一种带双级烟气循环的多孔介质燃烧装置

1.本发明属于能源环境装置的技术领域，尤其涉及一种带双级烟气循环的多孔介质燃烧装置。
2.

背景技术：

3.为改善空气质量，国内外正加大天然气等清洁燃料的使用，一方面加大天然气的开发与引进，另一方面挖掘其他非常规气体清洁替代能源。当前，仍有大量工业生产过程中所产生的品质较低的低热值气体，它们的利用率并不高。可以利用燃烧方法将此类低品质气体转化为无害物质，实现非常规能源的高效清洁利用，降低温室气体排放，保护环境。
4.非常规气体燃料，流量、成分变化显著，有时所含可燃成分比例很低，如煤矿开采乏气甲烷体积含量甚至小于1%，热值很低。大量不可燃气体降低了燃烧温度和燃烧速率，使得燃烧稳定性大大降低，超出普通燃烧器的燃烧范围。为了改进此类气体燃烧稳定性，可以(a)利用多孔介质材料的回热、蓄热能力，(b) 提高反应起始反应温度，降低贫燃极限，甚至实现自燃，提高燃烧速度、缩短着火延迟时间、增强燃烧稳定性，(c)同时最大程度地减少烟气损失、实现燃烧系统的热量自维持。相应出现了一种往复式多孔介质燃烧技术，所处理低热值气体贫燃极限低至0.026；然而，多切换阀等动部件，结构复杂，运维困难，往往适用于大流量气流场合，灵活性不足。
5.而单向流动多孔介质燃烧技术，则结构简洁、无动部件，处理流量灵活性较强，适用于分散、小流量排放源。目前，单向流动多孔介质燃烧技术，初始反应温度普遍不高，贫燃极限燃气当量比一般在0.4-0.5之间，大大限制了对低热值气体处理的能力。为了回收烟气余热、可以通过烟道内的预热器由空气回收部分烟气余热，或者直接用风机由烟道抽取部分送至燃烧装置入口、提高初始反应温度。然而，受风机、管道材料影响，无论是空气预热还是尾部烟气循环，预热回收介质的温度一般不会高于500℃，对低热值气体燃烧稳定性改进程度依然有限。另外，由于多孔介质材料的存在，很难在炉膛内组织大范围的气体环流来促进高温烟气对新鲜进气的加热。
6.

