CN108506935B - 基于燃气内循环的低NOx燃气燃烧器及降低排放的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器及降低排放的方法，属于气体燃料燃烧技术领域。本发明包括燃气管和二次风通道，所述二次风通道的出口处设置有稳燃盘，所述二次风通道由二次风入口管段和文丘里型缩放管管段构成；位于锅炉炉膛内的所述文丘里型缩放管管段的喉口上设有内循环烟气入口。无需烟气再循环风机和烟气管道，通过烟气内循环方式，循环烟气的比例为5%‑20%，达到了外循环方法的烟气循环比例，使燃烧器或者锅炉的NO_x排放值低。

Description

基于燃气内循环的低NOx燃气燃烧器及降低排放的方法

技术领域

本发明涉及气体燃料燃烧技术领域，特别涉及一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器及其降低锅炉NO_x排放的方法。

背景技术

随着煤炭资源的日益衰竭，加上燃煤过程会排放大量NO_x污染物，具有很大危害性，因此目前我国在能源利用方面越来越多地考虑使用天然气等更清洁的气体燃料。

虽然天然气基本不含硫和粉尘，不排放二氧化硫和粉尘污染物，但是在燃烧过程中仍会产生NO_x，对大气也具有一定的污染。

为了环保需要，各国研发了各种各样的低NO_x燃气燃烧器，采用的技术主要有空气分级、燃料分级、预混燃烧及烟气再循环等。随着环保要求的日益提高，目前对燃气燃烧器一般要求NO_x排放低于30mg/Nm³。大量资料表明，为了达到如此低的NO_x排放值，烟气再循环是必不可少的减排措施。一方面可以降低燃烧峰值温度，另一方面也降低了炉内氧气浓度，均有利于降低NO_x排放。

烟气再循环一般有两种，第一种是外循环，也就是通过烟气管道将锅炉尾部的烟气引入燃烧器入口，该措施最容易实施，效果显著，循环量可控。缺点则是增加了投资和运行成本，需要增设昂贵的高温风机，且再循环烟气管道容易发生低温腐蚀，影响锅炉的可靠性。

第二种方法是内循环，有不少燃烧器对喷口进行合理设计，使烟气在喷口附近产生回流区，让回流的烟气与新鲜的燃气空气混合，同样也可以达到降低NO_x排放的效果。产生的回流区的方法一般是利用燃烧器出口的旋流，然而，实际上由于旋流强度弱、形成的负压不够高，因此内循环的烟气量很少，难以产生显著的降低NO_x排放的效果。目前一般只能作为辅助手段使用。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器及采用该燃烧器降低锅炉NO_x排放的方法。

本发明的技术方案为：

一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器，包括燃气管和二次风通道，所述二次风通道的出口处设置有稳燃盘，所述二次风通道由二次风入口管段和文丘里型缩放管管段构成；位于锅炉炉膛内的所述文丘里型缩放管管段的喉口上设有内循环烟气入口。

作为优选方案，所述文丘里型缩放管管段上游缩口的角度为20-30°，下游扩口的角度为10-20°。当所述文丘里型缩放管管段设置为该缩放方式时，文丘里型缩放管管段的喉口处可形成较大负压，以引入较多锅炉炉膛内的烟气。

作为优选方案，所述燃气管的末端位于所述文丘里型缩放管管段的喉口处。燃气与二次风（空气）在喉口部分预混，有利于降低NO_x排放；另外可以保证喉口处气体流速，进一步增加喉口处所形成的负压。

作为优选方案，所述二次风通道包括内二次风通道和套在所述内二次风通道外部的外二次风通道；所述内二次风通道由内二次风入口管段和内文丘里型缩放管管段构成；所述外二次风通道由外二次风入口管段和外文丘里型缩放管管段构成。外二次风对整个燃烧器具有冷却作用，燃烧器工作条件好、使用寿命长。一般二次风通道设置两个，当然也可以设置一个或三个，根据需要设定。

进一步地，所述内二次风通道和/或外二次风通道的出口处布置有二次风旋流叶片。设置二次风旋流叶片进一步增加燃烧室中的负压。

作为优选方案，所述内二次风通道和外二次风通道上均设置有内循环烟气入口；且所述内二次风通道和外二次风通道上的内循环烟气入口相对设置；外二次风通道上的内循环烟气入口与内二次风通道上的内循环烟气入口之间形成内循环烟气通道。该设置便于锅炉炉膛内的烟气进入燃烧器。

