CN111964046A - 一种低氮燃烧综合利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低氮燃烧综合利用***，这种低氮燃烧综合利用***通过斯特林机根据正常运行所需余热热源的温度，采用高温斯特林发电机组和低温斯特林发电机组，通过斯特林机加热器，吸收锅炉余热转化为机器内部工质的膨胀动力，推动活塞及连杆往复运动，从而带动曲轴及与之相连接的发电机旋转发电，并实现并网输出；斯特林发电***结构简单，生产、维护成本低；利用高、低温余热发电，提高了热、电转化效率；本发明可以有效节约能源，提高生物质气转换率，转化率可以达到70‑80％；燃烧充分，可以有效的降低Nox排放，使其排放在国家标准以下。

Description

一种低氮燃烧综合利用***
技术领域
本发明属于燃烧装置的技术领域，具体涉及一种低氮燃烧综合利用***。
背景技术
由于我国的富煤、少油、缺气现实国情状况下，煤的燃烧还会将长期持续下去。在当今严格的环保技术指标的情况下，如何将煤炭的燃烧与排放，达到与接近天然气燃烧与排放效果的同等水平。这将是燃烧技术工作者与环保技术工作者，所面临的急待解决的问题。
矿物燃料日益短缺，其导致的环境问题日趋严峻，生物能源作为可替代能源之一，越发受到重视。生物质能具有独特的优点：可再生性,低污染性,广泛分布性和总量丰富。开发利用生物质能等具有环境友好、可再生和资源十分丰富的清洁能源资源，是解决中国石油、煤炭短缺，保障国家能源安全，保护生态环境，提高我国持续发展能力的主要战略措施。
氮氧化物的排放是形成大气雾霾、酸雨的重要原因，为了加大环境治理力度，环保部门日益收严氮氧化物的排放标准，要求已有锅炉要进行低氮改造，新建锅炉要采用低氮燃烧技术，以确保氮氧化物排放量在30mg/m 3以下。
根据燃烧机理，当燃烧火焰锋面温度高于1500℃时，就开始生成氮氧化物，且火焰锋面温度每升高100℃，氮氧化物的合成速度就增加6-7倍。
为了降低氮氧化物的排放，就必须降低火焰的锋面温度，近来，人们开始研发全预混冷凝锅炉，这种锅炉采用预混技术和换热冷凝技术，不仅可以降低氮氧化物的排放，而且可以实现节能，达到节能、环保的目的。
预混技术是将燃气与空气在燃烧前以一定的比例进行混合，通过增大过量空气系数增加火焰区的吸热工质来降低火焰的温度，进而降低氮氧化物的生成。
换热冷凝技术是通过高传热系数的换热管将火焰产生的热量传给换热管内的水，水将热量导出，降低火焰区的温度，抑制热力型氮氧化物的生成，另外，换热冷凝技术充分利用了燃烧产生的热量，能够提高锅炉的热效率。
在目前的自由活塞的斯特林发电技术中，一般通过一级回热器，通过热声效应将外部提供的热量转换成机械功，再用机械功驱动直线发电机进行发电。随着所需发电功率的增加，斯特林发动机部分的换热器和回热器需要增加直径和长度，或是通过多台发电机共同使用来提供所需电量，不仅影响换热器和回热器等部件适用性，而且增加了发电机的安装空间，加大了发电机工作时的噪音污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低火焰温度，又不至于提高NOx排放量，同时防止出现回火现象；实现利用高、低温斯特林发电机组联合发电的低氮燃烧综合利用***。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种低氮燃烧综合利用***，包括气化炉、燃烧器和锅炉，所述气化炉的出气口通过管道与所述燃烧器的燃料进口连接，所述燃烧器安装在所述锅炉上，所述锅炉设置两个排烟口通过管道与烟囱连接；在所述排烟口与烟囱之间分别安装热能回收***，预热风管分别与两个热能回收***连接后分别与辅助混合室连接，烟囱通过管道和风机与气化炉的烟气入口连接，热能回收***包括高温机组与低温机组；
所述高温机组包括置于锅炉高温段的高温侧炉内换热器，所述高温侧炉内换热器通过高温侧相变介质循环管道将内部高温相变介质输送至高温侧换热器，所述高温侧换热器连接于多个高温热声斯特林发电机，所述高温斯特林发电机内部工质气体经与所述高温相变介质热交换后推动活塞发电；
所述低温机组包括置于锅炉低温段的低温侧炉内换热器，所述低温侧炉内换热器通过低温侧相变介质循环管道将内部低温相变介质输送至低温侧换热器，所述低温侧换热器连接于多个低温热声斯特林发电机，所述低温斯特林发电机内部工质气体经与所述低温相变介质热交换后推动活塞发电。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述辅助混合室设置第一出口与混合器的入口连接，所述辅助混合室设置第二出口与气化炉高温空气入口和燃烧器的助燃空气第二入口连接，所述混合器的出口与燃烧器的助燃空气第一入口连接。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述燃烧器包括进气管、燃烧外腔和燃烧内腔，所述进气管设置第一开口与燃烧外腔连接相通，所述进气管设置第二开口与燃烧内腔切向连通；所述燃烧外腔设置在燃烧内腔外的夹套空间内，所述燃烧外腔的末端与燃烧内腔的末端相通。