一种助燃合金、水蒸气参与燃烧的方法及锅炉燃烧系统与流程

本发明涉及燃烧技术领域，具体而言，涉及一种助燃合金、水蒸气参与燃烧的方法及锅炉燃烧系统。

背景技术：

目前，现有的以铼、铌、镁、钼为原料的合金作助燃合金时的中心温度达到近2700℃时即溶化，致使整个燃烧室合金体孔隙(蒸气和空气的通道)堵塞甚至踏陷，造成熄火。

技术实现要素：

本发明提供了一种助燃合金，其旨在改善现有的助燃合金熔点低，制成的助燃合金体在锅炉中长时间参与燃烧其孔隙易堵塞的问题。

本发明提供了一种水蒸气参与燃烧的方法，旨在改善现有的助燃合金体易融化导致孔隙堵塞的问题。

本发明还提供了一种锅炉燃烧系统，其用于实施本发明提出的水蒸气参与燃烧的方法。

本发明是这样实现的：

一种助燃合金，制造该助燃合金的材料按重量份数计包括60-80份钨、40-60份铪合金以及20-30份铼。

一种水蒸气参与燃烧的方法，包括如下步骤：

将以碳为主的含碳燃料输送至锅炉内，在锅炉内设置的助燃合金体的作用下进行燃烧，待助燃合金体升温至1500℃以上时，向锅炉内通入水蒸气，水蒸气的温度为100℃-500℃；

其中，助燃合金体由如权利要求1的助燃合金制成，助燃合金体内具有多个供水蒸气通过的孔隙。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水蒸气在锅炉内与碳反应产生氢，氢燃烧后再生成二次水蒸气，将二次水蒸气循环通入锅炉内燃烧。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，水蒸气通入的位置靠近助燃合金体，且通入方向朝向助燃合金体。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，以质量百分比计单位时间内：以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，助燃合金体的体积占锅炉的燃烧室总体积的20-30％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，以碳为主的含碳燃料包括煤炭、石油、天然气。

一种锅炉燃烧系统，其用于实施上述的水蒸气参与燃烧的方法，其包括锅炉、锅炉产蒸汽管道、蒸汽输入管道以及燃料输送管道，蒸汽输入管道以及燃料输送管道与锅炉的下部连通，锅炉产蒸汽管道与锅炉上部连通，锅炉内设置有助燃合金体放置装置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，蒸汽输入管道的出气口朝向助燃合金体放置装置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，锅炉燃烧系统还包括锅炉固定体、锅炉出气管、过热器、储气罐、蒸汽循环管、粉料机、排气或进气管道、引风机以及排烟管，锅炉设置于锅炉固定体上，排气或进气管与储气罐连通，蒸汽输入管道与储气罐连通，粉料机与燃料输送管道连通，蒸汽循环管道的一端与锅炉产蒸汽管道连通，另一端与储气罐连通；锅炉出气管设置于锅炉顶部与锅炉内部连通，锅炉出气管与过热器连通，蒸汽循环管的中部呈弯曲状且设置于过热器内，过热器与引风机连通，引风机与排烟管连通。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的助燃合金，尤其制成的助燃合金体能够耐3000摄氏度以上的高温。本发明通过上述设计得到的水蒸气参与燃烧的方法，由于助燃合金体的熔点达3000摄氏度以上，避免了锅炉燃烧系统工作一段时间后，助燃合金体出现孔隙堵塞的现象。本发明通过上述设计得到的锅炉燃烧系统能够实施本发明提供的水蒸气参与燃烧的方法，故其能够有效避免助燃合金因中心温度过高出现融化现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的锅炉燃烧系统的结构示意图。

图标：100-锅炉燃烧系统；110-锅炉；111-锅炉产蒸汽管道；112-锅炉出气管；113-蒸汽循环管；120-锅炉固定体；130-过热器；140-储气罐；141-蒸汽输入管道；142-排气或进气管；143-压力表；144-安全阀；145-阀门；150-粉料机；151-燃料输送管道；160-引风机；161-排烟管；170-助燃合金体放置装置；20-助燃合金体。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本申请提供了一种锅炉燃烧系统100，其包括锅炉110、锅炉产蒸汽管道111、蒸汽输入管道141以及燃料输送管道151，蒸汽输入管道141以及燃料输送管道151与锅炉110的下部连通，锅炉产蒸汽管道111与锅炉110上部连通，锅炉110内设置有助燃合金体放置装置170。

燃料输送管道151将燃料和空气输送至锅炉110内，待助燃合金体20升温至1500℃以上时，蒸汽输入管道141将高温水蒸气输送至锅炉110内，助燃合金体20放置于助燃合金体放置装置170上，燃料、空气以及水蒸气在助燃合金体20的作用下进行燃烧。

进一步地，蒸汽输入管道141的出气口朝向助燃合金体放置装置170。该设置使得蒸汽通入锅炉110内后能够首先充分与助燃合金体20接触，水蒸气参与燃烧有利于降低助燃合金体20的中心温度。

