CN107461743B - 一种低NOx高热值燃气燃烧器 - Google Patents

一种低NOx高热值燃气燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低NOx高热值燃气燃烧器，包含有内外喉口，由主辅助助燃空气通道，包括内、中、外空气喷头的三级供气功能构件，包括内、外燃气喷枪的二级供燃气功能构件，合理布设有供气构件安装孔的前面板。燃气喷枪枪头上均布密设有前向喷孔和侧向喷孔，采用空气和燃气分别二级成对错位均布向主燃区送气模式，便于燃气与空气均匀混合、进行超低NOx生成量的浓燃烧，又结合采用第三级向腔壁附近供气模式，使在主燃区内未充分燃烧的小部分燃气在此助燃空气充足的区域内进行有助于提高燃气燃烬度的淡燃烧，实现CO零排放，能在整体上确保高热值燃气锅炉达到低氮和无CO排放的废气标准，为高热值燃气在燃气锅炉上的应用提供了基础保障。

Description

一种低NOx高热值燃气燃烧器
技术领域
本发明涉及燃气锅炉加热器件技术领域,特别是一种低NOx高热值燃气燃烧器。
背景技术
NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的元凶之一。随着我国对环保治理力度的加大和节能减排政策的深入,对于工业燃气锅炉NOx排放量的限制也日趋严格。目前国内外市场上流行的天然气低氮燃烧器的NOx排放浓度一般为100mg/Nm3左右，显然不能适用于雾霾历来比较严重的我国北京等地区。自2015年07月01日起，北京市对新建燃气锅炉的NOx排放浓度推出了30mg/Nm3的最严格标准。为此，业界在锅炉燃气燃烧技术方面进行了大量探究和创新，出现了诸如烟气再循环、燃尽风等低氮燃烧辅助技术，虽能使部分高热值燃气锅炉NOx的排放浓度达到排放标准，但普遍存在工程投资巨大、达标难度很大，总体成功率较低等缺点，所以，到目前为止，真正能使NOx达到30mg/Nm3超低氮排放标准的厂家寥寥无几。究其原因，应该与燃烧器的结构和燃料特性密切相关。根据公知常识，燃料燃烧产生的NOx主要区分为热力型NOx和燃料型NOx，天然气类高热值燃气在燃烧过程中产生的主要是热力型NOx，而且是在温度高于1500℃时大量生成。据此，解决问题的关键应该在于：如何通过合理设计燃烧器，使之结构更科学合理，以便在保证燃烧充分且高效可靠的基础上，尽可能地减少炉膛内局部高温区域点的产生，使高热值燃气和助燃空气混合均匀、燃烧充分，从而抑制燃烧过程中NOx的生成量、减少高热值燃气锅炉的NOx排放量。而现有的高热值燃气锅炉中所用的高热值燃气燃烧器，基本上均采用了分级送入燃气及助燃空气的方法，一般同轴设置有两层若干个助燃空气喷头和一层若干个燃气喷枪，且在燃气喷枪的枪头上也设置有数个便于与助燃空气对冲的较大燃气喷孔，但总体上存在分级不够精细，供气不均，无法达到高热值燃气和助燃空气均匀混合、充分完全燃烧的效果，因而致使炉膛内产生的局部高温区域点相对较多，从而产生的热力型NOx量也多。所以，总体上存在结构欠科学合理，NOx排放量难以达标等问题，从经济性和实用性角度考虑均欠理想。因而很有必要在现有高热值燃气低氮燃烧器基础上进一步优化结构，对燃气和助燃空气的送气系统作进一步改进和创新，以有效细化燃气和助燃空气的分级进气精度，创建便于燃气和助燃空气供气均匀、混合充分且便于完全燃烧的环境条件，以实现最大限度地减少炉膛内的局部高温区域点，使使用低氮燃烧器的高热值燃气锅炉工作时产生的NOx量值更低，切实能达到环保部门规定的废气排放标准。
