一种水冷式燃气火炬燃烧系统的制作方法

1.本发明属于燃气火炬技术领域，具体涉及一种水冷式燃气火炬燃烧系统。


背景技术：

2.垃圾处理渗滤液、污水处理、禽畜类养殖场粪便处理以及生物制药等各种厌氧发酵处理过程中都会产生副产品沼气，沼气中的主要成分为甲烷，属温室气体，根据环保要求是不可以直接排放的；在厌氧处理过程中产生大量的以甲烷为主要成份的沼气，对沼气的下一步处理方式主要是两种，一种是利用沼气作为锅炉或发电机燃料，用来燃烧后生成的热水或蒸汽再加以利用，或是燃气发电机进行供热发电，另一种方式就是直接通过火炬进行燃烧后对空排放；即使配有锅炉的系统，为保证设备维护、用热设备检修、停用或特殊情况应急处理，也会配备沼气火炬，通过燃烧排放多余的沼气，所以沼气火炬是标配；现有沼气火炬都是只有一个功能，就是燃烧后对空排放，没有对沼气燃烧的热能进行任何的利用，同时根据gb/t41191-2021《沼气工程火焰燃烧器》要求，对密闭式沼气火炬，要求火炬外表面温度不宜高于环境温度60℃，为达到这一目标，还需对火炬进行隔热保温以降低火炬外表面温度，增加了成本而没有任何经济收益；随着节能减排，污染物综合利用的意识和要求不断提高，对环保达标排放要求也进一步提高，近年来沼气工程项目得到了明显大力发展，并随着厌氧发酵技术的提高和沼气收集技的优化，沼气产量不断提高，沼气处理量和沼气处理能力需求提上了一个新的台阶，从最初的50方左右小型火炬为主到现在火炬沼气量不断扩大，1000方及以上火炬处理要求不断出现；对沼气火炬燃烧排放热能的浪费也更加的明显，同时厌氧发酵本身也需要热源加热，对热能的综合利用提出了新的要求；现有技术的缺陷和不足：1、现有火炬燃烧室存在两种方式，一种是不采取任何隔热保护措施，沼气等燃气在火炬内燃烧室点火后燃烧，热烟气在下部供风机强制供风或通过自然吸风方式吸取下部空气后向上部火炬出口排出，燃气燃烧热量通过火炬筒壁对流换热和火焰热辐射方式加热火炬筒体金属，造成火炬外表面高温，有时火炬外壁甚至在燃烧火焰烘烤下超温、变色变形，造成火炬周边高温危险，必须采取有效隔离防护措施，防止人员烧伤烫伤或其他高温火灾等危险发生，无法满足火炬外表面温度不宜高于环境温度60℃要求；2、另一种封闭式火炬，大多在火炬筒壁内燃烧室外设置隔热层，采用耐高温的陶瓷棉或同等隔热材料，起到隔热保温作用，隔热材料耐火性耐温性要求达到1200℃左右，对隔热材料的厚度也有要求，否则难以达到标准要求的火炬外表面温度不宜高于环境温度60℃要求，但要达到这个要求，增设达到要求的设隔热材料，火炬制造成本也是大大增加；3、上述两种现有火炬燃烧方式都是采用沼气在火炬内经过燃烧器点火燃烧后直接对空排放，没有进行任何燃烧热能的采集和利用，燃气热能燃烧后100%全部浪费，还会增空气热污染；对于大型火炬的燃烧热能数量巨大，白白浪费令人痛心；4、由于不采取燃烧热量的收集利用，火炬燃烧室温度比较高，特别是采取隔热绝
热措施后燃烧室温度更高，燃烧温度超过1000℃，会增加高温燃烧产物氮氧化物，增加有害物质氮氧化物排放量，污染空气。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种水冷式燃气火炬燃烧系统，以解决上述背景技术中提出现有技术中存在的缺陷和不足。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种水冷式燃气火炬燃烧系统，包括；水冷夹套式火炬本体；以及设置在所述水冷夹套式火炬本体上的火炬燃烧器、点火探火装置以及火炬燃烧室；还包括：燃气阀组、火炬防雨帽、火炬支座、火炬进风口、控制系统；所述控制系统包括：控制器、主控制阀和副控制阀，所述主控制阀和副控制阀均与控制器电连接，所述主控制阀安装在主燃烧组件内以用于导通或截止燃气，所述副控制阀安装在火炬燃烧器内以用于导通或截止燃气。