作为优选方案，所述内循环烟气入口为方形孔或圆孔。内循环烟气入口的大小根据实际需要设计，以由内循环烟气入口进入的烟气量为炉膛内烟气总量的5%-20%为标准设计。

利用所述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器降低锅炉NO_x排放的方法，将所述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器安装于锅炉，所述文丘里型缩放管管段的喉口处位于锅炉炉膛内，燃气管中通入燃气，二次风通道内通入二次风，所述文丘里型缩放管管段的喉口处会形成负压，炉膛内的烟气通过所述内循环烟气入口进入所述二次风通道内，与二次风和燃气混合，烟气的引入使燃烧时的氧量及燃烧温度降低，抑制NO_x的生成。

作为优选方案，所述文丘里型缩放管管段的喉口处气体流速为100-200m/s；由所述内循环烟气入口进入的烟气量为炉膛内烟气总量的5%-20%。

作为优选方案，所述燃气管出口的燃气流速为80-200m/s。

本发明的有益效果为：

1、无需烟气再循环风机和烟气管道，通过烟气内循环方式，循环烟气的比例为5%-20%，达到了外循环方法的烟气循环比例，使燃烧器或者锅炉的NO_x排放值低。

2、燃气与二次风（空气）在喉口部分预混，有利于降低NO_x排放。

3、外二次风对整个燃烧器具有冷却作用，燃烧器工作条件好、使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器的结构示意图；

图2为实施例2基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器的结构示意图。

图中，1-燃气管；2-内二次风通道；3-外二次风通道；4-外文丘里型缩放管管段；5-内循环烟气入口通道；6-外二次风旋流叶片；7-火焰；8-稳燃盘；9-内文丘里型缩放管管段；10-炉墙。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器，包括燃气管1、内二次通风道2、外二次通风道3，外二次通风道3套在内二次通风道2的外部。内二次通风道2和外二次通风道3的出口处设置有稳燃盘8，火焰7由稳燃盘8喷出。稳燃盘8由耐热钢制作而成。

其中，内二次风通道2由内二次风入口管段和内文丘里型缩放管管段9构成。外二次风通道3由外二次风入口管段和外文丘里型缩放管管段4构成。外二次风通道3内的二次风对整个燃烧器具有冷却作用，燃烧器工作条件好、使用寿命长。内文丘里型缩放管管段9的左端面与外文丘里型缩放管管段4的左端面齐平；内文丘里型缩放管管段9的右端面与外文丘里型缩放管管段4的右端面齐平。

燃气管1位于内二次风通道2的中心位置，燃气管1的末端位于内文丘里型缩放管管段9的喉口处。燃气管1的末端位于内文丘里型缩放管管段9的喉口处可以更好的利于降低NO_x的排放。

内文丘里型缩放管管段9上游缩口的角度为20-30°，下游扩口的角度为10-20°；外文丘里型缩放管管段4上游缩口的角度为20-30°，下游扩口的角度为10-20°。内文丘里型缩放管管段9与外文丘里型缩放管管段4的上游缩口角度以及下游扩口角度可以相同也可以略有差别。

内文丘里型缩放管管段9的喉口处设置有内循环烟气入口，外文丘里型缩放管管段4的喉口处也设置有内循环烟气入口；内循环烟气入口可以为方形或圆形或者其他便于内循环烟气通过的形状。内文丘里型缩放管管段9上的内循环烟气入口与外文丘里型缩放管管段4的内循环烟气入口相对设置，内文丘里型缩放管管段9上的内循环烟气入口与外文丘里型缩放管管段4的内循环烟气入口之间形成内循环烟气入口管道5。通过调整内循环烟气入口管道5的内径可以调整再循环烟气量。根据工程经验和计算，一般情况下，当内循环烟气入口管道5的总通风面积为文丘里缩放管喉口部面积的10%-20%时，再循环烟气量比例约为5%～20%。

