CN106949470B - 底部分级燃烧低NOx气体燃烧器及其燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧器技术领域，公开了一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器，包括风箱、耐火砖、引射器和燃料枪，耐火砖置于炉子底部，内部空心处为空气流道，引射器穿过风箱伸入空气流道；在耐火砖和炉底之间设有孔道，燃料枪穿过风箱、孔道伸入炉膛；在燃料枪的末端设有燃料喷头，燃料枪向两个方向喷射：经耐火砖上的通孔喷射到空气流道内和平行于耐火砖的侧壁喷射到耐火砖的出口处；风箱内设有隔板，隔板将风箱分成上部和下部，在下部设有一次风门，在上部设有二次风门，且引射器的进风口位于风箱下部，引射器引射比为25‑41。该燃烧器通过采用贫燃预混技术和分级燃烧技术能够有效降低氮氧化物的排放。本发明还公开了上述燃烧器的燃烧方法。

Description

底部分级燃烧低NOx气体燃烧器及其燃烧方法

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，特别是涉及一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器及其燃烧方法。

背景技术

随着大气环境问题日益凸显，环保法规不断提出更高的要求。追求更低的氮氧化物的排放是新型工业燃气燃烧器的趋势。对于燃气燃烧器来说，氮氧化物主要是热力型NO和快速型NO，其中热力型NO占到90％。工程上一般通过抑制热力型NO的生成来达到低氮氧化物生成的效果。目前，低氮氧化物燃烧技术中燃料分段燃烧技术和烟气循环技术最为经济有效，但是如果燃料与空气掺混过程组织得不合理，实际工程应用中容易出现温度场不均匀、火焰不稳定、燃烧不完全等问题。现有技术解决以上问题采用逐个击破的方法。针对火焰稳定性问题，通常采取加装火焰稳定盘、提高燃气温度等手段；针对火焰刚性不足的问题，通常采取改变喷孔角度、增加火道收缩段等手段。但是在实际工程应用中，一方面考虑到燃烧器的可靠性和日常维护问题，燃烧器不宜过度复杂；另一方面由于各种技术问题相互影响，单一手段解决一个问题可能会带来新的问题，最终现有技术对于上述技术问题的改进程度有限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器，该底部燃烧器能够有效降低氮氧化物的排放，且避免了温度场不均匀、火焰不稳定、燃烧不完全等问题。

本发明的另一个目的是提供一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的燃烧方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器，包括风箱、引射器、耐火砖和燃料枪，耐火砖置于炉底，内部空心处为空气流道，其中，所述引射器穿过所述风箱，并伸入到所述耐火砖的空气流道内；在所述耐火砖和所述炉底之间设置有孔道，所述燃料枪依次穿过所述风箱、所述耐火砖和所述炉底之间的孔道伸入炉膛内；在所述燃料枪的末端设置有燃料喷头，在所述耐火砖与所述燃料喷头对应的位置处设置有通孔，所述燃料枪内的燃料经该燃料喷头向两个方向喷射，一个方向是经所述耐火砖上的通孔喷射到所述耐火砖的空气流道内，另一个方向是平行于所述耐火砖的侧壁外表面喷射到所述耐火砖的出口处；在所述风箱上内设置有隔板，该隔板将所述风箱分割成风箱上部和风箱下部，在所述风箱下部设置有一次风门，在所述风箱上部设置有二次风门，且所述引射器的进风口位于所述风箱下部，所述引射器的引射比为25-41。

其中，所述耐火砖包括空气入口段和与空气入口段相连通的空气出口段，其中，所述空气入口段是一个横截面积不变的平直流道，所述空气出口段是一个横截面积逐渐变小的空气收缩流道。

其中，在所述风箱上设置有空气入口，在所述风箱内的所述隔板延伸至所述空气入口内，并将所述空气入口分割成上部空气入口和下部空气入口，所述一次风门由所述上部空气入口形成，所述二次风门由所述下部空气入口形成。

其中，在所述一次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第一助燃空气调节挡板。

其中，在所述二次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第二助燃空气调节挡板。

其中，在所述燃料喷头上设置有用于喷射到耐火砖的空气流道内的第一喷孔和喷射到耐火砖的出口处的第二喷孔。

其中，所述引射器的喷嘴采用1mm-1.5mm的缝隙。

其中，还包括集气筒，所述集气筒设置有燃料入口以及与所述燃料枪连通的出口。

其中，所述燃烧枪的数量为6-8个。

本发明还公开了一种如上所述的底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的燃烧方法，其包括以下步骤：

