CN104654306A - 一种低氮氧化物燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低氮氧化物燃烧器，包括壳体、一级燃料枪、二级燃料枪和助燃风传输通道，所述一级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸并穿过所述壳体的内腔，其一端位于靠近所述壳体的轴向端部的位置；所述二级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸，并位于所述一级燃料枪的周向外侧，所述一级燃料枪和二级燃料枪的燃料输出端位于同一个径向平面上，所述壳体内一级燃料枪和二级燃料枪之间的间隙构成所述助燃风传输通道。本发明中的低氮氧化物燃烧器中的烟气能够实现自身循环，实现分级燃烧，火焰稳定性好，同时也起到了降低燃烧区域氧气浓度和温度的作用，极大的抑制了NOx的产生。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器技术，具体涉及一种低氮氧化物燃烧器。
背景技术
目前燃油燃气低NOX燃烧技术大致可分为五类：
第一类：分级燃烧技术。分级燃烧分为燃料分级和空气分级两种。采用冷却火焰面温度的方法，降低NOX的生成。由于分级燃烧不仅可以有效降低NOX生成，CO的排放水平也较低，因此该项技术在欧洲、中国、日本、南美一直被广泛使用。
第二类：烟气再循环技术。根据应用原理的不同分为外部烟气再循环和内部烟气再循环两种。通过在火焰区域补入烟气来降低燃烧温度。外部烟气再循环是部分烟气从锅炉烟道的出口重新引入至炉膛内，通常需要使用循环风机，随着循环风量的增加，风机电耗也将增加，同时锅炉效率会降低。内部烟气再循环，烟气回流到燃烧区域主要通过高速喷射火焰的卷吸作用或者通过旋流叶片使得气流产生旋转达到循环效果。
第三类：贫燃预混燃烧。预混燃烧是指在混合物被点燃之前，燃料与氧化剂在分子层面上完全混合。贫燃预混存在排烟热损失和风机能耗过大的问题。
第四类：催化燃烧技术。在燃烧器入口处添加催化剂，这样燃料分子和氧化剂分子就会以一个比较低的活化能在催化剂表面进行反应。其缺点是催化剂造价相对较高，工业化应用成本大。
第五类：无焰燃烧技术。无焰燃烧(Flameless Combustion)，是指没有火焰前沿的发光燃烧反应，燃烧反应弥散在一个宽广的区域，氧化反应几乎发生在整个燃烧室空间。由于无焰燃烧反应无局部高温区，因此NOX排放低。但无焰燃烧反应区必须满足两个条件，第一是局部低氧。反应物必须混合足够的惰性燃烧产物来使得反应温度远低于绝热火焰温度；第二是反应物温度必须超过自燃温度。通过预热空气实现，又叫做高温空气燃烧。此两点制约无焰燃烧技术推广和在较大容量锅炉上的应用。
当前燃气燃烧器通常是应用其中的一种技术，降氮效果有限，不能满足当前环保日益严格的要求。而且常导致CO含量增加和热效率降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低氮氧化物燃烧器，在稳定燃烧的同时，能够抑制NOx的产生，减少NOx的排放。
根据本发明的第一方面，提供一种低氮氧化物燃烧器，包括壳体、一级燃料枪、二级燃料枪和助燃风传输通道，所述一级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸并穿过所述壳体的内腔，其一端位于靠近所述壳体的轴向端部的位置；所述二级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸，并位于所述一级燃料枪的周向外侧，所述一级燃料枪和二级燃料枪的燃料输出端位于同一个径向平面上，所述壳体内一级燃料枪和二级燃料枪之间的间隙构成所述助燃风传输通道。
优选地，所述二级燃料枪位于靠近所述壳体的所述轴向端部的位置。
优选地，还包括中心油枪，所述中心油枪位于所述壳体的纵向中心位置，所述一级燃料枪为圆筒状，套装在所述中心油枪的径向外侧。
优选地，在所述壳体上设置有调风门，所述调风门与所述助燃风传输通道相连通，用于通入助燃风，所述助燃风为烟气和经预热的空气的混合气体。
优选地，在所述一级燃料枪的燃料喷出端设置有一级燃料喷射口，所述一级燃料喷射口的射流方向为径向。
