低热值燃气的燃烧利用方法及燃烧与热风供给系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤炭和石油化工工程领域，具体地，涉及该领域中低热值燃气的燃烧利用及燃烧系统。
【背景技术】
[0002]在煤炭和石油化工工程中，常存在较低热值的燃料，例如比高炉煤气的热值更低的含甲烷气体，其典型热值为1.l-1.9MJ/kg左右。该类型低热值燃料的着火特性差，一般不易点燃，更难以形成稳燃，大多放散或通过火炬燃烧。这样，其供热潜力就没有得到充分利用，还造成了环境污染和能源浪费。
[0003]为此，研究人员进行了各种研究以利用低热值燃气，典型地是设计相应的用于低热值燃气的新型燃烧器。例如，在1998年7-8月发行的期刊名为“B1resourceTechnology” 的第 105-115 页中发表了题为 “Coal gasificat1n and combust1n of LCVgas”的论文，介绍了一种可以燃烧热值低至1.57MJ/m3的燃烧器，采用旋风混合和丙烷长明灯，但该文献并未对稳燃最低需要的长明灯供热量进行说明，缺乏经济性评价基础，且出口CO浓度偏高,燃烧效率较低。在“Applied Thermal Engineering”期刊的2002年第22期的第 959 - 970 页中发表了题为 “Gas turbine combustor for b1mass derived LCV gas, afirst approach towards fuel-N0x modelling and experimental validat1n，，的文献，该文献介绍了一种在燃气轮机使用低热值燃气改造中使用的复合式燃烧器，助燃空气经过燃烧器外的通道进行预热，与压气机压缩升温后的低热值燃气混合进行燃烧，最低燃气热值为
2.5MJ/m3。该系统使用燃气轮机压缩做工加热，系统复杂，热值下限仍大幅高于本发明的适用范围。
[0004]目前研究人员普遍接受的是对低热值燃气和/或助燃空气进行适当的蓄热或预热，以优化低热值燃气的燃烧利用性能。例如，在申请号分别为200410009644.3和200710040995.4的专利申请中，均采用了蓄热式燃烧方式，前者将热风炉助燃空气预热到1100°C左右，提高了热风炉风温和燃烧稳定性。后者在空气蓄热式燃烧基础上加入了燃气预热器，使燃气也能得到一定的预热。但蓄热式系统固有的漏风问题和压力波动问题，使其在对气氛和压力要求高的环境下无法使用。间壁式换热器可以避免气流掺混，但随着预热后燃烧温度的升高，对间壁式换热器材料的要求也在提高，造成设备造价过高。而且在惰性气氛环境下，还会带来热量和风量要求的不匹配，使系统难以在造价和性能见均衡选择。例如公告号为CN202501492U中公开了一种低热值燃气燃烧系统，该系统在低热值燃气主管路与燃烧器16之间设置有预热器13，预热器13的内燃烧室12、空气室15分别与换热室11之间通过导热隔板14相连，利用导热隔板14对流经换热室11的低热值燃气(尤其是高炉煤气)进行预热。但其中使用的预热器具有内燃烧室、空气室等，结构复杂，且需要通过导热隔板进行换热，导致预热器的尺寸较大，成本、造价高。该系统使用高热值燃料为低热值燃料预热，会使排烟量和排烟热损失增大。
[0005]另外，在燃气燃烧的后续利用过程中，燃料和助燃空气的预热燃烧过程产生的排烟温度较高，不利于使用常见的例如金属间壁式换热器，若采用蓄热式换热器则可能造成漏风等。也有采用在金属间壁式换热器的热风进口前引入冷空气来混合高温烟气，但这会造成进入的混合气体的含氧量超出作为后续设备的惰性气氛反应器的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种低热值燃气的燃烧利用方法以及相应的燃烧与热风供给系统，能充分燃烧和利用低热值燃气，实现热值循环利用，系统成本更低廉且系统内设备运行状态更优。
