CN106051769A - 一种新型高效超低氮气体燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高效超低氮气体燃烧器，包括燃烧器箱壳、中心内风筒、中心外风筒、外中心风筒、内强旋流风筒、燃烧器箱壳、若干一次气体燃料喷枪及若干二次气体燃料喷枪；中心内风筒、中心外风筒、外中心风筒、内强旋流风筒及燃烧器箱壳由内到外依次布置，其中，中心外风筒与外中心风筒之间形成环形中空的外中心风区域，外中心风筒与内强旋流风筒之间形成环形中空的内强旋流风区域，内强旋流风筒与燃烧器箱壳之间形成环形中空的外弱旋流风区域，该燃烧器能够实现较高的燃烧效率，降低氮氧化物的排放量，并且成本低。

Description

一种新型高效超低氮气体燃烧器
技术领域
本发明属于超低氮清洁燃烧技术领域，涉及一种新型高效超低氮气体燃烧器。
背景技术
近年来，能源的需求量和价格都不断攀升，而能源供给却相对紧张，能源缺口问题日趋显著。同时全球环境问题不断凸显，譬如气候变暖、酸雨和光化学烟雾问题，使得环境问题日益受到社会关注。目前，世界能源供给主要依赖于化石能源，燃烧是其能源转换的主要方式，它将燃料的化学能转换为热能，通过燃烧矿物燃料所获得的能量占世界总能量消耗的90％以上，节能减排任务艰巨。
气体燃料具有较高的燃烧效率和低污染排放等特点，所以气体燃料作为清洁能源广泛应用于电力、化工、冶金、建材等行业的工业炉(窑)及锅炉中。而作为其关键设备的气体燃烧器，研究不断取得进展。但对它的研究主要集中在对燃烧器的性能改进方面。而对污染物控制方面关注的还远远不够。
随着最新的《大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的实施，到2015年1月1日我国所有的电站锅炉和工业锅炉的NOx排放质量浓度控制标准降为100mg/m3(标态，3％O2)，北京燃气锅炉NOx排放质量浓度控制更加严格。单靠传统的燃气燃烧器已经不能满足排放要求。因此急需开发出新型高效低NOx气体燃烧器以满足最新的环保标准。
目前，气体燃烧器的研究越来越受学者关注，以期望找到性能更高，排放更低的燃烧器来改善燃烧效率和燃烧污染物排放。国内学者在燃烧器技术领域的研究主要集中在燃煤燃烧器方面，而对于气体燃烧器方面的研究甚少，其技术和设备主要依赖进口。最新的环保排放标准非常严格，目前世界上只有几家著名的燃气燃烧器厂商如德国威索、意大利百得等可以达到该标准，且其设备结构复杂、价格非常昂贵。随着环保标准的日趋严格，燃气锅炉节能环保改造迫在眉睫，因此，急需要一种高燃烧效率、低氮氧化物排放、成本较低的气体燃烧器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种新型高效超低氮气体燃烧器，该燃烧器能够实现较高的燃烧效率，降低氮氧化物的排放量，并且成本低。
为达到上述目的，本发明所述的新型高效超低氮气体燃烧器包括燃烧器箱壳、中心内风筒、中心外风筒、外中心风筒、内强旋流风筒、燃烧器箱壳、若干一次气体燃料喷枪及若干二次气体燃料喷枪；
中心内风筒、中心外风筒、外中心风筒、内强旋流风筒及燃烧器箱壳由内到外依次布置，其中，中心外风筒与外中心风筒之间形成环形中空的外中心风区域，外中心风筒与内强旋流风筒之间形成环形中空的内强旋流风区域，内强旋流风筒与燃烧器箱壳之间形成环形中空的外弱旋流风区域；
燃烧器箱壳的侧面设置有助燃空气入口，助燃空气入口分为四路，其中第一路与中心内风筒相连通，第二路与外中心风区域相连通，第三路与内强旋流风区域相连通，第四路与外弱旋流风区域相连通；
