CN108488794A - 一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置 - Google Patents

一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置 Download PDF

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王秀学
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Abstract

本发明涉及一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，主体包含有燃烧器喉口、中心筒、稳焰器或旋流器、包含有直流风通道和旋流风通道的助燃风通道和枪头伸置在燃烧器喉口外侧、上设有若干燃气前喷孔、侧喷孔和斜喷孔的若干内燃气枪和外燃气枪。工作时，燃气通过燃气前喷孔、侧喷孔和斜喷孔以不同方向分级发散喷出，与助燃空气的充分均匀混合燃烧，有利于提高火焰的分布均匀性和充满度，在枪头附近燃烧形成的相对较高压高温烟气会在上游较低气压助燃空气的吸卷下回流至助燃空气区，混合形成降低了含氧量的助燃风，参与之后的火焰均布燃烧，实现在不增加任何烟循设施的情况下达到与烟气外循环技术同等功效的烟气内循环，结构简单合理且成本低，是低NOx燃烧装置领域的一大创新。

Description

一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置
技术领域
本发明涉及工业锅炉降排装置技术领域，特别是一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置。
背景技术
随着近几年国家环保治理力度的不断加大，对于燃气锅炉的NOx排放环保标准日趋收严，业界为此而都在积极探索低氮燃烧技术、改造燃气锅炉。目前在高热值天然气锅炉的低氮排放方面，已提出了NOx排放值降至30mg/Nm3的目标要求。在实践中发现，改造燃气锅炉时，除需要更换采用低氮燃烧器外，还需辅以能降低燃烧温度及含氧量的烟气外循环燃烧技术，两者结合才能达到30mg/Nm3。目前所用的天然气燃烧器的基本结构如图1所示，包括有上设有前端口11的燃烧器喉口1、设置在喉口腔内的旋流器2、内燃气枪3、外燃气枪4和助燃风空气通道5，其中旋流器2及内燃气枪3和外燃气枪4的枪头均设置在燃烧器喉口1近前端口11内侧腔口附近、呈里缩状。工作时，燃气和助燃空气先在燃烧器喉口1前端口11的内侧腔口附近混合燃烧，然后经喉口喷出火焰、进入炉膛内进行分级分段燃烧。由于燃气在燃气喷出喉口前就已经与助燃空气混合燃烧、产生高温烟气，故极易生成大量NOx。而辅以烟气外循环燃烧技术后，能将锅炉尾部10%-25%的低温烟气导引至燃烧器喉口前部与助燃空气混合，降低混合气的温度及其中的含氧量，再送入锅膛内燃烧，故有利于降低NOx的生成量，满足燃气锅炉排放气环保标准要求。但随着应用时间的推移，在实践中逐渐发现了其一些美不足之处：其一是由于参与外循环的低温烟气需要从锅炉尾部引入到燃烧器喉口前部，需要设置专用的烟气再循环管道、烟混箱、再循环风机等必备的烟循部件，故结构相对比较复杂，设置成本较高；其二是由于温差较大，容易生成冷凝水、影响热效率。所以从经济性和实用性角度考虑，尚欠理想。
发明内容
本发明的目的是要克服现有结合采用烟气外循环技术的低氮燃烧器所存在的不足，提供一种能在确保NOx低排放的基础上，改变烟气循环模式，免用烟循部件，即可实现低成本和避免冷凝水生成的烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置。
本发明从改变燃气枪头的结构及其设置位着手，将燃气枪头伸出设置在距燃烧器喉口前端口一定距离处，使在燃气枪头附近区域分级燃烧产生的大量高温烟气以内循环的方式回流至位于燃烧器喉口前端口附近的低温低压助燃空气区域，与助燃空气混合、形成低氧量助燃风，再参与之后的分级循环燃烧，有利于确保炉膛内火焰分布均匀、降低局部高温区的生成机率，进而确保降低NOx的生成量。