优选地，在所述一级燃料枪靠近所述一级燃料喷射口的一端设置有稳燃预混盘。
优选地，所述稳燃预混盘包括安装部和通风部，所述安装部为圆筒状，套装在所述一级燃料枪的外壁上；所述通风部为锥形盘，所述锥形盘的锥形角为钝角。
优选地，所述通风部的小口端与所述安装部的一端相连接，在所述通风部的锥面上形成有过风孔，所述过风孔设置有多个，均匀地分布在所述锥形盘的锥面上。
优选地，所述过风孔为细长形状的。
优选地，所述二级燃料枪包括多个独立设置的燃料枪体，多个燃料枪体在靠近壳体的圆周上均匀分布，并沿所述壳体的轴向延伸。
优选地，在所述燃料枪体的燃料喷出端的相反端设置有燃料输入通道，所述燃料输入通道为圆环形，设置在所述壳体的外壁上。
优选地，所述稳燃预混盘的通风部沿所述壳体的径向方向上的宽度小于所述一级燃料枪和二级燃料枪之间的距离，从而在所述稳燃预混盘的外缘和二级燃料枪之间形成有过风通道。
根据本发明的第二方面，提供一种低氮氧化物燃烧器中应用的助燃气体，所述助燃气体为所述低氮氧化物燃烧器燃烧后产生的烟气和经预热的空气的混合气体，所述烟气的含量占助燃气体总体积的10％-20％。
本发明中的低氮氧化物燃烧器具有多个燃气输入通道，在一级燃料枪附近形成第一燃烧区，在二级燃料枪附近形成第二燃烧去，在第一燃烧区为贫燃预混燃烧，供应了过量的氧气，其产生的烟气的含氧量较高，燃烧后的烟气可以做为第二燃烧区的助燃风，烟气能够自身循环，实现分级燃烧，火焰稳定性好，同时也起到了降低燃烧区域氧气浓度和温度的作用，极大的抑制了NOx的产生。本发明中的低氮氧化物燃烧器采用混合了烟气的助燃风，即采用烟气再循环技术降低燃烧温度和氧气浓度，抑制了氮氧化合物的生成。
本发明中的低氮氧化物燃烧器采用多种低氮燃烧技术：分级燃烧、烟气再循环和贫燃预混，多种低氮燃烧技术无隙耦合可以达到更低的NOX排放效果。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本发明低氮氧化物燃烧器整体结构示意图(去掉了前面一半)；
图2为本发明低氮氧化物燃烧器剖面图；
图3为图2的A向视图；
图4为图2的B部放大图；
图5为本发明烟气和助燃风形成循环图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1-3所示，本发明的低氮氧化物燃烧器100包括壳体1、点火枪2、中心油枪3、一级燃料枪4和二级燃料枪5。所述点火枪2、中心油枪3和一级燃料枪4均沿所述壳体1的轴向延伸并穿过所述壳体的内腔，其一端位于靠近所述壳体1的轴向端部11的位置。优选地，所述中心油枪3位于所述壳体1的纵向中心位置，所述一级燃料枪4位于所述中心油枪3的外周。所述二级燃料枪5位于靠近所述壳体1的轴向端部11的位置，并在所述一级燃料枪4的周向外侧沿所述壳体的轴向延伸，其燃料输出端与所述中心油枪3、一级燃料枪4的输出端位于同一个径向平面上。
在壳体1上设置有调风门13，调风门13用于向壳体1内腔通入助燃风，壳体1内在所述点火枪2、中心油枪3、一级燃料枪4和二级燃料枪5之间的间隙构成供所述助燃风通过的通道6。优选地，所述助燃风为烟气和经预热的空气的混合气体。
如图2、图4所示，所述一级燃料枪4为圆筒状，套装在所述中心油枪3的径向外侧，所述一级燃料枪4的燃料喷出端部封闭，在封闭的端部上设置有一级燃料喷射口41，所述一级燃料喷射口41的射流方向为径向。在所述一级燃料枪4远离所述一级燃料喷射口41的一端形成有燃料输入口42，所述燃料输入口42与燃料源相连通。
在所述一级燃料枪4靠近所述一级燃料喷射口41的一端设置有稳燃预混盘43，所述稳燃预混盘43包括安装部431和通风部432，所述安装部431为圆筒状，套装在所述一级燃料枪4的外壁上。所述通风部432为锥形盘，所述锥形盘的锥形角为钝角。所述通风部432的小口端与所述安装部431的一端相连接。在所述通风部432的锥面上形成有过风孔4321，所述过风孔4321设置有多个，均匀的分布在所述锥形盘的锥面上，优选地为细长形状的。这些过风孔4321的大小可根据经一级燃料枪4所输入的一级燃料的贫燃预混所需要的风量来确定。