技术实现要素：

7.本发明在很大程度上减少了排烟热量损失，大大拓展了多孔介质燃烧技术低热值气体处理范围，特别适用于流量较小、排放源分散的气源。
8.一种带双级烟气循环的多介质燃烧装置，包括一个由炉墙围成的炉膛，炉膛内填充多孔介质材料层，多孔介质材料层的下部设置布风板，多孔介质材料层与布风板之间形成混合室，位于混合室的炉膛的侧壁设置喷嘴，位于布风板下部的炉膛形成风箱；炉膛的中部放置炉内烟气循环管，炉内烟气循环管穿过多孔介质材料、混合室、风箱，炉内烟气循环管底端连接至文丘里；炉膛上部连接烟道，烟道连接炉外烟气循环管线，炉外烟气循环管线
连接至风机，风机下游连接至文丘里。
9.工作过程中，风机通过炉外烟气循环管线抽取烟道内的部分低温烟气，并送至文丘里，文丘里通过炉内烟气循环管抽吸炉膛上部高温烟气，随后文丘里将混合后的烟气送入风箱，并通过布风板进入混合室；燃气由燃气喷嘴进入混合室；循环烟气与燃气在混合室内混合后，进入多孔介质材料内向上流动并发生燃烧，烟气进入炉膛上部，部分高温烟气由炉内烟气循环管被文丘里抽吸循环，部分烟气冷却后进入烟道；进入烟道的烟气，部分被风机送至文丘里去抽吸高温烟气，部分离开燃烧装置。如上所述，通过风机、文丘里形成尾部烟气与炉内高温烟气的双级循环。循环后的烟气再次参与燃烧，如此循环不已。
10.本发明中，若采用高温风机，取自烟道的烟气温度可达500
°
c，来自炉内烟气循环管的高温烟气在1000
°
c以上；二者混合后的烟气与来自喷嘴的燃气混合。两级循环混合烟气可以最大程度地回收烟气余热，迅速加热预混合气体，使正常条件下难以燃烧的低热值燃料得以稳定燃烧。
11.本发明中，所处理低热值气体，可含氧气或不含氧气。若不含氧气或含氧量不足以支撑完全燃烧，可以混入适量空气后通过喷嘴送入混合室。运行过程中，还可以通过调整烟气循环流量，来适应低热值气体可燃气体浓度、流量等波动，亦可调整炉膛内的氧气浓度。通过两级烟气循环，可以实现低热值气体的高温、低氧燃烧，拓展了所能处理的气体贫燃极限，适用于更多种类的低热值气源，在保证燃烧稳定同时，降低氮氧化物的排放。
12.本发明提供一种带双级烟气循环的多介质燃烧装置，利用高温风机实现尾部烟气的外循环；在炉膛内设置一烟气回流管，并将外部循环烟气通入文丘里引射器抽取炉膛内部高温烟气，实现高温烟气的内部循环；循环后的烟气与低热值气体于多孔介质内混合燃烧，使燃料在高温低氧气氛中燃烧, 从而拓宽燃料可燃极限, 提高燃烧稳定性,显著降低污染物排放。在很大程度上减少了排烟热量损失，大大拓展了多孔介质燃烧技术低热值气体处理范围，特别适用于流量较小、排放源分散的气源。
13.附图说明
14.图1是本发明的多介质燃烧装置的结构示意图。
15.具体实施方式
16.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
17.一种带双级烟气循环的多介质燃烧装置，包括一个由炉墙4围成的炉膛3，炉膛3内填充多孔介质材料层5，多孔介质材料层5的下部设置布风板7，多孔介质材料层5与布风板7之间形成混合室11，位于混合室11的炉膛3的侧壁设置喷嘴6，位于布风板7下部的炉膛形成风箱10；炉膛3的中部放置炉内烟气循环管2，炉内烟气循环管2穿过多孔介质材料5、混合室11、风箱10，炉内烟气循环管2底端连接至文丘里8；炉膛3上部连接烟道1，烟道连接炉外烟
气循环管线12，炉外烟气循环管线12连接至风机9，风机9下游连接至文丘里8。
18.工作过程中，风机9通过炉外烟气循环管线12抽取烟道1内的部分低温烟气，并送至文丘里8，文丘里8通过炉内烟气循环管2抽吸炉膛3上部燃后高温烟气，随后文丘里8将混合后的烟气送入风箱10，并通过布风板7进入混合室11；燃气由燃气喷嘴6进入混合室11；循环烟气与燃气在混合室11内混合后，进入多孔介质材料5内向上流动并发生燃烧，烟气进入炉膛3上部，部分高温烟气由炉内烟气循环管2被文丘里8抽吸循环，部分烟气冷却后进入烟道12；进入烟道后的烟气，部分被风机11送至文丘里8去抽吸高温烟气。如上所述，通过风机9、文丘里8形成尾部烟气与炉内高温烟气的双级循环。循环后的烟气再次参与燃烧，如此循环不已。
19.本发明中，若采用高温风机，取自烟道12的烟气温度可达500
°
c，来自炉内烟气循环管2的高温烟气在1000
°
c以上；二者混合后的烟气与来自喷嘴6的燃气混合。两级循环混合烟气可以最大程度地回收烟气余热，迅速加热预混合气体，使正常条件下难以燃烧的低热值燃料得以稳定燃烧。
20.本发明中，所处理低热值气体，可含氧气或不含氧气。若不含氧气或含氧量不足以支撑完全燃烧，可以混入适量空气后通过喷嘴6送入混合室。运行过程中，还可以通过调整烟气循环流量，来适应低热值气体可燃气体浓度、流量等波动，亦可调整炉膛内的氧气浓度。通过两级烟气循环，可以实现低热值气体的高温、低氧燃烧，拓展了所能处理的气体贫燃极限，适用于更多种类的低热值气源，在保证燃烧稳定同时，降低氮氧化物的排放。
21.为克服现有的多孔介质燃烧技术上的预热温度不高、炉膛内难以组织气流循环等不足，本发明提出了一种带双级烟气循环的多孔介质燃烧装置，即由风机实现尾部低温烟气的外循环，进而通过文丘里实现炉膛内部高温烟气的内循环，获得高温混合烟气，(a)最终所得烟气温度甚至高于可燃成分自燃温度，能够明显拓展热值气体贫燃极，实现低浓度可燃组分的稳定热氧化；(b) 两级烟气循环大大提高了烟气余热利用，迅速加热预混合气体，以促进燃烧系统的自身热维持，使正常条件下难以燃烧的低热值燃料得以稳定燃烧。；(c)还可以降低炉膛内的氧气浓度，有利于降低nox的排放浓度。基于上述特点，两级烟气循环可以实现低热值气体的高温、低氧的清洁燃烧。
22.所处理的低热值气体，可以含氧，也可以不含氧。在送入燃烧装置内，可以根据燃烧需求，掺混空气，以调整混合气氧浓度、满足燃烧需求。与空气预热技术相比，烟气直接循环利用还具有如下优点，(a)减少温差损失，(b)如果低热值气体，其自身含氧量足够满足其内部可燃成分的燃烧需求，仅需要烟气循环进行余热回收即可，没有必要再引入额外空气，从而减少不必要的加热损失。