CN106500094B - 一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，燃烧器包括分级燃烧器本体、设置在分级燃烧器本体前端的空气‑烟气混合腔、设置在分级燃烧器本体后端的后回烟室、通过回程管与后回烟室连通的前回烟室以及烟气出口，前回烟室与空气‑烟气混合腔连通，且前回烟室通过出烟管与烟气出口连通。与现有技术相比，本发明显著提高助燃空气温度，降低助燃空气中的氧浓度，有利于降低燃烧产生的氮氧化物。利用高速空气卷吸中高温烟气技术，其目的是避免布置单独的烟气管道和高温引风机，简化设备，降低燃烧器生产成本；利用高速高温低氧空气配合空气、燃气分级燃烧器实现弥散燃烧的技术，显著减少高温燃烧产生的氮氧化物浓度。

Description

一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器及工艺
技术领域
本发明涉及工业锅炉低氮燃烧技术领域，具体涉及一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器及工艺。
背景技术
随着北京市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》DB 11/139-2015的发布，以北京市为代表的地区对工业锅炉的氮氧化物排放更加严格，现行的燃烧器很难满足苛刻的污染物排放要求。因此，使用超低氮燃烧器是工业锅炉解决氮氧化物排放的最直接、最有效的解决方法之一。
目前，在燃烧器侧进行氮氧化物的控制主要通过空气分级、燃气分级、烟气再循环等方式。单独使用空气或燃气分级，其效果有限，且一、二次空气的配比难以在锅炉运行时调控，燃气分级也极易导致燃烧器火焰在低温状态下的不稳定。烟气再循环是目前使用较多的氮氧化物控制手段之一，其主要有内循环和外循环两种方式。烟气内循环主要是通过燃烧器中高速射流卷吸火焰附近的高温烟气，在炉膛内将助燃空气的氧气浓度降低或将燃气的可燃成分浓度稀释，从而降低氮氧化物的生产；但因尺寸限制，其烟气的卷吸量和与空气的混合效果不是很理想。烟气外循环则是用使用风机将锅炉出口的低温烟气送入燃烧器外进行混合，需要额外布置烟气管道、引风机以及烟气调节挡板等设施，面临成本高、占地面积大等问题。同时，卷吸低温烟气与助燃空气混合将增加火焰的不稳定性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种烟气、空气和燃气混合均匀、排放其中氮氧化物浓度极低的中高温烟气循环式低氮分级燃烧器及工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，所述燃烧器包括分级燃烧器本体、设置在分级燃烧器本体前端的空气-烟气混合腔、设置在分级燃烧器本体后端的后回烟室、通过回程管与后回烟室连通的前回烟室以及烟气出口，所述前回烟室与空气-烟气混合腔连通，且前回烟室通过出烟管与烟气出口连通；
利用高速气流直接卷吸锅炉前回烟室的中高温烟气，使助燃空气能够获得适当烟气量的同时，提高混合助燃空气的温度，也避免了使用烟气外循环需要额外布置引风机和较长的烟气管道的弊端。空气-烟气混合腔中，助燃空气、中高温烟气和燃气能够有足够的空间和时间进行充分混合，且通过调节其中的燃气量可以方便地将此部分混合气体控制在燃气的贫燃界限以上，避免预混火焰可能出现的回火现象。高速气体通过分级的燃烧器后能够形成弥散火焰，充分扩大火焰体积，降低火焰最高温度，从而显著降低氮氧化物的生成。
所述的燃烧器本体采用的燃烧形式包括空气分级燃烧或燃气分级燃烧中的一种。使用空气分级燃烧或燃气分级燃烧，可以有效地时燃气燃烧完全，减少氮氧化物的排放。
所述的燃烧器本体包括喷头及炉膛，所述喷头与空气-烟气混合腔连接，所述喷头将预混气喷入炉膛中进行燃烧，所述炉膛与后回烟室连通。
所述的前回烟室与空气-烟气混合腔通过引射装置连通，利用高速空气卷吸前回烟室中的中高温烟气进入空气-烟气混合腔与空气、燃气混合。
一种采用如上所述燃烧器的中高温烟气循环式低氮分级燃烧工艺，燃烧器工作时，高速空气进入空气-烟气混合腔，卷吸前回烟室内的中高温烟气，并和燃气预混形成预混气，进入分级燃烧器本体中进行燃烧，得到的高温烟气进入后回烟室，高温烟气在所述回程管中降温得到中高温烟气进入前回烟室，前回烟室中的部分中高温烟气在出烟管中降温得到低温烟气，经烟气出口排出。
所述前回烟室中的中高温烟气分别进入空气-烟气混合腔和出烟管，进入空气-烟气混合腔和出烟管的体积比为(5％～20％)：1，能够充分提高混合气体的温度，稳定火焰形状，并满足不同负荷所需，当体积比超过20％后，将影响火焰稳定性。
所述高速空气的流速为40～150m/s，能够有效卷吸中高温烟气，通过控制高速空气进而调节卷吸烟气量。
上述高温烟气的温度为900℃以上，中高温烟气的温度为400～600℃，低温烟气的温度为220℃以下。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)通过高速空气将前回烟室内的中高温烟气卷吸如空气-烟气混合腔内，完成烟气的外循环，同时避免了额外布置引风机和较长的烟气管道，减小占地面积；
(2)将空气、燃气和烟气按比例均匀混合后送入分级燃烧器，通过控制进入混合腔的燃气量，能够方便地将此部分混合气体控制在燃气的贫燃界限以上，避免预混火焰可能出现的回火现象；
(3)利用高速高温低氧空气配合空气、燃气分级燃烧器实现弥散燃烧的技术，其目的是充分扩大火焰体积，降低火焰的最高温度，显著减少高温燃烧产生的氮氧化物浓度。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
其中，1为空气-烟气混合腔，2为喷头，3为炉膛，4为后回烟室，5为前回烟室，6为回程管，7为出烟管，8为烟气出口。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，其结构如图1所示，本实施例中的高温烟气循环式低氮分级燃烧器呈卧式燃气锅炉形式，该燃烧器包括分级燃烧器本体、设置在分级燃烧器本体前端的空气-烟气混合腔1、设置在分级燃烧器本体后端的后回烟室4、通过回程管6与后回烟室4连通的前回烟室5以及烟气出口8，前回烟室5与空气-烟气混合腔1连通，且前回烟室5通过出烟管7与烟气出口8 连通；
本实施例具体包括利用中高温烟气加热助燃空气的技术、利用高速空气卷吸中高温烟气技术及高速高温空气配合空气、燃气分级燃烧器实现弥散火焰的技术。
炉膛3中因燃烧反应生成的高温烟气通过后回烟室4后流经回程管6成为前回烟室5中的中高温烟气。绝大部分烟气将继续沿出烟管7流动直至成为低温烟气后从烟气出口8被排出锅炉，少部分将被抽取进入空气-烟气混合腔1。
空气-烟气混合腔1高速空气流动，前回烟室5中部分中高温烟气在高速空气的卷吸作用下进入到空气-烟 气混合腔1中与空气、燃气混合，形成高温、高速、低氧浓度的贫预混气流，通过喷头2进入炉膛3。
燃烧器本体采用的燃烧形式为燃气分级燃烧，即燃气分级分段进入炉膛3，形成弥散火焰。使用燃气分级燃烧，可以有效地时燃气燃烧完全，减少氮氧化物的排放。
燃烧器本体包括喷头2及炉膛3，喷头2与空气-烟气混合腔1连接，喷头2 将预混气喷入炉膛3中进行燃烧，炉膛3与后回烟室4连通，炉膛3的外壁呈波纹型。
前回烟室5中的中高温烟气分别进入空气-烟气混合腔1和出烟管7，进入空气-烟气混合腔1和出烟管7的体积比为(5％～20％)：1。
高速空气的流速为40～150m/s，采用该流速的空气，能够使得卷入空气-烟气混合腔1内的中高温烟气比例合适。
经检测，烟气出口8中氮氧化物排放量降至30mg/m3以下，即使用本技术将有效提高燃气燃烧稳定性，降低氮氧化物排放量。

