅炉免去了中国专利申请号200510039296.9锅炉须将燃烧搅拌反应器加热至850℃以上、再通过高温的燃烧搅拌反应器加热燃料和空气的过程，将进入无焰燃烧状态的时间缩短至5到10分钟，提高了生产效率。本锅炉不仅继承了无焰燃烧高效低污染的特点，氮氧化物排放浓度小于90ppm，热效率可达92％；而且改变了实现无焰燃烧的方式，无焰燃烧的预热时间只需5到10分钟。

中国专利申请号200510039296.9提出的锅炉需要占用较大炉膛空间的燃烧搅拌反应器其长度不小于炉膛长度的70％，横截面积占炉膛可用空间横截面积的50％-90％；根据具体情况还要加入额外的蓄热体；而本发明锅炉不需要这些装置，简化了结构，降低了成本。

实施例2：一种预燃罩位于底部的燃油锅炉

本实施例采用锅炉蒸发量为0.3t/h的燃油锅炉。图3为本实施例燃油锅炉纵向剖面结构示意图。如图所示：锅炉外层是方桶状锅壳1，高2.8m，横截面尺寸为1.3m×1.3m，内层方桶状炉胆2，炉胆2与锅壳1形成水套3，锅壳1上方安装压力表15与水套3相连，锅壳侧上方安装水位计16与水套3相连，为了增强换热，炉膛偏上布置与水平方向成10到25度角的三排水管17连通两侧的水套；一次燃料管7、空气输送管穿过锅壳1底部通向炉膛，一次燃料管7出口设有燃油雾化器喷嘴；用一个复合碳化硅制作的方桶状预燃罩11将一次燃料管7和空气输送管8罩住，该预燃罩固定在炉胆2底部，高0.5m，横截面尺寸为0.4m×0.4m，沿预燃罩11引出六个旋流管12伸向炉膛，这些旋流管整体上成螺旋形状，单个旋流管长0.05m，采用复合碳化硅制作，在炉胆2和预燃罩11之间均匀安置六个二次燃料管13，二次燃料管入口距离旋流管12出口0.15m。

其它与实施例1相同。

Claims

1、一种采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，包括外层圆桶状或方桶状锅壳，内层圆桶状或方桶状炉胆，炉胆与锅壳之间设有水套，水套的进水管设在锅壳的下部，出水管设在锅壳的上部；炉胆与锅壳的一部分形成的用于燃烧和烟气流动的空间为炉膛，排烟口与炉膛相通，一次燃料管的出口端通向炉膛，其入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连接；空气输送管套在一次燃料管外形成环形的空气通道，该空气通道出口端通向炉膛，其入口端经空气流量控制器与风机相连接；一次燃料管出口端配有点火器；其特征在于：以圆桶状或方桶状预燃罩将空气输送管及其包围的一次燃料管出口罩住，该预燃罩的体积占炉膛空间的5％至25％；从预燃罩向炉膛中引出数个成蜗旋或螺旋状的旋流管，单个旋流管长度占预燃罩横截面直径的10％至100％；安置数个二次燃料管，其入口端经燃料流量控制器与燃料供应管道相连接，出口端通向炉膛，与旋流管出口的距离为炉膛横截面直径的5％至25％。

2、如权利要求1所述采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，特征在于所述预燃罩、旋流管及二次燃料管采用耐温不低于1500℃的耐火材料制作，所述耐火材料包括高铝砖、硅砖、复合碳化硅、镁砖或刚玉。

3、如权利要求1所述采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，特征在于当预燃罩的壁厚大于0.02m时，所述旋流管用镂空预燃罩壁形成的旋流通孔代替，旋流通孔整体上成蜗旋或螺旋形状，旋流通孔孔径为预燃罩壁厚的30％至100％。

4、如权利要求1所述采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，特征在于所述水套代替为换热盘管或换热排管。