一种天然气和布朗气混合燃烧方法及燃烧系统

技术领域

本发明涉及低碳环保燃烧系统的技术领域，特别涉及一种天然气和布朗气混合燃烧方法及燃烧系统。

背景技术

天然气、氢气作为清洁能源在能源消耗中不断增加，在发电、供暖等领域都出现了替代煤炭的现象。增加氢能在能源消耗中的应用比率能有效应对全球气候变化、降低碳排放。

目前出现的天然气掺氢的燃烧技术仅仅只是简单地将氢气与天然气混合后送往燃烧装置，利用空气作为助燃介质进行燃烧，未能考虑氢气燃烧时产生高温的不良后果，氢气燃烧时产生的高温容易烧坏燃烧装置；氢气燃烧所需要的空气占有79％的氮气，在高温情况下，氮气溶度越高，越容易生成氮氧化物，而氮氧化物是是一种主要的大气污染物。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种天然气和布朗气混合燃烧方法及燃烧系统，旨在有效地减少碳排放以及氮氧化物的生成。

为了达到上述目的，本发明的技术方案有：

本发明提供一种天然气和布朗气混合燃烧方法，包括以下步骤：

S1：吹扫:通过助燃风管道将空气通入燃烧装置和布朗气输送管道，排出燃烧装置和布朗气输送管道内的残留气体，将残留气体排出后，停止将空气通入布朗气输送管道；

S2：点火:通过天然气输送管道将天然气通入燃烧装置，燃烧装置进行点火，将天然气点燃；

S3：输布朗气:通过布朗气输送管道将布朗气通入燃烧装置，布朗气在点燃的天然气作用下进行燃烧；

S4：运行:天然气一直以低于最大通入量的30％进行燃烧，为布朗气提供稳定的火源，使布朗气稳定燃烧。

与现有技术相比，本发明采用布朗气替代纯氢气进行燃烧工作，值得说明的是，布朗气是一种氢气和氧气混合可燃气体，其中氢气和氧气的比例为2:1，其具有安全环保的特性而被广泛应用于节能减排的技术领域。布朗气进入燃烧装置时，天然气处于燃烧的状态，因此布朗气可以直接燃烧，天然气作为稳定的火源使布朗气能够稳定燃烧。布朗气中的氧气作为助燃介质辅助天然气和布朗气进行燃烧，相比于使用纯氢气，布朗气的燃烧无须通入大量的空气，使得空气量减少，降低了空气带入的氮气，从源头降低氮氧化物生成的同时有效提高氢气和天然气的燃烧效率。

在一种优选实施例中，所述天然气和布朗气混合燃烧方法还包括输水步骤，其在步骤S4之前；所述输水步骤具体包括：通过输水管道将水与布朗气混合通入所述燃烧装置。

在一种优选实施例中，在输水步骤中，水转化成水蒸气后占布朗气中的氢气的体积比为8％～15％。

在一种优选实施例中，在步骤(4)运行过程中，布朗气热值占比为40％～70％。

本发明还提供一种天然气和布朗气混合燃烧系统，其包括：燃烧装置；其具有第一进气口、第二进气口以及进风口；

布朗气输送管道，其与所述第一进气口连接；

天然气输送管道，其与所述第二进气口连接；

助燃风管道，其与所述进风口连接；

控制器，其用于控制所述布朗气输送管道、所述天然气输送管道以及助燃风管道的开关和输出流量。

在一种优选实施例中，所述布朗气输送管道上依次设置有第一手动球阀、第一压力调节阀、第一压力表、压力变送器、第一压力开关、第一电磁切断阀、气动放散阀、检漏开关、检漏切断阀、第一电动调节阀；