所述二级燃料枪5包括多个独立设置的燃料枪体51，多个燃料枪体51在靠近壳体的圆周上均匀分布，并沿所述壳体的轴向延伸。在远离所述燃料枪体51的燃料喷出端的另外一端设置有燃料输入通道52，优选地，所述燃料输入通道52为圆环形，设置在所述壳体1的外壁上。在所述燃料输入通道52的内壁上设置有通孔521，所述燃料枪体51的端部连接在所述通孔521处，由此使得所述燃料枪体51的内腔与所述燃料输入通道52的内腔相连通。在所述燃料输入通道52的外壁上设置有燃料输入孔522，该燃料输入孔522与燃料源相连通。
所述稳燃预混盘43的通风部432沿所述壳体的径向方向上的宽度小于所述一级燃料枪4和二级燃料枪5之间的距离，这样，在稳燃预混盘43的外缘和二级燃料枪5之间形成有过风通道61。从所述调风门13输入的助燃风在所述壳体1的内腔内传输到壳体的轴向端部11附近后分成两路，一路经所述稳燃预混盘43上的过风孔4321输出，作为经所述一级燃料枪4输入的一级燃料的助燃风，也称一次风，一次风经稳燃预混盘43后，与经一级燃料枪4输入的一级燃料和/或经中心油枪3输入的燃油混合。由于助燃风经过过风孔4321流通时通流面积减少，助燃风的速度增加，与经一级燃料喷射口41径向喷出的燃气强烈混合，增加了混合的均匀性，贫燃预混燃烧迅速，火焰温度比较均匀，且能防止局部高温的产生，可较大程度地抑制NOx的产生。另一路经过所述过风通道61，作为经二级燃料枪5输入的二级燃料的助燃风，在与二级燃料预混后喷入炉内。由于一次燃料区为贫燃预混燃烧，供应了过量的氧气，其产生的烟气的含氧量较高，可以做为二次燃料的助燃风，烟气自身循环，火焰稳定性好，同时也起到了降低燃烧区域氧气浓度和温度的作用，极大的抑制了NOx的产生。
如图1、2所示，在所述壳体1的外部设置有燃料输入管12，燃料管输入12分为两个支路，其中第一支路121与一级燃料枪4相连接，用于向一级燃料枪4提供燃料，第二支路122与二级燃料枪5连接，用于向二级燃料枪5提供燃料。
优选地，所述第二支路112通过所述燃料输入通道52与二级燃料枪5进行连接。所述第二支路112的端部连接到所述燃料输入通道52的外壁上，如前所述，所述二级燃料枪5的燃料枪体51的燃料输入端与所述燃料输入通道52的外壁相连接，这样可实现同时对多个燃料枪体51同时供气，便于形成均匀稳定的燃烧火焰。
通过燃料输入管12输入的燃料具有一定的压力，可避免回火的发生，可提高燃烧器安全系数。
本申请中，助燃风为烟气和空气的混合气体，其中烟气占助燃风体积的10％-20％，这种情况下，燃烧器氮氧化合物的产生和排放量最低，如烟气含量过高，燃料燃烧时会不稳定，当燃料未完全燃烧时，热损失会增加。
助燃风的循环过程如图5所示，其中助燃风形成及循环过程为图5中箭头所示方向，首先，来自燃烧炉的烟气在引风机7的作用下进入烟囱8底部并经烟囱8排出，在引风机7和烟囱8之间引出部分烟气与大气吸入口9吸入的新鲜空气进行混合，在混合过程中，烟气中的余热会对新鲜空气进行预热。混合后的助燃风由风机引入燃烧炉进行燃烧。在烟气与新鲜空气进行混合前，通过EGR阀和压力表对烟气的流量和压力进行控制，以控制输入助燃风中的烟气量，将烟气含量控制在助燃风总体积的10％-20％。
本发明的低氮氧化物燃烧器采用混合有烟气和空气的混合气体作为助燃风，将助燃风经调风门13输送入本发明的低氮氧化物燃烧器的壳体1内，一部分助燃风通过预混盘43上的过风孔4321喷出，在预混盘43外部与一级燃料枪4喷出的燃料和中心油枪3喷出的燃油相混合，形成第一燃烧区，在该第一燃烧区，由于一级燃料喷射口41的射流方向为径向、预混盘43上的过风孔4321的开口面积较小，助燃风经过过风孔4321流通时通流面积减少，助燃风的速度增加，能够与经一级燃料喷射口41径向喷出的燃气强烈混合，增加了混合的均匀性，贫燃预混燃烧迅速，火焰温度比较均匀，且能防止局部高温的产生，可较大程度地抑制NOx的产生。壳体1内的另一部分助燃风通过过风通道61与二级燃料枪5喷出的燃料相混合，形成第二燃烧区；由于第一燃烧区为贫燃预混燃烧，供应了过量的氧气，其产生的烟气的含氧量较高，燃烧后的烟气可以做为第二燃烧区的助燃风，烟气自身循环，实现分级燃烧，火焰稳定性好，同时也起到了降低燃烧区域氧气浓度和温度的作用，极大的抑制了NOx的产生。
本发明中的低氮氧化物燃烧器采用混合了烟气的助燃风，即采用烟气再循环技术降低燃烧温度和氧气浓度，抑制了氮氧化合物的生成。