本发明的一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，主体包含有燃烧器喉口、稳焰器或旋流器、数个内燃气枪、数个外燃气枪和助燃风通道，其特征在于还包含有中心筒和固定安装支架，其中：
所述的燃烧器喉口主体呈较粗圆筒状，由前端口、后端口和筒壁构成；
所述的固定安装支架固设在燃烧器喉口的后端口上，上设有与中心筒、内燃气枪和外燃气枪相对应的限位安装孔；
所述的中心筒主体呈细长圆筒状，固定设置在燃烧器喉口腔内轴心位置上，其前端与所述的前端口相接近或持平,其后端通过对应的限位安装孔固设在所述的固定安装支架上；
所述的稳焰器或旋流器主体呈扁平圆环状或圆盘状，通过其内环面固定套设在中心筒的近前端部环面上；
所述的助燃风通道由位于中心筒外围与燃烧器喉口的筒壁之间的环形筒腔充任，包含有由位于中心筒外围与稳焰器或旋流器内环面之间的环形空间构成的旋流风通道，和由位于稳焰器或旋流器外环面与燃烧器喉口的筒壁之间的环形空间构成的直流风通道；
所述的内燃气枪和外燃气枪通过相应的限位安装孔固定安装设置在固定安装支架上，互相同轴、依径环形错位地布设在所述的直流风通道区域内，枪头顶端相对于燃烧器喉口的前端口均呈外伸状；
所述的内燃气枪的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气朝向炉膛内喷射的燃气前喷孔，枪头侧面上按需设置有数个便于燃气沿径向向轴心方向喷射的燃气侧喷孔；
所述的外燃气枪的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气向炉膛四周方向锥形发散喷射的燃气斜喷孔；
此外，所述的内燃气枪和外燃气枪的枪头伸出燃烧器喉口的前端口一定的距离。
工作时，助燃空气由助燃风通道进入，分别以旋流风和直流风的形式从燃烧器喉口的前端口喷出，燃气通过内燃气枪的燃气侧喷孔、燃气前喷孔和外燃气枪的燃气斜喷孔分级喷出；助燃空气与从内燃气枪和外燃气枪的枪头喷出的燃气混合燃烧时，在枪头附近形成气压相对较高的高温烟气区，在燃烧器喉口前端口附近相应成为气压相对较低的助燃空气区，使在枪头附近产生的高温烟气在气压差的吸卷作用下回流至所述的助燃空气区，与来自旋流风通道和直流风通道的助燃空气相混合、形成已降低含氧量的旋流风和直流风，实现烟气内循环；此外，从各内燃气枪的燃气侧喷孔径向向轴心方向喷出的燃气先遇到已降低含氧量的旋流风燃烧、形成中心火焰，从内燃气枪的燃气前喷孔沿轴向前射喷出的环状中间燃气，与已降低含氧量的直流风和旋流风相遇混合后由所述的中心火焰引燃、形成中部火焰，从外燃气枪的燃气斜喷孔中喷出的锥形发散状直射燃气，与已降低含氧量的直流风相遇混合后由所述的中部火焰引燃、形成有助于扩大火焰直径、确保火焰在炉膛内充满度的外围火焰；中心火焰、中部火焰和外围火焰依次布局，分布均匀，在炉膛内生成局部高温区的机率很低，从而确保降低NOx的生成量。
基于上述构思的本发明烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，由于将燃气枪头外伸设置，使之与燃烧器喉口的前端口间持有一定距离，使工作时在燃气枪头附近形成相对高压的高温烟气区，在燃烧器喉口的前端口附近成为相对低压低温、便于吸卷相对高压高温烟气回流的助燃空气区，并使其中的助燃空气与高温烟气混合、形成已降低含氧量的助燃风，参预之后的低NOx燃烧，实现在不增加任何烟循设施情况下的烟气内循环，达到烟气外循环的同等功效；且由于合理地构筑和配置了内外燃气枪头，使燃气可以朝不同方向高速喷出，不仅有利于燃气和助燃空气的充分混合，同时也有利于合理地布设中心火焰、中部火焰和外围火焰，确保炉膛内火焰分布均匀和确保充满度，降低局部高温区的生成机率、进而确保降低NOx的生成量。所以，本发明的技术方案在确保低NOx生成量的前提下实现烟气内循环，且在不增加任何烟循设施的情况下达到烟气外循环的同等功效，故有效地克服了现有采用烟气外循环技术的低氮燃烧器所存在的结构复杂、设置成本高和容易生成冷凝水、影响热效率的不足，明显具有结构简单且科学合理，工作稳定可靠且实用的实质性特点，实是低NOx高热值燃气燃烧装置领域的一大创新，是一种理想的更新换代产品。
