低濃度可燃氣體的燃燒方法及流化反應器技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種低濃度可燃氣體的燃燒方法，具體步驟包括：首先，將低濃度可燃氣體和助燃空氣分別通入換熱器進行熱交換；然后，將經(jīng)過熱交換后的低濃度可燃氣體和助燃空氣通入流化反應器的混合腔內(nèi)進行混合；再將混合后的氣體通過所述布風板進入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了一種實現(xiàn)上述方法的流化反應器。本發(fā)明專利技術(shù)不但能夠使低濃度可燃氣體可靠著火和穩(wěn)定燃燒，而且流化反應器內(nèi)溫度波動??；燃燒腔既可作為反應器又可作為蓄熱器，流化反應器工作在常壓下時負荷調(diào)節(jié)范圍較寬，混合氣體中可燃成分的濃度高于２％時便可維持燃燒，故適應低濃度可燃氣體燃燒。

Combustion method of low concentration combustible gas and fluidizing reactor

The invention discloses a combustion method of low concentration combustible gas, the specific steps include: first, the low concentration of combustible gas and combustion air are respectively inserted into a heat exchanger for heat exchange; then, the after heat exchange of low concentration of combustible gas and combustion air into the fluidized reaction device for mixing chamber the combustion chamber of gas mixing; mixing through the air distribution plate into the burner; gas after combustion as a heat source heat exchanger. The invention also provides a fluidizing reactor for realizing the said method. The invention can not only make the low concentration of combustible gas and reliable ignition and stable combustion, and the temperature fluctuation inside the fluidized reactor; the combustion chamber can be used as a reactor and a heat accumulator, flow reactor under atmospheric pressure when the load range is wide, concentration of combustible components in mixed gas is higher than 2% can keep burning, so to adapt to the low concentration of flammable gas combustion.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及低濃度可燃氣體的燃燒方法及其燃燒器，尤其涉及一種采用流化反應器燃燒低濃度可燃氣體的方法及流化反應器。
技術(shù)介紹
在煤礦開采、化學工業(yè)、石油工業(yè)和鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的含有甲 烷、一氧化碳、氫氣等可燃性氣體的廢氣。廢氣中可燃性氣體的濃度常常低于10%，甚至低 于5%，通常把濃度低于10%的可燃性氣體稱為低濃度可燃性氣體。以煤礦開采為例，礦井 瓦斯廢氣主要可燃氣體是甲烷，且甲烷濃度低，濃度變化大等原因，這種低濃度可燃氣體很 難被點燃或者維持穩(wěn)定燃燒。目前，低濃度可燃氣體幾乎都未進行回收處理就直接排向大 氣，一方面造成了有限的不可再生資源的嚴重浪費；另一方面加劇了大氣污染和溫室效應。 因此，合理回收利用低濃度可燃氣體具有節(jié)能和環(huán)保雙重意義。 