进一步地，锅炉燃烧系统100还包括锅炉固定体120、锅炉出气管112、过热器130、储气罐140、蒸汽循环管113、粉料机150、排气或进气管142、引风机160以及排烟管161，锅炉110设置于锅炉固定体120上，排气或进气管142与储气罐140连通，蒸汽输入管道141与储气罐140连通，粉料机150与燃料输送管道151连通，蒸汽循环管113的一端与锅炉产蒸汽管道111连通，另一端与储气罐140连通；锅炉出气管112设置于锅炉110顶部与锅炉110内部连通，锅炉出气管112与过热器130连通，蒸汽循环管113的中部呈弯曲状且设置于过热器130内，过热器130与引风机160连通，引风机160与排烟管161连通。

粉料机150将燃料粉碎并吸入空气将燃料粉送入锅炉110内部，待助燃合金体20升温至1500℃以上时，储气罐140内储存的高温水蒸气经蒸汽输入管道141输送至锅炉110内，高温水蒸气、空气和燃料在助燃合金体20的作用下进行燃烧，燃烧生成的二次水蒸气经锅炉产蒸汽管道111通入蒸汽循环管113中，再经过热器130加热进入储气罐140内循环使用；锅炉110内产生的其他气体经锅炉出气管112在引风机160的作用下经过热器130，进入引风机160内从排烟管161排出。排气或进气管142用于向储气罐140通入水蒸气或者排出储气罐140水蒸气。

蒸汽循环管113设置于过热器130内的部分呈弯曲状的目的是为了增大热交换面积，使管内蒸汽获得更多热量。

具体的，蒸汽输入管道141上设置有阀门145，设置阀门145的目的是控制高温蒸汽的输出。储气罐140上设只有压力表143与安全阀144，设置压力表143监控储气罐140内的压力状况，当压力表143上显示的压力超过储气罐140的荷载时，打开安全阀144，放出储气罐140内的气体，使储气罐140内的压力减小。

本发明的实施例还提供了一种助燃合金，制造该助燃合金的材料按重量份数计包括60-80份钨、40-60份铪合金以及20-30份铼。

钨的熔点为3410±20℃，铪合金熔点4210±20℃，优选五碳化四钽铪，其熔点为4215℃，铼熔点为3180℃。多次实验表明由上述原料组成的助燃合金体至少能耐3000℃的高温，能够有效防止合金融化致使合金颗粒间的孔隙堵塞，保证反应顺畅进行。

本发明的实施例还提供了一种水蒸气参与燃烧的方法，该方法通过本发明实施例提供的锅炉燃烧系统100实施。

包括如下步骤：将以碳为主的含碳燃料输送至锅炉110内，在助燃合金体20的作用下进行燃烧，待助燃合金体20升温至1500℃以上时，向锅炉110内通入水蒸气，水蒸气的温度为100℃-500℃，其中助燃合金体20由本发明提供的助燃合金制成，其内具有多个供水蒸气通过的孔隙。

具体地，将100℃-500℃水蒸气通过蒸汽输入管道141输送至锅炉110内，水蒸气的通入方向朝向助燃合金体20的方向，以便水蒸气与助燃合金体20充分接触，水蒸气在锅炉110内在助燃合金体20的作用下与碳反应分解产生氢，氢燃烧后生成二次水蒸气，二次水蒸气经蒸汽循环管113被输送至储气罐140内再次利用。需要说明的是，本申请提出的助燃合金体20采用上述原料按传统工艺制成。

进一步地，助燃合金体20的总体积占锅炉110的燃烧室总体积的20-30％。当助燃合金体20在此体积下能够保证水蒸气分解更充分且，使其内部温度不至于过高。

进一步地，输入锅炉110内部的材料，以质量百分比计单位时间内：以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。一般化石能源以碳元素为主，碳的燃烧温度一般在1000℃—1500℃，当具有50％—70％的碳燃料参与燃烧时，其合金体中心温度不会偏高，虽然纯氢燃烧温度高，但其比例仅占30％—50％，因其量小，其合金体中心升温受到限制。以下为碳参与反应的化学式：

c+h2o＝co+h2或2h(助燃合金作催化剂)

co+h2+o2＝co2+h2o(o2由空气提供)

将合金体安装在锅炉燃烧室中心，将以碳为主的含碳燃料与空气同时喷入锅炉燃烧室燃烧，将助燃合金体20加温至1500℃以上，此时合金体发出强光高热，待高温水蒸气通入锅炉110内，将部分蒸汽喷入锅炉110的燃烧室，高温的助燃合金体20是蒸汽的必经之道，水蒸气分子在强光高热作用下，分解成氢原子和氧原子，在此条件下，碳与氢同时燃烧。由于c与h2o蒸汽的反应是吸热反应，其在在反应过程中将助燃合金体20内部的热量吸收，生成的co、h2或2h在助燃合金体20外部燃烧放热，相当于将热量转移，使得助燃合金体20内部的温度降低，进一步防止合金颗粒间的孔隙堵塞，保证反应顺畅进行。经大量实验发现，锅炉110内通入以上比例的燃料与水蒸气能够到达降低助燃合金体20内部温度的效果。