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述燃烧外腔与第一开口之间设置预混腔，所述预混腔与燃烧外腔之间设置均风板，所述预混腔与第一开口相通。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述高温侧相变介质循环管道于所述锅炉高温段外侧设置有高温侧外部保温，所述低温侧相变介质循环管道于所述锅炉低温段外侧设置有低温侧外部保温。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述高温侧相变介质循环管道于所述高温侧换热器两端分别设置有高温侧阀门，所述低温侧相变介质循环管道于所述低温侧换热器两端分别设置有低温侧阀门。
上述的低氮燃烧综合利用***，所述高温侧相变介质循环管道上设置有高温侧循环泵，所述低温侧相变介质循环管道上设置有低温侧循环泵。
本发明的优点在于：本发明这种低氮燃烧综合利用***通过斯特林机根据正常运行所需余热热源的温度，采用高温斯特林发电机组和低温斯特林发电机组，通过斯特林机加热器，吸收锅炉余热转化为机器内部工质的膨胀动力，推动活塞及连杆往复运动，从而带动曲轴及与之相连接的发电机旋转发电，并实现并网输出；斯特林发电***结构简单，生产、维护成本低；利用高、低温余热发电，提高了热、电转化效率；本发明可以有效节约能源，提高生物质气转换率，转化率可以达到70-80％；燃烧充分，可以有效的降低Nox排放，使其排放在国家标准以下。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
本发明提供一种低氮燃烧综合利用***，包括气化炉、燃烧器和锅炉，所述气化炉的出气口通过管道与所述燃烧器的燃料进口连接，所述燃烧器安装在所述锅炉上，所述锅炉设置两个排烟口通过管道与烟囱连接；在所述排烟口与烟囱之间分别安装热能回收***，预热风管分别与两个热能回收***连接后分别与辅助混合室连接，烟囱通过管道和风机与气化炉的烟气入口连接，热能回收***包括高温机组与低温机组；
所述高温机组包括置于锅炉高温段的高温侧炉内换热器，所述高温侧炉内换热器通过高温侧相变介质循环管道将内部高温相变介质输送至高温侧换热器，所述高温侧换热器连接于多个高温热声斯特林发电机，所述高温斯特林发电机内部工质气体经与所述高温相变介质热交换后推动活塞发电；
所述低温机组包括置于锅炉低温段的低温侧炉内换热器，所述低温侧炉内换热器通过低温侧相变介质循环管道将内部低温相变介质输送至低温侧换热器，所述低温侧换热器连接于多个低温热声斯特林发电机，所述低温斯特林发电机内部工质气体经与所述低温相变介质热交换后推动活塞发电。
高温侧炉内换热器吸收锅炉高温段内温度传递给高温侧相变介质管道内充满的相变介质，通过高温侧循环泵将高温相变介质输送到高温侧换热器内，相变介质在高温侧相变介质循环管道内流动过程中，高温侧外部保温对管道及高温侧换热器进行保温，当高温相变介质流经高温侧换热器内部时，高温斯特林发电机加热头内部工质气体将与高温相变介质进行换热，工质推动活塞从而带动曲轴旋转做功，再带动发电机进行发电；低温机组同理。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述辅助混合室设置第一出口与混合器的入口连接，所述辅助混合室设置第二出口与气化炉高温空气入口和燃烧器的助燃空气第二入口连接，所述混合器的出口与燃烧器的助燃空气第一入口连接。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述燃烧器包括进气管、燃烧外腔和燃烧内腔，所述进气管设置第一开口与燃烧外腔连接相通，所述进气管设置第二开口与燃烧内腔切向连通；所述燃烧外腔设置在燃烧内腔外的夹套空间内，所述燃烧外腔的末端与燃烧内腔的末端相通。将部分燃烧物质输入燃烧外腔进行燃烧；所述进气管设置第二开口与燃烧内腔切向连通，将其余生燃烧物质气输入燃烧内腔进行旋转燃烧；这样可以形成内外层分级燃烧，形成双重火焰叠加，燃烧更加充分，可以有效提高燃烧效率并降低NOx的排放。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述燃烧外腔与第一开口之间设置预混腔，所述预混腔与燃烧外腔之间设置均风板，所述预混腔与第一开口相通。