[0007]为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低热值燃气的燃烧利用方法，该方法包括:
[0008]预热燃烧步骤:低热值燃气和助燃空气经过预热器预热后进入燃烧器中燃烧；
[0009]放热加热步骤:利用燃烧后的惰性烟气的放热以加热所述预热器，从而对流经该预热器的所述低热值燃气和助燃空气进行预热；
[0010]供热排风步骤:使放热后的所述惰性烟气参与反应供热，供热后以排风形式排出；以及
[0011]排风反馈步骤:至少一部分所述排风反馈至所述预热器，以降低通入所述预热器中进行放热的气体的温度。
[0012]优选地，在所述预热燃烧步骤中，所述低热值燃气和助燃空气在进入所述燃烧器之前经过多次预热。
[0013]优选地，在所述预热燃烧步骤中，进入所述燃烧器之前的所述低热值燃气的温度不低于该低热值燃气的稳燃温度。
[0014]优选地，在所述排风反馈步骤中，反馈至所述预热器的反馈排风量设定为:使得所述反馈排风与所述燃烧后的惰性烟气在所述预热器的热风入口处形成的混合气体的温度不高于所述预热器的最高许可工作温度。
[0015]优选地，上述排风反馈步骤还包括:所述排风的至少一部分还反馈为与参与反应供热的所述惰性烟气混合，以降低反应供热的混合气体的温度。
[0016]优选地，反馈为与参与反应供热的所述惰性烟气混合的反馈排风量设定为:使得所述反应供热的混合气体的温度不高于所述混合气体流入的反应器的最高许可工作温度。
[0017]根据本发明的另一个方面，还提供了一种低热值燃气的燃烧与热风供给系统，该系统包括主燃烧器、中间预热器、反应器、进气管道和第一反馈排风管道，所述进气管道连接到所述主燃烧器中以通入低热值燃气和助燃空气，所述中间预热器设置在所述进气管道中以预热所述低热值燃气和助燃空气，所述主燃烧器的排烟口连通所述中间预热器的热风入口，将燃烧后的惰性烟气通入所述中间预热器中进行放热以加热该中间预热器，所述中间预热器的热风出口连通所述反应器的进风口，将放热后的惰性烟气通入所述反应器中进行供热，供热后形成排风从排风口排出；
[0018]其中，所述第一反馈排风管道连接在所述排风口与所述热风入口之间，用于将至少一部分排风反馈至所述热风入口。
[0019]优选地，该系统还包括前置预热器，该前置预热器相对于所述中间预热器前置安装在所述进气管道中。
[0020]优选地，该系统还包括补热燃烧器，该补热燃烧器的排烟口与所述前置预热器的热风入口相连。
[0021]优选地，所述中间预热器为金属间壁式换热器。
[0022]优选地，所述主燃烧器内设有用于启动燃烧和稳燃的补充燃料烧嘴。
[0023]优选地，该系统还包括第二反馈连接管路，该第二反馈连接管路连接在所述排风口与所述进风口之间，用于将至少一部分排风反馈至所述进风口。
[0024]通过上述技术方案，根据本发明的低热值燃气的燃烧利用方法以及相应的燃烧与热风供给系统中，将低热值燃气通过中间预热器充分预热，而后进入主燃烧器燃烧，能充分利用低热值燃气，避免了放散和火炬燃烧造成的热能损失和环境污染；燃烧后的高温烟气在与作为后续设备的反应器的低温排风混合后，降低了预热器前温度，且能够对中间预热器进行加热，使中间加热器处于更优的运行状态，中间预热器还可采用造价低廉的金属间壁式换热器，从而实现不漏风换热。整个系统采用造价低廉的设备部件，有效地实现了燃烧排烟、放热加热和排风反馈的热值循环利用。
[0025]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0026]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0027]图1为根据本发明的一种优选实施方式的低热值燃气的燃烧与热风供给系统的流程与原理图。