附图说明
图1是与本发明相关的现有低NOx燃烧器基本结构示意图；
图2是本发明实施例的基本结构示意图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明实施例的三维结构示意图。
图中：
1.燃烧器喉口 11.前端口 12.后端口 13.筒壁
2.稳焰器或旋流器 3.内燃气枪 31.燃气前喷孔 32.燃气侧喷孔
4.外燃气枪 41.向前斜喷孔 5.助燃风通道 51.旋流风通道
52.直流风通道 6.中心筒 7.固定安装支架 71.限位安装孔。
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2、图3和图4中，一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，主体包含有燃烧器喉口1、稳焰器或旋流器2、数个内燃气枪3、数个外燃气枪4和助燃风通道5，其特征在于还包含有中心筒6和固定安装支架7，其中：
所述的燃烧器喉口1主体呈较粗圆筒状，由前端口11、后端口12和筒壁13构成；
所述的固定安装支架7固设在燃烧器喉口1的后端口12上，上设有与中心筒6、内燃气枪3和外燃气枪4相对应的限位安装孔71；
所述的中心筒6主体呈细长圆筒状，固定设置在燃烧器喉口1腔内轴心位置上，其前端与所述的前端口11相接近或持平,其后端通过对应的限位安装孔71固设在所述的固定安装支架7上；
所述的稳焰器或旋流器2主体呈扁平圆环状或圆盘状，通过其内环面固定套设在中心筒7的近前端部环面上；
所述的助燃风通道5由位于中心筒6外围与燃烧器喉口1的筒壁13之间的环形筒腔充任，包含有由位于中心筒6外围与旋流器2内环面之间的环形空间构成的旋流风通道51，和由位于旋流器2外环面与燃烧器喉口1的筒壁13之间的环形空间构成的直流风通道52；
所述的内燃气枪3和外燃气枪4通过相应的限位安装孔71固定安装设置在固定安装支架7上，互相同轴、依径环形错位地布设在所述的直流风通道52区域内，枪头顶端相对于燃烧器喉口1的前端口11均呈外伸状；
所述的内燃气枪3的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气朝向炉膛内喷射的燃气前喷孔31，枪头侧面上按需设置有数个便于燃气沿径向向轴心方向喷射的燃气侧喷孔32；
所述的外燃气枪4的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气向炉膛四周方向锥形发散喷射的燃气斜喷孔41；
此外，所述的内燃气枪3和外燃气枪4的枪头伸出燃烧器喉口1的前端口11一定的距离。
工作时，助燃空气由助燃风通道5进入，分别以旋流风和直流风的形式从燃烧器喉口1的前端口11喷出，燃气通过内燃气枪3的燃气侧喷孔32、燃气前喷孔31和外燃气枪4的燃气斜喷孔41分级喷出；助燃空气与从内燃气枪3和外燃气枪4的枪头喷出的燃气混合燃烧时，在枪头附近形成气压相对较高的高温烟气区，在燃烧器喉口1前端口11附近相应成为气压相对较低的助燃空气区，使在枪头附近产生的高温烟气在气压差的吸卷作用下回流至所述的助燃空气区，与来自旋流风通道51和直流风通道52的助燃空气相混合、形成已降低含氧量的旋流风和直流风，实现烟气内循环；此外，从各内燃气枪3的燃气侧喷孔32径向向轴心方向喷出的燃气先遇到已降低含氧量的旋流风燃烧、形成中心火焰，从内燃气枪3的燃气前喷孔31沿轴向前射喷出的环状中间燃气，与已降低含氧量的直流风和旋流风相遇混合后由所述的中心火焰引燃、形成中部火焰，从外燃气枪4的燃气斜喷孔41中喷出的锥形发散状直射燃气，与已降低含氧量的直流风相遇混合后由所述的中部火焰引燃、形成有助于扩大火焰直径、确保火焰在炉膛内充满度的外围火焰；中心火焰、中部火焰和外围火焰依次布局，分布均匀，在炉膛内生成局部高温区的机率很低，从而确保降低NOx的生成量。