发明内容
本发明的目的是要克服现有高热值燃气燃烧器所存在的不足，提供一种结构相对比较合理，便于燃气和助燃空气在炉膛内均匀混合，有助于在确保燃气燃烧可靠且高效的基础上减少或避免产生炉膛内局部高温区域点，有利于抑制燃气燃烧过程中NOx的生成量，从而有效减少锅炉NOx排放量的低NOx高热值燃气燃烧器。
本发明的低NOx高热值燃气燃烧器，主体包含有内喉口、外喉口、助燃空气通道、空气喷头、燃气喷枪和前面板，其特征在于；所述的内喉口、外喉口和助燃空气通道设置呈圆环状，以内喉口的中心线为轴心，由里向外依次同轴设置；所述的助燃空气通道由位于内喉口和外喉口之间的环腔构成，包含有靠内喉口外壁一侧的主助燃空气通道和靠外喉口内腔壁一侧的辅助助燃空气通道；所述的空气喷头包含有内空气喷头、中空气喷头和外空气喷头；所述的燃气喷枪包含有内燃气喷枪和外燃气喷枪；所述的前面板主体呈扁平圆盘状，中心位置上设置有内喉口的安装孔A，外围盘面上依次设置有位于直径d1的圆环线A上、等径均布设置的数个内燃气喷枪的安装孔B，位于直径d2的圆环线B上、等径均布设置的数个内空气喷头的安装孔C，位于直径d3的圆环线C上、等径均布设置的数个外燃气喷枪的安装孔D，位于直径d4的圆环线D上、等径均布设置的数个中空气喷头的安装孔E，位于直径d5的圆环线E上、等径均布设置的数个外空气喷头的安装孔F；其中：所述的直径d1的圆环线A、直径d2的圆环线B、直径d3的圆环线C和直径d4的圆环线D以轴心为中心，依次同轴按需分径设置在与环腔内主助燃空气通道区域相对应的前面板上；所述的直径d5的圆环线E设置在与环腔内所述的辅助助燃空气通道区域相对应的前面板上；所述的内燃气喷枪的安装孔B的设置数量与内空气喷头的安装孔C的设置数量对应相符；所述的外燃气喷枪的安装孔D的设置数量与中空气喷头的安装孔E的设置数量对应相符；所述的内燃气喷枪的安装孔B与外燃气喷枪的安装孔D的设置位置互相径向错位；所述的内空气喷头的安装孔C的设置位置与内燃气喷枪的安装孔B的设置位置互相径向对应、成对贴近；所述的中空气喷头的安装孔E的设置位置与外燃气喷枪的安装孔D的设置位置互相径向对应、成对贴近；所述的内空气喷头和中空气喷头依次构成位于主助燃空气通道供气区域内的第一级和第二级供气构件，所述的外空气喷头构成位于辅助助燃空气通道供气区域内的第三级供气构件；所述的内燃气喷枪和外燃气喷枪依次构成位于主助燃空气通道供气区域内的第一级和第二级燃气供气构件；
所述的燃气喷枪枪头的前端面上有规则地均匀密布设置有若干个正向喷孔，前端侧面上有规则地均匀密布设置有若干个侧向喷孔；
工作时，主助燃空气通道通过径向错位设置的内空气喷头和中空气喷头均布喷出的助燃空气的主要作用区为位于与主助燃空气通道相对应的炉膛中间大范围主燃区，所述的辅助助燃空气通道通过外空气喷头喷出的助燃空气的主要作用区为位于炉膛腔壁附近区域；径向错位设置的内燃气喷枪和外燃气喷枪通过各自前端面上的正向喷孔面向炉膛主燃区均布喷射燃气，又通过各自前端侧面上的侧向喷孔面向周围的空气喷头发散喷射燃气，以多点多面发散均布喷射出的燃气直接与周围均布的助燃空气进行即时对冲、充分混合、并进行均匀的浓燃烧，有利于降低火焰的平均温度和峰值温度，减少或避免炉膛内局部高温区域点的产生，从而有效降低NOx的生成量，同时，由位于辅助助燃空气通道中的外空气喷头喷出的第三级助燃空气沿着外喉口的腔壁流转，使炉腔中间主燃区内浓燃烧时未获充分燃烧的小部分燃气在腔壁附近助燃空气充足的区域内进行有助于提高燃气燃烬度的淡燃烧，从而实现锅炉CO的零排放，切实达到环保部门规定的废气排放标准。
