CN105953219B - 无焰燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无焰燃烧装置，包括；设置在炉膛内的助燃风喷枪、燃料喷枪和回流引射器，其中，所述回流引射器具有回流流道，所述回流流道贯通所述回流引射器，并且所述回流流道两端内径大于所述回流流道中间的内径；所述助燃风喷枪的喷口朝向所述回流流道的一端。基于本申请上述内容，实现烟气在燃烧器内强烈内循环，通过极高的烟气循环率大幅提高对助燃风中氧气浓度的稀释作用。从而延缓燃烧反应。燃烧过程中没有明显的火焰锋面，整个炉膛处在均匀的温度场中。避免炉膛中出现超过1400℃以上的高温区，从而最大程度地降低氮氧化物的产生。

Description

无焰燃烧装置
技术领域
本公开一般涉及热能设备，具体涉及燃烧设备，尤其涉及无焰燃烧装置。
背景技术
近年来，我国经济增长迅速，能源消耗显著提高，由此带来的环境污染问题也日益严峻。目前我国环保部门对燃烧产生的污染物排放限制要求越来越高，对于燃气锅炉的氮氧化物排放标准已经提高至<100mg/m3。为此，降低氮氧化物排放是目前燃气燃烧器设计的主要目标之一。
目前，使用传统的燃烧器，燃料和空气在炉内边混合边燃烧。在燃料和空气比接近化学当量比的面上形成明显的火焰锋面，即肉眼观测可看到火焰区域。即使是采用全预混燃烧方式，尽管火焰非常短，颜色非常淡，但是实际仍然存在火焰锋面，只是由于预混后的混合气燃烧速度非常快，火焰锋面相比扩散燃烧不明显。
传统的有焰燃烧方式必然造成火焰区域的温度较高，而炉膛其他区域的温度较低。为了提高整个炉膛的平均温度而达到额定热负荷，势必将进一步提高高温区的温度，相应才能拉高炉膛的整体平均温度。而氮氧化物的生成对温度极其敏感，当温度超过1450℃左右时，氮氧化物开始大量产生。
为了降低火焰温度，烟气再循环的方式在一些锅炉中得到了应用。烟气循环通过在锅炉引风机后开孔，设置一回流风机将燃烧产生的烟气抽出与空气混合后再送入燃烧器中来实现。循环的烟气中含有大量的二氧化碳和氮气，与空气混合后一方面稀释了氧气浓度，另一方面在不增加氧气浓度的情况下提高了冷空气量，因此有利于降低火焰温度，延长燃烧反应时间，从而避免了炉膛局部高温，有效地抑制了氮氧化物的产生。然而，传统的烟气再循环方式需要重新布置循环烟气管路，购置循环风机，不仅提高了投资，而且对运行管理也提出了新的要求。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种无焰燃烧装置，包括；设置在炉膛内的助燃风喷枪、燃料喷枪和回流引射器，其中，所述回流引射器具有回流流道，所述回流流道贯通所述回流引射器，并且所述回流流道两端内径大于所述回流流道中间的内径；所述助燃风喷枪的喷口朝向所述回流流道的一端；
优选地，所述回流流道呈文丘里结构，和/或所述回流引射器为文丘里管。
优选地，多个所述助燃风喷枪围绕所述燃料喷枪设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器。
优选地，多个所述助燃风喷枪和多个所述燃料喷枪交替地设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器。
优选地，多个所述燃料喷枪围绕所述助燃风喷枪设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器。
优选地，所述助燃风喷枪的喷口伸入所述回流流道内。
优选地，所述助燃风喷枪的喷口在所述回流流道外。
优选地，所述回流引射器与所述炉膛的内壁之间具有间隔。
优选地，所述燃料喷枪的喷口的朝向可调。
优选地，所述助燃风喷枪喷射助燃风，所述助燃风包括纯氧、富氧、空气中的一种；和/或所述燃料喷枪喷射燃料，所述燃料包括气体燃料、固体燃料和液体燃料中的至少一种。
