CN109442400B - 一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器，包括燃烧器进口管、流速调节环、中心吹扫板和旋涡控制段；燃烧器伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛内部；从燃烧器进口管通入的空气，与从燃烧器进口管通入的气态燃料掺混后，混合气通过流速调节环后，流速很高，冲击到旋涡控制段的扩张段上，方向偏转后冲向炉膛；混合气气流与炉膛碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡，另外一股沿炉膛壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡；点火后，烟气在主流旋涡和上游旋涡的流动中，形成了烟气内循环，其使燃烧的温度降低，进而降低了燃烧器的氮氧化物的排放；本发明适用于使用气态燃料的工业炉或者燃气锅炉的燃烧器，可以降低氮氧化物的排放。

Description

一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器
技术领域
本发明涉及一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器，特别涉及一种使用气态燃料的燃烧器，适用于使用气态燃料的工业炉或者燃气锅炉，其能够使烟气内循环，降低氮氧化物的排放。
背景技术
目前首都北京受雾霾的影响一年比一年严重，前期对北京的燃煤锅炉进行全面的改造，以气代煤，从能源上削减污染物的排放，达到治理大气污染的的作用。燃气锅炉低氮改造，为的是减少空气中的氮氧化物气体以及水蒸气，也是北京市清洁空气行动计划中的重点工程任务。目前北京市的燃气锅炉以小型锅炉为主，10蒸吨以下约占88％，容量占比约为47％，北京市燃气锅炉产生的氮氧化物平均值约为146毫克/立方米。
2015年6月10日，北京市环保局发布大气污染物排放地方标准，其中《锅炉大气污染物排放标准》修订实施的主要目的即为严控氮氧化物排放。2016年7月1日起，标准中第一阶段的排放限值将开始施行，即新建锅炉排放限值由现行的150毫克/立方米收严到80毫克/立方米。2017年4月1日起，新建锅炉将实施第二阶段排放限值，即氮氧化物进一步收严到30毫克/立方米。
针对低氮的要求，各单位提出了不同燃气锅炉定制专门的改造技术方案，主要包括：更换新型低氮燃烧器，采用空气分级、燃料分级等多种先进技术，控制燃烧速率、扩大还原区域；优化燃烧控制系统，精确调节助燃风与燃料量配比；增加烟气再循环系统,控制燃烧区的含氧量。通过以上措施，抑制热力型氮氧化物的生成，从而降低排放。
烟气再循环又分为烟气外循环和烟气内循环。烟气外循环需要再搭建一套烟气外循环系统，目前应用较广泛，但是其增加了电量的消耗以及增加了系统的复杂性。而烟气内循环在实现烟气循环的同时而不增加新的系统，是一个性价比较高的方案。目前烟气内循环也有很多方案，多是在燃烧器头部做一些设计，使进入工业炉或者燃气锅炉内的气流能够回流，产生内循环，或者是从炉膛的角落通过角涡回流实现，内循环的循环量有限，如果要进一步提升内循环的烟气量就需要与炉膛耦合来产生回流。
综上所述，对于降低工业炉或者燃气锅炉的氮氧化物排放，很多改造技术都会增加很大的建设成本及运行成本，烟气内循环是一个性价比较高的方案，但是提升烟气的循环量是其要解决的技术难题，。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器，该燃烧器通过与炉膛耦合，来产生两类型旋涡，使烟气能够内循环，并可以增加内循环的烟气量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器，由燃烧器进口管、流速调节环、中心吹扫板、旋涡控制段构成；燃烧器要伸入工业炉的炉膛内部，保证一定的燃烧器伸入长度；中心吹扫板焊接在旋涡控制段上，旋涡控制段与安装焊接，安装片再与燃烧器进口管焊接；点火电极固定在点火路燃料管上，整体插入到燃烧器内的安装片附近，保证点火电极能够工作；首先从燃烧器进口管通入空气，接着给点火路燃料管单独供给气态燃料，点火电极工作；当点火路燃料管出口形成一股点火用高温燃气后，给燃烧器进口管通入气态燃料；空气与气态燃料掺混后，混合气通过流速调节环后，流速很高，冲击到旋涡控制段的扩张段上，方向偏转后冲向炉膛；混合气气流与炉膛碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡，另外一股沿炉膛壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡；混合气离开旋涡控制段后，被之前点火路产生的高温燃气点燃，主流的混合气被点燃后形成烟气，此时关闭点火电极和点火路燃料管的气态燃料；烟气在主流旋涡和上游旋涡的流动中，形成了烟气内循环。
其中，所述燃烧器伸入长度与燃烧器进口管的外环直径即燃烧器进口管外直径的比例范围为1～2；燃烧器进口管外直径与炉膛的中间直径即炉膛中径的比例为0.2～0.5。
其中，所述旋涡控制段的直段长度即旋涡控制段直段长度，与其扩张段的轴向长度即旋涡控制段锥段长度的比例为0.5～1。
其中，所述旋涡控制段的最外环直径即旋涡控制段外直径与燃烧器进口管外直径的比例为1～2。
其中，所述旋涡控制段的总长度，即旋涡控制段直段长度与旋涡控制段锥段长度的和，与燃烧器进口管外直径的比例为1～3。
其中，所述点火电极通过与安装片保持2～5mm的间距，来保证点火电极能够工作。
