CN109631021A - 一种预混分级燃烧方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃烧方法及燃烧装置，特别是一种水冷预混分级燃烧方法与装置，该方法包括以下步骤：S1，将预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，使预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'；将预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02，使预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'；S2，烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内预混，经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室，在二次燃烧室内发生二次燃烧，该装置包括第一燃烧机，第二燃烧机，燃烧室包括一次燃烧室、二次燃烧室，节流部件位于一次燃烧室与二次燃烧室之间，通过节流部件使富氧燃烧产生的烟气A'与贫氧燃烧产生的烟气B'充分混合并发生二次燃烧，能够充分释放燃料内的热量。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧方法及燃烧装置，特别是一种预混分级燃烧方法与装置，属于锅炉技术领域。
背景技术
预混燃烧能有效降低热力型NOx的排放。如果要获得更低的热力型NOx排放，可以通过降低燃烧温度来解决。实现燃烧温度降低的有效途径有：增加烟气中含氧量，使燃料在富氧预混条件下燃烧；降低烟气中含氧量，增加CO含量，使燃料在贫氧预混条件下燃烧。
例如公开号为CN 107246608A的中国专利公布了一种空气分级燃烧装置和空气分级配置方法，包括喉口，燃烧机，外环筒，以及与外环筒紧密贴合相接的耐火材料层，喉口与外环筒之间为外层助燃空气通道，5％～30％的助燃空气量从喉口外助燃空气通道内进入，从圆环形狭缝喷口/或圆柱状喷枪枪头喷出，减少喉口内助燃空气的配置量，在锅炉燃烧主燃区域进行整体浓淡燃烧，达到NOx的超低氮排放的目的。
但是上述专利燃烧装置产生的高温烟气中，只有外围的高温烟气才能与外层助燃空气通道内的空气充分接触进行淡燃烧，而燃烧装置中心区域的高温烟气与外层助燃空气通道内的空气间隔较远不能充分混和，高温烟气无法进行淡燃烧，排放的烟气中含有较高的还原性CO，H2以及HCN，因此该专利燃料内的热量最终不能完全释放，燃料的热量利用率较低。除此之外，该专利只是通过燃料浓淡燃烧降低NOx排放，方法单一，并不能最大程度的降低NOx的排放量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中富氧燃烧产生的高温烟气不能充分进行二次燃烧以及不能最大程度降低NOx排放量的问题，提供了一种预混分级燃烧方法与装置。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种预混分级燃烧方法，包括以下步骤，
S1，将预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，使预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'；将预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02，使预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'；
S2，烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内预混，经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室，在二次燃烧室内发生二次燃烧。
进一步地，步骤S1中，预混气体A与预混气体B的燃烧火焰均被冷却降温。
进一步地，步骤S2中，预混后的烟气在节流部件和二次燃烧室内均被冷却降温。
本发明还提供一种预混燃烧装置，包括第一燃烧机，第二燃烧机，燃烧室包括一次燃烧室、二次燃烧室，第一燃烧机与第二燃烧机的燃烧端位于一次燃烧室内，燃烧室内还设有节流部件，节流部件位于一次燃烧室与二次燃烧室之间，第一燃烧机内的预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'，第二燃烧机内的预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'，烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内预混，经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室，在二次燃烧室内发生二次燃烧，并燃烧完全。