Claims (6)

1.一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，所述燃烧器包括分级燃烧器本体、设置在分级燃烧器本体前端的空气-烟气混合腔(1)、设置在分级燃烧器本体后端的后回烟室(4)、通过回程管(6)与后回烟室(4)连通的前回烟室(5 )以及烟气出口(8)，其特征在于，所述前回烟室(5 )与空气-烟气混合腔(1)连通，且前回烟室(5 )通过出烟管(7)与烟气出口(8)连通；所述的前回烟室(5 )与空气-烟气混合腔(1)通过引射装置连通；
所述燃烧器工作时，高速空气进入空气-烟气混合腔(1)，卷吸前回烟室(5 )内的中高温烟气，通过控制进入混合腔的燃气量，共同混形成预混气，进入分级燃烧器本体中进行燃烧，得到的高温烟气进入后回烟室(4)，高温烟气在所述回程管(6)中降温得到中高温烟气进入前回烟室(5 )，前回烟室(5 )中的部分中高温烟气在出烟管(7)中降温得到低温烟气，经烟气出口(8)排出。
2.根据权利要求1所述的一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，其特征在于，所述的燃烧器本体采用的燃烧形式包括空气分级燃烧或燃气分级燃烧中的一种或组合。
3.根据权利要求1所述的一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧器，其特征在于，所述的燃烧器本体包括喷头(2)及炉膛(3)，所述喷头(2)与空气-烟气混合腔(1)连接，所述喷头(2)将预混气喷入炉膛(3)中进行燃烧，所述炉膛(3)与后回烟室(4)连通。
4.一种采用如权利要求1～3任一所述燃烧器的中高温烟气循环式低氮分级燃烧工艺，其特征在于，所述燃烧器工作时，高速空气进入空气-烟气混合腔(1)，卷吸前回烟室(5 )内的中高温烟气，并和燃气预混形成预混气，进入分级燃烧器本体中进行燃烧，得到的高温烟气进入后回烟室(4)，高温烟气在所述回程管(6)中降温得到中高温烟气进入前回烟室(5)，前回烟室(5 )中的部分中高温烟气在出烟管(7)中降温得到低温烟气，经烟气出口(8)排出。
5.根据权利要求4所述的一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧工艺，其特征在于，所述前回烟室(5)中的中高温烟气分别进入空气-烟气混合腔(1)和出烟管(7)，进入空气-烟气混合腔(1)和出烟管(7)的体积比为(5％～20％)：1。
6.根据权利要求4所述的一种中高温烟气循环式低氮分级燃烧工艺，其特征在于，所述高速空气的流速为40～150m/s。
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