CN103727536A - 超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，包括燃烧器箱壳，以及设置在燃烧器箱壳后端的燃气环形集箱；燃烧器箱壳内由外及内分别设置用于想炉膛通入助燃空气的外风筒、内风筒以及中心风筒；中心风筒的外侧套设有中心稳燃燃气喷枪，二者以套管组合的形式安装在燃烧器箱壳的中心；外风筒与燃烧器箱壳之间的环形空间内均匀且间隔分布有若干内强旋对冲燃气喷枪和外弱旋对冲燃气喷枪。本发明将燃气和助燃空气分为多级，中心燃气与中心风配合，内强旋燃气与强旋流风配合，外弱旋燃气与外弱旋风配合，使得燃气与助燃空气充分混合，形成多股多层次火焰，提高燃烧效率，减少局部高温火焰区域，从而大大降低热力型氮氧化物的生成。

Description

超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器

技术领域

本发明属于低氮清洁燃烧技术领域，具体涉及一种超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器。

背景技术

随着最新的《大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的实施，到2015年我国所有的电站锅炉和工业锅炉的NO_x排放质量浓度控制标准降为100mg/Nm³，目前国内传统的燃气燃烧器几乎不能满足排放要求。通过改进燃烧器结构及制造工艺，使得燃料在燃烧的过程中产生的氮氧化物降低到100mg/Nm³以下，在不需要增加SCR或SNCR烟气脱硝设备就可以直接达到最新的环保标准，从而大大降低环保改造成本。这种燃烧器称作超低NO_x燃气燃烧器。

与燃煤燃烧主要以燃料型NO_x不同的是，燃气燃烧产生的氮氧化物主要为热力型NO_x，因此燃气低氮燃烧技术与燃煤有很大不同。热力型NO_x的关键控制参数是炉膛温度，故合理优化燃料与助燃空气的混合过程，使得炉膛温度更加均匀，避免局部高温的出现是燃气低氮燃烧的关键技术。

目前燃气燃烧器一般采用分级分段燃烧、浓淡燃烧、烟气再循环等低氮燃烧技术。这些技术虽然可以在一定程度上降低氮氧化物的生成，但由于这些技术都是从燃煤低氮燃烧技术借鉴过来的技术，没有完全找到燃气低氮燃烧技术的核心，燃气和助燃空气没有达到充分的混合，炉膛内依然会有大量的局部高温区产生，其温度高于产生热力型氮氧化物的温度，因此氮氧化物无法降低到100mg/Nm³以下，无法满足最新的环保标准，不能称作超低NO_x燃气燃烧技术。

由于能源供给相对紧张，同时燃料价格波动很大，许多电厂和石化厂的锅炉燃料变动很大，燃料成分及热值极不稳定，同时，由于电厂调峰或石化厂蒸汽需求的变动很大，这就要求燃烧器有极强的燃料适应性和负荷适应性。目前现有的燃气燃烧器在燃烧其设计燃料的情况下，燃烧效率和污染物排放都很不错，但如果燃料有一定的偏差，其燃烧效率和污染物排放性能都急剧恶化。因此，一个好的超低氮燃烧器除了可以在燃烧设计燃料时达到非常好的燃烧效率和污染物排放标准，同时还应具有极高的调节性以适应燃料和负荷的变动。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，通过特殊的燃气与助燃空气喷口组合设计，使得氮氧化物排放低于100mg/Nm³，同时通过多级可调技术使得燃气燃烧器具有足够高的调节性以适应在不同的燃料供给和不同的负荷状态下都能够达到足够高的燃烧效率和污染物排放标准。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括燃烧器箱壳，以及设置在燃烧器箱壳后端的燃气环形集箱；燃烧器箱壳内由外及内分别设置用于向炉膛通入助燃空气的外风筒、内风筒以及中心风筒；中心风筒的外侧套设有中心稳燃燃气喷枪，二者以套管组合的形式安装在燃烧器箱壳的中心；外风筒与燃烧器箱壳之间的环形空间内均匀且间隔分布有若干内强旋对冲燃气喷枪和外弱旋对冲燃气喷枪。

