[发明专利]基于多孔介质燃烧和蓄热的高温气体发生装置

说明书

技术领域

本发明属于涉及高温气体发生系统，具体涉及一种基于多孔介质燃烧和蓄热的高温气体发生装置。

背景技术

高温空气发生系统不仅可用于生物质高温空气气化技术、高温空气煤气化技术、而且在冶金、机械和钢铁等行业中有很大应用前景。目前高温空气发生系统主要分为基于高温空气燃烧技术的蓄热式高温空气发生器和往复式热循环多孔介质燃烧高温空气发生器。

蓄热燃烧技术优点在于结构简单，体积小，燃料适应性强，控制简单。多孔介质燃烧技术，预混气体流经多孔介质时在多孔介质中进行燃烧；燃烧产生的热量通过多孔介质的导热和辐射作用向上游传递预热预混气体，同时通过多孔介质本身蓄热能力回收高温烟气余热，不仅可提高气体燃烧效率，降低CO和NOx排放，且能显著拓宽燃料贫燃极限。但上述方法也存在缺点：蓄热式燃烧技术燃烧温度较高，燃烧时仍将产生大量NOx，二次污染严重；多孔介质燃烧技术目前主要处理预混气体，存在回火等安全问题。

目前申请的关于高温空气发生装置的专利，如往复式多孔介质燃烧高温空气发生装置(专利申请号200520015034.4)与高温空气发生器(专利申请号200420046162.0)，原理均采用燃烧产生的高温烟气加热蓄热体后，蓄热体换热给新鲜空气，被预热的新鲜空气分为两部分，一部分助燃维持燃烧，另一部分作为高温空气流出。该方法存在明显的缺点：炉温和高温空气温度波动较大。另外，针对某些工业应用，并不需要高温的新鲜空气，高温烟气即能满足生产需要，如高温烟气换热加热水蒸气推动汽轮机发电，高温烟气推动燃气轮机发电等，燃气燃烧除维持系统燃烧温度外的多余热量若以高温烟气带走，而非高温新鲜空气带走，可减少空气管道系统，简化装置结构。

因此，开发一种新型的燃烧适用范围广、可燃用低热值气体如煤矿瓦斯、安全稳定、结构简单的高温气体发生装置非常必要。

发明内容

本发明提供了一种基于多孔介质燃烧和蓄热的高温气体发生装置，该高温气体发生装置可以不使用预混气体，不会导致回火，安全性更高，并且特别适用于低热值燃气。

一种基于多孔介质燃烧和蓄热的高温气体发生装置，包括依次连通的第一多孔介质蓄热室、第一多孔介质燃烧室、高温烟气分流室、第二多孔介质燃烧室和第二多孔介质蓄热室；

其中所述第一多孔介质蓄热室和第二多孔介质蓄热室之间通过四通换向阀连通，该四通换向阀的另外两个接口分别接有空气管道和低温烟气管道；所述第一多孔介质燃烧室和第二多孔介质燃烧室分别接有第一燃气管道和第二燃气管道；

所述高温烟气分流室上开设有高温烟气管道。

本发明中，所述第一燃气管道和第二燃气管道直接接在燃烧室上，燃气直接通入燃烧室；空气经过蓄热室交换热量后成为高温空气，燃气与该高温空气相遇后可发生燃烧，由于不使用预混气体，不会发生回火，安全性大大提高。同时在第一多孔介质燃烧室(或第二多孔介质燃烧室)中燃烧产生的高温空气分成两部分，一部分进入第二多孔介质蓄热室(或第二多孔介质蓄热室)，将热量传递给其中的多孔介质，另一部分从高温烟气通道中直接导出使用。采用该装置特别适用于低热值燃气，当燃气为低热值气体时，如甲烷浓度为1.2％的低热值气体，燃烧产生的高温烟气中氧气浓度约为18.4％，高温烟气中气体成分与高温新鲜空气相差较小，也可满足部分高温空气工业应用需要。

作为优选，所述高温烟气管道上设有高温烟气控制开关；

所述空气管道上设有空气开关；

所述低温烟气管道上设有低温烟气开关。

其中，通过高温烟气控制开关、空气开关和低温烟气开关可以控制高温烟气所分成的两部分的各自的比例。

本发明中，所述第一多孔介质蓄热室和第二多孔介质蓄热室中填充有多孔介质蓄热材料，该多孔介质蓄热材料为蜂窝陶瓷、陶瓷蓄热小球或泡沫陶瓷，孔隙率范围为0.3-0.85，其中，该多孔介质蓄热材料孔径、孔隙率均匀或孔径、孔隙率逐渐变化。该多孔介质蓄热材料可以实现烟气余热的极限回收。

作为进一步的优选，所述的高温烟气管道带有伸入所述高温烟气分流室的出气管，该出气管可以使高温烟气更方便地进入高温烟气管道；作为进一步的优选，所述出气管伸入高温烟气分流室部分材料采用高温耐火材料，伸入高温烟气分流室的距离h的范围为0≤h≤H，其中H为高温烟气分流室深度。当h＝H时，出气管管壁上开设小孔。

作为优选，所述第一燃气管道上设有第一燃气阀；

所述第二燃气管道上设有第二燃气阀，通过所述第一燃气阀和第二燃气阀控制进入所述高温气体发生装置的燃气量。