CN101893253A

CN101893253A - 燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法及装置

Info

Publication number: CN101893253A
Application number: CN2010102718259A
Authority: CN
Inventors: 魏伯卿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2010-11-24

Abstract

燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，包括较高线速度的富氧气体通过小扩散角富氧喷嘴送到燃烧火焰某部位助燃，所述的富氧气体经增压后，以与喷射的燃料成12度~45度并以燃料流速1.5~5.0倍的线速度射流进入燃料流区混合而燃烧，富氧气体进入的位置为燃烧火焰中心部位稍偏燃料喷嘴位置。还提供了相应的装置。本发明具有以下优点：利用专用小扩散角富氧射流喷嘴和热辐射原理，能在不增加燃料消耗和不改变原炉的任何结构并且只有富氧预热系统和富氧喷嘴与炉体接触的条件下，最大限度地提高燃烧火焰区域温度。

Description

燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法及装置

技术领域

本发明涉及燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法及装置，适用于各种燃料和所有燃烧炉，如燃油燃气的工业锅炉、加热炉、冶炼炉、陶瓷窑炉、玻璃窑炉、水泥窑炉和焚烧炉等，属于综合节能减排技术领域和燃烧科学技术领域。

背景技术

一般燃烧炉的目的大多都是用于加热某种介质、烘烤某些物质或焚烧某些物质，这都有必要达到设计的温度，但很多燃烧炉特别是一些老燃烧炉因使用年岁过长或因生产负荷加大而导致燃烧温度偏低，也有的因地方环保要求减少硫化物排放而将燃油炉改成燃天然气或煤气炉，改燃气后的燃烧温度要比燃油温度低，这将影响燃烧炉的正常生产；而对于焚烧炉如果燃烧温度达不到设计要求，可能有大量未被焚烧的有毒有害物质排入大气而造成严重污染。

燃料燃烧所放出来的热量包含在气态的燃烧产物中，燃料燃烧时其气态燃烧产物所能达到的温度称为燃料的燃烧温度。燃烧火焰最高温度一般大约在火焰顶部靠近燃料喷嘴三分之一左右的兰色火焰处。影响燃烧温度的因素及提高燃烧温度的途径如下：

（1）燃料的发热量越高，燃烧温度也越高。因此，当要求较高温度时，应选用发热量高的优质燃料。

（2）将空气和燃料预热可以提高燃烧温度，而且预热温度越高燃烧温度也越高，特别是预热空气的意义更大。

（3）尽量减少炉子的热损失，如炉墙的散热损失、蓄热损失、开启炉门辐射热损失等。

（4）尽量保证燃料完全燃烧，减少机械不完全燃烧及化学不完全燃烧。

（5）在保证完全燃烧的情况下，应尽量减小空气过剩系数及利用富氧助燃等。

现在很多燃烧炉用户都比较重视助燃空气的预热和燃烧炉的保温，但对富氧助燃了解不多，应用富氧助燃的就更少。国外如日本、韩国、欧洲等能源比较紧张的国家和地区新上的燃烧炉很多都使用富氧燃烧，但他们的富氧燃烧大多都是整体增氧助燃，整体增氧助燃成本高而且副作用多，对提高燃烧温度效果达不到最好。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述不足、并利用局部增氧助燃方法和射流技术提高燃烧温度的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法。

燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，包括燃料和富氧气体各自进入燃烧炉中聚集在一起混合而燃烧，其特征在于：

1、较高线速度的富氧气体是通过小扩散角富氧喷嘴（200920195812.0）送入燃烧火焰的中心部位稍偏燃料喷嘴位置，富氧喷嘴与燃料喷嘴之间的夹角为12度~45度，富氧气体的线速度为燃料线速度的1.5~5.0倍，加富氧助燃后不减小燃料流量。

2、由于上述改进，使燃烧中心燃料与富氧气体混合充分并具有充足的助燃氧，从而使燃烧中心处于高氧燃烧而较大地提高了燃烧中心的燃烧温度，在不减小燃料流量的条件下，加富氧燃烧能较大地提高燃烧中心温度，一般燃油可提高20~120℃、燃天然气可提高20~90℃、燃煤可提高20~110℃，因为在给火焰某部位注入富氧后，可降低燃料燃点、提高燃烧强度、加快燃烧速度、提高火焰黑度，所以可较大地提高燃烧火焰的温度；此外加富氧助燃后原助燃风量有较大的减少，因此辐射室因三原子分子浓度增高而较大地提高了辐射室烟气的热辐射效率，从而较大地提高辐射室的平均温度。