所述的中心风筒、内风筒、外风筒以及燃烧器箱壳均为同心圆筒体并与锅炉相连接。

所述的内风筒和外风筒的助燃空气入口处分别设置有开度能够调节的内风门和外风门。

所述的内风筒和外风筒之间设置有使流过内风筒与外风筒之间的助燃空气产生旋流效果的旋流叶片，流过旋流叶片的助燃空气形成旋流风的旋流风假想圆；燃气环形集箱的后端安装有旋流叶片调节装置，旋流叶片调节装置与旋流叶片之间设置有用于调节旋流叶片的角度的连杆。

所述的内强旋对冲燃气喷枪的头部安装有内强旋燃气枪头，内强旋燃气枪头与水平方向成30°～60°切角，且内强旋燃气枪头上开有若干个内强旋燃气喷口，燃气喷射方向为内强旋燃气枪头端面的法向方向；若干只内强旋对冲燃气喷枪沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个内强旋假想切圆，喷射出来的燃气与内强旋假想切圆相切，并与内层的强旋流风形成强对冲配合。

所述的外弱旋对冲燃气喷枪的头部安装有外弱旋燃气枪头，外弱旋燃气枪头与水平方向成5°～15°切角，且外弱旋燃气枪头上开有若干个外弱旋燃气喷口，燃气喷射方向为外弱旋燃气枪头端面的法向方向；若干只外弱旋对冲燃气喷枪沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个外弱旋假想切圆，喷射出来的燃气与外弱旋假想切圆相切，并与外层的弱旋流风形成弱对冲配合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明分别通过设置内风筒和外风筒，并在内风筒和外风筒之间设置燃气喷枪，将燃气和助燃空气分为多级，中心燃气与中心风配合，内强旋燃气与强旋流风配合，外弱旋燃气与外弱旋风配合，使得燃气与助燃空气充分混合，形成多股多层次火焰，提高燃烧效率，减少局部高温火焰区域，从而大大降低热力型氮氧化物的生成。本发明通过燃料和助燃空气的内外强弱旋流对冲超级混合以达到将氮氧化物降低到最低限度的目的。同时通过调节各级风量，旋流强度以及内外强弱燃气喷枪的旋转角度来达到高的负荷调节性、炉膛及燃料适应性。

进一步的，本发明通过设置旋流叶片，使流过内风筒与外风筒之间的助燃空气产生旋流效果，强旋流形成中心的高温烟气回流区，从而配合中心燃气与中心风，达到低负荷稳定燃烧的目的。

进一步的，本发明设置开度能够调节的内外风门，通过调节各级风的流量，从而可以根据锅炉负荷的大小合理配风，达到高的负荷调节性。

进一步的，本发明通过旋流叶片调节装置可以调节旋流叶片的角度，从而可以调节旋流强度以改变火焰长度和火焰形状，达到适应不同的炉膛容积。

进一步的，本发明通过内外强弱旋燃气喷枪的切角及旋转角度，以及与内外强弱风的合理组合设计，从而适应不同的燃料，达到高的燃料适应性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明旋流风口及燃气喷枪组合示意图；

图3为本发明内强旋燃气喷枪喷口结构示意图；

图4为本发明外弱旋燃气喷枪喷口结构示意图。

其中，1为旋流叶片调节装置；2为燃气环形集箱；3为外弱旋对冲燃气喷枪；4为燃烧器箱壳；5为旋流叶片；6为中心稳燃燃气喷枪；7为中心风筒；8为内风筒；9为内强旋对冲燃气喷枪；10为外风筒；11为外风门；12为内风门；13为内强旋假想切圆；14为外弱旋假想切圆；15为旋流风假想圆；16为内强旋燃气枪头；17为内强旋燃气喷口；18为外弱旋燃气枪头；19为外弱旋燃气喷口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

