專利名稱：一種高溫低氧空氣燃燒鍋爐及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用逆流式緊湊型薄壁熱容器儲存釋放熱量和煙氣空氣通道高頻切換原理在爐內(nèi)實現(xiàn)沒有火焰、溫度均勻、高效節(jié)能和低NOx排放燃燒的工業(yè)鍋爐。適用于火力發(fā)電廠、自備電廠和造紙廠的回收鍋爐及各種民用、工業(yè)和生活鍋爐使用。
背景技術(shù)：
工業(yè)鍋爐是工業(yè)加熱的常用熱工設(shè)備之一。傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐裝置中，助燃空氣中含氧濃度的加大，煙氣余熱回收和助燃空氣溫度提高，有利于燃燒和熱能利用。從目前燃燒技術(shù)的應(yīng)用來看，單純增加含氧量已減少了燃料消耗，但同時帶來了一些新問題，如火焰體積小，火焰局部溫度高，燃燒室內(nèi)溫度分布不均等。就傳統(tǒng)空氣預(yù)熱和煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用來看，通過設(shè)置省煤器和空氣預(yù)熱器，綜合應(yīng)用其它各種強化燃燒傳熱技術(shù)，已取得了高的熱效率，但這些裝置占地面積大、體積龐大，增加了一次投資和維護費用。另外，傳統(tǒng)鍋爐還具有如下方面的缺點煙氣余熱回收多數(shù)采用間壁式換熱技術(shù)，受換熱效率、材質(zhì)抗熱抗蝕能力和系統(tǒng)漏損等限制，間壁式換熱系統(tǒng)的空氣預(yù)熱溫度難于超過600℃，爐膛內(nèi)平均燃燒溫度不高，不能燃燒低熱值燃料；需要設(shè)計燃燒器以穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒火焰；由于火焰體積小，單位火焰體積燃燒放熱強度大，火焰溫度高，為熱力型NOx排放創(chuàng)造了有利條件；燃燒溫度高，受熱面氧化燒損大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)鍋爐的對流換熱設(shè)備體積龐大，爐膛內(nèi)燃燒火焰體積小、NOx生成多且不能燃用低熱值燃料等缺點，本發(fā)明提供一種采用緊湊型逆流式薄壁熱容器儲存釋放熱量來大幅度縮小裝置尺寸，通過煙氣空氣通道高頻切換途徑在爐膛內(nèi)實現(xiàn)高溫預(yù)熱低氧濃度燃燒的鍋爐裝置。
高溫低氧空氣燃燒鍋爐，主要包括絕熱型爐壁，熱容室和煙氣空氣通道切換閥門，爐壁中內(nèi)置水冷管，熱容室成對設(shè)置，熱容室通過連接管與空氣煙氣通道切換閥門聯(lián)接，在熱容室內(nèi)裝有薄壁熱容器，薄壁熱容器由具有蜂窩孔通道的薄壁熱容片疊置而成，熱容片由以氧化鋁成分為主的泥土燒制而成，熱容片之間充滿絕熱型粘結(jié)劑，熱容片的蜂窩孔通道相互聯(lián)通，熱容片通道間壁厚0.4～1mm，通道內(nèi)邊長為2.5～3.0mm，比表面積超過800m2/m3。
高溫低氧空氣燃燒鍋爐的使用方法，通過連接管與兩熱容室聯(lián)通的空氣煙氣通道切換閥門，在2.5～10s之間切換一次，使空氣和煙氣交換流動通道。2.5～10s的切換周期保證了鍋爐兩個薄壁熱容器聯(lián)合運行的溫度效率高于95％。另外，切換閥門動作后的2.5～10s時間里，滯留于熱容室、連接管與爐膛的高溫低氧濃度煙氣來不及排出爐外，有效地稀釋空氣中含氧濃度到低于15％的程度，保證了爐內(nèi)發(fā)生火焰充滿整個爐膛的高溫低氧空氣燃燒。