基于上述构思的本发明低NOx高热值燃气燃烧器，由于将助燃空气通道区分设置为主助燃空气通道和辅助助燃空气通道，并在与主助燃空气通道相对应的面板上以径向对应、成对贴近、对间错位的形式设置了便于限位固定具有二级分别供给燃气和助燃空气功能的燃气喷枪和助燃空气喷头的安装孔，在与辅助助燃空气通道相对应的面板上设置了第三级助燃空气喷头的安装孔，且在燃气喷枪枪头的前端面和前端侧面上分别有规则地均匀密布设置了若干个正向喷孔和侧向喷孔，使分别构成第一级供气和第二级供气的助燃空气喷头和燃气喷枪在径向成对错位排列的情况下分别喷射出均布且喷射范围大、有助于互相充分均匀混合的燃气和助燃空气，并使之在主燃区内充分进行浓燃烧，降低平均火焰温度，能有效避免或减少局部高温区域点的产生，从而抑制NOx的生成量，确保使用本发明高热值燃气燃烧器的高热值燃气锅炉能达到NOx排放标准要求；同时由于配设了便于进行第三级供气的辅助助燃空气通道，能确保在主燃区内未获充分燃烧的小部分燃气在炉膛壁附近有充足助燃空气的环境中进行淡燃烧，从而充分燃烬燃气，实现高热值燃气锅炉的CO的零排放。所以，本发明的低NOx高热值燃气燃烧器与现有的普通高热值燃气燃烧器相比，明显具有结构更趋科学合理、送气分级更精细、供气更均匀，能确保实现炉膛主燃区内高热值燃气和助燃空气在均布送气情况下的充分均匀混合和可靠地进行NOx低生成量的浓燃烧，和在炉壁附近充足助燃空气情况下进行无CO产生的淡燃烧，从而使使用本发明燃烧器的高热值燃气锅炉具有更低的NOx生成量和CO的零排放，切实达到环保部门规定的废气排放标准，解决了最近几年来困扰高热值燃气锅炉在NOx浓度排放很难达标的一大难题，为拓展诸如天然气类高热值燃气在燃气锅炉应用方面提供了基础保障，因而具有很强的实用性和广阔的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构示意图；
图2是图1的B-B剖视图；
图3是本发明实施例中前面板的结构示意图；
图4是本发明实施例中燃气喷枪的枪头结构示意图。
图中：
1.内喉口11.轴心12.圆环线A13.圆环线B14.圆环线C
15.圆环线D 16.圆环线E 2.外喉口 3.助燃空气通道
31.主助燃空气通道32.辅助助燃空气通道 4.空气喷头
41.内空气喷头42.中空气喷头43.外空气喷头5.燃气喷枪
51.内燃气喷枪52.外燃气喷枪53.正向喷孔54.侧向喷孔
6.前面板61.安装孔A 62.安装孔B 63.安装孔C
64.安装孔D 65.安装孔E 66.安装孔F
具体实施方式
下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。
在图1、图2和图3中，本发明的低NOx高热值燃气燃烧器，主体包含有内喉口1、外喉口2、助燃空气通道3、空气喷头4、燃气喷枪5和前面板6，其特征在于；所述的内喉口1、外喉口2和助燃空气通道3设置呈圆环状，以内喉口1的中心线为轴心11，由里向外依次同轴设置；所述的助燃空气通道3由位于内喉口1和外喉口2之间的环腔构成，包含有靠内喉口1外壁一侧的主助燃空气通道31和靠外喉口2内腔壁一侧的辅助助燃空气通道32；所述的空气喷头4包含有内空气喷头41、中空气喷头42和外空气喷头43；所述的燃气喷枪5包含有内燃气喷枪51和外燃气喷枪52；所述的前面板6主体呈扁平圆盘状，中心位置上设置有内喉口1的安装孔A 61，外围盘面上依次设置有位于直径d1的圆环线A12上、等径均布设置的数个内燃气喷枪51的安装孔B 