进一步地，以碳为主的含碳燃料包括煤炭、石油、天然气。上述燃料为生活中较为常见以获取的燃料。当然，如以碳为主的含碳燃料还可以是烃类化合物，以及一些天然的木材等等。

下面通过水蒸气参与燃烧的方法的具体实施例进行说明。

实施例1

按重量份数计将60份钨、40份铪合金以及20份铼制成助燃合金体20，将助燃合金体20放置于助燃合金体放置装置170上，助燃合金体20的总体积为锅炉110燃烧室总体积的20％。控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。将燃烧后产生的水蒸气收集至储气罐140循环利用。长期工作一段时间后，停炉检查助燃合金体20形态。结果记录至表1。

实施例2

按重量份数计将80份钨、60份铪合金以及30份铼制成助燃合金体20，将助燃合金体20放置于助燃合金体放置装置170上，助燃合金体20的总体积为锅炉110燃烧室总体积的30％。控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。将燃烧后产生的水蒸气收集至储气罐140循环利用。长期工作一段时间后，停炉检查助燃合金体20形态。结果记录至表1。

实施例3

按重量份数计将70份钨、50份铪合金以及25份铼制成助燃合金体20，将助燃合金体20放置于助燃合金体放置装置170上，助燃合金体20的总体积为锅炉110燃烧室总体积的20％。控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。将燃烧后产生的水蒸气收集至储气罐140循环利用。长期工作一段时间后，停炉检查助燃合金体20形态。结果记录至表1。

实施例4

按重量份数计将65份钨、48份铪合金以及28份铼制成助燃合金体20，将助燃合金体20放置于助燃合金体放置装置170上，助燃合金体20的总体积为锅炉110燃烧室总体积的20％。控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％。将燃烧后产生的水蒸气收集至储气罐140循环利用。长期工作一段时间后，停炉检查助燃合金体20形态。结果记录至表1。

对比例1

将由铼、铌、镁、钼制成的助燃合金体代替实施例1的助燃合金体，控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占80—90％，水蒸气以氢计占10％—20％。其他操作条件与实施例1相同，与实施例1相同工作时间后停炉观察助燃合金体形态。结果记录至表1。

对比例2

将由铼、铌、镁、钼制成的助燃合金体代替实施例1的助燃合金体，其它操作条件与实施例1相同，与实施例1相同工作时间后停炉观察铼、铌、镁、钼制成的助燃合金体的形态。结果记录至表1。

对比例3

采用按重量份数计50份钨、30份铪合金以及40份铼制成的合金作为助燃合金体，替代实施例2的助燃合金体，其他操作条件与实施例2相同，与实施例2相同工作时间后停炉观察合金形态。结果记录至表1。

对比例4

采用按重量份数计90份钨、50份铪合金以及10份铼制成的合金作为助燃合金体，替代实施例3的助燃合金体，其他操作条件与实施例3相同，与实施例3相同工作时间后停炉观察合金形态。结果记录至表1。

对比例5

控制燃料和水蒸气的流量，以质量百分比计单位时间内：向锅炉110内通入的以碳为主的含碳燃料占80—90％，水蒸气以氢计占10％—20％。其他操作条件与实施例4相同，与实施例4相同工作时间后停炉观察助燃合金体形态。结果记录至表1。

表1助燃合金体及各合金形态(以是否存在孔隙堵塞作为参考)

分析上表可知，实施例1-实施例4所提供的助燃合金体均未出现孔隙堵塞的情况，说明助燃合金体没有融化；分析对比例1和对比例2，对比例1的合金有孔隙堵塞的现象而对比例2没有孔隙堵塞，故能够说明本申请所提出的在锅炉中通入以质量百分比计单位时间内：碳为主的含碳燃料占50％—70％，水蒸气以氢计占30％—50％进行燃烧时能够有效降低助燃合金体内部的温度，防止因内部温度过高出现融化的现象；分析对比例3和对比例4，其提供的合金均出现孔隙堵塞的现象，说明当钨、铪合金以及铼组成的合金的成分未在本申请所提供的范围内时，其耐高温性差；分析对比例5，其助燃合金体未出现孔隙堵塞的现象，说明即使是通入其内部的水蒸气与燃料的比值未在本申请提出的范围内，其仍然具有耐高温的性能，则说明本申请所提供的助燃合金体能够耐高温。

综上所述，本发明提供的助燃合金，能耐高温，其制成的助燃合金体在长时间参与燃烧的情况下其内的孔隙不易产生堵塞。本发明提供的水蒸气参与燃烧的方法，由于助燃合金体能够耐高温，能够避免锅炉燃烧系统工作一段时间后，助燃合金体出现孔隙堵塞的现象；而本发明提供的水蒸气与以碳为主的含碳燃料的比例范围则是能够降低助燃合金体内部的温度，进一步防止助燃合金体因高温融化使孔隙堵塞。而本发明提供的锅炉燃烧系统能够实施本发明提供的水蒸气参与燃烧的方法，故其能够有效避免助燃合金体因中心温度过高出现融化现象。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。