5.优选的，所述水冷夹套式火炬本体上分别设置有自动排气阀、热水出水口、水位探头、温度探头、回水口、排污阀，所述自动排气阀、热水出水口、水位探头、温度探头、回水口、排污阀的接口均与所述水冷夹套式火炬本体相连通。
6.优选的，所述回水口和热水出水口分别用于水冷式火炬燃烧系统循环水进水和出水，在循环水泵驱动下将循环水在火炬和用热设备间循环流动换热。
7.优选的，所述排污阀设置于所述水冷夹套式火炬本体的水冷式夹套上，所述排污阀用于火炬夹套排污，所述自动排气阀用于排出火炬夹套内的空气或汽泡。
8.优选的，所述水位探头和温度探头分别安装于所述水冷夹套式火炬本体的水冷式夹套上，且所述水位探头和温度探头用于监测水冷夹套式火炬本体的水冷式夹套内的水位和温度。
9.优选的，所述燃气阀组包括：阻火器、电磁阀、手动阀、压力控制器，所述燃气阀组与所述火炬燃烧器相连，燃气先进入到燃气阀组，由控制系统根据设定的程序，满足火炬点火要求时打开电磁阀向火炬燃烧器供应燃气，进行点火和燃烧。
10.优选的，所述火炬燃烧器配套有点火探火装置，在控制程序发送点火信号后开始点火，同时的探火装置进行探火，在规定时间内探测燃烧器是否点火成功，如果不成功或者发生息火则返馈控制系统进行二次点火或按程序关闭燃气阀组中的电磁阀切断燃气供应。
11.优选的，所述水冷式燃气火炬燃烧系统还包括：设置在所述水冷夹套式火炬本体一端的火炬防雨帽以及火炬支座和火炬进风口；所述火炬进风口通过自然吸风方式提供火炬燃烧所需空气。
12.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种水冷式燃气火炬燃烧系统，与现有技术相比，具有以下优点：
1.利用本发明水冷式火炬本体结构，热水循环系统回水在燃烧室外水冷式夹套内从火炬本体下方进入，通过水冷夹套内壁吸收火炬燃烧火焰和高温烟气的辐射热量和对流换热热量，温差大，传热性好，能够有效吸收利用火炬燃烧产生的热量，加热循环水，高温水通过上部热水出水口由循环泵送到用热设备处释放出热量后再由循环泵送回火炬回水口进入火炬再次加热利用，达到能源综合利用，变废为宝的目的，而且一般厌氧发酵本身就需要加热以提高产能，通过此项技术能够充分利用沼气热能，减少其他加热能源供给，起到综合利用能源同时减少其他能源消耗的目的，同时大大增加项目经济性。
13.2.本发明采用水冷夹套式火炬本体结构在火炬火焰燃烧室外即是被夹套水包围的金属内壁，由于夹套内循环水温度在上部温度最高，最高温度设置在85℃左右，下部主燃烧区是循环回水，温度更低，通常低于或接近40℃左右，火炬外壁面温度即使火炬外壁不做保温一般也不会超过标准规定的温度，如果为更好利用热水热能，简单保温后温度更低，完全能达到新的火炬外壁面温度要求。
14.3.采用水冷式火炬结构，由水冷式夹套代替了传统封闭式火炬燃烧室外的高成本隔热保护层，隔热保温效果更好，减少了高成本的隔热保护层，降低了火炬成本。
