CN103836621B - 一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器，包括中心风管，在所述中心风管的外周自内向外依次同心设置有一次风管、内二次风管、外二次风管，在所述内二次风管和外二次风管之间还设有再燃燃料管，所述再燃燃料管包括前部平直段、中部弯曲段和后部平直段，其中，所述前部平直段与所述一次风管、内二次风管和外二次风管呈同心设置，所述中部弯曲段和后部平直段向远离所述内二次风管的方向延伸；所述再燃燃料管内部通入再燃燃料或尾部烟气，使旋流燃烧器形成分级燃烧。本发明可以在保证高效稳燃基础上深度地降低NO_x排放，以达到效益与环保的最优化组合，同时，本发明还可大规模工业应用于燃煤电站锅炉。

Description

一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧过程中控制氮氧化物(NO_x)的旋流燃烧器，特别是涉及一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器。

背景技术

燃煤电厂锅炉排放的酸性污染气体主要包括SO_x、NO_x以及CO₂等。随着我国经济技术的发展和环保要求的提高，对燃煤电站锅炉的NO_x排放进行有效的控制，不仅具有显著的环境效益，而且也具有重大的经济效益和社会效益，是目前亟待解决的环境问题之一。

从技术和经济角度考虑，低NO_x燃烧技术一直是应用最广泛的控制燃煤锅炉NO_x的排放措施，即便是为了满足排放标准不得不使用投资和运行成本巨大的燃烧后烟气脱硝技术，仍须采用低NO_x燃烧技术来降低烟气净化装置入口的NO_x浓度，从而达到节省运行费用的目的。

现有的低NO_x燃烧技术主要包括：低过量空气燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、低NO_x燃烧器技术等。在上述的低氮燃烧技术中，燃料再燃降低NO_x的效果是较明显的，再燃过程中的再燃燃料可以是气体(天然气、煤气)、液体(水煤浆、油)或固体(煤粉、生物质燃料)等各种燃料。在有条件的地方，可以采用不同燃料作为再燃燃料，从而可以大幅度降低再燃技术的运行和改造费用。但是在锅炉上设置再燃喷口，无疑增加了很多相关设备，使运行成本也随之增加。

烟气再循环，主要从空预器抽取部分烟气，直接送入炉膛或与一二次风混合后通过燃烧器进入炉膛，减少炉膛氧浓度，降低炉膛温度，从而降低NO_x的排放并有效的防止结渣，但烟气再循环的循环率对燃烧的稳定性影响较大，调节也很困难。

由于低NO_x燃烧器具有技术成熟、应用简便、投资费用小以及不增加运行费用，具有能够将上述几种低NO_x技术原理综合在一起的优势，因此一般作为降低燃煤锅炉NO_x排放的首选技术，在燃煤电站锅炉中也得到了广泛应用。许多文献表明低NO_x燃烧器技术与其他单独的NO_x控制技术相比，从脱硝效率、投资费用、运行费用、技术成熟度等综合考虑上有很大的优势。

目前，随着国内对NO_x的严格控制，低NO_x燃烧器的应用也越来越广泛，但现有低氮燃烧器在对NO_x的控制有限，远远不如锅炉燃料再燃和空气立体分级或烟气再循环，而现有的锅炉燃料再燃和空气立体分级或烟气再循环在应用上还存在着诸多的问题，而现在许多电厂都渴望有一种兼备锅炉燃料再燃、空气立体分级或烟气再循环功能且系统简单、操作容易、调节灵活而且能降低NO_x排放的低NO_x煤粉燃烧器。

发明内容

本发明的目的是提出一种实用、高效、经济、能够适应不同再燃燃料或烟气的低氮氧化物旋流燃烧器。

为实现上述目的，本发明提供了一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器，包括中心风管，在所述中心风管的外周自内向外依次同心设置有一次风管、内二次风管、外二次风管，在所述内二次风管和外二次风管之间还设有再燃燃料管，所述再燃燃料管包括前部平直段、中部弯曲段和后部平直段，其中，所述前部平直段与所述一次风管、内二次风管和外二次风管呈同心设置，所述中部弯曲段和后部平直段向远离所述内二次风管的方向延伸；所述再燃燃料管内部通入再燃燃料或尾部烟气，使旋流燃烧器形成分级燃烧。

优选地，所述内二次风管外侧设有内二次风风箱，所述内二次风风箱安装在所述再燃燃料管的中部弯曲段内侧。

优选地，所述再燃燃料管上还设有至少局部呈Y型的三通管道，所述三通管道的第一端与再燃燃料管相连通，三通管道的第二端通过二次风连接风管与燃烧器的二次风大风箱相连通，三通管道的第三端与再燃燃料供给源相连通，且在所述第二端和第三端处均设有阀门。

优选地，所述第二端和第三端处的阀门交替开闭，实现再燃燃烧和分级燃烧之间的切换。

优选地，所述再燃燃料管内通入再燃燃料或烟气，携带所述再燃燃料的载气为空气或烟气。

优选地，所述再燃燃料包括天然气、细煤粉或生物质，或它们中任意几种的混合物。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器能够适应不同再燃燃料或烟气，同时可以根据不同的再燃材料或烟气比率来控制二次风箱进入再燃燃料所在风管的风量，从而使燃烧稳定。本发明可以在保证高效稳燃基础上深入地降低NO_x排放，以达到效益与环保的最优化组合，为烟气脱硝技术提供良好的基础，同时，本发明还可大规模工业应用于燃煤电站锅炉。

