CN110220190A - 一种半预混低NOx燃气燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半预混低NOx燃气燃烧器，包含燃烧器喉口，中心燃气喷枪、外燃气喷枪，包括预混、内圈高速、低速和外圈高速的诸助燃风通道，设置在助燃风通道内的中心筒、旋流器及稳焰器。由于对喷枪结构、枪头设置位及燃气喷射方向均进行了以燃气的半预混供给为特色、以独立使用于燃气锅炉的低氮达标改造中为目标的创新设计，使从喷射出的部分燃气直接进入炉膛，部分与对应通道内的助燃空气预混后进入炉膛，并利用各助燃风通道间的流速和压差，制造了产生烟气内循环效果的氛围，为燃气在炉膛内形成无局部高温区产生、抑制NOx的生成量的稳定燃烧创造了条件，开创了半预混低氮燃烧工作模式，为现有燃气锅炉的低氮达标改造提供了基础保障。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉燃烧设施技术领域，特别是一种适于然气锅炉超低氮排放燃烧系统中使用的半预混低NOx燃气燃烧器。
背景技术
随着社会科技的进步、人们环保意识的增强和社会环保治理力度的逐渐加大，我国对大气污染物规定的排放限值日趋严格，目前很多地区正在执行锅炉NOx排放限值在80-200mg/Nm3以内的规定，对于现有锅炉，鼓励进行低氮燃烧改造，使NOx排放值降低至60mg/Nm3，对于新建锅炉,特别制定了NOx的排放浓度要求为30mg/Nm3的环境标准。
目前天然气锅炉的低氮燃烧改造任务是要将NOx排放值降低至60mg/Nm3，一般采用更换低氮燃烧器和辅以烟气外循环低氮燃烧技术加以实现。理论上可行，但在实践中发现，由于需要增加外循设施，不仅改造工作量较大，投入较多，且存在冷凝水、及降低锅炉效率的问题。为此，目前业界正在探索能否发明一种不需要附加外循设施也可确保被改造的燃气锅炉同样能达到低氮排放环保标准要求的新颖低氮燃烧器，以服务于现有燃气锅炉的低氮排放达标改造中。近两年推出了一些能基本满足这种使用要求的新颖低氮燃烧器：例如采用预混燃烧方式的金属网燃烧器，采用将燃料在进入炉膛燃烧前先与助燃空气均匀混合、然后使混合的燃气空气混合气在燃烧器的金属网表面进行燃烧的工作模式，由于燃料燃烧后的温度场比较均匀，故NOx的生成量较少，可以达标，其不足之处在于预混的混合气容易发生回火爆燃、且金属网表面耐温性有限，致使金属网燃烧器难以做大，出力一般只能控制在7MW以下，但即便是出力在7MW以下的金属网燃烧器，在运行时仍存在有可能会发生回火爆燃现象的不确定风险而难以推广；另外一种是采用燃气和空气由单独通道供入、边混合边燃烧工作模式的扩散式燃烧器，具有安全性高的特点，其不足之处在于燃烧温度相对较高，性能不太稳定，对稳达60mg/Nm3以下NOx排放要求存在不确定性，故仍不太理想。
发明内容
本发明的目的是要对现有燃气燃烧器结构进行创新设计，提供一种具有部分燃气预先匀混功能，能确保NOx排放稳达60mg/Nm3以下，能给现有高燃值燃气锅炉带来改造方便和轻松达标效果的半预混低NOx燃气燃烧器。
本发明的半预混低NOx燃气燃烧器，主体包括燃烧器喉口、若干燃气喷枪和助燃风通道，特征在于还包括有旋流器、上设有若干冷却通风孔的稳焰器和同轴设置在旋流器和稳焰器之间的中心筒，所述的燃气喷枪包括有中心燃气喷枪和若干外燃气喷枪，所述的外燃气喷枪按枪头设定位区分为外燃气喷枪A和外燃气喷枪B，其中：
所述的旋流器、中心筒、稳焰器和外燃气喷枪同轴按径依次布设在燃烧器喉口腔内；所述的旋流器设置在中心筒端面上；所述的中心燃气喷枪设置在旋流器背面的中心筒轴心位置上；所述的稳焰器设置在旋流器的外围；所述的外燃气喷枪中的外燃气喷枪A和外燃气喷枪B分别等径均布和互相间隔设置在稳焰器与燃烧器喉口腔壁间的环腔内；
