专利名称：蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业生产中超低热值燃气的往复流动蓄热式燃烧装置，尤其涉及 一种带能量回收利用的往复流动蓄热式燃烧装置。
背景技术：
气体燃料按燃烧热值分为高、中、低热值燃气，但对超低热值燃气没有明确规定， 通常把含可燃成分主要是甲烷气体，浓度值在0. 5%之间，如矿井乏风、石化天然 气工业废气、垃圾填埋气和沼气等混合气体统称为超低热值燃气。由于超低热值燃气甲烷 含量低，难以被常规的燃烧技术所利用，大部分被直接排放到大气当中，造成巨大的能源浪 费。同时，甲烷气体是具有强烈温室效应的气体，造成环境污染。往复流动蓄热式燃烧技术就是回用超低热值燃气的一条有效途径。燃气在蓄热式 燃烧装置内周期往复流动燃烧，利用储存在填充多孔介质内的燃烧热来预热新鲜预混合气 体，低热值乃至超低热值燃气在其内可以实现自维持燃烧，而且，填充多孔介质内燃气燃烧 和传热方式还能够有效地抑制NOx和CO等污染物生成。但是，目前的往复流动蓄热式燃烧 装置中甲烷气体的燃烧热除实现甲烷的自维持燃烧外还有多余，但均没有涉及如何回收这 部分多余的能量。
发明内容
本发明目的就是提供一种蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，使得含甲烷 浓度极低的超低热值燃气，在其中可以实现自维持往复流动蓄热式燃烧而将所含甲烷气体 转化成水和二氧化碳，并将燃烧释放的一部分多余能量通过烟气抽吸装置提取后供热或产 生过热蒸汽用于发电。本发明的技术解决方案是蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置包括装置主 体、周期换向气流流通管路和测量与控制系统。装置主体由壳体、多孔板A、蓄热式换热器、 隔板A、多孔板B、燃烧室、多孔介质填充床、小孔隙率泡沫陶瓷、大孔隙率泡沫陶瓷、烟气抽 吸装置、烟气抽吸装置阀门、多孔板C、点火空间、燃烧器和保温层构成。底部气流通道外壳 和隔板B支撑多孔板A，多孔板A托起对称布置在左右隔板A外侧的两个矩形蓄热式换热 器。矩形蓄热式换热器填充空间内填充大孔的蜂窝陶瓷。燃烧室内，在点火空间两侧对称 布置两个多孔介质填充床。多孔介质填充床内填充小孔隙率泡沫陶瓷和大孔隙率泡沫陶瓷 填充材料，小孔隙率泡沫陶瓷孔径小于燃烧火焰淬熄直径。烟气抽吸装置布置在燃烧室大 孔隙率泡沫陶瓷填充材料内。装置主体壳体内侧壁面和顶部壁面布置保温层。周期换向气 流流通管路由进气管、排气管、换向阀门、密封垫A、密封垫B、阀门气流通道、底部气流通道
A、底部气流通道B、阀门驱动轴、底部气流通道外壳、底板、底板进排气口A、底板进排气口
B、隔板B构成。由电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴旋转，从而带动换向阀门周期旋转 180度角度，进气管周期交替地与底板进排气口 A和底板进排气口 B连通，阀门气流通道周 期交替地与底板进排气口 B和底板进排气口 A连通，形成装置内周期交替气流正向流动和
3气流反向流动。测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A、温度传感器A、甲烷浓度传感器B、 温度传感器B、温度传感器C、温度传感器D、信号传输线和控制柜构成。传感器信号传输线 与控制柜相连接。甲烷浓度传感器A和温度传感器A固定在进气管的外壁面上，传感器探 针插入进气管的管道内。甲烷浓度传感器B和温度传感器B固定在排气管的外壁面上，传 感器探针插入排气管的管道内。温度传感器C布置装置主体壳体的外壁面上，传感器探针 插入蓄热式换热器的填充介质内。温度传感器D布置装置主体壳体的外壁面上，传感器探 针插入燃烧室左右两个多孔介质填充床的填充介质内。