所述天然气输送管道上依次设置有第二手动球阀、过滤器、第二压力调节阀、第二压力表、第二压力开关、第二电磁切断阀以及第二电动调节阀；

所述助燃风管道包括主管道，其与所述燃烧装置连接；所述主管道上依次设置有助燃风机、第四压力开关、第四电磁切断阀以及第四电动调节阀。

在一种优选实施例中，所述助燃风管道还包括支管道，支管道连接于所述第四电动调节阀后端，并于所述第一电动调节阀的后端接入布朗气输送管道；

在所述支管道上设有第五电磁切断阀。

在一种优选实施例中，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括电解水装置、储氧罐以及储氢罐；所述电解水装置通过管道分别与所述储氧罐和所述储氢罐连接，所述储氧罐和所述储氢罐通过管道与布朗气输送管道的前端连接。

在一种优选实施例中，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括依次连接的储水箱、水泵以及输水管道，所述输水管道于所述第一电动调节阀的后端接入布朗气输送管道；

所述输水管道上依次设置有第三压力开关、第三电磁切断阀、第三电动调节阀。

在一种优选实施例中，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括阻火器，其两端分别与所述布朗气输送管道和所述燃烧装置连接。

为了更好地理解和实施，下图结合附图详细说明本发明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明天然气和布朗气混合燃烧系统的示意图。

附图标记说明：

100—燃烧装置、110—进风口、120—第一进气口、130—第二进气口、210—助燃风机、220—第四压力开关、230—第四电磁切断阀、240—第四电动调节阀、250—第五电磁切断阀、310—第一手动球阀、320—压力调节阀、330—第一压力表、340—压力变送器、350—第一压力开关、360—第一电磁切断阀、370—气动放散阀、380—检漏开关、390—检漏切断阀、391—第一电动调节阀、392—电解水装置、393—储氧罐、394—储氢罐、410—第二手动球阀、420—过滤器、430—第二压力调节阀、440—第二压力表、450—第二压力开关、460—第二电磁切断阀、470—第二电动调节阀、510—储水箱、520—水泵、530—第三压力开关、540—第三电磁切断阀、550—第三电动调节阀、600—阻火器。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明，下面参照附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供一种天然气和布朗气混合燃烧方法，包括以下步骤：

S1：吹扫:通过助燃风管道将空气通入燃烧装置100和布朗气输送管道，排出燃烧装置100和布朗气输送管道内的残留气体，将残留气体排出后，停止将空气通入布朗气输送管道；

S2：点火:通过天然气输送管道将天然气通入燃烧装置100，燃烧装置100进行点火，将天然气点燃；

S3：输布朗气:通过布朗气输送管道将布朗气通入燃烧装置100，布朗气在点燃的天然气作用下进行燃烧；

S4：运行:天然气一直以低于最大通入量的30％进行燃烧，为布朗气提供稳定的火源，使布朗气稳定燃烧。

与现有技术相比，本发明采用布朗气替代纯氢气进行燃烧工作，值得说明的是，布朗气是一种氢气和氧气混合可燃气体，其中氢气和氧气的比例为2:1，其具有安全环保的特性而被广泛应用于节能减排的技术领域。本发明在吹扫阶段通过助燃风管道往燃烧装置100和布朗气输送管道通入空气，排出燃烧装置100和布朗气输送管道内的残留气体，以防因残留气体含有氢气等可爆炸性气体而进行点火时发生气体爆炸危险；在点火阶段通过所述天然气输送管道向所述燃烧装置100通入天然气作为稳定燃料进行燃烧工作，然后在输布朗气阶段通过所述布朗气输送管道向所述燃烧装置100通入布朗气，其中布朗气中的氢气作为燃料进行燃烧，布朗气进入燃烧装置100时，天然气处于燃烧的状态，因此布朗气可以直接燃烧，天然气作为稳定的火源使布朗气能够稳定燃烧。布朗气中的氧气作为助燃介质辅助天然气和布朗气进行燃烧，相比于使用纯氢气，布朗气的燃烧无须通入大量的空气，使得空气量减少，降低了空气带入的氮气，从源头降低氮氧化物生成的同时有效提高氢气和天然气的燃烧效率。