参见图1和图2，本发明包括燃烧器箱壳4，以及设置在燃烧器箱壳4后端的燃气环形集箱2；燃烧器箱壳4内由外及内分别设置用于向炉膛通入助燃空气的外风筒10、内风筒8以及中心风筒7；中心风筒7的外侧套设有中心稳燃燃气喷枪6，二者以套管组合的形式安装在燃烧器箱壳4的中心；中心风筒7、内风筒8、外风筒10以及燃烧器箱壳4均为同心圆筒体并与锅炉相连接。内风筒8和外风筒10的助燃空气入口处分别设置有开度能够调节的内风门12和外风门11。内风筒8和外风筒10之间设置有使流过内风筒与外风筒之间的助燃空气产生旋流效果的旋流叶片5，流过旋流叶片5的助燃空气形成旋流风的旋流风假想圆15；燃气环形集箱2的后端安装有旋流叶片调节装置1，旋流叶片调节装置1与旋流叶片5之间设置有用于调节旋流叶片5的角度的连杆。外风筒10与燃烧器箱壳4之间的环形空间内均匀且间隔分布有若干内强旋对冲燃气喷枪9和外弱旋对冲燃气喷枪3。

如图3所示，内强旋对冲燃气喷枪9的头部安装有内强旋燃气枪头16，内强旋燃气枪头16与水平方向成30°～60°切角，且内强旋燃气枪头16上开有若干个内强旋燃气喷口17，燃气喷射方向为内强旋燃气枪头16端面的法向方向；若干只内强旋对冲燃气喷枪9沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个内强旋假想切圆13，喷射出来的燃气与内强旋假想切圆13相切，并与内层的强旋流风形成强对冲配合。

如图4所示，外弱旋对冲燃气喷枪3的头部安装有外弱旋燃气枪头18，外弱旋燃气枪头18与水平方向成5°～15°切角，且外弱旋燃气枪头18上开有若干个外弱旋燃气喷口19，燃气喷射方向为外弱旋燃气枪头18端面的法向方向；若干只外弱旋对冲燃气喷枪3沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个外弱旋假想切圆14，喷射出来的燃气与外弱旋假想切圆14相切，并与外层的弱旋流风形成弱对冲配合。

本发明燃烧器中心风筒7、内风筒8、外风筒10和燃烧器箱壳4为同心圆筒体并与锅炉相连接，助燃空气被分为多级送入炉膛，每级的风量通过内风门12和外风门11的开度大小来调节以适应锅炉不同负荷的要求，内风门和外风门安装在助燃空气入口处，其开度的大小可以调节多级助燃空气流量的相对大小，起到保证燃烧器稳燃与降低氮氧化物的双重作用。旋流叶片5安装在内风筒8和外风筒10之间，使得流过内风筒与外风筒之间的助燃空气产生旋流的效果，旋流叶片的角度可以通过连接在旋流叶片后的旋流叶片调节装置1来调节，从而调节旋流风的旋流强度，进而控制火焰长度和火焰形状，以适应不同大小的炉膛。内强旋燃气喷枪9外弱旋燃气喷枪3从燃气环形集箱2引出沿圆周方向间隔布置在外风筒10和燃烧器箱壳4之间。布置数量并不局限于图2中的8只，而是由燃烧器功率决定，功率越大，数量越多。内强旋燃气枪头16焊接在内强旋燃气喷枪9的头部，内强旋燃气枪头16端面上开有若干个燃气小孔组成内强旋燃气喷口17，枪头成30°～60°大切角设计，燃气喷射方向为端面的法向方向。多只内强旋燃气喷枪组合沿圆周方向布置，使得喷射出来的燃气形成一个假想切圆，该切圆与强旋流风形成强对冲配合，以达到燃气与空气的超级混合效果。外弱旋燃气枪头18焊接在外弱旋燃气喷枪3的头部，外弱旋燃气牵头18端面上开有若干个燃气喷口19，枪头成5°～15°小切角设计，燃气喷射方向为端面法向方向。多只外弱旋燃气喷枪组合沿圆周方向布置，使得喷射出来的燃气形成一个假想切圆，该切圆与最外层的弱旋流风形成弱对冲配合，在保证燃气达到超混合效果的同时，保证火焰有足够的刚性。中心风筒7和中心燃气喷枪6以套管组合的形式安装在燃烧器最中心。燃气速度远低于外围强弱旋流对冲燃料枪，与回流的热烟气组合保证燃烧器在降低氮氧化物生成量的同时实现低负荷稳燃。