火力發(fā)電廠、工業(yè)回收鍋爐及各類民用、工業(yè)和生活鍋爐都可以使用本發(fā)明。
發(fā)明兩個薄壁熱容器取代了傳統(tǒng)鍋爐的對流段設(shè)備，且沒有了傳統(tǒng)鍋爐的燃燒器和穩(wěn)定火焰設(shè)施。兩個薄壁熱容器回收離爐煙氣高溫顯熱的同時預(yù)熱空氣，保證了發(fā)明的經(jīng)濟性。反應(yīng)物在火焰內(nèi)停留時間長，不完全燃燒損失減小。燃料蒸發(fā)、裂解及自燃過程加速，燃燒效率提高。發(fā)明可燃用低熱值氣體燃料(如發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣及鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐煙氣等)。CO排放低于100ppm，NOx排放低于100ppm，溫度效率超過95％，節(jié)能率高達(dá)30％


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1所示，發(fā)明包括絕熱型爐壁1、熱容室2和8、薄壁熱容器3和7、金屬軟管4和6，空氣煙氣通道切換閥門5。爐壁1內(nèi)嵌有水冷管。熱容室通常成對設(shè)置。薄壁熱容器3和7分別置于熱容室2和熱容室8內(nèi)，熱容器3和7及熱容室2和8的一側(cè)和爐壁面相切，熱容室2和8的遠(yuǎn)離爐壁側(cè)都留有1個氣體空間。爐壁1和熱容室2及熱容室8以法蘭方式相聯(lián)結(jié)。熱容室2通過金屬軟管4與空氣煙氣通道切換閥門5以法蘭方式聯(lián)接，熱容室8通過金屬軟管6與空氣煙氣通道切換閥門5以法蘭方式聯(lián)接。金屬軟管4和6可減小爐膛1高溫?zé)釕?yīng)力對整個裝置的破壞作用。薄壁熱容器3的重量通過熱容室2連同熱容室2的重量傳遞至爐壁1，薄壁熱容器7的重量通過熱容室8連同熱容室8的重量也傳遞至爐壁1。熱容室2、薄壁熱容器3及金屬軟管4和熱容室8、薄壁熱容器7及金屬軟管6的連接布置方式完全相同，兩套連接可沿爐壁1集中布置，也可沿爐壁1分散布置。
薄壁熱容器3和7由眾多薄壁熱容片疊置而成。熱容片由以氧化鋁成分為主的泥土燒制而成，具有蜂窩孔氣流通道，通道之間間壁厚0.4～1mm，通道內(nèi)邊長2.5～3.0mm，比表面積超過800m2/m3。熱容片疊置時，熱容片之間為絕熱型粘結(jié)劑，眾多的熱容片蜂窩孔通道相互聯(lián)通，最大限度地減少氣流流過蜂窩通道時的阻力損失。空氣或煙氣流過薄壁熱容片蜂窩通道時，氣體與通道內(nèi)壁面對流與輻射換熱熱阻遠(yuǎn)大于熱容片內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻(畢屋爾準(zhǔn)則數(shù)遠(yuǎn)小與1)，以致于各個熱容片始終以均勻一致的溫度隨時間變化而變化。