15.4.采用水冷式结构，由于火炬燃烧室及上部烟道周围都是水冷式金属外壁，温差大，传热性好，能够有效吸收利用燃烧热量，使得燃烧室燃烧温度大大降低，减少了高温燃烧产物氮氧化物的生成，大大减少了氮氧化物污染物排放，环保效果明显。
附图说明
16.图1为本发明水冷式燃气火炬燃烧系统的主视结构示意图；图2为本发明水冷式燃气火炬燃烧系统的府视结构示意图。
17.图中：1、燃气阀组；101、阻火器；102、电磁阀；103、手动阀；104、压力控制器；2、火炬燃烧器；3、点火探火装置；4、火炬燃烧室；5、水冷夹套式火炬本体；6、防雨冒；7、自动排气阀；8、热水出水口；9、水位探头；10、温度探头；11、回水口；12、排污阀；13、火炬支座；14、火炬进风口；15、控制系统。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1本发明提供了如图1、图2所示的一种水冷式燃气火炬燃烧系统，包括；水冷夹套式火炬本体5，水冷夹套式火炬本体5直接包围在火炬燃烧器2外围，在火炬点火燃烧时，水冷夹套式火炬本体5金属内壁直接受火炬燃烧火焰烘烤，接受火焰和高温烟气的热辐射和烟气对流换热；水冷夹套式火炬本体5上分别设置有自动排气阀7、热水出水口8、水位探头9、温度探头10、回水口11、排污阀12，自动排气阀7、热水出水口8、水位探头
9、温度探头10、回水口11、排污阀12的接口均与水冷夹套式火炬本体5相连通；采用水冷夹套式火炬本体结构，在火炬火焰燃烧室外即是被夹套水包围的金属内壁，由于夹套内循环水温度在上部温度最高，最高温度设置在85℃左右，下部主燃烧区是循环回水，温度更低，通常低于或接近40℃左右，火炬外壁面温度即使火炬外壁不做保温一般也不会超过标准规定的温度，如果为更好利用热水热能，简单保温后温度更低，完全能达到新的火炬外壁面温度要求；回水口11和热水出水口8分别用于水冷式火炬燃烧系统循环水进水和出水，在循环水泵驱动下将循环水在火炬和用热设备间循环流动换热；本实施例回水口11在水冷夹套式火炬本体5内进口处设置一弯头，使回水进水沿弯头导向有序旋转上升，增加水侧流动换热系数，吸收水冷式夹套内壁被燃烧室内燃烧火焰和高温烟气加热的内壁热量而升温，到达火炬顶部时高温热水通过热水出水口输出火炬本体，热水通过循环水泵带动将高温热水输送到需要的加热设备处（如厌氧发酵罐）释放出热量给需加热物料，降温后的循环回水再回到火炬本体回水口再次进入火炬夹套内吸收热量，进行循环吸热和放热过程，达到循环利用火炬燃烧热能的目的，同时实现了能源综合利用，变废为宝的目，也是当前节能减排的有效途径之一；排污阀12设置于水冷夹套式火炬本体5的水冷式夹套上，排污阀12用于火炬夹套排污；自动排气阀7能自动排除夹套内部空气和可能产生的部分蒸汽，使水冷夹套内充满水，有利于热水循环换热，同时避免产生气塞，或引起水循环不畅或水击，也可避免因蒸汽积聚而使温度压力升高，影响运行安全；水位探头9和温度探头10分别安装于水冷夹套式火炬本体5的水冷式夹套上，且水位探头9和温度探头10用于监测水冷夹套式火炬本体5的水冷式夹套内的水位和温度；水冷夹套式火炬本体5上设置的温度探头10和水位探头10是提供温度控制和最低水位安全控制的保护措施和控制信号，与火炬控制系统相连，当火炬水冷夹套内水位低于最低水位时，或温度超过设定最高温度时通过控制系统给出安全联锁控制信号，停止火炬运行，检查原因排除故障后才能恢复运行；