一种节能减排型燃烧装置及燃烧方法与流程

本发明涉及热能环保技术领域，具体涉及一种节能减排型燃烧装置及燃烧方法。

背景技术：

2000年以后，我国的燃料结构发生了重大的改变，过去是以煤炭为主体，现在逐步改成以天然气、丙烷为主体，即煤改气方针。煤改气方针对环境保护有利，特别是减少了粉尘的排放，但是烟气中二氧化碳的含量却没有明显下降，有的反而增加。例如，钢材的切割、焊接、加热等，过去都以乙炔为燃料，现在80%以上不采用乙炔而采用丙烷，但是由于丙烷的火焰温度低、效率差，一吨乙炔的工作量需要2-2.5吨的丙烷才能代替，虽然节省了使用乙炔所消耗的电力，但是增加了丙烷的消耗量，浪费了能源又增加了二氧化碳的排放量。

在燃烧过程中，所耗用能源的发热量大于主体生产所需的热量，燃烧炉中产生的多余热量再进行尾气的热量回收，降低进入烟囱的尾气温度，达到节能的目的，但是却无法减排。另外，有的燃烧过程中废热是无法回收的，例如黑色金属加工中钢材切割及变形校正、玻璃器皿的加工、保温杯制作、水晶吊挂的加工过程。因此真正有效的节能、减排必须从源头上下功夫，在满足主体生产所需要热量的同时，减少耗用的能源量，使尾气大大减少，达到节能减排的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能减排型燃烧装置，它可以解决现有技术中燃料燃烧的过程中能源消耗与尾气排放量大的问题。此外，本发明还要提供一种节能减排型燃烧方法，即通过提高火焰温度实现节能与减排。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种节能减排型燃烧装置，包括燃料输送机构、增效剂添加机构、燃烧器及智能控制器，所述增效剂添加机构接入所述燃料输送机构，所述燃料输送机构连接燃烧器，所述燃烧器内部形成燃气、助燃气与增效剂的混合物，所述助燃气体为氧气或空气，所述燃料输送机构、增效剂添加机构连接智能控制器。

优选的技术方案，所述燃烧器为预混式燃烧器，所述燃料输送机构包括燃气输送管及设于燃气输送管上的气相均匀混合器，所述增效剂添加机构包括增效剂储罐、微量泵，所述微量泵连通增效剂储罐及燃气输送管。

优选的技术方案，所述燃气输送管道连接第一流量计，所述气相均匀混合器连接加热器，所述第一流量计、微量泵连接智能控制器。

优选的技术方案，所述燃烧器为扩散式燃烧器，所述燃料输送机构包括燃气输送管道、助燃气输送管道、混配器，所述燃气输送管道、助燃气输送管道分别连接所述混配器，所述混配器连接所述扩散式燃烧器，所述增效剂添加机构包括增效剂储罐、微量泵，所述微量泵连通增效剂储罐及燃气输送管，所述燃气输送管道上设有气相均匀混合器。

优选的技术方案，所述燃气输送管道连接第一流量计及第一流量阀，所述助燃气输送管道连接第二流量计及第二流量阀，所述气相均匀混合器连接加热器，所述第一流量计、第一流量阀、第二流量计、第二流量阀及微量泵连接智能控制器。

本发明的第二方面，提供一种节能减排型燃烧方法，采用上述节能减排型燃烧装置，包括以下步骤：将燃气、助燃气、增效剂按比例混合后，于燃烧器内进行燃烧，燃烧所得热量用于热加工操作。

优选的技术方案，所述增效剂为醇和烃的混合物，所述醇为选自选自甲醇、乙醇、异丙醇或c4～c9高碳醇中的一种或一种以上的任意混合物，所述烃为选自己烷、甲苯、二甲苯、三甲苯或c9～c11烃中的一种或一种以上的任意混合物。