S1：将一级燃料喷入引射器中，助燃空气经一次风门进入引射器并与一级燃料进行混合，形成空气过剩系数为1.3～1.4的预混混合气，该预混混合气从引射器的出口喷出，并在耐火砖内的空气流道内进行一次贫燃燃烧；

S2：助燃空气通过二次风门进入风箱，然后通过耐火砖的空气流道进入炉膛，二级燃料通过燃烧枪的第一喷孔喷出，经耐火砖上的通孔喷入耐火砖内的空气流道内，并与一次燃烧的烟气和剩余的燃烧用空气混合，进行二次燃烧；

S3：三级燃料通过燃烧枪的第三喷孔喷出，在耐火砖的出口处与一次燃烧和二次燃烧的烟气混合，进行三次燃烧。

(三)有益效果

本发明提供的底部分级燃烧低NOx气体燃烧器及其燃烧方法通过采用贫燃预混技术和分级燃烧技术，能够有效降低氮氧化物的排放，此外，还能够同时满足火焰形态、热流密度、火焰稳定性以及日常维护等要求。

附图说明

图1为根据本发明的一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的结构示意图；

图2是示出了图1中的底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的燃料和空气的流动方向。

图中，1：风箱；2：引射器；3：耐火砖；4：燃料枪；5：炉底；6：燃料喷头；7:隔板；8：第一助燃空气调节挡板；9：第二助燃空气调节挡板；10：集气筒；11：空气入口；12：燃料入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了根据本发明的一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的一个优选实施例。如图1所示，该燃烧器包括风箱1、引射器2、耐火砖3和燃料枪4，耐火砖3置于炉子底部，内部空心处为空气流道，其中，引射器2穿过风箱1，并伸入到耐火砖3的空气流道内，在耐火砖3和炉底之间设置有孔道，燃料枪4依次穿过风箱1、耐火砖3和炉底5之间的孔道伸入炉膛内，在燃料枪4的末端设置有燃料喷头6，在耐火砖3与燃料喷头6对应的位置处设置有通孔，燃料枪4内的燃料经该燃料喷头6向两个方向喷射，一个方向是经耐火砖3上的通孔喷射到耐火砖3的空气流道内，另一个方向是平行于耐火砖3的斜壁外表面喷射到耐火砖3的出口处。此外，风箱1内设置有隔板7，该隔板7将风箱1分割成风箱上部和风箱下部，在风箱下部设置有一次风门，在风箱上部设置有二次风门，且引射器2的进风口位于风箱下部。其中，引射器2的引射比为25-41，具体数值应根据燃料成分进行计算，以形成空气过剩系数为1.3～1.4的预混混合气。例如在燃料采用天然气的情况下，引射比应等于30，以实现40％的天然气将70％的燃烧所需空气引射进引射器2。

由于高引射比引射器2存在回火的风险，另外高引射比燃烧器不易点火，因此优选引射器的喷嘴采用1mm-1.5mm的窄型缝隙。并优选引射器2的出口采用10mm以上厚度的2520耐高温不锈钢，以防止回火，并且利于稳定火焰燃烧。

耐火砖3包括空气入口段和与空气入口段相连通的空气出口段，其中，空气入口段是一个横截面积不变的平直流道，空气出口段是一个横截面积逐渐变小的空气收缩流道，以助燃空气不断增速，因此耐火砖的空气出口段是一个相对于空气入口段长宽比更大的矩形截面，以便与扁平长火焰相适应。优选地，耐火砖3的空气出口段的侧壁外表面与水平面的夹角为55°至65°。

在该实施例中，在风箱1上设置有空气入口11，在风箱1内的隔板7延伸至该空气入口11内，并将该空气入口11分割成上部空气入口和下部空气入口，其中一次风门由该上部空气入口形成，二次风门由该下部空气入口形成。优选地，在一次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第一助燃空气调节挡板8。在二次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第二助燃空气调节挡板9。

此外，为了实现燃料枪4内的燃料经燃料喷头6向两个方向喷射，优选在燃料喷头6上设置有用于喷射到耐火砖3的空气流道内的第一喷孔和喷射到耐火砖3的出口处的第二喷孔，以使得从第一喷孔喷出的燃料喷射到耐火砖3的空气流道内进行燃烧，从第三喷孔喷出的燃料喷射到耐火砖3的出口处进行燃烧。由于燃料分级燃烧，燃烧时火焰峰值温度就会降低，从而降低了氮氧化物的排放。

该燃烧器还包括集气筒10，该集气筒10设置有燃料入口12以及与燃料枪4连通的出口。在该实施例中，虽然示出了两个燃料枪4，然而在本发明的其它一些实施例中，也可设置其它数量的燃料枪4，优选燃料枪4的数量为6-8个。