为了更好的增加燃烧室内的负压，在外二次风通道3的末端布置有外二次风旋流叶片6。当然，内二次风通道2的末端也可以安装内二次风旋流叶片。

利用上述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器降低锅炉NO_x排放的方法，将基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器安装于锅炉，内文丘里型缩放管管段9和外文丘里型缩放管管段4的喉口处位于锅炉炉膛内（如图1所示炉墙10的位置为一种实施方式），燃气管1中通入燃气，燃气通入速度可保证燃气管1出口的燃气流速为80-200m/s；内二次风通道2和外二次风通道3内均通入二次风，内文丘里型缩放管管段9的喉口处会形成负压，锅炉炉膛内的5%-20%的烟气通过内循环烟气入口管道5进入内二次风通道2内，与二次风和燃气混合，内文丘里型缩放管管段9的喉口处气体流速为100-200m/s；烟气的引入使燃烧时的氧量及燃烧温度降低，抑制NO_x的生成。

本实施例仅给出了本发明燃烧器的核心结构，燃气管1、内二次风通道2、外二次风通道3、稳燃盘8连接为一个整体的方式有多种，且燃气管1、内二次风通道2、外二次风通道3、稳燃盘8得连接为本领域所熟知的，比如，采用支撑套圈，该燃气管1、内二次风通道2、外二次风通道3均由支撑套圈支撑，而稳燃盘8通过内二次风通道2、外二次风通道3末端的连接机构连接至内二次风通道2、外二次风通道3的末端。燃气管1、内二次风通道2、外二次风通道3、稳燃盘8连接为一个整体的方式并不是本发明的创新点所在，其他连接为整体的方式不再作举例说明。

将本实施例的燃烧器用于一般的小型卧式工业锅炉和大型发电锅炉，NO_x均降低至50～80 mg/Nm³。

而目前一般的小型卧式工业锅炉和大型发电锅炉使用现有常规燃烧器时，NO_x排放值为120～200 mg/Nm³。

实施例2

如图2所示，本发明可以作进一步的修改，将二次风通道简化为一个通道（即将实施例1中的内二次风通道和外二次风通道两个通道简化为一个通道），此时由于燃烧器的文丘里缩放管管段的存在，仍能产生很强的烟气再循环作用，同样能够产生很强的降低NOx排放效果。这种实施案例主要适用于功率较低、燃气量少的燃烧器。

Claims (5)

1.一种基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器，包括燃气管和二次风通道，所述二次风通道的出口处设置有稳燃盘，其特征在于：所述二次风通道由二次风入口管段和文丘里型缩放管管段构成；位于锅炉炉膛内的所述文丘里型缩放管管段的喉口上设有内循环烟气入口；

所述燃气管的末端位于所述文丘里型缩放管管段的喉口处；

所述二次风通道包括内二次风通道和套在所述内二次风通道外部的外二次风通道；所述内二次风通道由内二次风入口管段和内文丘里型缩放管管段构成；所述外二次风通道由外二次风入口管段和外文丘里型缩放管管段构成；

所述文丘里型缩放管管段上游缩口的角度为20-30°，下游扩口的角度为10-20°；

所述内二次风通道和/或外二次风通道的出口处布置有二次风旋流叶片；

所述内二次风通道和外二次风通道上均设置有内循环烟气入口；且所述内二次风通道和外二次风通道上的内循环烟气入口相对设置；外二次风通道上的内循环烟气入口与内二次风通道上的内循环烟气入口之间形成内循环烟气通道。

2.如权利要求1所述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器，其特征在于：所述内循环烟气入口为方形孔或圆孔。

3.利用权利要求1所述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器降低锅炉NO_x排放的方法，其特征在于：将所述基于燃气内循环的低NO_x燃气燃烧器安装于锅炉，所述文丘里型缩放管管段的喉口处位于锅炉炉膛内，燃气管中通入燃气，二次风通道内通入二次风，所述文丘里型缩放管管段的喉口处会形成负压，炉膛内的烟气通过所述内循环烟气入口进入所述二次风通道内，与二次风和燃气混合，烟气的引入使燃烧时的氧量及燃烧温度降低，抑制NO_x的生成。

4.如权利要求3所述降低锅炉NO_x排放的方法，其特征在于：所述文丘里型缩放管管段的喉口处气体流速为100-200m/s；由所述内循环烟气入口进入的烟气量为炉膛内烟气总量的5%-20%。

5.如权利要求3所述降低锅炉NO_x排放的方法，其特征在于：所述燃气管出口的燃气流速为80-200m/s。