基于本申请上述内容，实现烟气在燃烧器内强烈内循环，通过极高的烟气循环率大幅提高对助燃风中氧气浓度的稀释作用。从而延缓燃烧反应。燃烧过程中没有明显的火焰锋面，整个炉膛处在均匀的温度场中。避免炉膛中出现超过1400℃以上的高温区，从而最大程度地降低氮氧化物的产生。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请无焰燃烧装置中炉膛内的局部示意图；
图2-4为本申请无焰燃烧装置中助燃风喷枪和燃料喷枪的设置方式的三种实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明公开一种无焰燃烧装置，参见图1，包括助燃风喷枪1、燃料喷枪2和回流引射器3，这些零部件都设置在炉膛4内，其中，回流引射器3具有回流流道，回流流道贯通所述回流引射器3，并且回流流道两端内径大于所述回流流道中间的内径，助燃风喷枪1的喷口朝向回流流道的一端。
为了方便说明，将回流流道的两端分别称为入口部分和出口部分，两端之间称为中间部分，上述回流流道的入口部分和出口部分的内径比中间部分的内径大，助燃风枪的喷口朝向入口部分，喷出的助燃风进入回流流道，回流流道的这种结构能够对助燃风加速，并且在助燃风枪开始喷射助燃风时，会使回流流道内形成低压，因此炉膛4内的烟气会因为其低压从入口部分进入回流流道，与助燃风混合，因为烟气内不含氧气，可以降低助燃风的氧气浓度，从而使炉膛4内的燃烧反应变得缓慢，可以有效降低氮氧化物的生成。如图1中箭头A所示出的为烟气流动的方向，也可以称为烟气回流，箭头B表示烟气与助燃风混合后从出口端喷出的方向。
上述的烟气之所以从入口部分进入，是因为助燃风喷枪1一直喷射助燃风，助燃风从入口部分进入如，从出口部分喷出，烟气只能从进口部分进入。为了保证烟气进入的顺畅，回流引射器3与所述炉膛4的内壁之间具有间隔。该间隔可以是1-50cm，当然也可以是更大的距离，该距离是与据炉膛4内的空间大小有关的。
由于烟气中不含氧气，因此大量的烟气与助燃风混合后大幅度降低了助燃风中的氧气浓度。在引射器的出口处，氧气浓度可以低于10％甚至更低。
当然回流引射器3的外形可以是多样的，例如圆筒形，或者也可以为沙漏形，只要保证其回流流道为“两端大，中间小”的结构即可。
可选的，回流引射器3中的回流流道呈文丘里结构。也可也说回流引射器3可以直接设置为文丘里管。
下面说明几种助燃风喷枪1和燃料喷枪2的设置方式，参见图2-4，当然，这几种方式仅作为可选的实施例，并不用于限制本申请。
第一种，如图1所示，多个助燃风喷枪1围绕燃料喷枪2设置，每个助燃风喷枪1的喷口前都设置有回流引射器3。
将多个助燃风喷枪1围绕一个燃料喷枪2的设置方式视为一组，本申请可以具有多组这种设置方式同时存在，即炉膛4内具有多个燃料喷枪2，每个燃料喷枪2都由多个助燃风喷枪1围绕。
第二种，如图2所示，多个助燃风喷枪1和多个燃料喷枪2交替地设置，每个助燃风喷枪1的喷口前都设置有回流引射器3。
多个助燃风喷枪1和多个燃料喷枪2可以是依次交替的设置(助燃风喷枪1挨着燃料喷枪2，按顺序穿插设置)，也可以是任意次序交替设置。进一步，多个助燃风喷枪1和多个燃料喷枪2可以组成环形，也可以是组成直线型。
以多个助燃风喷枪1和多个燃料喷枪2交替地设置的方式视为一组，本申请可以具有多组这种设置方式同时存在。
第三种，如图3所示，多个燃料喷枪2围绕所述助燃风喷枪1设置，每个助燃风喷枪1的喷口前都设置有回流引射器3。
将多个燃料喷枪2围绕一个助燃风喷枪1的设置方式视为一组，本申请可以具有多组这种设置方式同时存在，即炉膛4内具有多个助燃风喷枪1，每个助燃风喷枪1都由多个燃料喷枪2围绕。
第四种，多个助燃风喷枪1和多个燃料喷枪2随机设置，每个助燃风喷枪1的喷口前都设置有回流引射器3。
以上几种仅作为可选的实施方式，可以根据不停的燃料种类、不同的工况需要等进行设置，也可以将三种组合设置。徐要注意，图2到图4中所示出的仅作为示例，并不用于限制本申请。
