CN109737407B - 一种微火焰式低氮燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种微火焰式低氮燃烧器，包括壳体以及安装于壳体一端的与壳体相配合的横切面，所述横切面上设有第一喷射孔和第二喷射孔，所述第一喷射孔的孔径大于第二喷射孔的孔径，所述第二喷射孔均匀分布于第一喷射孔外切等边形的角上，所述第一喷射孔在横切面上呈矩形阵列排布或环形阵列排布，所述第一喷射孔为空气或烟气喷射孔，所述第二喷射孔为燃料喷射孔，所述燃烧器通过控制所述空气或烟气与燃料的喷射气量气压比在第二喷射孔上方形成微火焰式低氮燃烧。
Description
技术领域
本公开涉及低氮燃烧技术领域，尤其涉及一种微火焰式低氮燃烧器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
氮氧化物(NOx)是形成酸雨、破坏大气环境的主要污染物，对人体健康和动植物生长有直接的危害；另外，空气中NOx经过复杂的化学反应会导致PM2.5和O3含量的增加，进而使雾霾现象频发。北京市《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139—2015)规定了新建锅炉大气污染物排放浓度限值，2017年4月1日起新建的燃气锅炉排烟中NOx排放浓度不超过30mg/m3(标态)。可以预见，全国燃气锅炉的NOx排放标准都将逐渐提高。降低天然气燃烧过程中氮氧化物的排放是当前面临的紧迫而重要的难题。
根据NOx的处理阶段不同，NOx排放控制技术可分为源头控制和末端控制两种。燃烧源头控制技术具有投资省、无二次污染、对空间适应性强等优点而在中小型燃气锅炉中广泛采用，因此研究燃气锅炉燃烧源头控制技术具有重要价值。锅炉运行中产生的NOx按生成机理分类主要有热力型(Thermal NOx)、燃料型(Fuel NOx)、快速型(Prompt NOx)、N2O－中间体型和NNH型五种。天然气燃烧产生的热力型NOx占总量的95％以上，热力型NOx是由燃烧空气中的N2在高温下氧化而成。相关研究表明：燃烧温度T、氧气浓度及氮气浓度对热力型NOx的生成速率皆有重要影响，当温度达到1800K时，热力型NOx生成速率明显加快，温度每升高100K，生成速率将增大6～7倍。
从NOx的生成机理可以看出，燃气低NOx燃烧的关键控制因素包括降低炉内燃烧温度、优化燃气与助燃空气的混合比、缩短氧化反应时间。根据控制因素不同，燃烧源头控制技术有三种，对空气的预处理、对燃气和空气的混合分配、对新型低NOx燃烧器的设计。综合近些年研究成果，实现燃气低NOx燃烧最有效途径是开发低NOX燃烧器和优化燃气、空气在时间与空间上的配比。
但就发明人所知，目前，市场上所售卖的大多数燃烧器氮氧化物排放不达标，需要另外配置脱硝设备，脱硝系统占地面积大、运行费用高，企业用于脱除氮氧化物的费用占燃料成本的15％，已成为企业能耗之外的另一重要开支。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种微火焰式低氮燃烧器，其通过设计合理的孔径比例，气量比例和气压比例实现锅炉的微火焰式低氮燃烧，使其氮氧化物排放浓度指标达到NOx≤30mg/Nm3，氮氧化物脱除效率不低于80％。
为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：
一种微火焰式低氮燃烧器，包括壳体以及安装于壳体一端的与壳体相配合的横切面，所述横切面上设有第一喷射孔和第二喷射孔，所述第一喷射孔的孔径大于第二喷射孔的孔径，所述第二喷射孔均匀分布于第一喷射孔外切等边形的角上，所述第一喷射孔在横切面上呈矩形阵列排布或环形阵列排布，所述第一喷射孔为空气或烟气喷射孔，所述第二喷射孔为燃料喷射孔，所述燃烧器通过控制所述空气或烟气与燃料的喷射气量气压比在第二喷射孔上方形成微火焰式低氮燃烧。
进一步的，所述第一喷射孔的孔径根据设定的过量空气系数确定，孔径范围为φ20～φ100。
进一步的，所述第二喷射孔的孔径范围为φ6～φ10。
进一步的，所述第一喷射孔的孔径与第二喷射孔的孔径比例为6:1～15:1。
进一步的，所述第一喷射孔与第二喷射孔的数量比例为1:4～1:8。
进一步的，所述第一喷射孔与第二喷射孔的喷射气量比例为30:1～160:1。
进一步的，所述第一喷射孔与第二喷射孔的喷射气压比例为0.8:1～1.2:1。
进一步的，当所述第一喷射孔在横切面上呈矩形阵列排布时，相邻两第一喷射孔共用设置于两者之间的第二喷射孔。
进一步的，所述微火焰式低氮燃烧器通过气力输送方式将燃烧后产生的高温烟气送往炉膛。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开通过对燃烧器进行合理的孔径比例、气量比例和气压比例设计实现锅炉的微火焰式低氮燃烧，使其氮氧化物排放浓度指标达到NOx≤30mg/Nm3，氮氧化物脱除效率不低于80％。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开某一实施例的一种微火焰式低氮燃烧器孔径矩形排列图；
图2为图1的结构放大图；