燃烧器箱壳的外侧设置有燃气环形集箱，一次气体燃料喷枪的入口及二次气体燃料喷枪的入口与燃气环形集箱相连通，一次气体燃料喷枪的枪头及二次气体燃料喷枪的枪头穿过外弱旋流风区域伸出到外弱旋流风区域外，一次气体燃料喷枪的枪头端面及二次气体燃料喷枪的枪头端面均为斜面结构，一次气体燃料喷枪的枪头端面朝向中心内风筒，二次气体燃料喷枪的枪头端面朝向燃烧器箱壳；
中心内风筒与中心外风筒之间设有环形间隙，且中心内风筒的端部伸出到中心外风筒外，所述环形间隙的一端与燃气环形集箱相连通，中心内风筒端部的侧面设有用于改变从环形间隙另一端喷出燃气的方向的环形挡块。
所有一次气体燃料喷枪及二次气体燃料喷枪呈环形分布，且各一次气体燃料喷枪与各二次气体燃料喷枪交错分布。
内强旋流风区域内设置有环形的内强旋流盘；
外弱旋流风区域内设置有环形的外弱旋流盘。
还包括用于调节内强旋流盘中叶片的角度的第一调节装置、以及用于调节外弱旋流盘中叶片的角度的第二调节装置。
助燃空气入口处设置有总风门；
中心内风筒上设置有球阀；
助燃空气入口与外中心风区域之间设置有外中心风风门；
助燃空气入口与外弱旋流风区域之间设置有外弱旋流风风门。
一次气体燃料喷枪的枪头端面为40°-50°斜面；
二次气体燃料喷枪的枪头端面为15-20°斜面。
环形间隙喷出的气体燃料经环形挡块遮挡后的方向与外中心风区域输出的外中心风的方向呈50°-80°。
一次气体燃料喷枪的数目与二次气体燃料喷枪的数目均为5只。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的新型高效超低氮气体燃烧器在工作时，通过中心内风筒、外中心风区域、内强旋流风区域及外弱旋流风区域将助燃空气分为四级，通过一次气体燃料喷枪、二次气体燃料喷枪及环形间隙将气体燃料分为三级，然后分别混合燃烧，其中，环形间隙喷出的中心气体燃料与外中心风区域输出的外中心风相配合，一次气体燃料喷枪喷出的一次气体燃料与内强旋流风区域输出的内强旋流风相配合，二次气体燃料喷枪喷出的二次气体燃料与外弱旋流风区域输出的外弱旋风相配合，从而使得气体燃料与助燃空气充分混合，实现多层次混合燃烧，提高气体燃料的燃烧效率，减少炉内局部高温区域，大大较低氮氧化物的排放量，并且结构较为简单，成本低。另外，本发明通过一次气体燃料、二次气体燃料与各自旋流风混合燃烧，在中心区域形成负压区，从而卷席周围高温烟气，再通过中心气体燃料与内中心风及外中心风相配合，达到稳定燃烧的目的。
进一步，通过调节球阀、外中心风风门及外弱旋流风风门的开度，控制各级风的流量，从而根据锅炉负荷的大小、燃料成分的变化合理调配风量，达到气体燃料充分燃烧的目的，灵活性较好。
进一步，通过第一调节装置调节内强旋流盘中叶片的角度，通过第二调节装置调节外弱旋流盘中叶片的角度，从而调节旋流强度、改变火焰长度及火焰形状，从而适应不同的炉膛容积。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的截面图；
图3为本发明中中心内风管及中心外风筒10的位置关系图；
图4为本发明中一次气体燃料喷枪12枪头的结构示意图；
图5为本发明中二次气体燃料喷枪13枪头的结构示意图。
其中，1为燃气环形集箱、2为燃烧器箱壳、3为内强旋流风筒、4为外中心风筒、5为内强旋流盘、6为外弱旋流盘、7为外弱旋流风风门、8为总风门、9为外中心风风门、10为中心外风筒、11为中心内风筒、12为一次气体燃料喷枪、13为二次气体燃料喷枪、14为第二调节装置、15为第一调节装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2、图3、图4及图5，本发明所述的新型高效超低氮气体燃烧器包括燃烧器箱壳2、中心内风筒11、中心外风筒10、外中心风筒4、内强旋流风筒3、燃烧器箱壳2、若干一次气体燃料喷枪12及