Claims (2)

1.一种烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，主体包含有燃烧器喉口（1）、稳焰器或旋流器（2）、数个内燃气枪（3）、数个外燃气枪（4）和助燃风通道（5），其特征在于还包含有中心筒（6）和固定安装支架（7），其中：
所述的燃烧器喉口（1）主体呈较粗圆筒状，由前端口（11）、后端口（12）和筒壁（13）构成；
所述的固定安装支架（7）固设在燃烧器喉口（1）的后端口（12）上，上设有与中心筒（6）、内燃气枪（3）和外燃气枪（4）相对应的限位安装孔（71）；
所述的中心筒（6）主体呈细长圆筒状，固定设置在燃烧器喉口（1）腔内轴心位置上，其前端与所述的前端口（11）相接近或持平,其后端通过对应的限位安装孔（71）固设在所述的固定安装支架（7）上；
所述的稳焰器或旋流器（2）主体呈扁平圆环状或圆盘状，通过其内环面固定套设在中心筒（7）的近前端部环面上；
所述的助燃风通道（5）由位于中心筒（6）外围与燃烧器喉口（1）的筒壁（13）之间的环形筒腔充任，包含有由位于中心筒（6）外围与稳焰器或旋流器（2）内环面之间的环形空间构成的旋流风通道（51），和由位于稳焰器或旋流器（2）外环面与燃烧器喉口（1）的筒壁（13）之间的环形空间构成的直流风通道（52）；
所述的内燃气枪（3）和外燃气枪（4）通过相应的限位安装孔（71）固定安装设置在固定安装支架（7）上，互相同轴、依径环形错位地布设在所述的直流风通道（52）区域内，枪头顶端相对于燃烧器喉口（1）的前端口（11）均呈外伸状；
所述的内燃气枪（3）的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气朝向炉膛内喷射的燃气前喷孔（31），枪头侧面上按需设置有数个便于燃气沿径向向轴心方向喷射的燃气侧喷孔（32）；
所述的外燃气枪（4）的枪头顶端面上按需设置有数个便于燃气向炉膛四周方向锥形发散喷射的燃气斜喷孔（41）；
工作时，助燃空气由助燃风通道（5）进入，分别以旋流风和直流风的形式从燃烧器喉口（1）的前端口（11）喷出，燃气通过内燃气枪（3）的燃气侧喷孔（32）、燃气前喷孔（31）和外燃气枪（4）的燃气斜喷孔（41）分级喷出；助燃空气与从内燃气枪（3）和外燃气枪（4）的枪头喷出的燃气混合燃烧时，在枪头附近形成气压相对较高的高温烟气区，在燃烧器喉口（1）前端口（11）附近相应成为气压相对较低的助燃空气区，使在枪头附近产生的高温烟气在气压差的吸卷作用下回流至所述的助燃空气区，与来自旋流风通道（51）和直流风通道（52）的助燃空气相混合、形成已降低含氧量的旋流风和直流风，实现烟气内循环；此外，从各内燃气枪（3）的燃气侧喷孔（32）径向向轴心方向喷出的燃气先遇到已降低含氧量的旋流风燃烧、形成中心火焰，从内燃气枪（3）的燃气前喷孔（31）沿轴向前射喷出的环状中间燃气，与已降低含氧量的直流风和旋流风相遇混合后由所述的中心火焰引燃、形成中部火焰，从外燃气枪（4）的燃气斜喷孔（41）中喷出的锥形发散状直射燃气，与已降低含氧量的直流风相遇混合后由所述的中部火焰引燃、形成有助于扩大火焰直径、确保火焰在炉膛内充满度的外围火焰；中心火焰、中部火焰和外围火焰依次布局，分布均匀，在炉膛内生成局部高温区的机率很低，从而确保降低NOx的生成量。
2.根据权利要求1所述的烟气分级内循环式低NOx高热值燃气燃烧装置，其特征在于所述的内燃气枪（3）和外燃气枪（4）的枪头伸出燃烧器喉口（1）的前端口（11）一定的距离。
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