62，位于直径d2的圆环线B13上、等径均布设置的数个内空气喷头41的安装孔C63，位于直径d3的圆环线C14上、等径均布设置的数个外燃气喷枪52的安装孔D64，位于直径d4的圆环线D15上、等径均布设置的数个中空气喷头42的安装孔E 65，位于直径d5的圆环线E16上、等径均布设置的数个外空气喷头43的安装孔F 66；其中：所述的直径d1的圆环线A12、直径d2的圆环线B 13、直径d3的圆环线C14和直径d4的圆环线D15以轴心11为中心，依次同轴按需分径设置在与环腔内主助燃空气通道31区域相对应的前面板6上；所述的直径d5的圆环线E16设置在与环腔内所述的辅助助燃空气通道32区域相对应的前面板6上；所述的内燃气喷枪51的安装孔B 62的设置数量与内空气喷头41的安装孔C 63的设置数量对应相符；所述的外燃气喷枪52的安装孔D64的设置数量与中空气喷头42的安装孔E65的设置数量对应相符；所述的内燃气喷枪51的安装孔B 62与外燃气喷枪52的安装孔D 64的设置位置互相径向错位；所述的内空气喷头41的安装孔C 63的设置位置与内燃气喷枪51的安装孔B 62的设置位置互相径向对应、成对贴近；所述的中空气喷头42的安装孔E 65的设置位置与外燃气喷枪52的安装孔D 64的设置位置互相径向对应、成对贴近；所述的内空气喷头41和中空气喷头42依次构成位于主助燃空气通道31供气区域内的第一级和第二级供气构件，所述的外空气喷头43构成位于辅助助燃空气通道32供气区域内的第三级供气构件；所述的内燃气喷枪51和外燃气喷枪52依次构成位于主助燃空气通道31供气区域内的第一级和第二级燃气供气构件。
在图4中，所述的燃气喷枪5枪头的前端面上有规则地均匀密布设置有若干个正向喷孔53，前端侧面上有规则地均匀密布设置有若干个侧向喷孔54。
工作时，主助燃空气通道31通过径向错位设置的内空气喷头41和中空气喷头42均布喷出的助燃空气的主要作用区为位于与主助燃空气通道31相对应的炉膛中间大范围主燃区，所述的辅助助燃空气通道32通过外空气喷头43喷出的助燃空气的主要作用区为位于炉膛腔壁附近区域；径向错位设置的内燃气喷枪51和外燃气喷枪52通过各自前端面上的正向喷孔53面向炉膛主燃区均布喷射燃气，又通过各自前端侧面上的侧向喷孔54面向周围的空气喷头发散喷射燃气，以多点多面发散均布喷射出的燃气直接与周围均布的助燃空气进行即时对冲、充分混合、并进行均匀的浓燃烧，有利于降低火焰的平均温度和峰值温度，减少或避免炉膛内局部高温区域点的产生，从而有效降低NOx的生成量，与此同时，由位于辅助助燃空气通道32中的外空气喷头43喷出的第三级助燃空气沿着外喉口2的腔壁流转，使炉腔中间主燃区内浓燃烧时未获充分燃烧的小部分燃气在腔壁附近助燃空气充足的区域内进行有助于提高燃气燃烬度的淡燃烧，从而实现锅炉CO的零排放，切实达到环保部门规定的废气排放标准。

Claims (1)

1.一种低NOx高热值燃气燃烧器，主体包含有内喉口(1)、外喉口(2)、助燃空气通道(3)、空气喷头(4)、燃气喷枪(5)和前面板(6)，其特征在于；所述的内喉口(1)、外喉口(2)和助燃空气通道(3)设置呈圆环状，以内喉口(1)的中心线为轴心(11)，由里向外依次同轴设置；所述的助燃空气通道(3)由位于内喉口(1)和外喉口(2)之间的环腔构成，包含有靠内喉口(1)外壁一侧的主助燃空气通道(31)和靠外喉口(2)内腔壁一侧的辅助助燃空气通道(32)；所述的空气喷头(4)包含有内空气喷头(41)、中空气喷头(42)和外空气喷头(43)；所述的燃气喷枪(5)包含有内燃