本发明中的低氮氧化物燃烧器能够同时燃烧燃油和天然气，对现有的燃油燃烧器进行改造时，可在不改变原油枪设计的情况下，安装本发明中的低氮氧化物燃烧器，降低氮氧化物的排放。且本发明的低氮氧化物燃烧器不产生不可测量的副产品排放，与其它添加式的NOX控制过程例如尿素或者氨法脱硝不同，其燃烧过程不会导致其它污染物，如氨和一氧化二氮的生成；采用多种低氮燃烧技术：分级燃烧、烟气再循环和贫燃预混，多种低氮燃烧技术无隙耦合可以达到更低的NOX排放效果。
本发明中的低氮氧化物燃烧器适用于燃气动力炉、墙式油气混烧锅炉等多种锅炉。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种低氮氧化物燃烧器，其特征在于，包括壳体、一级燃料枪、二级燃料枪和助燃风传输通道，所述一级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸并穿过所述壳体的内腔，其一端位于靠近所述壳体的轴向端部的位置；所述二级燃料枪沿所述壳体的轴向延伸，并位于所述一级燃料枪的周向外侧，所述一级燃料枪和二级燃料枪的燃料输出端位于同一个径向平面上，所述壳体内一级燃料枪和二级燃料枪之间的间隙构成所述助燃风传输通道。
2.根据权利要求1所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述二级燃料枪位于靠近所述壳体的所述轴向端部的位置。
3.根据权利要求1所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，还包括中心油枪，所述中心油枪位于所述壳体的纵向中心位置，所述一级燃料枪为圆筒状，套装在所述中心油枪的径向外侧。
4.根据权利要求1所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，在所述壳体上设置有调风门，所述调风门与所述助燃风传输通道相连通，用于通入助燃风，所述助燃风为烟气和经预热的空气的混合气体。
5.根据权利要求1所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，在所述一级燃料枪的燃料喷出端设置有一级燃料喷射口，所述一级燃料喷射口的射流方向为径向。
6.根据权利要求5所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，在所述一级燃料枪靠近所述一级燃料喷射口的一端设置有稳燃预混盘。
7.根据权利要求6所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述稳燃预混盘包括安装部和通风部，所述安装部为圆筒状，套装在所述一级燃料枪的外壁上；所述通风部为锥形盘，所述锥形盘的锥形角为钝角。
8.根据权利要求7所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述通风部的小口端与所述安装部的一端相连接，在所述通风部的锥面上形成有过风孔，所述过风孔设置有多个，均匀地分布在所述锥形盘的锥面上。
9.根据权利要求8所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述过风孔为细长形状的。
10.根据权利要求1、8或9所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述二级燃料枪包括多个独立设置的燃料枪体，多个燃料枪体在靠近壳体的圆周上均匀分布，并沿所述壳体的轴向延伸。
11.根据权利要求10所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，在所述燃料枪体的燃料喷出端的相反端设置有燃料输入通道，所述燃料输入通道为圆环形，设置在所述壳体的外壁上。
12.根据权利要求10所述的低氮氧化物燃烧器，其特征在于，所述稳燃预混盘的通风部沿所述壳体的径向方向上的宽度小于所述一级燃料枪和二级燃料枪之间的距离，从而在所述稳燃预混盘的外缘和二级燃料枪之间形成有过风通道。
13.一种低氮氧化物燃烧器中应用的助燃气体，其特征在于，所述助燃气体为所述低氮氧化物燃烧器燃烧后产生的烟气和经预热的空气的混合气体，所述烟气的含量占助燃气体总体积的10％-20％。
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