进一步地，预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02。
进一步地，所述节流部件为喉口或螺旋片。
进一步地，所述第一燃烧机和第二燃烧机的燃烧端均设有冷却管，预混气体A和预混气体B燃烧形成的火焰与冷却管内的介质进行换热。
进一步地，冷却管包括炉排管、稳焰管，沿预混气体的流动方向，燃烧机内依次设有炉排管、稳焰管。
进一步地，所述节流部件的侧壁和二次燃烧室的内壁均为水冷壁。
进一步地，一次燃烧室的体积大于二次燃烧室。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
一、通过节流部件使预混气体A与预混气体B在一次燃烧室内燃烧产生的高温烟气充分混合后进入二次燃烧室，贫氧预混燃烧产生的未燃尽的可燃气体和富氧预混燃烧剩余的O2在二次燃烧室内发生二次燃烧反应，使得燃烧完全，充分释放燃料内部的热量，最大程度提高燃料的热量利用效率；
二、通过控制预混气体A的空气过量系数，使预混气体A在富氧条件下燃烧，降低预混气体A燃烧产生的烟气A'温度，有利于降低热力型NOx的产生；通过控制预混气体B的空气过量系数，使预混气体B在贫氧条件下燃烧，降低预混气体B燃烧产生的烟气B'温度，有利于降低热力型NOx的产生；
三、富氧燃烧有利于降低燃烧温度，降低NOx合成，贫氧燃烧有利于组织N2与O2发生反应，同样能降低NOx合成，因此通过富氧燃烧与贫氧燃烧，能够在不提高烟气尾气氧含量的同时降低燃烧温度，减少NOx的排放；
四、通过在燃烧机内设置冷却管，使预混气体产生的燃烧火焰首先与冷却管内的冷却介质进行热量交换，降低燃烧火焰的温度，抑制NOx的生成；
五、通过预混气体的两级燃烧，不仅能充分释放燃料内的热量，而且能够保证预混气体在燃烧过程中生成较低的NOx，最终排放的烟气中，NOx排放量小于10mg/Nm3。
附图说明
图1为本发明实施例预混分级燃烧装置俯视图；
图2为本发明实施例预混分级燃烧装置侧视图；
图3为本发明实施例冷却管结构图。
图中：11-第一燃烧机、12-第二燃烧机、21-一次燃烧室、22-二次燃烧室、3-节流部件、41-炉排管、411-第一冷却管、412-第一缝隙、42-稳焰管、421-第二冷却管、422-第二缝隙、5-连通管、6-等压腔、7-上水室、8-下水室。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
实施例一
本实施例提供一种预混分级燃烧方法，包括以下步骤：S1，将预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，使预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'；将预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02，使预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'；S2，烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内预混，经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室，在二次燃烧室内发生二次燃烧，最后燃烧完全。
预混气体为燃气与空气混合成所需配比后通入燃烧室内，预混气体能够降低烟气中的NOX。预混气体燃烧速度快，火焰长度短，燃烧剧烈，因此能够缩小燃烧室尺寸，提高锅炉安全性能。
节流部件为烟气流通截面积缩小的通道。烟气A'与烟气B'的预混烟气通过节流部件时，流动受阻，在节流部件处产生碰撞、漩涡以及摩擦，并且相互融合。预混烟气经节流部件时，流速高，时间短。烟气A'与烟气B'由节流部件进入二次燃烧室时，已经充分混合，烟气A'中部分未燃尽的CO、CH4与烟气B'中多余的O2在二次燃烧室内再次燃烧。节流部件可以设置为喉口或螺旋片。
控制预混气体A在富氧条件下燃烧，富氧燃烧有利于降低燃烧温度，降低NOx合成。控制预混气体B在贫氧条件下燃烧，贫氧燃烧有利于有利于烟气温度的降低，同时有利于组织N2与O2发生反应，从而降低NOx合成。预混气体A燃烧生成的烟气A'中含有部分未燃尽的CO、CH4等可燃气体。预混气体B燃烧生成的烟气B'含有多余的O2。烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室。烟气A'中的可燃气体与烟气B'的O2接触，在二次燃烧室内再次燃烧。多余的O2匹配未燃尽的可燃气体，使未燃尽的可燃气体燃烧完全。