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为本发明旋流燃烧器的侧面剖视示意图；

图2为本发明旋流燃烧器的局部后视示意图；

图3为本发明风箱挡板调节机构的剖视图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1～图3，其中示出本发明一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器的优选实施例，本发明的低氮氧化物旋流燃烧器包括中心风管13，在所述中心风管13的外周自内向外依次同心设置有一次风管3、内二次风管4、外二次风管7，在所述内二次风管4和外二次风管7之间还设有再燃燃料管5，所述再燃燃料管5包括前部平直段、中部弯曲段和后部平直段，其中，所述前部平直段与所述一次风管3、内二次风管4和外二次风管7呈同心设置，如图1和图2所示；所述中部弯曲段和后部平直段向远离所述内二次风管4的方向延伸，中部弯曲段、后部平直段与所述内二次风管4之间形成一安装空间，优选地，内二次风管4外侧的内二次风风箱11至少部分设置在该安装空间；所述再燃燃料管5内部通入再燃燃料或尾部烟气，使旋流燃烧器形成分级燃烧。

优选地，所述再燃燃料管5上还设有至少局部呈Y型的三通管道，所述三通管道的第一端与再燃燃料管5相连通，并直接通向燃烧区域，三通管道的第二端1通过二次风连接风管2与燃烧器的二次风大风箱相连通，该燃烧器的二次风大风箱可以为锅炉左右侧的大风箱；三通管道的第三端15与再燃燃料供给源相连通，且在所述第二端1和第三端15处均设有阀门14。

在实际工作的过程中，所述第二端1和第三端15处的阀门14交替开闭，实现再燃燃烧和分级燃烧之间的切换，本发明的阀门14须为能够关死的阀门，特别是通入天然气的时候，不能让天然气跑到二次风连接风管2中，当然，单个的阀门14也可以调节风量。

当再燃燃料管5内部经由第三端15通入再燃燃料或尾部烟气时，旋流燃烧器可以形成分级燃烧。

而当再燃燃料管5内部经由第二端1通入二次风连接风管2中的二次风而没有再燃燃料的时候，就通入一层直流风，起到隔绝煤粉和外二次风的快速混合的作用。由此实现再燃和分级技术之间的切换。

如图1所示，燃烧器通常具有的内二次风风箱11安装在所述再燃燃料管5的中部弯曲段内侧。进一步，所述内二次风风箱11上开有进风口，所述进风口上设有风箱挡板调节机构。

上述的风箱挡板调节机构包括风箱挡板12、拉杆16和压盖螺母18，所述风箱挡板12和拉杆16通过螺母相连，所述压盖螺母18套在拉杆16上。

本发明工作时，所述再燃燃料管5内通入再燃燃料或烟气，用于实现分级燃烧。其中，再燃燃料包括天然气、细煤粉或生物质，或它们中任意几种的混合物。

本发明所述中心风管13中的中心风可以为直流，中心风管13送出的中心风在燃烧器正常负荷运行时不使用，而主要用于燃烧器点火时提供油燃烧所需空气、在油枪退出和停炉时冷却油枪和燃烧器，以及在低负荷时补充所需的氧量。中心风管13的设置有利于中心回流区的生成，并增加风粉气流与高温烟气的接触加热周界，有利于煤粉的着火和燃烧稳定。

此外，本发明一次风管内3中优选地还装有旋流叶片6，可改善煤粉周向分布不均。燃烧器一次风出口处还设有火焰稳燃器10，如图1所示，可以改善一次风出口的煤粉分布，有利于煤粉着火稳定。

进一步，本实施例中，一次风管3的后部设有进风弯头，如图1所示，同时结合所述旋流叶片6，可有效地改善或避免煤粉周向分布不均的情况；同时还可增加煤粉颗粒与高温烟气的扰动与混合，有利于快速燃烧，一次风的风率一般为16％～24％；燃烧器一次风管3出口处设有火焰稳燃器10，可以改善一次风出口的煤粉分布，有利于煤粉着火稳定。

本发明所述的内二次风管4、外二次风管7的进风口处均设置有旋流叶片。可通过调节旋流叶片来调节选留，使外二次风管7，内二次风管4产生直流或旋流强度可变的二次风。

本发明所述的再燃燃料管5可以为直流或旋流，也可根据电厂的实际情况用于通入再燃燃料或烟气，很好的地现燃料或空气的分级燃烧，通入的再燃燃料可以是气体(天然气、煤气)、液体(水煤浆、油)或固体(煤粉、生物质燃料)等各种燃料；通入的烟气也可以是从锅炉尾部引来的烟气，或者可以是从其他外部场所获得的CO₂/O₂比值较高的气体。