3、因为本发明只通过专用富氧射流喷嘴将富氧气体送入燃烧中心而不改变炉膛内燃料喷嘴和被加热介质管等的排列分布结构，所以加富氧前后炉膛内烟气以热辐射为主的热传导方式不变；这样在利用富氧局部增氧射流助燃后，如果不减小燃料供给流量，就能较大地提高燃烧温度，包括较大地提高燃烧火焰的温度和辐射室的平均温度。

4、如果利用富氧局部增氧射流助燃后，燃烧火焰温度提高太多而超过生产工艺要求时，则可以通过减少燃料供应流量来调节燃烧火焰温度。

5、如果利用富氧局部增氧射流助燃后，燃烧火焰温度提高后还达不到生产工艺要求时，则可以通过增加燃料供应流量来调节燃烧火焰温度；利用局部增氧射流助燃后，适量地增加燃料供应流量不会影响燃烧炉的燃烧和热效率。

相应地，本发明根据上述方法还提供了相应的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的装置，包括氧气富集装置和富氧气体喷射装置，还包括气体增压装置，气体增压装置为一增压泵，增压泵连接富氧气体喷嘴前的富氧气体预热器和氧气富集装置，氧气富集装置富集的氧气经气体增压泵增压后，顺次进入富氧预热器、富氧气体喷嘴，然后喷射进入燃烧火焰指定部位；富氧气体喷嘴与燃料喷嘴夹角为12度~45度的角度（燃料越稠、燃料喷嘴越大、燃烧状况越差、燃烧火焰越长，其富氧气专用射流喷嘴与燃料喷嘴的夹角就越大），富氧气体以燃料流速1.5~5.0倍的线速度（燃料越稠、燃料喷嘴越大、燃烧状况越差、燃烧火焰越长，其富氧气体与燃料流速的速比要越大）射流进入燃烧火焰的中心部位稍偏燃料喷嘴位置；氧气富集装置可以是：膜法富氧装置、深冷法富氧装置、变压吸附法富氧装置、多级顺磁分离法富氧装置（200910152415.X）或其他能制取富氧气体的装置；本发明实施例的氧气富集装置是以膜法制取富氧装置为例。

还设置红外测温仪和富氧喷嘴微调装置，在调节富氧喷嘴与燃料喷嘴的相对位置和夹角时，借助红外测温仪，选择燃烧火焰中轴线上几个测温点测量火焰温度，以燃烧火焰某点温度达到最大时确定富氧喷嘴与燃料喷嘴的位置和角度，从而最大限度地提高燃烧温度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1．利用专用小扩散角富氧射流喷嘴和热辐射原理，能在不增加燃料消耗和不改变原炉的任何结构并且只有富氧预热系统和富氧喷嘴与炉体接触的条件下，最大限度地提高燃烧火焰区域温度；同时还能因减少助燃风量而增加烟气中三原子分子的浓度而较大地提高烟气的热辐射效率，进而提高辐射室的平均温度。

2．借助红外测温仪的帮助，通过调节富氧气喷嘴与燃料喷嘴的夹角，使燃烧火焰某区域的温度提高到最大。

3．利用富氧局部增氧射流助燃，可以利用现有的设备增加一定量的燃料流量来最大限度地提高燃烧温度和辐射室平均温度。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例中富氧喷嘴与燃料喷嘴相对位置的结构示意图；

图3是图1所示实施例中喷嘴微调装置结构示意图。

图中：1、过滤棉 2、高效空气过滤器 3、送风装置 4、富氧膜装置 5、真空泵 6、气水分离装置 7、气体增压装置 8、富氧预热器 9、富氧气体分配器 10、调节阀 11、喷嘴微调装置 12、富氧气喷嘴 13、燃料喷嘴 14、燃烧炉 15、富氧气喷嘴与燃料喷嘴的夹角Φ 16、燃烧火焰 17、红外测温仪 18、被加热介质管 19、金属环 20、中心支撑环 21、多个调节螺栓 22、富氧气喷嘴管 23、燃料流量调节阀

具体实施方式

在图1—3所示的实施例中：过滤棉1固定在高效空气过滤器2的入口，送风装置3连接于高效空气过滤器2的出口与富氧膜装置4之间，富氧膜装置4的出口依次经真空泵5、气水分离装置6接气体增压装置7，气体增压装置7为一增压泵，气体增压装置7出口接富氧预热器8的入口，富氧预热器8的出口连接富氧气体分配器9，富氧气体分配器9的每个出口管线均装有调节阀10，每个调节阀10都连接一个喷嘴微调装置11及对应的富氧气喷嘴12，燃烧炉14上每个燃料喷嘴13的两侧对称设置两个或叁个富氧气喷嘴12，每个富氧气喷嘴12可在红外测温仪17的帮助下，通过调节喷嘴微调装置11上的多个调节螺栓21，调节富氧气喷嘴管22在金属环19和中心支撑环20中的相对位置，从而调节富氧气喷嘴12与燃料喷嘴13的相对位置及夹角Φ15，使富氧气体以设定的线速度和某个角度切入到燃烧火焰16（即燃料喷口到火焰顶端区）的中心部位稍偏燃料喷嘴13的位置集中高效射流助燃。