本发明的有益效果是矿井乏风、城市垃圾填埋产生的气体、自然界和人类生活中 生物质热解和阴燃(如燃池取暖)过程中产生的可燃气体等含甲烷浓度极低的超低热值燃 气可在其中可实现自维持燃烧，并将燃烧产生的部分热量被烟气抽吸装置抽吸出来，送至 常规的余热锅炉用于加热热水供热或产生过热蒸汽用于发电。本装置可以防止它们对环境 的污染，又对这些气体加以利用。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。图1是本发明装置的结构示意图。图2是本发明进排气管路结构图。图3是本发明换向阀门部分的结构图。图中，1.装置主体，2.壳体，3.多孔板A，4.蓄热式换热器，5.隔板A，6.多孔板B， 7.燃烧室、8.多孔介质填充床，9.小孔隙率泡沫陶瓷，10.大孔隙率泡沫陶瓷，11.烟气抽吸 装置，12.烟气抽吸装置阀门，13.多孔板C，14.点火空间，15.燃烧器，16.保温层，17.进气 管，18.排气管，19.换向阀门，20.密封垫A，21.密封垫B，22.阀门气流通道，23.底部气流 通道A，24.底部气流通道B，25.阀门驱动轴，26.底部气流通道外壳，27.底板，28.底板进 排气口 A，29.底板进排气口 B，30.隔板B，31.甲烷浓度传感器A，32.温度传感器A，33.甲 烷浓度传感器B，34.温度传感器B，35.温度传感器C，36.温度传感器D，37.信号传输线， 38.控制柜，39.气流正向流动，40.气流反向流动。
具体实施例方式如图1、图2和图3所示，蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置包括装置主体、 周期换向气流流通管路和测量与控制系统。装置主体1由壳体2、多孔板A3、蓄热式换热器 4、隔板A5、多孔板B6、燃烧室7、多孔介质填充床8、小孔隙率泡沫陶瓷9、大孔隙率泡沫陶瓷 10、烟气抽吸装置11、烟气抽吸装置阀门12、多孔板C13、点火空间14、燃烧器15和保温层 16构成。隔板B30将底部气流通道分为底部气流通道A23和底部气流通道B24。底部气流 通道外壳26和隔板B30支撑多孔板A3，多孔板A3托起对称布置在左右隔板A5外侧的两个 蓄热式换热器4。多孔板A3、保温层16内壁面和多孔板B6构成矩形蓄热式换热器4填充 空间。矩形蓄热式换热器4填充空间内填充大孔的蜂窝陶瓷。两侧多孔板B6和装置主体 1前后保温层16内壁面构成燃烧室7。燃烧室7内，在点火空间14两侧对称布置两个多孔 介质填充床8。多孔介质填充床8内填充小孔隙率泡沫陶瓷9和大孔隙率泡沫陶瓷10填充 材料，小孔隙率泡沫陶瓷9孔径小于燃烧火焰淬熄直径。燃烧器15布置在燃烧室7点火空间14顶部。烟气抽吸装置11布置在燃烧室7大孔隙率泡沫陶瓷10填充材料内。烟气抽 吸装置阀门12安装在烟气抽吸装置11出口管路上。装置主体1壳体2内侧壁面和顶部壁 面布置保温层16，保温层16内填充的是绝热材料。周期换向气流流通管路由进气管17、排 气管18、换向阀门19、密封垫A20、密封垫B21、阀门气流通道22、底部气流通道A23、底部气 流通道B24、阀门驱动轴25、底部气流通道外壳26、底板27、底板进排气口 A28、底板进排气 口 B29、隔板B30构成。换向阀门19上端面与密封垫A20连接，密封垫A20与底板27下表 面连接。换向阀门19下端面与密封垫B21连接，密封垫B21与排气管18外表面连接。由 电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴25旋转，从而带动换向阀门19周期旋转180度角度， 进气管17周期交替地与底板进排气口 A28和底板进排气口 B29连通，阀门气流通道22周 期交替地与底板进排气口 B29和底板进排气口 A28连通，形成装置内周期交替气流正向流 动39和气流反向流动40。