在本实施例中，所述天然气和布朗气混合燃烧方法还包括输水步骤，其位于步骤S4之前；所述输水步骤具体包括：通过输水管道将水与布朗气混合通入所述燃烧装置，液态水在所述燃烧装置100燃烧作用下转化为气态水，气态水吸收燃烧装置100内大量的热，从而降低氢气的燃烧温度，防止高温将所述燃烧装置100烧坏，另外气态水生成的烟气能够加强产品的辐射换热的效果，缩短产品烧成时间，从而达到节能降耗的效果。

在输水步骤中，水转化成水蒸气后占布朗气中的氢气的体积比为8％～15％。

在步骤(4)运行过程中，布朗气热值占比为40％～70％。

需要说明的是，随着氢气的占燃料的比值越来越高，燃料燃烧的温度越来越高，如果要避免温度过高，那么需要同时提高水的通入量，而窑内的水蒸气含量过高，程度上影响燃料与氧气的充分接触，进而影响燃烧效果。因此，应合理控制布朗气和水的通入量。在本实施例中，布朗气中的氢气热值占比为40％～70％，水转化成水蒸气后占布朗气中的氢气的体积比为8％～15％。

发明人通过多次计算及实验得知，当水转化成水蒸气后占布朗气中的氢气的体积比为12％时，布朗气中氢气的燃烧温度与天然气的燃烧温度相近，如需降温，在此基础上增加水的通入量，如需升温，在此基础上减少水的通入量。

由于水的加入，最高可以将布朗气中氢气的热值占比调至70％，提高了掺氢比例，大大地减少了燃烧产生的污染物。本发明的天然气和布朗气混合燃烧方法不仅能够实现高比例掺氢的安全燃烧，还能根据需要灵活调整氢气的通入量和水的通入量，从而实时调整燃烧温度。

其中，布朗气中的氢气的热值比是指单位时间内氢气释放的热量占天然气和氢气释放的总热量的比值。在实际工作中，燃烧装置的控制器根据公式Q放＝vq(q为单位热值)计算出各种燃料对应的体积，通过各燃料对应的电动调节阀控制燃料的通入量。

本发明还提供一种天然气和布朗气混合燃烧系统，包括燃烧装置100；其具有第一进气口120、第二进气口130以及进风口110；布朗气输送管道，其与所述第一进气口120连接；天然气输送管道，其与所述第二进气口130连接，助燃风管道，其与所述进风口110连接；控制器，其用于控制所述天然气输送管道、所述布朗气输送管道以及助燃风管道的开关和输出流量。

具体地，所述天然气和布朗气混合燃烧系统通过布朗气输送管道向燃烧装置100输送布朗气，通过天然气输送管道向燃烧装置100输送天然气，通过助燃风管道向燃烧装置100输送天然气，通过控制器控制布朗气、天然气以及空气的输出和输出流量；所述天然气和布朗气混合燃烧系统为所述天然气和布朗气混合燃烧方法提供所需的使用条件。

进一步地，按照布朗气的流向，所述布朗气输送管道包括用管道依次连接的第一手动球阀310、第一压力调节阀320、第一压力表330、压力变送器340、第一压力开关350、第一电磁切断阀360、气动放散阀370、检漏开关380、检漏切断阀390、第一电动调节阀391，所述第一电动调节阀391的后端通过管道与所述第一进气口120连接。其中，所述第一手动球阀310用于手动控制布朗气输送管道的开关，所述第一压力调节阀320用于调节布朗气的压力，所述第一压力表330用于显示布朗气的压力，以方便员工一边观察第一压力表330一边调节第一压力调节阀320，所述压力变送器340将布朗气的压力数值传输到后台的计算机上，使处于后台的工作人员不通过管道上的压力表也能知道布朗气的压力，从而根据布朗气的压力数值控制第一电动调节阀391进行调节工作，所述第一压力开关350用于检测布朗气输送管道管道内的压力，所述气动放散阀370用于排出管道内多余的气体，检漏开关380用于检查管道内的气体是否出现泄漏，若出现泄漏情况，会使得管道内的压力和流量不能稳定，此时利用检漏切断阀390切断布朗气的输出，所述第一电动调节阀391用于调节布朗气的输送流量，通过设计多道阀门等多道控制，以保证布朗气的压力和流量能够稳定运行，以及防止危险发生。