此外，内二次风管4、再燃燃料管5和外二次风管7出口端均设有锥形扩角9，如图1所示,上述出口端的锥形扩角9对气流起着一定程度的导流作用，增加扩口角度可以使回流区加宽，增大回流区与高温烟气的接触面积，所述锥形扩角9的扩展角度为5～45°

内二次风管4、外二次风管7的进风口均设置有旋流叶片，旋流强度的叶片个数为0～40个，旋流叶片与燃烧器轴线成角度为5～85°。

内二次风管4外套接有内二次风风箱11，内二次风风箱11中部均开有多个进风口(该进风口优选为矩形，当然也可以为其他形状)，进风口在内二次风风箱11上均匀分布，数量均为4～10个，内二次风风箱11、再燃燃料管5上设有风箱挡板调节机构，风箱挡板调节机构由风箱挡板12、拉杆16和压盖螺母18组成，如图3所示；风箱挡板12和拉杆16通过螺母相连，压盖螺母18套在拉杆上。风箱挡板12通过拉杆16来调节位置，最后用压盖螺母18锁定在它的位置上。风箱挡板12是一个围绕风箱外径一周套筒，套筒装有转轮，套筒的位置由拉杆16来调节。套筒沿轴向的长度为风箱上矩形孔长度的4/3。通过调节风箱挡板调节机构12来调节进入内二次风管4、再燃燃料管5和外二次风管7的风量。

当风箱挡板12全遮住矩形进风口，进风量最少，风箱挡板12全离开矩形进风口时进风量最大。风箱挡板12位置设定后最后用压盖螺母18锁定在它的位置上。对各个风管风量大小调节的同时，可以通过调节旋流调节机构使进入风管的二次风旋流强度不受影响。内二次风的风率一般为12～13％；中二次风的风率为15～27％；外二次风的风率为30～45％。

本发明提供了一套实用、高效、经济的低NO_x旋流燃烧器，其脱硝效率可达50％以上。本发明还具有以下特点：

1)在二次风箱里的内二次风和外二次风之间设置通入再燃燃料或尾部烟气的再燃燃料管，能够实现类似锅炉燃料再燃或烟气再循环的燃烧效果。

2)本发明可根据煤质，在煤质较好，NO_x较低的时候，燃燃料管可以不通入再燃燃料，而是通入空气，实现分级燃烧。

3)本发明旋流燃烧器形成的分级燃烧明显加强，使燃料型NO_x大幅度降低。

4)通过调节风箱挡板调节机构，即可对内二次风管、再燃燃料管和外二次风管的风量进行调节，从而适应煤种和负荷的变化。对各个风管风量的调节可以不影响风管的旋流强度。

5)本发明的再燃燃料适应范围广，气体(天然气、煤气)、液体(水煤浆、油)或固体(煤粉、生物质燃料)等各种燃料，而通入的烟气可以是从锅炉尾部引来的烟气、也可以是从其他地方得到的CO₂/O₂比值较高的气体。

6)携带再燃燃料的载气既可以是空气，也可以是烟气，还可以是其他气体。

7)仅靠燃烧器就能实现燃料的再燃，或烟气再循环，不同于锅炉再燃还需要增加设备，因此，本发明减少了很多费用。

本发明具有的结构更好的实现了低NO_x旋流燃烧器的燃料分级技术和空气分级技术，从而能够满足稳定不同煤种的需要和最大限度的降低NO_x的生成。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种分级燃烧的低氮氧化物旋流燃烧器，包括中心风管（13），在所述中心风管（13）的外周自内向外依次同心设置有一次风管（3）、内二次风管（4）、外二次风管（7），其特征在于：在所述内二次风管（4）和外二次风管（7）之间还设有再燃燃料管（5），所述再燃燃料管（5）包括前部平直段、中部弯曲段和后部平直段，其中，所述前部平直段与所述一次风管（3）、内二次风管（4）和外二次风管（7）呈同心设置，所述中部弯曲段和后部平直段向远离所述内二次风管（4）的方向延伸；所述再燃燃料管（5）内部通入再燃燃料或尾部烟气，使旋流燃烧器形成分级燃烧。

2.根据权利要求1所述的低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于：所述内二次风管（4）外侧设有内二次风风箱（11），所述内二次风风箱（11）安装在所述再燃燃料管（5）的中部弯曲段内侧。

3.根据权利要求1所述的低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于：所述再燃燃料管（5）上还设有至少局部呈Y型的三通管道，所述三通管道的第一端与再燃燃料管（5）相连通，三通管道的第二端（1）通过二次风连接风管（2）与燃烧器的二次风大风箱相连通，三通管道的第三端（15）与再燃燃料供给源相连通，且在所述第二端（1）和第三端（15）处均设有阀门（14）。

4.根据权利要求3所述的低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于：所述第二端（1）和第三端（15）处的阀门（14）交替开闭，实现再燃燃烧和分级燃烧之间的切换。

5.根据权利要求1所述的低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于：所述再燃燃料管（5）内通入再燃燃料或烟气，携带所述再燃燃料的载气为空气或烟气。

6.根据权利要求5所述的低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于：所述再燃燃料包括天然气、细煤粉或生物质，或它们中任意几种的混合物。