[发明专利]用于低热值燃气的无焰燃烧系统及方法

说明书

一种用于低热值燃气的无焰燃烧系统，包括炉膛，其头部设置有带点火器的烧嘴；燃气管道，其连接至该烧嘴，用于输送高热值燃气和/或低热值燃气；高热值燃气预热炉膛组件，其包括连接至该燃气管道的高热值燃气供给装置，用于提供高热值燃气；空气冷却管预热空气组件，其包括空气供给装置和空气冷却管，该空气供给装置提供常温空气，该空气冷却管设置于该空气供给装置和烧嘴之间，并且该空气冷却管的中间段沿着该炉膛的内壁伸入炉膛内，将常温空气在炉膛内预热后输送至烧嘴；以及低热值燃气无焰燃烧组件，其包括连接至该燃气管道的低热值燃气供给装置，用于提供低热值燃气。本发明实现了低热值燃气的稳定无焰燃烧，清洁高效，能源利用率高。

技术领域

本发明涉及燃气清洁高效燃烧设备领域，尤其涉及一种用于低热值燃气的无焰燃烧系统及方法。

背景技术

低热值燃气并没有明确的概念，通常根据气体燃料自身发热量可将气体燃料分为三类，发热量大于15.07MJ/Nm³的为高热值燃料，发热量在6.28～15.07MJ/Nm³的为中热值燃料，而发热量小于6.28MJ/Nm³的为低热值燃料。工业中常见的低热值气体燃料主要有化工过程低热值尾气、高炉煤气、石油化工行业冶炼尾气、煤矿低浓度瓦斯气等。另外生物质通过热解气化产生的H₂、CO、N₂、CO₂、CH₄等成分的可燃气体，养殖行业产生的沼气，垃圾填埋产生以CH₄、CO₂为主的可燃气体也属于低热值气体。

传统方法中处理低热值气体最常见且费用最低的方法为直接燃烧法。但直接燃烧方法一般适用于热值较高的气体处理。另外直接燃烧将造成能量无法充分回收利用，能源浪费严重，且可能存在由燃烧不完全所产生的污染物，同时在气体下高温燃烧会产生大量NO_x，为优化我国的能源结构，保证国家能源安全，在大力发展可再生能源的基础上，需充分利用能源生产及工业生产中产生的低热值气体。如何实现低热值气体稳定燃烧，减少直接排放造成的环境问题，实现气体能源的高效清洁利用，成为困扰燃烧界的难题。开发一种新型的低热值气体燃烧技术和设备，对缓解能源紧张，提高能源利用率，改善居住环境，具有重要的意义。

无焰燃烧(Flameless combustion，MILD combustion)是一种新型的清洁高效燃烧技术。该技术通过高速射流形成烟气卷吸且炉内低氧浓度，温度高于燃料自燃点而实现。与传统燃烧方式相比，反应在大区域、甚至整个炉膛内进行，火焰锋面消失；NO_x和CO等污染物的生成显著减少；炉膛整体温度提高、辐射传热增强，被国际燃烧界视为最有潜力的清洁燃烧技术之一。目前大气污染日趋严重，发展清洁燃烧技术尤为重要。无焰燃烧技术从源头直接避免的生成，可大幅度降低烟气后处理压力，提高能源利用的环境友好性。

目前，对于低热值燃气的无焰燃烧利用，在最新的文献研究中，有采用预热炉膛从而实现无焰燃烧的。但传统实现无焰燃烧的手段主要是采用蓄热体进行预热，基本流程是将炉膛所排放的高温烟气分成两股后分别通过两个气体通道进行输送，并且利用烟气对在两个气体通道中均设置的蓄热体进行蓄热，然后分别用于对空气和燃气进行预热。等蓄热体蓄热饱和时，再通过空气四通换向阀和燃气换向阀进行切换，进入下一个蓄热和燃烧周期。

需要指出的是，采用蓄热体蓄热时，可能会由于燃气预热温度过高而导致燃气裂解，对燃烧系统造成一定影响，在燃气换向的瞬间还可能会使燃气造成泄漏，加大了意外风险，且使用蓄热体燃烧，设备比较复杂，也不利于对原有设备或传统通设备进行改造。另外单纯预热炉膛的燃烧系统会造成大量热量被高温烟气带走，能量未得到充分利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于低热值燃气的无焰燃烧系统，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：