所述的外燃气喷枪A的枪头位于燃烧器喉口端面的内侧，喷头设置呈便于同时向炉膛腔壁和喉口收口处腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的外燃气喷枪B的枪头位于燃烧器喉口端面的外侧，喷头设置呈便于向炉膛腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的中心燃气喷枪的枪头上布设有数个便于燃气向斜前方发散直接喷射的稳焰中心燃气喷嘴、便于燃气向正前方喷射的轴向预混燃气喷嘴和数个便于燃气向周围喷射的径向预混燃气喷嘴；
所述的助燃风通道由燃烧器喉口的筒腔充任，包含有由位于旋流器背面的中心筒筒腔充任的预混助燃风通道，由旋流器和稳焰器之间的环形间隙构成的内圈高速助燃风通道，由上设有若干冷却通风孔的稳焰器对应环腔构成的低速助燃风通道和由稳焰器外围与燃烧器喉口腔壁间的环腔构成的外圈高速助燃风通道；
工作时，燃气分别由中心燃气喷枪和外燃气喷枪送入，助燃空气由助燃风通道送入，其中：从所述的中心燃气喷枪的稳焰中心燃气喷嘴向斜前方喷出的燃气直接进入炉膛、被点燃燃烧的同时也引燃周围燃气，从所述的轴向预混燃气喷嘴和径向预混燃气喷嘴喷出的燃气先在旋流器前的中心筒腔内与预混助燃风通道中的助燃空气相混合，混合后形成的燃气空气混合气经旋流器进入炉膛中心区域进行均匀燃烧，形成无局部高温区产生、能抑制NOx生成量的稳定燃烧工况；从所述的枪头置于燃烧器喉口端面内侧的外燃气喷枪A中向外倾斜喷出的燃气，部分畅通无阻地直接进入炉膛参与燃烧，部分受阻于燃烧器喉口收口、与所述的外圈高速助燃风通道中的助燃空气相混合，再由燃烧器喉口导向进入炉膛，进行有助于减少局部高温区生成、进而降低NOx生成量的稳定燃烧；从所述的枪头置于燃烧器喉口外的外燃气喷枪B中向外倾斜喷射喷出的燃气直接向腔壁方向扩散喷射，在燃气气流附近区域形成缺氧状态和还原氛围、进行进一步减少NOx生成量的浓燃烧，在外燃气喷枪B喷出的燃气气流的外围下游形成淡燃烧，使燃料充分完全燃烧；此外，由于所述的内圈高速助燃风通道内的助燃空气比预混助燃风通道内的空气流速及压力更高，故在旋流器区域能产生一定的烟气内循环效果，在控制火焰稳定性的同时还降低了氧含量，从而进一步降低NOx生成量；由于所述的外圈高速助燃风通道中的助燃空气比低速助燃风通道中的助燃空气流速及压力更高，故在稳焰器区域内能产生一定的烟气内循环效果，控制火焰稳定性并降低氧量，从而进一步降低NOx生成量；由此实现部分燃气直接进入炉膛、部分燃气和助燃空气先预混后进入炉膛、并能产生一定的烟气内循环效果的半预混低氮燃烧工作模式，使由此构成的燃气燃烧器不需要借助烟气外循环设施即可方便设置、可靠达标且低成本地用于现有各种型式燃气锅炉的低氮排放改造中。
基于上述构思的本发明半预混低NOx燃气燃烧器，由于结合采用预混燃烧和扩散式燃烧技术于一体，对现有低氮燃烧器进行了以独立应用于燃气锅炉的低氮燃烧改造中为目的的综合创新性结构设计，对燃气喷枪的枪头、设置位进行了合理配置，使部分燃气按需直接喷射进入炉膛，部分燃气被按需受阻、与助燃空气预混后进入炉膛，制造了确保炉膛内火焰的充满度、避免局部高温区产生和一定还原氛围的低氮燃烧环境，同时，还利用在喉口内各空气通道间的相对气压差，制造了有利于进一步降低NOx生成量的烟气内循环效果和浓淡燃烧氛围，使应用本发明半预混低NOx燃气燃烧器对各类燃气锅炉进行低氮达标改造时不需要增加任何烟循设施，即可使被改造的燃气锅炉的NOx排放控制在60mg/Nm3以内的达标技术效果。而且，本发明的半预混低NOx燃气燃烧器结构简单且科学合理，工作可靠且替换安装方便，为传统燃气锅炉的低成本达标改造提供了基础保障，切实解决了业界在传统锅炉达标改造方面的一大难题，对保护环境、节约成本和避免资源浪费都有重大现实意义。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是本发明实施例中中心燃气喷枪枪头的结构示意图。