下面说明助燃喷枪和回流引射器3之间的关系，助燃风喷枪1的喷口可以伸入所述回流流道内，也可以是在回流流道外。在助燃风喷枪1伸入回流流道的状态下，喷口的位置最好不超过入口部分。
在一种可选的实施方式中，燃料喷枪2的喷口的朝向可调，一般的，燃料喷嘴在其设置的所在平面内，可在0-180度之间转动。当然，在一种实施方式中，还可以是将喷口的朝向朝任意方向转动，但是考虑到可以调整燃料喷枪2的高度位置，所以能够在水平面内0-180度的转动就可以完成大部分需求。
结合上述燃料喷枪2的高度位置可调，同样的，助燃风喷枪1的位置也可调，当然，此处可调可以是指根据选定的位置安装燃料喷枪2和助燃风喷枪1，也可以是指安装后的燃料喷枪2和助燃风喷枪1可以在高度上移动调节。助燃风喷枪1和燃料喷枪2可以是水平设置的，也可以采用非水平的设置方式，但是为了保证效果，一般都采用水平设置。
助燃风喷枪1喷射助燃风，燃料喷枪2喷射燃料，可选的，助燃风可以使用不同的助燃物，包括但不限于纯氧、富氧、空气。燃料喷枪2可以喷射不同的燃料，包括但不限于气体燃料、固体燃料和液体燃料，也可以是任意几种的混合。燃料喷射入炉膛后并不与助燃风直接混合，而是在后续的缓慢氧化过程中逐渐发生混合和氧化反应。
本申请的无焰燃烧装置工作时炉膛内无明显火焰锋面，整个炉膛温度场均匀；此外，由于采用高速射流(助燃风喷枪1和回流引射器3的配合)，炉膛内的烟气再循环率较高，大幅稀释了氧气浓度，延缓了氧化反应，降低了燃烧温度。确保炉膛任意位置的温度低于氮氧化物生成的窗口温度，最终大幅减少氮氧化物的产生，最终使得氮氧化物排放浓度低于20mg/m3。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种无焰燃烧装置，其特征在于，包括；
设置在炉膛内的助燃风喷枪、燃料喷枪和回流引射器，其中，
所述回流引射器具有回流流道，所述回流流道贯通所述回流引射器，并且所述回流流道两端内径大于所述回流流道中间的内径；
所述助燃风喷枪的喷口朝向所述回流流道的一端，
多个所述助燃风喷枪围绕所述燃料喷枪设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器；或者，
多个所述助燃风喷枪和多个所述燃料喷枪交替地设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器；或者，
多个所述燃料喷枪围绕所述助燃风喷枪设置，每个所述助燃风喷枪的喷口前都设置有回流引射器。
2.根据权利要求1所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述回流流道呈文丘里结构。
3.根据权利要求1或2所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述助燃风喷枪的喷口伸入所述回流流道内。
4.根据权利要求1或2所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述助燃风喷枪的喷口在所述回流流道外。
5.根据权利要求1或2所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述回流引射器与所述炉膛的内壁之间具有间隔。
6.根据权利要求1或2所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述燃料喷枪的喷口的朝向可调。
7. 根据权利要求1或2所述的无焰燃烧装置，其特征在于，
所述助燃风喷枪喷射助燃风，所述助燃风包括纯氧、富氧、空气中的一种；和/或
所述燃料喷枪喷射燃料，所述燃料包括气体燃料、固体燃料和液体燃料中的至少一种。
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