若干二次气体燃料喷枪13，中心内风筒11、中心外风筒10、外中心风筒4、内强旋流风筒3及燃烧器箱壳2由内到外依次布置，其中，中心外风筒10与外中心风筒4之间形成环形中空的外中心风区域，外中心风筒4与内强旋流风筒3之间形成环形中空的内强旋流风区域，内强旋流风筒3与燃烧器箱壳2之间形成环形中空的外弱旋流风区域；燃烧器箱壳2的侧面设置有助燃空气入口，助燃空气入口分为四路，其中第一路与中心内风筒11相连通，第二路与外中心风区域相连通，第三路与内强旋流风区域相连通，第四路与外弱旋流风区域相连通；燃烧器箱壳2的外侧设置有燃气环形集箱1，一次气体燃料喷枪12的入口及二次气体燃料喷枪13的入口与燃气环形集箱1相连通，一次气体燃料喷枪12的枪头及二次气体燃料喷枪13的枪头穿过外弱旋流风区域伸出到外弱旋流风区域外，一次气体燃料喷枪12的枪头端面及二次气体燃料喷枪13的枪头端面均为斜面结构，一次气体燃料喷枪12的枪头端面朝向中心内风筒11，二次气体燃料喷枪13的枪头端面朝向燃烧器箱壳2；中心内风筒11与中心外风筒10之间设有环形间隙，且中心内风筒11的端部伸出到中心外风筒10外，所述环形间隙的一端与燃气环形集箱1相连通，中心内风筒11端部的侧面设有用于改变从环形间隙另一端喷出燃气的方向的环形挡块。
需要说明的是，所有一次气体燃料喷枪12及二次气体燃料喷枪13呈环形分布，且各一次气体燃料喷枪12与各二次气体燃料喷枪13交错分布；内强旋流风区域内设置有环形的内强旋流盘5；外弱旋流风区域内设置有环形的外弱旋流盘6；本发明还包括用于调节内强旋流盘5中叶片的角度的第一调节装置15、以及用于调节外弱旋流盘6中叶片的角度的第二调节装置14；助燃空气入口处设置有总风门8；中心内风筒11上设置有球阀；助燃空气入口与外中心风区域之间设置有外中心风风门9；助燃空气入口与外弱旋流风区域之间设置有外弱旋流风风门7；一次气体燃料喷枪12的枪头端面为40°-50°斜面；二次气体燃料喷枪13的枪头端面为15-20°斜面；环形间隙喷出的气体燃料经环形挡块遮挡后的方向与外中心风区域输出的外中心风的方向呈50°-80°；一次气体燃料喷枪12的数目与二次气体燃料喷枪13的数目均为5只。
一次气体燃料喷枪12的枪头端面上开有若干个第一气体燃料通孔，各第一气体燃料通孔组成一次气体燃料喷口，一次气体燃料喷口喷出的气体燃料方向为一次气体燃料喷枪12枪头端面的法向方向，间隔布置的多只一次气体燃料喷枪12沿圆周方向布置，使得一次气体燃料喷枪12喷射出来的气体燃料在内强旋流风区域外形成一个同心圆，并与内强旋流风方向相反，形成对冲配合。
二次气体燃料喷枪13的枪头端面上开有若干个第二气体燃料通孔组成二次气体燃料喷口，二次气体燃料喷口喷出的气体燃料方向为二次气体燃料喷枪13枪头端面的法向方向，间隔布置的多只二次气体燃料喷枪13沿圆周方向布置，使得喷射出来的气体燃料在外弱旋流风区域外形成一个同心圆，并与外弱旋流风方向相同，形成相对配合。
中心内风筒11与中心外风筒10安装在燃烧器的中心位置，环形间隙喷出的中心气体燃料的喷射方向与外中心风区域输出的外中心风成50°～80°夹角，气体燃料速度远低于前两级，且与外中心风区域输出的外中心风对冲配合，实现低负荷稳燃。
本发明通过气体燃料与助燃空气多级分级达到超混合状态，以达到最大程度降低氮氧化物的目的，同时通过调节各级气体燃料量、风量来达到高的负荷调节性、炉膛及燃料适应性，在具体操作时，本发明为蒸汽锅炉、热水锅炉以及加热炉等燃气锅炉脱销提供了一种经济改造技术路线，在不增加SNCR、SCR设备情况下，就单靠燃烧器就把燃气锅炉氮氧化物排放降低到80mg/m3(标态，3％O2)以下，满足最新的环保标准要求。

Claims (8)