图中：
1.燃烧器喉口 2.燃气喷枪 21.中心燃气喷枪 211.稳焰中心燃气喷嘴
212.轴向预混燃气喷嘴 213.径向预混燃气喷嘴 22.外燃气喷枪
221.外燃气喷枪A 222.外燃气喷枪B 3.助燃风通道
31.预混助燃风通道 32.内圈高速助燃风通道 33.低速助燃风通道
34.外圈高速助燃风通道 4.旋流器 5.稳焰器 51.冷却通风孔
6.中心筒
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1、图2和图3中，本发明的半预混低NOx燃气燃烧器，主体包括燃烧器喉口1、若干燃气喷枪2和助燃风通道3，特征在于还包括有旋流器4、上设有若干冷却通风孔51的稳焰器5和同轴设置在旋流器4和稳焰器5之间的中心筒6，所述的燃气喷枪2包括有中心燃气喷枪21和若干外燃气喷枪22，所述的外燃气喷枪22按枪头设定位区分为外燃气喷枪A 221和外燃气喷枪B222，其中：
所述的旋流器4、中心筒6、稳焰器5和外燃气喷枪22同轴按径依次布设在燃烧器喉口1腔内；所述的旋流器4设置在中心筒6端面上；所述的中心燃气喷枪21设置在旋流器4背面的中心筒6轴心位置上；所述的稳焰器5设置在旋流器4的外围；所述的外燃气喷枪22中的外燃气喷枪A 221和外燃气喷枪B 222分别等径均布和互相间隔设置在稳焰器5与燃烧器喉口1腔壁间的环腔内；
所述的外燃气喷枪A 221的枪头位于燃烧器喉口1端面的内侧，喷头设置呈便于同时向炉膛腔壁和喉口收口处腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的外燃气喷枪B 222的枪头位于燃烧器喉口1端面的外侧，喷头设置呈便于向炉膛腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的中心燃气喷枪21的枪头上布设有数个便于燃气向斜前方发散直接喷射的稳焰中心燃气喷嘴211、便于燃气向正前方喷射的轴向预混燃气喷嘴212和数个便于燃气向周围喷射的径向预混燃气喷嘴213；
所述的助燃风通道3由燃烧器喉口1的筒腔充任，包含有由位于旋流器4背面的中心筒6筒腔充任的预混助燃风通道31，由旋流器4和稳焰器5之间的环形间隙构成的内圈高速助燃风通道32，由上设有若干冷却通风孔51的稳焰器5对应环腔构成的低速助燃风通道33和由稳焰器5外围与燃烧器喉口1腔壁间的环腔构成的外圈高速助燃风通道34；
工作时，燃气分别由中心燃气喷枪21和外燃气喷枪22送入，助燃空气由助燃风通道3送入，其中：从所述的中心燃气喷枪21的稳焰中心燃气喷嘴211向斜前方喷出的燃气直接进入炉膛、被点燃燃烧的同时也引燃周围燃气，从所述的轴向预混燃气喷嘴212和径向预混燃气喷嘴213喷出的燃气先在旋流器前的中心筒6腔内与预混助燃风通道31中的助燃空气相混合，混合后形成的燃气空气混合气经旋流器5进入炉膛中心区域进行均匀燃烧，形成无局部高温区产生、能抑制NOx生成量的稳定燃烧工况；从所述的枪头置于燃烧器喉口1端面内侧的外燃气喷枪A 221中向外倾斜喷出的燃气，部分畅通无阻地直接进入炉膛参与燃烧，部分受阻于燃烧器喉口1收口、与所述的外圈高速助燃风通道34中的助燃空气相混合，再由燃烧器喉口1导向进入炉膛，进行有助于减少局部高温区生成、进而降低NOx生成量的稳定燃烧；从所述的枪头置于燃烧器喉口1外的外燃气喷枪B 