所述燃烧外腔设置在燃烧内腔外与壳体形成的夹套空间内，所述燃烧外腔的末端与燃烧内腔的末端相通，使内外两层燃烧的火焰在出口处叠加，进一步提高燃烧效率。在所述燃烧外腔与第一开口之间设置预混腔，所述预混腔与燃烧外腔之间设置均风板，所述预混腔与第一开口相通，通过设置的均风板将燃烧物质均匀的分布在所述燃烧外腔中，使燃烧更加均匀，燃烧效率得到提高。在所述第一开口处设置引导块，用于将燃料在引导块的引导下在均风板中均匀溢出，以达到燃料均匀分布的目的。其中，所述均风板可以是多孔板。所述燃烧外腔设置助燃空气第一入口，所述助燃空气第一入口与所述燃烧外腔可以为切向连接。助燃空气第一入口引用的是高温空气与烟气混合气，可以有效的提高燃烧效率。所述燃烧内腔设置助燃空气第二入口，所述助燃空气第二入口与燃烧内腔连接。助燃空气第二入口引用的是高温空气，可以有效提高燃烧温度以保证燃料稳定着火，与燃烧外腔火焰叠加，有效降低氮氧化物排放。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述高温侧相变介质循环管道于所述锅炉高温段外侧设置有高温侧外部保温，所述低温侧相变介质循环管道于所述锅炉低温段外侧设置有低温侧外部保温。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述高温侧相变介质循环管道于所述高温侧换热器两端分别设置有高温侧阀门，所述低温侧相变介质循环管道于所述低温侧换热器两端分别设置有低温侧阀门。
进一步地，本发明一种低氮燃烧综合利用***的较佳的实施例中，所述高温侧相变介质循环管道上设置有高温侧循环泵，所述低温侧相变介质循环管道上设置有低温侧循环泵。
本发明这种低氮燃烧综合利用***通过斯特林机根据正常运行所需余热热源的温度，采用高温斯特林发电机组和低温斯特林发电机组，通过斯特林机加热器，吸收锅炉余热转化为机器内部工质的膨胀动力，推动活塞及连杆往复运动，从而带动曲轴及与之相连接的发电机旋转发电，并实现并网输出；斯特林发电***结构简单，生产、维护成本低；利用高、低温余热发电，提高了热、电转化效率；本发明可以有效节约能源，提高生物质气转换率，转化率可以达到70-80％；燃烧充分，可以有效的降低Nox排放，使其排放在国家标准以下。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种低氮燃烧综合利用***，包括气化炉、燃烧器和锅炉，其特征在于，所述气化炉的出气口通过管道与所述燃烧器的燃料进口连接，所述燃烧器安装在所述锅炉上，所述锅炉设置两个排烟口通过管道与烟囱连接；在所述排烟口与烟囱之间分别安装热能回收***，预热风管分别与两个热能回收***连接后分别与辅助混合室连接，烟囱通过管道和风机与气化炉的烟气入口连接，热能回收***包括高温机组与低温机组；
所述高温机组包括置于锅炉高温段的高温侧炉内换热器，所述高温侧炉内换热器通过高温侧相变介质循环管道将内部高温相变介质输送至高温侧换热器，所述高温侧换热器连接于多个高温热声斯特林发电机，所述高温斯特林发电机内部工质气体经与所述高温相变介质热交换后推动活塞发电；
所述低温机组包括置于锅炉低温段的低温侧炉内换热器，所述低温侧炉内换热器通过低温侧相变介质循环管道将内部低温相变介质输送至低温侧换热器，所述低温侧换热器连接于多个低温热声斯特林发电机，所述低温斯特林发电机内部工质气体经与所述低温相变介质热交换后推动活塞发电。
2.根据权利要求1所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述辅助混合室设置第一出口与混合器的入口连接，所述辅助混合室设置第二出口与气化炉高温空气入口和燃烧器的助燃空气第二入口连接，所述混合器的出口与燃烧器的助燃空气第一入口连接。
3.根据权利要求2所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述燃烧器包括进气管、燃烧外腔和燃烧内腔，所述进气管设置第一开口与燃烧外腔连接相通，所述进气管设置第二开口与燃烧内腔切向连通；所述燃烧外腔设置在燃烧内腔外的夹套空间内，所述燃烧外腔的末端与燃烧内腔的末端相通。
4.根据权利要求3所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述燃烧外腔与第一开口之间设置预混腔，所述预混腔与燃烧外腔之间设置均风板，所述预混腔与第一开口相通。
5.根据权利要求1所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述高温侧相变介质循环管道于所述锅炉高温段外侧设置有高温侧外部保温，所述低温侧相变介质循环管道于所述锅炉低温段外侧设置有低温侧外部保温。
6.根据权利要求5所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述高温侧相变介质循环管道于所述高温侧换热器两端分别设置有高温侧阀门，所述低温侧相变介质循环管道于所述低温侧换热器两端分别设置有低温侧阀门。
7.根据权利要求6所述的一种低氮燃烧综合利用***，其特征在于，所述高温侧相变介质循环管道上设置有高温侧循环泵，所述低温侧相变介质循环管道上设置有低温侧循环泵。
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