燃烧的过程中，需控制一次燃烧室与二次燃烧室内的温度高于预混气体的燃烧温度。本实施例预混气体的燃烧温度为680℃，一次燃烧室与二次燃烧室内的温度设定为800～900℃。预混气体A与预混气体B生成的燃烧火焰在烟气A'与烟气B'预混合之前首先被冷却降温，通过冷却降温降低燃烧火焰的温度，进而抑制预混气体燃烧过程中NOx的生成。节流部件的侧壁和二次燃烧室的内壁均设计为水冷壁。预混后的烟气在节流部件和二次燃烧室内被水冷壁冷却降温。
实施例二
如图1-3所示，本实施例提供一种预混分级燃烧装置，包括燃烧机与燃烧室。燃烧机包括第一燃烧机11、第二燃烧机12。第一燃烧机11与第二燃烧机12均为预混燃烧机，燃气与空气组成的预混气体在第一燃烧机11与第二燃烧机12内分别混合成所需配比，预混气体能够降低烟气中的NOX。预混气体燃烧速度快，火焰长度短，燃烧剧烈，因此能够缩小燃烧室的尺寸，提高锅炉安全性能。燃烧室包括一次燃烧室21、二次燃烧室22。第一燃烧机11与第二燃烧机12的燃烧端位于一次燃烧室21内。燃烧室内还设有节流部件3，节流部件3位于一次燃烧室21与二次燃烧室22之间。
第一燃烧机11内的预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'。第二燃烧机12内的预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'。烟气A'与烟气B'在一次燃烧室21内预混，经节流部件3混合均匀后进入二次燃烧室22，在二次燃烧室22内发生二次燃烧，并燃烧完全。预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02。
节流部件3为烟气流通截面积缩小的通道。烟气A'与烟气B'的预混烟气在通过节流部件3时，流动受阻，在节流部件3处产生碰撞以及漩涡，摩擦，并且相互融合。预混烟气经节流部件3时，流速高，时间短。烟气A'与烟气B'由节流部件3进入二次燃烧室22时，已经充分混合，烟气A'中部分未燃尽的CO、CH4与烟气B'中多余的O2在二次燃烧室22内再次燃烧。节流部件3可以具体设置为喉口或螺旋片。
控制预混气体A在富氧条件下燃烧，富氧燃烧有利于降低燃烧温度，降低NOx合成。控制预混气体B在贫氧条件下燃烧，贫氧燃烧有利于有利于烟气温度的降低，同时有利于组织N2与O2发生反应，从而降低NOx合成。预混气体A燃烧生成的烟气A'中含有部分未燃尽的CO、CH4等可燃气体。预混气体B燃烧生成的烟气B'含有多余的O2。烟气A'与烟气B'在一次燃烧室21内经节流部件3混合均匀后进入二次燃烧室22。烟气A'中的可燃气体与烟气B'的O2接触，在二次燃烧室22内再次燃烧。多余的O2匹配未燃尽的可燃气体，使未燃尽的可燃气体燃烧完全。
燃烧的过程中，需控制一次燃烧室21与二次燃烧室22内的温度高于预混气体的燃烧温度。本实施例中预混气体的燃烧温度为680℃，一次燃烧室21与二次燃烧室22内的温度设定为800～900℃。
本实施例中燃烧机3为预混燃烧机，燃气与空气组成的预混气体在第一燃烧机11与第二燃烧机12内分别混合成所需配比，预混气体能够降低烟气中的NOX。除此之外，NOX的生成与预混气体燃烧时火焰温度有很大关系，第一燃烧机11和第二燃烧机12的燃烧端均设有冷却管，预混气体A和预混气体B燃烧形成的火焰与冷却管内的介质进行换热。通过预混气体A和预混气体B燃烧形成的火焰与冷却管内的介质换热后降温，进而抑制NOx的生成。
冷却管包括炉排管41、稳焰管42，如图3所示，沿预混气体的流动方向，燃烧机内依次设有炉排管41、稳焰管42，预混气体的燃烧火焰在燃烧机内先后经炉排管41、稳焰管42降温。炉排管41和稳焰管42内的冷却水吸收火焰热量，有效降低火焰温度，能有效抑制预混气体燃烧过程中生成的NOx含量。
炉排管41由一定数量的第一冷却管411并成一排，相邻第一冷却管411之间形成第一缝隙412。稳焰管42由一定数量的第二冷却管421并成一排，相邻的第二冷却管之间形成第二缝隙422。燃烧机内的燃烧气体从第一缝隙412流出时形成的压力为P1，从第二缝隙422流出时，形成的压力为P2，P2小于P1,即稳焰管42气流流出的一侧形成负压，可重新回燃未燃烧的气体。
燃烧机内还设有上水室7和下水室8，炉排管41与稳焰管42设置在上水室7和下水室8之间。上水室7和下水室8之间还设有连通管5，连通管5位于稳焰管42的两侧。上水室7和下水室8内通入冷却水，炉排管41、稳焰管42以及连通管5均充满冷却水。连通管5一方面起到支撑固定的作用，另一方面起到阻止火焰向两侧辐射传热的作用，同时连通管5内的冷却水也起到降低火焰温度的作用。