當(dāng)空氣流過薄壁熱容器3時，煙氣流過薄壁熱容器7。高溫?zé)煔庠诳諝鉄煔馔ǖ狼袚Q閥門5的排煙口負(fù)壓作用下經(jīng)由熱容室8排出。在熱容室8里，高溫?zé)煔鈱⑵鋽y帶的顯熱迅速儲存于薄壁熱容器7里，待煙氣流出薄壁熱容器7時溫度已大幅度降低(高出環(huán)境溫度100℃左右)且最終被排入大氣。常溫空氣在空氣煙氣通道切換閥門5的進風(fēng)口正壓作用下經(jīng)由熱容室2進入爐膛1。在熱容室2里，空氣迅速取出儲存于薄壁熱容器3里的熱量而升溫到超過燃?xì)庾匀键c溫度水平。隨著換熱時間的延長，薄壁熱容器7因儲存了越來越多的熱量而逐漸喪失回收煙氣顯熱的能力，薄壁熱容器3因放出了越來越多的熱量而逐漸喪失預(yù)熱空氣的能力。2.5～10s后，空氣煙氣通道切換閥門5動作，空氣和煙氣交換流動路線，空氣以逆流方式流過薄壁熱容器3，煙氣以逆流方式流過薄壁熱容器7。此時，空氣經(jīng)切換閥門5、金屬軟管6及薄壁熱容器7進入爐內(nèi)；煙氣經(jīng)薄壁熱容器3、金屬軟管4及切換閥門5排入大氣。
2.5～10s切換閥動作，薄壁熱容器7儲存熱量和薄壁熱容器3釋放熱量的能力都沒有明顯下降，保持了兩薄壁熱容器聯(lián)合運行溫度效率高于95％。另外，切換閥動作時停止供應(yīng)燃?xì)?，熱容室、金屬軟管與爐膛內(nèi)滯留了大量的溫度高、氧氣濃度低的煙氣。在下一周期開始時，這些滯留煙氣稀釋了經(jīng)薄壁熱容器蜂窩孔通道送入的空氣含氧濃度到低于15％的水平。2.5～10s恰好為爐內(nèi)滯留的高溫低氧濃度煙氣全部排出的時間，噴入爐內(nèi)的燃?xì)夥肿邮冀K能接觸到溫度高且氧氣濃度低的助燃混合氣流，因此很好地保證了全部運行時間里爐內(nèi)發(fā)生高溫低氧空氣燃燒，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，釋熱均勻，火焰充滿整個爐膛。
權(quán)利要求
1.高溫低氧空氣燃燒鍋爐，其特征在于主要包括絕熱型爐壁，熱容室和煙氣空氣通道切換閥門，爐壁中內(nèi)置水冷管，熱容室成對設(shè)置，熱容室通過連接管與空氣煙氣通道切換閥門聯(lián)接，在熱容室內(nèi)裝有薄壁熱容器，薄壁熱容器由具有蜂窩孔通道的薄壁熱容片疊置而成，熱容片由以氧化鋁成分為主的泥土燒制而成，熱容片之間充滿絕熱型粘結(jié)劑，熱容片的蜂窩孔通道相互聯(lián)通，熱容片通道間壁厚0.4～1mm，通道內(nèi)邊長為2.5～3.0mm，比表面積超過800m2/m3。
2.高溫低氧空氣燃燒鍋爐的使用方法，其特征在于通過連接管與兩熱容室聯(lián)通的空氣煙氣通道切換閥門，在2.5～10s之間切換一次，使空氣和煙氣交換流動通道。
全文摘要
一種應(yīng)用薄壁熱容器并用高頻切換實現(xiàn)高溫低氧空氣燃燒的工業(yè)鍋爐。主要包括成對設(shè)置的逆流式緊湊型薄壁熱容器，熱容器由熱容器疊置而成，熱容片的蜂窩通道間壁厚0.4～1mm，通道內(nèi)邊長2.5～3.0mm；當(dāng)空氣快速吸收一熱容器儲存的熱量時煙氣顯熱快速儲存于另一熱容器里，2.5～10s后切換閥動作，空氣和煙氣交換通道，保證鍋爐溫度效率高于95％。切換閥動作后的2.5～10s里滯留于爐膛內(nèi)的高溫低氧煙氣來不及排出爐外，能稀釋空氣含氧濃度到15％以下，爐內(nèi)發(fā)生NO
文檔編號F23J15/00GK1963370SQ200610032559
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者艾元方, 蔣紹堅, 蔣受寶, 張毅, 孫英文, 張燦, 陳玉琴, 馬慶飛 申請人:中南大學(xué)