图3为本公开某一实施例的一种微火焰式低氮燃烧器孔径环形排列图；
图中：1、第二喷射孔；2、第一喷射孔；3、实体区。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
作为一种或多种实施例，一种微火焰式低氮燃烧器，包括壳体以及安装于壳体一端的与壳体相配合的横切面，所述横切面上设有第一喷射孔2和第二喷射孔1，所述第一喷射孔2的孔径大于第二喷射孔1的孔径，所述第二喷射孔1均匀分布于第一喷射孔2外切等边形的角上，所述第一喷射孔2在横切面上呈矩形阵列排布或环形阵列排布，该种排列方式使各个方位充满燃料与空气，并在燃烧室充分预混，如图1-3所示。
所述第一喷射孔2为空气或烟气喷射孔，其孔径根据设定的过量空气系数确定，孔径范围为φ20～φ100；所述第二喷射孔1为燃料喷射孔，其孔径范围为φ6～φ10。该种设计可使天然气与空气或回收利用的烟气进行充分燃烧。
所述第一喷射孔2的孔径与第二喷射孔1的孔径比例为6:1～15:1。
所述第一喷射孔2与第二喷射孔1的数量比例为1:4～1:8。
所述第一喷射孔2与第二喷射孔1的喷射气量比例为30:1～160:1。
具体实施中，所述第一喷射孔2与第二喷射孔1的总体气量比8:1～20:1。
所述第一喷射孔2与第二喷射孔1的喷射气压比例为0.8:1～1.2:1。
当所述第一喷射孔2在横切面上呈矩形阵列排布时，相邻两第一喷射孔2共用设置于两者之间的第二喷射孔1，具体如图1-2所示。
所述第一喷射孔2和第二喷射孔1之间为横切面的实体区3。
通过上述设计，本公开的燃烧方式为，火焰布满整个燃烧器截面，通过气力输送方式将高温烟气送往炉膛，避免了燃烧火焰中存在高温区域。
下面以天然气作为燃料，具体描述本公开的工作过程：
天然气通过第二喷射孔1以及空气或回收烟气的通过第一喷射孔2，两者共同喷入燃烧室，在燃烧器前方达成预混燃烧，其燃烧的温度低，回收烟气再利用将空气中的氧气进行稀释，氧气浓度降低，形成低氮燃烧，第二喷射孔1采用小口径，第一喷射孔2采用大孔径，并使天然气燃料与空气或回收利用的烟气按照一定气量比例和气压比例喷射燃烧在小孔径上方形成微火焰式燃烧。
该实施例中，横切面选为圆形。
第二喷射孔1的孔径选为φ10，第一喷射孔2的孔径选为φ100。
第一喷射孔2与第二喷射孔1数量比例选为1:6，即第一喷射孔2周围布满6个第二喷射孔1，6个第二喷射孔1平均分布于第一喷射孔2的外切等边六边形的6个角，若此时，第一喷射孔2在横切面上呈矩形阵列排布时，相邻两第一喷射孔2共用1个第二喷射孔1。
第一喷射孔2的空气与第二喷射孔1的天然气喷射气量比选为72:1，使燃料充分燃烧的同时，保证燃料在燃烧燃烧室形成低氮燃烧。
第一喷射孔2的空气与第二喷射孔1的天然气的喷射气压比例选为0.96:1，用以提供燃料和空气压力，使其在圆形横切面表面形成微火焰式燃烧。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种微火焰式低氮燃烧器，包括壳体以及安装于壳体一端的与壳体相配合的横切面，所述横切面上设有第一喷射孔和第二喷射孔，所述第一喷射孔的孔径大于第二喷射孔的孔径，其特征在于：所述第二喷射孔均匀分布于第一喷射孔外切等边形的角上，所述第一喷射孔在横切面上呈矩形阵列排布或环形阵列排布，所述第一喷射孔为空气或烟气喷射孔，所述第二喷射孔为燃料喷射孔，所述燃烧器通过控制所述空气或烟气与燃料的喷射气量气压比在第二喷射孔上方形成微火焰式低氮燃烧。
2.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第一喷射孔的孔径根据设定的过量空气系数确定，孔径范围为φ20～φ100。
3.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第二喷射孔的孔径范围为φ6～φ10。
4.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第一喷射孔的孔径与第二喷射孔的孔径比例为6:1～15:1。
5.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第一喷射孔与第二喷射孔的数量比例为1:4～1:8。
6.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第一喷射孔与第二喷射孔的喷射气量比例为30:1～160:1。
7.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述第一喷射孔与第二喷射孔的喷射气压比例为0.8:1～1.2:1。
8.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，当所述第一喷射孔在横切面上呈矩形阵列排布时，相邻两第一喷射孔共用设置于两者之间的第二喷射孔。
9.如权利要求1所述的一种微火焰式低氮燃烧器，其特征在于，所述微火焰式低氮燃烧器通过气力输送方式将燃烧后产生的高温烟气送往炉膛。
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