预混气体燃烧释放的热量主要集中在一次燃烧室21内，因此一次燃烧室21的体积大于二次燃烧室22的体积。为达到更好的对燃烧火焰进行降温的目的，节流部件3的侧壁和二次燃烧室22的内壁均设计为水冷壁。预混后的烟气在节流部件3和二次燃烧室22内被水冷壁再次被冷却降温。水冷壁为管道与管道之间密封焊接而成，管道围成的空间构成燃烧室，管道内的水溶液对燃烧室内的燃烧火焰进行降温。连通管5与水冷壁密封焊接。
燃烧机内的预混气体由等压腔6进入一次燃烧室21，等压腔6为逐步扩大的腔体，等压腔6整体为梯形体，侧面为四块梯形板组成，上下两块梯形板分别与上水室7、下水室8的表面密切贴合，左右两块梯形板与左右两端的炉排管41密封贴合。等压腔6使气体压力逐渐得到释放，使预混气体的供给更加持续稳定。
除此之外，本实施例中，连通管5上设有点火装置，观火孔，火焰探测器，分别用于点火，观察火焰和检测火焰。下水室8内设有进水口，上水室7内设有出水口，分别用于冷却水的流入和流出。
本发明通过冷却管降低预混气体燃烧火焰的温度，并通过控制预混气体分别在富氧、贫氧条件下燃烧，最大程度地降低NOx的生成，使NOx排放量控制在10mg/Nm3以下。同时通过节流部件3使富氧燃烧产生的烟气A'与贫氧燃烧产生的烟气B'充分混合并发生二次燃烧，能够充分释放燃料内的热量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种预混分级燃烧方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，将预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，使预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'；将预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02，使预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'；
S2，烟气A'与烟气B'在一次燃烧室内预混，经节流部件混合均匀后进入二次燃烧室，在二次燃烧室内发生二次燃烧。
2.根据权利要求1所述的预混分级燃烧方法，其特征在于：步骤S1中，预混气体A与预混气体B的燃烧火焰均被冷却降温。
3.根据权利要求1所述的预混分级燃烧方法，其特征在于：步骤S2中，预混后的烟气在节流部件和二次燃烧室内均被冷却降温。
4.一种预混分级燃烧装置，其特征在于：
燃烧机包括第一燃烧机(11)，第二燃烧机(12)；燃烧室包括一次燃烧室(21)、二次燃烧室(22)；第一燃烧机(11)与第二燃烧机(12)的燃烧端位于一次燃烧室(21)内；燃烧室内还设有节流部件(3)，节流部件(3)位于一次燃烧室(21)与二次燃烧室(22)之间；
第一燃烧机(11)内的预混气体A在富氧条件下燃烧，形成烟气A'；第二燃烧机(12)内的预混气体B在贫氧条件下燃烧，形成烟气B'；烟气A'与烟气B'在一次燃烧室(21)内预混，经节流部件(3)混合均匀后进入二次燃烧室(22)，在二次燃烧室(22)内发生二次燃烧，并燃烧完全。
5.根据权利要求4所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：预混气体A的空气过量系数控制为1.3～1.7，预混气体B的空气过量系数控制为1～1.02。
6.根据权利要求4所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：所述节流部件(3)为喉口或螺旋片。
7.根据权利要求4所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：所述第一燃烧机(11)和第二燃烧机(12)的燃烧端均设有冷却管，预混气体A和预混气体B燃烧形成的火焰与冷却管内的介质进行换热。
8.根据权利要求7所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：冷却管包括炉排管(41)、稳焰管(42)，沿预混气体的流动方向，燃烧机内依次设有炉排管(41)、稳焰管(42)。
9.根据权利要求4所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：所述节流部件(3)的侧壁和二次燃烧室(22)的内壁均为水冷壁。
10.根据权利要求4所述的预混分级燃烧装置，其特征在于：一次燃烧室(21)的体积大于二次燃烧室(22)。
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