进一步地，在耐火砖3和炉底5之间设置有隔热材料，在耐火砖3和隔热材料之间设置有孔道，燃烧枪5穿过耐火砖3和隔热材料之间的孔道伸入炉膛内。

本发明还公开了一种如上所述的燃烧器的燃烧方法，其包括以下步骤：

S1：将一级燃料喷入引射器2中，助燃空气经一次风门进入引射器2并与一级燃料进行混合，形成空气过剩系数为1.3～1.4的预混混合气，该预混混合气从引射器2的出口喷出，并在耐火砖1内的空气流道内进行一次贫燃燃烧；

S2：助燃空气通过二次风门进入风箱1，然后通过耐火砖3的空气流道进入炉膛，二级燃料通过燃烧枪5的第一喷孔喷出，经耐火砖3上的通孔喷入耐火砖3内的空气流道内，并与一次燃烧的烟气和剩余的燃烧用空气混合，进行二次燃烧；

S3：三级燃料通过燃烧枪5的第三喷孔喷出，沿平行于耐火砖3的侧壁外表面喷射到耐火砖3的出口处，在耐火砖3的出口处与一次燃烧和二次燃烧的烟气混合，进行三次燃烧(如图2所示)。

本发明所提供的燃烧器及其燃烧方法采用贫燃预混技术和分级燃烧技术，能够有效降低氮氧化物的排放，此外，还能够同时满足火焰形态、热流密度、火焰稳定性以及日常维护等要求。根据工程现场的测量结果，该底部燃烧器的炉温为1100-1200℃，氧含量控制在3％时，氮氧化物排放为34-37ppm。对比改造前的61-70ppm，氮氧化物排放得到显著改善。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种底部分级燃烧低NOx气体燃烧器，包括风箱、引射器、耐火砖和燃料枪，耐火砖置于炉底，内部空心处为空气流道，其特征在于，所述引射器穿过所述风箱，并伸入到所述耐火砖的空气流道内；在所述耐火砖和所述炉底之间设置有孔道，所述燃料枪依次穿过所述风箱、所述耐火砖和所述炉底之间的孔道伸入炉膛内；在所述燃料枪的末端设置有燃料喷头，在所述耐火砖与所述燃料喷头对应的位置处设置有通孔，所述燃料枪内的燃料经该燃料喷头向两个方向喷射，一个方向是经所述耐火砖上的通孔喷射到所述耐火砖的空气流道内，另一个方向是平行于所述耐火砖的侧壁外表面喷射到所述耐火砖的出口处；在所述风箱上内设置有隔板，该隔板将所述风箱分割成风箱上部和风箱下部，在所述风箱下部设置有一次风门，在所述风箱上部设置有二次风门，且所述引射器的进风口位于所述风箱下部，所述引射器的引射比为25-41。

2.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述耐火砖包括空气入口段和与空气入口段相连通的空气出口段，其中，所述空气入口段是一个横截面积不变的平直流道，所述空气出口段是一个横截面积逐渐变小的空气收缩流道。

3.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述风箱上设置有空气入口，在所述风箱内的所述隔板延伸至所述空气入口内，并将所述空气入口分割成上部空气入口和下部空气入口，所述一次风门由所述上部空气入口形成，所述二次风门由所述下部空气入口形成。

4.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述一次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第一助燃空气调节挡板。

5.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述二次风门处设置有用于调节助燃空气流量的第二助燃空气调节挡板。

6.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述燃料喷头上设置有用于喷射到耐火砖的空气流道内的第一喷孔和喷射到耐火砖的出口处的第二喷孔。

7.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述引射器的喷嘴采用1mm-1.5mm的缝隙。

8.如权利要求1-7中任一项所述的燃烧器，其特征在于，还包括集气筒，所述集气筒设置有燃料入口以及与所述燃料枪连通的出口。

9.如权利要求1-7中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧枪的数量为6-8个。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的底部分级燃烧低NOx气体燃烧器的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将一级燃料喷入引射器中，助燃空气经一次风门进入引射器并与一级燃料进行混合，形成空气过剩系数为1.3～1.4的预混混合气，该预混混合气从引射器的出口喷出，并在耐火砖内的空气流道内进行一次贫燃燃烧；

S2：助燃空气通过二次风门进入风箱，然后通过耐火砖的空气流道进入炉膛，二级燃料通过燃烧枪的第一喷孔喷出，经耐火砖上的通孔喷入耐火砖内的空气流道内，并与一次燃烧的烟气和剩余的燃烧用空气混合，进行二次燃烧；

S3：三级燃料通过燃烧枪的第三喷孔喷出，在耐火砖的出口处与一次燃烧和二次燃烧的烟气混合，进行三次燃烧。