测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A31、温度传感器A32、甲 烷浓度传感器B33、温度传感器B34、温度传感器C35、温度传感器D36、信号传输线37和控 制柜38构成。传感器信号传输线37与控制柜38相连接。甲烷浓度传感器A31和温度传 感器A32固定在进气管17的外壁面上，传感器探针插入进气管的管道内。甲烷浓度传感器 B33和温度传感器B34固定在排气管的外壁面上，传感器探针插入排气管的管道内。温度传 感器C35布置装置主体1壳体2的外壁面上，传感器探针插入蓄热式换热器4的填充介质 内。温度传感器D36布置装置主体1壳体2的外壁面上，传感器探针插入燃烧室左右两个 多孔介质填充床8的填充介质内。 本发明的工作过程是在启动蓄热式超低热值燃气(稀瓦斯)处理及能量利用装 置时，将换向阀门19周向角度置于进气管17与底板进排气口 A28连通，阀门气流通道22 将底板进排气口 B24和排气管18连通，形成气流正向流动39通道。燃烧器15点火，燃气 在燃烧室7内点火空间14燃烧释放热量加热了多孔介质填充床8和蓄热式换热器4内的 填充介质。多孔介质填充床8内填充介质被加热到超过甲烷气体燃烧发生温度后，引入超 低热值燃气，关闭燃烧器。超低热值燃气在燃烧室7内的两个多孔介质填充床8内燃烧，将 燃烧释放的热量传递并储存在燃烧室7右侧多孔介质填充床8和右侧蓄热式换热器4的填 充介质内。经过半个周期后，将换向阀门19置于进气管17与底板进排气口 B29连通，阀门 气流通道22连通底板进排气口 A28和排气管18，形成气流反向流动40通道。进入装置的 超低热值燃气，被右侧多孔介质填充床8和右侧蓄热式换热器4内填充介质的热量预热后， 在多孔介质填充床8内燃烧，又将燃烧释放出的热量传递并储存于左侧多孔介质填充床8 和左侧蓄热式换热器4填充介质内，将被用于预热下半个周期内引入的超低热值燃气。装 置启动后，换向阀门19周期旋转180度角度，超低热值燃气在两个多孔介质填充床8内周 期正反方向流动，形成自维持逆流无焰燃烧。由于燃烧室7多孔介质填充床8内小孔隙率 多孔介质9孔径小于淬熄直径，所以，燃烧能够被控制在燃烧室8内。同时，甲烷浓度传感 器A31、温度传感器A32、甲烷浓度传感器B33、温度传感器B34、温度传感器C35和温度传感 器D36将测量的温度信号和甲烷浓度信号传入控制柜38中，控制柜38微机接收信号并产 生反馈控制信号。多孔介质填充床8内的温度升高到一定程度，控制柜38微机控制系统自 动打开烟气抽气装置阀门12，启动烟气抽气装置11进行烟气抽吸。如果多孔介质填充床8 内的温度降低到一定程度，微机将控制自动关闭烟气抽气装置11，关闭烟气抽气装置阀门 12。如果甲烷浓度过低，将自动启动燃烧器15，用燃气在点火空间14内补充燃烧来维持燃
5烧室7和蓄热式换热器4内填充介质正常运行温度。 本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改 变，均列为本发明的保护范围。
权利要求
一种蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，包括装置主体(1)、周期换向气流流通管路，其特征在于还包括测量与控制系统，并且所述的装置主体(1)的燃烧室(7)内大孔隙率泡沫陶瓷(10)填充材料中设置烟气抽吸装置(11)，烟气抽吸装置阀门(12)安装在烟气抽吸装置(11)出口管路上。