1.一种新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，包括燃烧器箱壳(2)、中心内风筒(11)、中心外风筒(10)、外中心风筒(4)、内强旋流风筒(3)、燃烧器箱壳(2)、若干一次气体燃料喷枪(12)及若干二次气体燃料喷枪(13)；
中心内风筒(11)、中心外风筒(10)、外中心风筒(4)、内强旋流风筒(3)及燃烧器箱壳(2)由内到外依次布置，其中，中心外风筒(10)与外中心风筒(4)之间形成环形中空的外中心风区域，外中心风筒(4)与内强旋流风筒(3)之间形成环形中空的内强旋流风区域，内强旋流风筒(3)与燃烧器箱壳(2)之间形成环形中空的外弱旋流风区域；
燃烧器箱壳(2)的侧面设置有助燃空气入口，助燃空气入口分为四路，其中第一路与中心内风筒(11)相连通，第二路与外中心风区域相连通，第三路与内强旋流风区域相连通，第四路与外弱旋流风区域相连通；
燃烧器箱壳(2)的外侧设置有燃气环形集箱(1)，一次气体燃料喷枪(12)的入口及二次气体燃料喷枪(13)的入口与燃气环形集箱(1)相连通，一次气体燃料喷枪(12)的枪头及二次气体燃料喷枪(13)的枪头穿过外弱旋流风区域伸出到外弱旋流风区域外，一次气体燃料喷枪(12)的枪头端面及二次气体燃料喷枪(13)的枪头端面均为斜面结构，一次气体燃料喷枪(12)的枪头端面朝向中心内风筒(11)，二次气体燃料喷枪(13)的枪头端面朝向燃烧器箱壳(2)；
中心内风筒(11)与中心外风筒(10)之间设有环形间隙，且中心内风筒(11)的端部伸出到中心外风筒(10)外，所述环形间隙的一端与燃气环形集箱(1)相连通，中心内风筒(11)端部的侧面设有用于改变从环形间隙另一端喷出燃气的方向的环形挡块。
2.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，所有一次气体燃料喷枪(12)及二次气体燃料喷枪(13)呈环形分布，且各一次气体燃料喷枪(12)与各二次气体燃料喷枪(13)交错分布。
3.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，
内强旋流风区域内设置有环形的内强旋流盘(5)；
外弱旋流风区域内设置有环形的外弱旋流盘(6)。
4.根据权利要求3所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，还包括用于调节内强旋流盘(5)中叶片的角度的第一调节装置(15)、以及用于调节外弱旋流盘(6)中叶片的角度的第二调节装置(14)。
5.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，助燃空气入口处设置有总风门(8)；
中心内风筒(11)上设置有球阀；
助燃空气入口与外中心风区域之间设置有外中心风风门(9)；
助燃空气入口与外弱旋流风区域之间设置有外弱旋流风风门(7)。
6.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，
一次气体燃料喷枪(12)的枪头端面为40°-50°斜面；
二次气体燃料喷枪(13)的枪头端面为15-20°斜面。
7.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，环形间隙喷出的气体燃料经环形挡块遮挡后的方向与外中心风区域输出的外中心风的方向呈50°-80°。
8.根据权利要求1所述的新型高效超低氮气体燃烧器，其特征在于，一次气体燃料喷枪(12)的数目与二次气体燃料喷枪(13)的数目均为5只。
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