优选的技术方案，所述增效剂与燃气的重量比为（1.0～3.0）：100。

优选的技术方案，所述助燃气为氧气，所述氧气与燃气的体积比为（75～200）：100。

优选的技术方案，所述助燃气为空气，所述空气与燃气的体积比为（400～1000）：100。

烃类的燃烧是一种自由基连锁反应，燃烧的火焰温度与燃烧的速度有关，而燃烧速度的快慢取决于自由基连锁反应的初始状态，即放出第一个自由基的速度。烃类燃烧速度与火焰温度的关系如表1所示。众所周知，炔烃是最活泼的，基次是烯烃，最后是烷烃，因而乙炔、丙烯、丙烷、天然气（甲烷）在重量发热量很接近的情况下，由于燃烧速度的不同，火焰的温度也不同。

表1烃类燃烧速度与火焰温度的关系

对于甲烷火焰而言，其重要的起始阶段为：

ch4+oh=ch3+h20和ch4+h=ch3+h2

继后的两个反应为：

ch3+o2=ch2o+oh和ch3+0=ch20+h

后阶段还发生包含有ch0、ho2和co的进一步反应，应该注意到，这类反应链需要有起始的oh自由基引发。为了提高燃烧的火焰温度，本专利的第一个要点：利用增效剂加速燃烧的自由基连锁反应，提高火焰温度。

为了提高燃烧的火焰温度，必须使氧气与燃气充分混合，使分子间密切接触，因为燃烧过程是烃类的氧化反应，如果氧分子与燃气分子不能密切接触，则增效剂就无法起作用，也就不能提高火焰温度。在火焰学的领域中，对燃烧火焰分成预混式火焰和扩散式火焰两种，本专利的第二个要点：必须采用预混式火焰。

本发明的第二个要点通过以下方案实现：

如果炉、窑配备的是预混式燃烧器，只需要在燃气输送管道上增加增效剂添加机构，使燃气与增效剂充分混合，即可达到提高火焰温度的目的。

如果炉、窑配备的是扩散式燃烧器，则必需进行改造。改造方式有二种：

1、将扩散式燃烧器改成预混式燃烧器。

2、不更换原有的扩散式燃烧器，在进气管路上进行改造：将原有的助燃气输送管道与燃气输送管道接入混配器，按比例将两种气体充分混合后再进入原有扩散式燃烧器。

本发明的有益效果为：（1）相较于传统的燃烧装置而言，本发明的燃烧装置产生的火焰温度明显升高，提高了热量的传递效率，减少了燃料的使用，节约了生产成本。

（2）减少了二氧化碳及余热的产生量，更加节能环保。

（3）适用范围广，只需在原有的燃烧装置上进行改造，改造成本低，易于推广。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例1节能减排型燃烧装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2节能减排型燃烧装置的结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：燃气输送管道1、气相均匀混合器2、预混式燃烧器3、智能控制器4、微量泵5、增效剂储罐6、第一流量计7、加热器8、第一流量阀9、助燃气输送管道10、第二流量计11、第二流量阀12、混配器13、扩散式燃烧器14。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的节能减排型燃烧装置是在扩散式燃烧器14的基础上改造而成，包括燃气输送管道1、助燃气输送管道10、混配器13及扩散式燃烧器14，燃气输送管道1与助燃气输送管道10分别通入混配器13，经混配器13充分混合后送入扩散式燃烧器14进行燃烧。燃气输送管道1连接增效剂添加机构，增效剂添加机构包括增效剂储罐6、微量泵5，增效剂储罐6连接微量泵5，微量泵5连接燃气输送管道1，燃气输送管道1上设有气相均匀混合器2，气相均匀混合器2连接加热器8，增效剂经微量泵5通入燃气输送管道1后经气相均匀混合器2与燃气充分混合。燃气输送管道1连接第一流量计7及第一流量阀9，助燃气输送管道10连接第二流量计11及第二流量阀12，气相均匀混合器2连接加热器8，第一流量计7、第一流量阀9、第二流量计11、第二流量阀12及微量泵5连接智能控制器4。

实施例2

如图2所示，本实施例的节能减排型燃烧装置是在预混式燃烧器3的基础上改造而成，包括预混式燃烧器3、燃气输送管道1、气相均匀混合器2及增效剂添加机构，燃气输送管道1连接预混式燃烧器3，增效剂添加机构包括增效剂储罐6、微量泵5，增效剂储罐6连接微量泵5，微量泵5连接燃气输送管道1，燃气输送管道1上设有气相均匀混合器2，气相均匀混合器2连接加热器8，增效剂经微量泵5通入燃气输送管道1后经气相均匀混合器2与燃气充分混合，混合后的燃气送入预混式燃烧器3进行燃烧。其中，燃气输送管道1上设有第一流量计7，第一流量计7与微量泵5连接智能控制器4。