2.如权利要求1所述的蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，其特征在于所述 的装置主体(1)包括壳体⑵、多孔板A(3)、蓄热式换热器(4)、隔板A(5)、多孔板B(6)、燃 烧室(7)、多孔介质填充床(8)、小孔隙率泡沫陶瓷(9)、大孔隙率泡沫陶瓷(10)、烟气抽吸 装置(11)、烟气抽吸装置阀门(12)、多孔板C(13)、点火空间(14)、燃烧器(15)和保温层 (16)；底部气流通道外壳(26)和隔板B(30)支撑多孔板A(3)，多孔板A(3)托起对称布置在 左右隔板A(5)外侧的两个矩形蓄热式换热器(4)，矩形蓄热式换热器(4)填充空间内填充 大孔的蜂窝陶瓷，燃烧室(7)内，在点火空间(15)两侧对称布置两个多孔介质填充床(8)， 多孔介质填充床(8)内填充小孔隙率泡沫陶瓷(9)和大孔隙率泡沫陶瓷(10)填充材料，小 孔隙率泡沫陶瓷(9)孔径小于燃烧火焰淬熄直径，烟气抽吸装置(11)布置在燃烧室大孔隙 率泡沫陶瓷(10)填充材料内，装置主体(1)壳体内侧壁面和顶部壁面布置保温层(16)。
3.如权利要求1所述的蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，其特征在于所述 的周期换向气流流通管路包括进气管(17)、排气管(18)、换向阀门(19)、密封垫A(20)、密 封垫B (21)、阀门气流通道(22)、底部气流通道A(23)、底部气流通道B (24)、阀门驱动轴 (25)、底部气流通道外壳(26)、底板(27)、底板进排气口 A(28)、底板进排气口 B(29)、隔板 B(30)；由电机带动的传动装置驱动阀门驱动轴(25)旋转，从而带动换向阀门(19)周期旋 转180度角度，进气管(17)周期交替地与底板进排气口 A (28)和底板进排气口 B (29)连通， 阀门气流通道(22)周期交替地与底板进排气口 B (29)和底板进排气口 A (28)连通，形成装 置内周期交替气流正向流动和气流反向流动。
4.如权利要求1所述的蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，其特征在于所述 的测量与控制系统包括甲烷浓度传感器A (31)、温度传感器A (32)、甲烷浓度传感器B (33)、 温度传感器B (34)、温度传感器C (35)、温度传感器D (36)、信号传输线(37)和控制柜(38) 构成，传感器信号传输线(37)与控制柜(38)相连接，甲烷浓度传感器A(31)和温度传感器 A(32)固定在进气管(17)的外壁面上，此两个传感器探针插入进气管(17)的管道内，甲烷 浓度传感器B (33)和温度传感器B (34)固定在排气管(18)的外壁面上，此两个传感器探针 插入排气管(18)的管道内，温度传感器C(35)布置装置主体(1)壳体(2)的外壁面上，其 传感器探针插入蓄热式换热器(4)的填充介质内，温度传感器D (36)布置装置主体壳体的 外壁面上，其传感器探针插入燃烧室(7)左右两个多孔介质填充床(8)的填充介质内。
全文摘要
一种蓄热式超低热值燃气处理及能量利用装置，应用在工业生产中超低热值燃气的往复流动蓄热式燃烧技术中，装置由装置主体、周期换向气流流通管路和测量与控制系统构成。矿井乏风、城市垃圾填埋产生的气体、自然界和人类生活中生物质热解和阴燃(如燃池取暖)过程中产生的可燃气体等含甲烷浓度极低的超低热值燃气可在其中可实现自维持燃烧，而且，由于燃烧室多孔介质填充床内填充的小孔隙率多孔介质孔径小于淬熄直径，所以，燃烧能够被控制在燃烧室内。另外，本发明实现超低热值燃气燃烧产生的部分热量被烟气抽吸装置抽吸出来，送至常规的余热锅炉用于加热热水供热或产生过热蒸汽用于发电，节能环保。
文档编号F23D14/00GK101900332SQ20101016638
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者严春吉, 刘阳, 邓洋波 申请人:大连海事大学