本发明的工作原理：首先从燃烧器进口管通入空气，接着给点火路燃料管单独供给气态燃料，点火电极工作；当点火路燃料管出口形成一股点火用高温燃气后，给燃烧器进口管通入气态燃料；空气与气态燃料掺混后，混合气通过流速调节环后，流速很高，冲击到旋涡控制段的扩张段上，方向偏转后冲向炉膛；混合气气流与炉膛碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡，另外一股沿炉膛壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡；混合气离开旋涡控制段后，被之前点火路产生的高温燃气点燃，主流的混合气被点燃后形成烟气，此时关闭点火电极和点火路燃料管的气态燃料；烟气在主流旋涡和上游旋涡的流动中，形成了烟气内循环。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)本发明的低氮燃烧器，采用燃烧器与炉膛耦合来产生旋涡，实现烟气内循环，可以增大烟气的循环量；
(2)本发明的低氮燃烧器，通过调整旋涡控制段的结构，可以适应不同的炉膛，内循环的烟气量可控；
(3)本发明的低氮燃烧器，结构简单，易于加工，成本低。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的燃烧器头部内部结构示意图；
图3为本发明的燃烧器头部外部结构示意图；
图4为本发明的点火路结构示意图。
图中：1为燃烧器进口管，2为流速调节环，3为安装片，4为中心吹扫板，5为旋涡控制段，6为点火路燃料管，7为点火电极，8为炉膛，9为主流旋涡，10为上游旋涡，11为炉膛中径，12为燃烧器伸入长度，13为旋涡控制段外直径，14为燃烧器进口管外直径，15为旋涡控制段直段长度，16为旋涡控制段锥段长度。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明实施例主要由燃烧器进口管1、流速调节环2、中心吹扫板4、旋涡控制段5构成；燃烧器要伸入工业炉或者锅炉的炉膛8内部，保证一定的燃烧器伸入长度12；中心吹扫板4焊接在旋涡控制段5上，旋涡控制段5与安装片3焊接，安装片3再与燃烧器进口管1焊接，这样旋涡控制段5就固定在了燃烧器进口管1上；点火路燃料管6通过连杆等固定在燃烧器进口管1上，点火电极7通过螺钉固定在点火路燃料管6上，点火路燃料管6和点火电极7整体插入到燃烧器内的安装片3附近，保证点火电极7能够打火工作；
如图2所示，旋涡控制段直段长度15和旋涡控制段锥段长度16，要与炉膛8的炉膛中径11，有一定的比例范围，这样才能使空气和气态燃料的混合气从旋涡控制器偏转后，碰撞到炉膛上而形成量类型旋涡，主流旋涡9和上游旋涡10。
如图3所示，安装片3共有6个，将旋涡控制段5稳定的固定在燃烧器进口管1上。另外中心吹扫板4开有一系列的小孔，防止积碳和回火。
如图4所示，点火电极7固定在点火路燃料管6上，点火路燃料管6是一个直径10～20mm范围内的圆管。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种驻涡式烟气内循环低氮燃烧器，其特征在于：包括燃烧器进口管(1)、流速调节环(2)、中心吹扫板(4)和旋涡控制段(5)；燃烧器要伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛(8)内部，保证一定的燃烧器伸入长度(12)；中心吹扫板(4)焊接在旋涡控制段(5)上，旋涡控制段(5)与安装片(3)焊接，安装片(3)再与燃烧器进口管(1)焊接；点火电极(7)固定在点火路燃料管(6)上，整体插入到燃烧器内的安装片(3)附近，保证点火电极(7)能够工作；首先从燃烧器进口管(1)通入空气，接着给点火路燃料管(6)单独供给气态燃料，点火电极(7)工作；当点火路燃料管(6)出口形成一股点火用高温燃气后，给燃烧器进口管(1)通入气态燃料；空气与气态燃料掺混后，混合气通过流速调节环(2)后，流速很高，冲击到旋涡控制段(5)的扩张段上，方向偏转后冲向炉膛(8)；混合气气流与炉膛(8)碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡(9)，另外一股沿炉膛(8)壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡(10)；混合气离开旋涡控制段(5)后，被之前点火路产生的高温燃气点燃，主流的混合气被点燃后形成烟气，此时关闭点火电极(7)和点火路燃料管(6)的气态燃料；烟气在主流旋涡(9)和上游旋涡(10)的流动中，形成了烟气内循环；
所述燃烧器伸入长度(12)与燃烧器进口管(1)的外环直径即燃烧器进口管外直径(14)的比例范围为1～2；燃烧器进口管外直径(14)与炉膛(8)的中间直径即炉膛中径(11)的比例为0.2～0.5；
所述旋涡控制段(5)的直段长度即旋涡控制段直段长度(15)，与其扩张段的轴向长度即旋涡控制段锥段长度(16)的比例为0.5～1；
所述旋涡控制段(5)的最外环直径即旋涡控制段外直径(13)与燃烧器进口管外直径(14)的比例为1～2；
所述旋涡控制段(5)的总长度，即旋涡控制段直段长度(15)与旋涡控制段锥段长度(16)的和，与燃烧器进口管外直径(14)的比例为1～3；
所述点火电极(7)通过与安装片(3)保持2～5mm的间距，来保证点火电极(7)能够工作。
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