222中向外倾斜喷射喷出的燃气直接向腔壁方向扩散喷射，在燃气气流附近区域形成缺氧状态和还原氛围、进行进一步减少NOx生成量的浓燃烧，在外燃气喷枪B 222喷出的燃气气流的外围下游形成淡燃烧，使燃料充分完全燃烧；此外，由于所述的内圈高速助燃风通道32内的助燃空气比预混助燃风通道31内的空气流速及压力更高，故在旋流器4区域能产生一定的烟气内循环效果，在控制火焰稳定性的同时还降低了氧含量，从而进一步降低NOx生成量；由于所述的外圈高速助燃风通道34中的助燃空气比低速助燃风通道33中的助燃空气流速及压力更高，故在稳焰器5区域内能产生一定的烟气内循环效果，控制火焰稳定性并降低氧量，从而进一步降低NOx生成量；由此实现部分燃气直接进入炉膛、部分燃气和助燃空气先预混后进入炉膛、并能产生一定的烟气内循环效果的半预混低氮燃烧工作模式，使由此构成的燃气燃烧器不需要借助烟气外循环设施即可方便设置、可靠达标且低成本地用于现有各种型式燃气锅炉的低氮排放改造中。
Claims (1)
1.一种半预混低NOx燃气燃烧器，主体包括燃烧器喉口(1)、若干燃气喷枪(2)和助燃风通道(3)，其特征在于还包括有旋流器(4)、上设有若干冷却通风孔(51)的稳焰器(5)和同轴设置在旋流器(4)和稳焰器(5)之间的中心筒(6)，所述的燃气喷枪(2)包括有中心燃气喷枪(21)和若干外燃气喷枪(22)，所述的外燃气喷枪(22)按枪头设定位区分为外燃气喷枪A(221)和外燃气喷枪B(222)，其中：
所述的旋流器(4)、中心筒(6)、稳焰器(5)和外燃气喷枪(22)同轴按径依次布设在燃烧器喉口(1)腔内；
所述的旋流器(4)设置在中心筒(6)端面上；所述的中心燃气喷枪(21)设置在旋流器(4)背面的中心筒(6)轴心位置上；
所述的稳焰器(5)设置在旋流器(4)的外围；
所述的外燃气喷枪(22)中的外燃气喷枪A(221)和外燃气喷枪B(222)分别等径均布和互相间隔设置在稳焰器(5)与燃烧器喉口(1)腔壁间的环腔内；
所述的外燃气喷枪A(221)的枪头位于燃烧器喉口(1)端面的内侧，喷头设置呈便于同时向炉膛腔壁和喉口收口处腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的外燃气喷枪B(222)的枪头位于燃烧器喉口(1)端面的外侧，喷头设置呈便于向炉膛腔壁喷射的向外倾斜状；
所述的中心燃气喷枪(21)的枪头上布设有数个便于燃气向斜前方发散直接喷射的稳焰中心燃气喷嘴(211)、便于燃气向正前方喷射的轴向预混燃气喷嘴(212)和数个便于燃气向周围喷射的径向预混燃气喷嘴(213)；
所述的助燃风通道(3)由燃烧器喉口(1)的筒腔充任，包含有由位于旋流器(4)背面的中心筒(6)筒腔充任的预混助燃风通道(31)，由旋流器(4)和稳焰器(5)之间的环形间隙构成的内圈高速助燃风通道(32)，由上设有若干冷却通风孔(51)的稳焰器(5)对应环腔构成的低速助燃风通道(33)和由稳焰器(5)外围与燃烧器喉口(1)腔壁间的环腔构成的外圈高速助燃风通道(34)；