实施例3

本实施例采用实施例1的节能减排型燃烧装置进行燃烧试验，其中燃气采用天然气，助燃气采用空气，增效剂由甲醇20%、乙醇20%、甲苯30%和二甲苯30%配置而成，增效剂的添加量为天然气重量的1%，空气与天然气的体积比为700:100。

为了验证本实施例效果，在其他因素均相同的条件下，对比例采用未改造前的扩散式燃烧器，试验结果见表2。

表2

由上表可知，提高火焰温度的必要条件是向燃气中添加增效剂，且助燃气与增效剂充分的混合。

实施例4

本实施例采用实施例1的节能减排型燃烧装置进行燃烧试验，其中燃气采用天然气，助燃气采用氧气，增效剂由甲醇20%、乙醇20%、甲苯30%和二甲苯30%配置而成，增效剂的添加量为天然气重量的1%，氧气与天然气的体积比为170:100。

为了验证本实施例效果，在其他因素均相同的条件下，对比例采用未改造前的扩散式燃烧器，试验结果见表3。

表3

对比表2与表3可知，相较于空气而言，采用氧气作为助燃气，火焰温度更高，且在加入增效剂后，火焰温度的提升幅度更大。

实施例5

本实施例采用实施例2的节能减排型燃烧装置进行切割试验。

切割材料：ah32钢板，材料厚度：20mm。

切割气体：厂用丙烷以及添加增效剂的天然气。

增效剂：甲醇20%、高碳醇40%、己烷30%和二甲苯10%配置而成。

助燃气：氧气。试验结果见表4。

表4

由上表可知，切割时，实施例5相较于厂用丙烷而言，节能54.8%。

实施例6

本实施例采用实施例2的节能减排型燃烧装置进行切割试验。

切割材料：ah32钢板，材料厚度：20mm。

切割气体：厂用天然气以及添加增效剂的天然气。

增效剂：甲醇20%、乙醇20%、甲苯30%和二甲苯30%配置而成。

助燃气：氧气。试验结果见表5。

表5

由上表可知，切割时，实施例6相较于厂用天然气而言，节能56.52%。

实施例7

本实施例采用实施例1的节能减排型燃烧装置进行烤火试验。

烤火气体：厂用丙烷以及添加增效剂的天然气。

增效剂：己烷85%、乙醇5%、异丙醇5%和c9～c11烃5%配置而成。

助燃气：氧气。试验结果见表6。

由上表可知，烤火时，实施例7相较于厂用丙烷而言，节能42.2%。

实施例8

本实施例采用实施例1的节能减排型燃烧装置进行焊接试验。

焊接气体：厂用丙烷以及添加增效剂的天然气。

增效剂：甲醇20%、乙醇20%、甲苯30%和二甲苯30%配置而成。

助燃气：氧气。试验结果见表7。

表7

由上表可知，焊接时，实施例8相较于厂用丙烷而言，节能54.75％。

实施例9

本实施例采用实施例2的节能减排型燃烧装置进行玻璃杯制造能耗试验。

燃气：民用液化气以及添加增效剂的天然气。

增效剂：甲醇20%、乙醇20%、甲苯30%和二甲苯30%配置而成。

助燃气：氧气。试验结果见表8。

表8

由上表可知，在玻璃杯制造行业中，实施例8相较于民用液化气而言，节能32％。

实施例10

本实施例采用实施例1的节能减排型燃烧装置在家庭民用煤气灶上进行实验。

燃气：民用天然气及添加增效剂的天然气。

增效剂：甲醇40%、乙醇20%、二甲苯30%、c4～c9烃10%配置而成。

助燃气：空气。实验结果见表9。

表9

由上表可知，在民用煤气灶上，实施例10相较于民用天然气而言，节能15.2%。

本发明还适用于交通运输、燃气发电、炉窑等一切使用天然气或丙烷作燃料的行业领域达到节能减排。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。