目前，對于甲烷濃度較低的氣體的研究和利用，主要在以下幾個方面采用物理和 化學方法提純、作為輔助燃料或助燃劑和采用蓄熱式燃燒技術(shù)。 采用物理和化學方法提純，主要是針對含低濃度甲烷的氣體。提純技術(shù)是指將^ 或空氣與甲烷分離，使氣體中的甲烷含量提高，從而提高氣體燃料的濃度。提純技術(shù)主要有 低溫分離、變壓吸附分離和膜分離等。低溫分離設備造價高，只有當分離的流量較大時才有 商業(yè)價值；變壓吸附分離技術(shù)現(xiàn)在比較成熟，可以加以利用；膜分離技術(shù)簡單，非常適用于 小型氣體分離站，但迄今還處于研究開發(fā)階段。提純方法的成本相對較高。 低濃度可燃氣體由于包含了可燃氣體以及一定量的02，可用來做輔助燃料或助燃 劑，取代部分空氣，節(jié)約部分燃料，常被用于內(nèi)燃機、燃氣輪機或鍋爐，但是該技術(shù)要求主燃 燒設備必須達到足夠高的溫度，且氣體燃料的輸送距離足夠小。 蓄熱式燃燒技術(shù)通過操作換向閥控制氣體燃料的流向。前半個周期內(nèi)，可燃氣流 過高溫蓄熱體時，吸收足夠熱量后產(chǎn)生氧化反應，燃燒產(chǎn)生的煙氣流過另一個蓄熱體時，釋 放出熱量，并把蓄熱體加熱到足夠高的溫度。后半個周期內(nèi)，通過操作換向閥，使可燃氣從 另一個蓄熱體進入，完成類似燃燒和傳熱過程?？扇細鉂舛容^高時，蓄熱體容易超過承受的 溫度極限。該技術(shù)不僅要求換向操作必須及時準確，而且蓄熱體材料承受冷熱交變過程，要 求很高。整個燃燒裝置通常采用電加熱方式啟動，難度大，并且裝置散熱損失較多時，維持 裝置運行比較困難。新的蓄熱式燃燒技術(shù)在兩個蓄熱體之間增加催化劑層，使氣流的著火 溫度顯著降低，彌補了蓄熱式燃燒技術(shù)的部分不足之處，但對蓄熱材料所承受的熱應力變 化及催化劑的要求較高。 對于流化床燃燒技術(shù)，中國專利申請?zhí)枮?9100176. X公開了一種用流化床燃燒 固體燃料的方法，指出了流化床具有燃燒效率高、污染物排放少的優(yōu)點，但并未涉及氣體燃 料的燃燒。中國專利號為200820110474. l涉及氣體燃料在流化床中的燃燒，該專利技術(shù)采用快 速床和湍流流化床相結(jié)合的方法，利用載氧體在快速床和湍流床之間的循環(huán)，實現(xiàn)了高濃 度氣體燃料的燃燒和二氧化碳的收集，但并未涉及濃度低于10 %的可燃氣體的燃燒。 綜上所述，低濃度可燃氣體直接燃燒和利用技術(shù)還不成熟，并受到成本、輸送距離 或蓄熱材料等方面的限制。流化床燃燒技術(shù)具有燃燒效率高，污染物少的優(yōu)點，但目前主要 應用在固體燃料和高濃度的氣體燃料，對于低濃度可燃氣體并未涉及。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)的目的是解決低濃度可燃氣體熱值低、可 燃成分濃度變化幅度大、穩(wěn)定燃燒困難等問題，提供一種在流化反應器內(nèi)燃燒低濃度可燃 氣體的方法。 本專利技術(shù)的另一個目的是為實現(xiàn)上述方法，同時克服現(xiàn)有流化反應器燃燒不連續(xù)和 燃燒不穩(wěn)定，提供一種可連續(xù)穩(wěn)定燃燒，且結(jié)構(gòu)簡單的流化反應器。本專利技術(shù)的目的是這樣實現(xiàn)的一種低濃度可燃氣體的燃燒方法，其特征在于采用流化反應器作為燃燒器，燃燒器的布風板上置有砂粒；該方法的具體步驟包括首先，將低濃度可燃氣體和助燃空氣分別通入換熱器進行熱交換；然后，將經(jīng)過熱交換后的低濃度可燃氣體和助燃空氣通入流化反應器的混合腔內(nèi)進行混合；再將混合后的氣體通過所述布風板進入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。 進一步，所述砂粒為石英砂顆粒，粒徑為0. 1 10mm。 本專利技術(shù)還提供了一種流化反應器，包括反應器殼體，所述反應器殼體由布風板分 隔為混合腔和燃燒腔，混合腔上設有燃氣進氣孔和助燃空氣進氣孔，燃燒腔上設有燃燒氣 體出氣孔I ;還包括燃氣換熱器和助燃空氣換熱器，燃氣換熱器的換熱管一端為燃氣進口 端，另一端與燃氣進氣孔連通，助燃空氣換熱器的換熱管一端為助燃空氣進口端，另一端與 助燃空氣進氣孔連通；所述燃燒氣體出氣孔I分別與燃氣換熱器和助燃空氣換熱器的換熱 腔連通；所述布風板上設有一層砂粒。 進一步，所述燃氣換熱器的換熱腔壁上設有燃燒氣體進氣孔I和燃燒氣體出氣孔 II，所述助燃空氣換熱器設有燃燒氣體進氣孔II和燃燒氣體出氣孔III，所述燃燒氣體出 氣孔I分別與燃燒氣體進氣孔I和燃燒氣體進氣孔II連通，所述燃燒氣體出氣孔II與燃燒氣體進氣孔n連通； 進一步，在所述燃燒氣體出氣孔I與燃燒氣體進氣孔II連通的管路和燃燒氣體出 氣孔II與燃燒氣體進氣孔II連通的管路上分別設有流量控制閥； 進一步，所述布風板的出風孔上固定設有盲孔結(jié)構(gòu)的風帽，風帽的側(cè)壁上設有風 帽小孔，所述布風板的出風孔、風帽小孔和燃燒腔依次連通。 