借助红外测温仪17测量温度，调节富氧喷嘴12与燃料喷嘴13的相对位置和夹角Φ15，当测量燃烧火焰16中轴线上某个测温点的火焰温度达到最大时，确定富氧喷嘴12与燃料喷嘴13的位置和角度Φ15，从而最大限度地提高燃烧火焰温度。

如图3所示，喷嘴微调装置11包括金属环19、垂直于金属环19轴线螺纹安装在金属环19上的多个调节螺栓21和一个中心支撑环20，其中富氧气喷嘴管22依次间隙穿过金属环19和中心支撑环20，连接富氧气喷嘴12，多个调节螺栓21均布在金属环19上，端部抵触在富氧气喷嘴管道22上。

Claims

1.燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，包括燃料和富氧气体各自进入燃烧炉（14）中聚集在一起混合而燃烧，其特征在于：较高线速度的富氧气体通过小扩散角喷嘴（12）送入燃烧火焰的中心部位稍偏燃料喷嘴（13）位置，富氧喷嘴（12）与燃料喷嘴（13）之间的夹角（15）为12度~45度，富氧气体的线速度为燃料线速度的1.5~5.0倍，加富氧助燃后不减小燃料流量。

2.如权利要求1所述的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，其特征在于：使燃烧中心燃料与富氧气体混合充分并具有充足的助燃氧，从而使燃烧中心处于高氧燃烧而较大地提高了燃烧中心的燃烧温度；在不减小燃料流量的条件下，加富氧燃烧能较大地提高燃烧中心温度，一般燃油可提高20~120℃、燃天然气可提高20~90℃、燃煤可提高20~110℃；因为在给火焰某部位注入富氧后，可降低燃料燃点、提高燃烧强度、加快燃烧速度、提高火焰黑度，所以可较大地提高燃烧火焰的温度；此外加富氧助燃后原助燃风量有较大的减少，因此辐射室因三原子分子浓度增高而较大地提高了辐射室烟气的热辐射效率，从而较大地提高辐射室的平均温度。

3.如权利要求1所述的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，其特征在于：因为本发明只通过专用富氧射流喷嘴（12）将富氧气体送入燃烧中心而不改变炉膛内燃料喷嘴（13）和被加热介质管（18）等的排列分布结构，所以加富氧前后炉膛内烟气以热辐射为主的热传导方式不变；这样在利用富氧局部增氧射流助燃后，如果不减小燃料供给流量，就能较大地提高燃烧温度，包括较大地提高燃烧火焰（16）的温度和辐射室的平均温度。

4.如权利要求1所述的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的方法，其特征在于：如果利用富氧局部增氧射流助燃后，燃烧火焰（16）温度提高还达不到生产工艺要求时，则可以通过增加燃料供应流量来提高燃烧火焰（16）温度；利用局部增氧射流助燃后，一定范围内增加燃料供应流量不会影响燃烧炉（14）的燃烧和热效率。

5.燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的装置，包括氧气富集装置和富氧气体喷射装置，还包括气体增压装置（7），气体增压装置（7）连接富氧气体喷嘴（12），富氧气体喷嘴（12）与燃料喷嘴（13）夹角（15）为12度~45度的角度（燃料越稠、燃料喷嘴越大、燃烧状况越差、燃烧火焰越长，其富氧气专用射流喷嘴与燃料喷嘴的夹角就越大），富氧气体以燃料流速1.5~5.0倍的线速度（燃料越稠、燃料喷嘴越大、燃烧状况越差、燃烧火焰越长，其富氧气体与燃料流速的速比要越大）射流进入燃烧火焰（16）的中心部位稍偏燃料喷嘴（13）位置；氧气富集装置可以是：膜法富氧装置、深冷法富氧装置、变压吸附法富氧装置、多级顺磁分离法富氧装置或其他能制取富氧气体的装置。

6.如权利要求5所述的燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高燃烧温度的装置，其特征在于：还设置红外测温仪（17）和富氧喷嘴微调装置（11），在调节富氧喷嘴（12）与燃料喷嘴（13）的相对位置和夹角（15）时，借助红外测温仪（17），选择燃烧火焰（16）中轴线上几个测温点测量火焰温度，以燃烧火焰（16）某点温度达到最大时确定富氧喷嘴（12）与燃料喷嘴（13）的位置和角度（15），从而最大限度地提高燃烧温度。