本发明通过燃料和助燃空气的内外强弱旋流对冲超级混合以达到将氮氧化物降低到最低限度的目的。同时通过调节各级风量，旋流强度以及内外强弱燃气喷枪的旋转角度来达到高的负荷调节性、炉膛及燃料适应性。本发明为电站锅炉、石化钢铁行业工业锅炉和加热炉等燃气锅炉炉内脱销改造及燃煤或燃油锅炉改燃气锅炉改造工程提供了一种经济环保的技术路线，在不增加任何烟气脱销设备的情况下，可以通过燃烧器改造直接将氮氧化物降低到100mg/Nm³以下，满足最新的环保标准要求。本发明为电站锅炉、石化、钢铁行业工业锅炉和加热炉等燃气锅炉炉内脱销改造及燃煤或燃油锅炉改燃气锅炉改造工程提供了一种经济环保的技术路线，在不增加任何烟气脱销设备的情况下，可以通过燃烧器低氮燃烧改造直接满足最新的环保标准要求。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：包括燃烧器箱壳（4），以及设置在燃烧器箱壳（4）后端的燃气环形集箱（2）；燃烧器箱壳（4）内由外及内分别设置用于向炉膛通入助燃空气的外风筒（10）、内风筒（8）以及中心风筒（7）；中心风筒（7）的外侧套设有中心稳燃燃气喷枪（6），中心风筒（7）和中心稳燃燃气喷枪（6）以套管组合的形式安装在燃烧器箱壳（4）的中心；外风筒（10）与燃烧器箱壳（4）之间的环形空间内均匀且间隔分布有若干内强旋对冲燃气喷枪（9）和外弱旋对冲燃气喷枪（3）。

2.根据权利要求1所述的超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：所述的中心风筒（7）、内风筒（8）、外风筒（10）以及燃烧器箱壳（4）均为同心圆筒体并与锅炉相连接。

3.根据权利要求1或2所述的超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：所述的内风筒（8）和外风筒（10）的助燃空气入口处分别设置有开度能够调节的内风门（12）和外风门（11）。

4.根据权利要求3所述的超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：所述的内风筒（8）和外风筒（10）之间设置有使流过内风筒（8）与外风筒（10）之间的助燃空气产生旋流效果的旋流叶片（5），流过旋流叶片（5）的助燃空气形成旋流风的旋流风假想圆（15）；燃气环形集箱（2）的后端安装有旋流叶片调节装置（1），旋流叶片调节装置（1）与旋流叶片（5）之间设置有用于调节旋流叶片（5）的角度的连杆。

5.根据权利要求4所述的超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：所述的内强旋对冲燃气喷枪（9）的头部安装有内强旋燃气枪头（16），内强旋燃气枪头（16）与水平方向成30°～60°切角，且内强旋燃气枪头（16）上开有若干个内强旋燃气喷口（17），燃气喷射方向为内强旋燃气枪头（16）端面的法向方向；若干只内强旋对冲燃气喷枪（9）沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个内强旋假想切圆（13），喷射出来的燃气与内强旋假想切圆（13）相切，并与内层的强旋流风形成强对冲配合。

6.根据权利要求5所述的超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器，其特征在于：所述的外弱旋对冲燃气喷枪（3）的头部安装有外弱旋燃气枪头（18），外弱旋燃气枪头（18）与水平方向成5°～15°切角，且外弱旋燃气枪头（18）上开有若干个外弱旋燃气喷口（19），燃气喷射方向为外弱旋燃气枪头（18）端面的法向方向；若干只外弱旋对冲燃气喷枪（3）沿圆周方向布置，其喷射出来的燃气形成一个外弱旋假想切圆（14），喷射出来的燃气与外弱旋假想切圆（14）相切，并与外层的弱旋流风形成弱对冲配合。

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