本專利技術(shù)的有益效果本專利技術(shù)不但能夠使低濃度可燃氣體可靠著火和穩(wěn)定燃燒，而 且流化反應器內(nèi)溫度波動??；燃燒腔既可作為反應器又可作為蓄熱器，流化反應器工作在 常壓下時負荷調(diào)節(jié)范圍較寬，混合氣體中可燃成分的濃度高于2%時便可維持燃燒，故適應 低濃度可燃氣體燃燒。 本專利技術(shù)中，在布風板上的反應腔內(nèi)填充有砂粒，燃氣和空氣分別經(jīng)換熱器預熱后， 從反應器殼體底部進入混合腔混合，經(jīng)過布風板和風帽后，進入砂粒層，砂粒隨混合氣流向 上運動，并把熱量傳遞給混合氣體，當混合氣體溫度達到可燃著火點后，氣體中的可燃成分 與氧氣發(fā)生氧化反應，放出熱量，并將熱量傳遞給砂粒，但由于重力的作用，被氣流帶到燃 燒腔內(nèi)上部的高溫砂粒沿腔壁回落到布風板上，為低濃度的可燃氣體提供了著火和穩(wěn)定燃燒的條件。同時燃燒反應生成的氣體產(chǎn)物由燃燒氣體出氣孔I排除并進入換熱器內(nèi)，將熱 量傳遞給可燃氣體和助燃空氣，避免浪費氣體燃燒產(chǎn)生的熱量，同時也可對低濃度可燃氣 體進行預熱，提高低濃度的可燃氣體的著火幾率和穩(wěn)定燃燒效率。流化反應器既適合低濃 度可燃氣體燃燒，節(jié)約能源和減少溫室氣體的排放，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。附圖說明 圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為布風板和風帽裝配的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的附圖標記所代表的結(jié)構(gòu)如下 1-反應器殼體 2-布風板 3-混合腔 4-燃燒腔 5-燃氣進氣 孔6-助燃空氣進氣孔7-燃燒氣體出氣孔I 8-燃氣換熱器9-助燃空氣換熱器10-燃氣進口端 11-助燃空氣進口端 12-砂粒13-燃燒氣體進氣孔1 14-燃 燒氣體出氣孔II 15-燃燒氣體進氣孔1116-燃燒氣體出氣孔III 17-流量控制閥 18-風帽 19-風帽小孔具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本專利技術(shù)作進一步詳細地描述。 低濃度可燃氣體的燃燒方法，采用流化反應器作為燃燒器，燃燒器的布風板上置 有砂粒；該方法的具體步驟包括首先，將低濃度可燃氣體本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種低濃度可燃氣體的燃燒方法，其特征在于：采用流化反應器作為燃燒器，燃燒器的布風板上置有砂粒；該方法的具體步驟包括：首先，將低濃度可燃氣體和助燃空氣分別通入換熱器進行熱交換；然后，將經(jīng)過熱交換后的低濃度可燃氣體和助燃空氣通入流化反應器的混合腔內(nèi)進行混合；再將混合后的氣體通過所述布風板進入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。

【技術(shù)特征摘要】
一種低濃度可燃氣體的燃燒方法，其特征在于采用流化反應器作為燃燒器，燃燒器的布風板上置有砂粒；該方法的具體步驟包括首先，將低濃度可燃氣體和助燃空氣分別通入換熱器進行熱交換；然后，將經(jīng)過熱交換后的低濃度可燃氣體和助燃空氣通入流化反應器的混合腔內(nèi)進行混合；再將混合后的氣體通過所述布風板進入所述燃燒器的燃燒腔內(nèi)燃燒；燃燒后的氣體作為換熱器的熱源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述低濃度可燃氣體的燃燒方法，其特征在于所述砂粒為石英砂顆粒，粒徑為0. 1 10mm。3. —種流化反應器，包括反應器殼體(l)，所述反應器殼體(1)由布風板(2)分隔為混合腔(3)和燃燒腔(4)，混合腔(3)上設有燃氣進氣孔(5)和助燃空氣進氣孔(6)，燃燒腔(4)上設有燃燒氣體出氣孔I(7);其特征在于還包括燃氣換熱器(8)和助燃空氣換熱器(9)，燃氣換熱器(8)的換熱管一端為燃氣進口端(IO)，另一端與燃氣進氣孔(5)連通，助燃空氣換熱器(9)的換熱管一端為助燃空氣進口端(ll)，另一端與助燃空氣進氣孔(6)連通；所述燃燒氣體出氣孔I(7)分別...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐強，張力，楊仲卿，蒲舸，閆云飛，
申請(專利權(quán))人：重慶大學，
類型：發(fā)明
國別省市：85[中國|重慶]