以及设置在水冷夹套式火炬本体5上的火炬燃烧器2、点火探火装置3以及火炬燃烧室4；火炬燃烧器2配套有点火探火装置3，在控制程序发送点火信号后开始点火，同时的探火装置进行探火，在规定时间内探测燃烧器是否点火成功，如果不成功或者发生息火则返馈控制系统进行二次点火或按程序关闭燃烧气阀组1中的电磁阀切断燃气供应；水冷式燃气火炬燃烧系统还包括：燃气阀组1、火炬防雨帽6、火炬支座13、火炬进风口14、控制系统15；燃气阀组1包括：阻火器101、电磁阀102、手动阀103、压力控制器104，燃气阀组1与火炬燃烧器2相连，燃气先进入到燃气阀组1，由控制系统15根据设定的程序，满足火炬点火要求时打开电磁阀102向火炬燃烧器2供应燃气，进行点火和燃烧；燃气阀组1进口接燃气进口总管，出口接火炬燃烧器；在火炬投用前或火炬较长时间不使用时，手动关闭燃气阀组1中手动阀，切断燃气供应，火炬停用，确保安全；在火炬投运期间，打开手动阀常开，燃气控制由电磁阀控制，电磁阀也可以改用电
动阀，用来在火炬点火运行期间根据火炬控制系统设定的程序，采集燃气阀组1中压力控制器信号，并采集火炬本体上温度探头10和水位探头9信号，在满足火炬点火运行条件时控制电磁阀102的开关进行送气和停气，并控制点火控制器和火焰探测器进行点火和探火操作，火炬点火成功，电磁阀102打开供应火炬燃烧所需燃气，点火不成功或火炬息灭则关闭电磁阀102切断燃气供应并提供报警信号，达到安全运行要求；火炬控制系统15与热水循环系统循环水泵相连，可以根据程序达到联锁启停；设置在火炬上方的防雨帽6，用以减少雨水对火炬燃烧的影响；火炬下方进风口设置为自然进风百叶窗，由于火炬燃烧后热烟气向顶部排出，具有烟囱抽风的作用，排放烟气越多燃烧头下部负压越大，从火炬下部吸进空气也越多，根据火炬中燃气燃烧量通过百叶窗自动吸取所需的空气量，配风稳定，火炬燃烧运行稳定；控制系统15包括：控制器、主控制阀和副控制阀，主控制阀和副控制阀均与控制器电连接，主控制阀安装在主燃烧组件内以用于导通或截止燃气，副控制阀安装在火炬燃烧器2内以用于导通或截止燃气。
20.利用本发明水冷式火炬本体结构，热水循环系统回水在燃烧室外水冷式夹套内从火炬本体下方进入，通过水冷夹套内壁吸收火炬燃烧火焰和高温烟气的辐射热量和对流换热热量，温差大，传热性好，能够有效吸收利用火炬燃烧产生的热量，加热循环水，高温水通过上部热水出水口由循环泵送到用热设备处释放出热量后再由循环泵送回火炬回水口进入火炬再次加热利用，达到能源综合利用，变废为宝的目的，而且一般厌氧发酵本身就需要加热以提高产能，通过此项技术能够充分利用沼气热能，减少其他加热能源供给，起到综合利用能源同时减少其他能源消耗的目的，同时大大增加项目经济性；同时，采用水冷式火炬结构，由水冷式夹套代替了传统封闭式火炬燃烧室外的高成本隔热保护层，隔热保温效果更好，减少了高成本的隔热保护层，降低了火炬成本；采用水冷式结构，由于火炬燃烧室及上部烟道周围都是水冷式金属外壁，温差大，传热性好，能够有效吸收利用燃烧热量，使得燃烧室燃烧温度大大降低，减少了高温燃烧产物氮氧化物的生成，大大减少了氮氧化物污染物排放，环保效果明显。
21.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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。