气喷枪(51)和外燃气喷枪(52)；所述的前面板(6)主体呈扁平圆盘状，中心位置上设置有内喉口(1)的安装孔A(61)，外围盘面上依次设置有位于直径d1的圆环线A(12)上、等径均布设置的数个内燃气喷枪(51)的安装孔B(62)，位于直径d2的圆环线B(13)上、等径均布设置的数个内空气喷头(41)的安装孔C(63)，位于直径d3的圆环线C(14)上、等径均布设置的数个外燃气喷枪(52)的安装孔D(64)，位于直径d4的圆环线D(15)上、等径均布设置的数个中空气喷头(42)的安装孔E(65)，位于直径d5的圆环线E(16)上、等径均布设置的数个外空气喷头(43)的安装孔F(66)；其中：
所述的直径d1的圆环线A(12)、直径d2的圆环线B(13)、直径d3的圆环线C(14)和直径d4的圆环线D(15)以轴心(11)为中心，依次同轴按需分径设置在与环腔内主助燃空气通道(31)区域相对应的前面板(6)上；
所述的直径d5的圆环线E(16)设置在与环腔内所述的辅助助燃空气通道(32)区域相对应的前面板(6)上；
所述的内燃气喷枪(51)的安装孔B(62)的设置数量与内空气喷头(41)的安装孔C(63)的设置数量对应相符；
所述的外燃气喷枪(52)的安装孔D(64)的设置数量与中空气喷头(42)的安装孔E(65)的设置数量对应相符；
所述的内燃气喷枪(51)的安装孔B(62)与外燃气喷枪(52)的安装孔D(64)的设置位置互相径向错位；
所述的内空气喷头(41)的安装孔C(63)的设置位置与内燃气喷枪(51)的安装孔B(62)的设置位置互相径向对应、成对贴近；
所述的中空气喷头(42)的安装孔E(65)的设置位置与外燃气喷枪(52)的安装孔D(64)的设置位置互相径向对应、成对贴近；
所述的内空气喷头(41)和中空气喷头(42)依次构成位于主助燃空气通道(31)供气区域内的第一级和第二级供气构件，所述的外空气喷头(43)构成位于辅助助燃空气通道(32)供气区域内的第三级供气构件；
所述的内燃气喷枪(51)和外燃气喷枪(52)依次构成位于主助燃空气通道(31)供气区域内的第一级和第二级燃气供气构件；
所述的燃气喷枪(5)枪头的前端面上有规则地均匀密布设置有若干正向喷孔(53)，前端侧面上有规则地均匀密布设置有若干侧向喷孔(54)；
工作时，主助燃空气通道(31)通过径向错位设置的内空气喷头(41)和中空气喷头(42)均布喷出的助燃空气的主要作用区为位于与主助燃空气通道(31)相对应的炉膛中间大范围主燃区，所述的辅助助燃空气通道(32)通过外空气喷头(43)喷出的助燃空气的主要作用区为位于炉膛腔壁附近区域；径向错位设置的内燃气喷枪(51)和外燃气喷枪(52)通过各自前端面上的正向喷孔(53)面向炉膛主燃区均布喷射燃气，又通过各自前端侧面上的侧向喷孔(54)面向周围的空气喷头发散喷射燃气，以多点多面发散均布喷射出的燃气直接与周围均布的助燃空气进行即时对冲、充分混合、并进行均匀的浓燃烧，有利于降低火焰的平均温度和峰值温度，减少或避免炉膛内局部高温区域点的产生，从而有效降低NOx的生成量；与此同时，由位于辅助助燃空气通道(32)中的外空气喷头(43)喷出的第三级助燃空气沿着外喉口(2)的腔壁流转，使炉腔中间主燃区内浓燃烧时未获充分燃烧的小部分燃气在腔壁附近助燃空气充足的区域内进行有助于提高燃气燃烬度的淡燃烧，从而实现锅炉CO的零排放，切实达到环保部门规定的废气排放标准。
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