工作时，燃气分别由中心燃气喷枪(21)和外燃气喷枪(22)送入，助燃空气由助燃风通道(3)送入，其中：从所述的中心燃气喷枪(21)的稳焰中心燃气喷嘴(211)向斜前方喷出的燃气直接进入炉膛、被点燃燃烧的同时也引燃周围燃气，从所述的轴向预混燃气喷嘴(212)和径向预混燃气喷嘴(213)喷出的燃气先在旋流器前的中心筒(6)腔内与预混助燃风通道(31)中的助燃空气相混合，混合后形成的燃气空气混合气经旋流器(5)进入炉膛中心区域进行均匀燃烧，形成无局部高温区产生、能抑制NOx生成量的稳定燃烧工况；从所述的枪头置于燃烧器喉口(1)端面内侧的外燃气喷枪A(221)中向外倾斜喷出的燃气，部分畅通无阻地直接进入炉膛参与燃烧，部分受阻于燃烧器喉口(1)收口、与所述的外圈高速助燃风通道(34)中的助燃空气相混合，再由燃烧器喉口(1)导向进入炉膛，进行有助于减少局部高温区生成、进而降低NOx生成量的稳定燃烧；从所述的枪头置于燃烧器喉口(1)外的外燃气喷枪B(222)中向外倾斜喷射喷出的燃气直接向腔壁方向扩散喷射，在燃气气流附近区域形成缺氧状态和还原氛围、进行进一步减少NOx生成量的浓燃烧，在外燃气喷枪B(222)喷出的燃气气流的外围下游形成淡燃烧，使燃料充分完全燃烧；此外，由于所述的内圈高速助燃风通道(32)内的助燃空气比预混助燃风通道(31)内的空气流速及压力更高，故在旋流器(4)区域能产生一定的烟气内循环效果，在控制火焰稳定性的同时还降低了氧含量，从而进一步降低NOx生成量；由于所述的外圈高速助燃风通道(34)中的助燃空气比低速助燃风通道(33)中的助燃空气流速及压力更高，故在稳焰器(5)区域内能产生一定的烟气内循环效果，控制火焰稳定性并降低氧量，从而进一步降低NOx生成量；由此实现部分燃气直接进入炉膛、部分燃气和助燃空气先预混后进入炉膛、并能产生一定的烟气内循环效果的半预混低氮燃烧工作模式，使由此构成的燃气燃烧器不需要借助烟气外循环设施即可方便设置、可靠达标且低成本地用于现有各种型式燃气锅炉的低氮排放改造中。
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| CN113531528A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-22 | 杭州中景科技有限公司 | 一种带烟气回流扩散式低NOx自身预热辐射管烧嘴及方法 |
| CN113531528B (zh) * | 2021-07-23 | 2024-04-12 | 杭州中景科技有限公司 | 一种带烟气回流扩散式低NOx自身预热辐射管烧嘴及方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 200433 Shanghai city Yangpu District country road No. 19 East Guoshun building room 906 Applicant after: SHANGHAI WISEBOND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: Changzhou Jingjie Environmental Protection Technology Co.,Ltd. Address before: 200433 Shanghai city Yangpu District country road No. 19 East Guoshun building room 906 Applicant before: SHANGHAI WISEBOND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: WISEBOND ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY (CHANGZHOU) Co.,Ltd. |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190910 |