进一步地，按照天然气的流向，所述天然气输送管道包括用管道依次连接的第二手动球阀410、过滤器420、第二压力调节阀430、第二压力表440、第二压力开关450、第二电磁切断阀460以及第二电动调节阀470，所述第二电动调节阀470的后端通过管道与所述第二进气口130连接。其中，所述第二手动球阀410用于手动控制布朗气输送管道的开关，所述第二压力调节阀430用于调节天然气的压力，所述第二压力表440用于显示天然气的压力，以方便员工一边观察第二压力表440一边调节第二压力调节阀430，所述第二压力开关450用于检测天然气输送管道管道内的压力，所述第二电动调节阀470用于调节天然气的输送流量，通过设计多道阀门等多道控制，以保证天然气的压力和流量能够稳定运行，以及防止危险发生。

进一步地，所述助燃风管道包括主管道，其与所述燃烧装置100连接；按照空气的流向，所述主管道包括用管道依次连接的助燃风机210、第四压力开关220、第四电磁切断阀230以及第四电动调节阀240，所述第四电动调节阀240的后端与所述进风口110连接，通过第四电磁切断阀230控制主管道的开关，在吹扫时，打开第四电磁切断阀230，以对所述燃烧装置100进行吹风，将所述燃烧装置100内的残留气体排出，在生产时，为天然气的稳定燃烧提供燃烧介质。

进一步地，所述助燃风管道还包括支管道，所述支管道连接于第四电动调节阀240后端并在第一电动调节阀391后端接入布朗气输送管道，在所述支管道上设有第五电磁切断阀250，通过第五电磁切断阀250控制支管道的开关，在吹扫时，打开第五电磁切断阀250，以使所述助燃风管道对所述布朗气输送管道进行吹风，将所述布朗气输送管道内的残留气体快速经所述气动放散阀370和所述燃烧装置100的出口排出，在吹扫完毕后关闭第五电磁切断阀250。

进一步地，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括电解水装置392、储氧罐393以及储氢罐394；所述电解水装置392通过管道分别与所述储氧罐393和所述储氢罐394连接，所述储氧罐393和所述储氢罐394通过管道与布朗气输送管道的前端连接。采用电解水装置制造氢气和氧气，设备简单，制造效率高，将电解水装置制造的氢气储存到储氢灌内和将制造的氧气储存到储氧灌内，然后调节氢气和氧气的输出比例为2:1，使两者混合成布朗气进行输出。本实施例采用储氧罐393和储氢罐394对制氢过程中产生的氢气和氧气分开储存，因此能够单独对氢气或氧气进行升压储存，避免氢气、氧气的混合气体在压缩储存的过程中接触到压缩机释放的热量而发生爆炸，提高电解水制氢管路整体的安全性能。在需要使用时，再通过控制氢气和氧气的通入量，使氢气和氧气以2：1的体积比通入，对氢气起到助燃的作用。

进一步地，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括统还包括依次连接的储水箱510、水泵以及520输水管道，所述输水管道与所述布朗气输送管道相连通；按照水的流向，所述输水管道包括用管道依次连接第三压力开关530、第三电磁切断阀540、第三电动调节阀550，所述第三电动调节阀550的后端通过管道与所述第一电动调节阀391的后端连接。所述压力开关用于检测液态水的压力，第三电磁切断用于控制输水管道的开关，第三电动调节阀550用于调节液态水的输出流量。

在本实施例中，所述控制器与所述燃烧系统的电磁切断阀、压力开关、压力调节阀320以及电动调节阀等多道阀门和传感器电性连接，以通过控制器控制多道阀门从而控制气体和液体的输出和输出流量。

进一步地，所述天然气和布朗气混合燃烧系统还包括阻火器600，其两端分别与所述布朗气输送管道和所述燃烧装置100连接，以防止回火事故发生。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“竖向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须包括特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。