CN110553267A - 一种多燃料低氮燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多燃料低氮燃烧器，包括固定罩壳、独立风室、中心风组、一次风组、二次风组、分级风组、天然气喷射装置及化工废气喷射装置；分级风组包括设于二次风管外的分级风管、设于分级风管内的分级风调节器，分级风管的进风口位于配风室内；天然气喷射装置包括数根天然气喷枪，每根天然气喷枪的后端与天然气集箱相连；化工废气喷射装置包括前端设于分级风管内的数根化工废气喷枪，其后端与化工废气集箱相联；本发明能同时适用于多维度燃料，经济性好，并实现空气多级分级可调技术，在不同燃料实现配风的快速调整，从而降低炉膛内燃烧温度，有效兼顾化工废气与天然气、燃油等燃料的高效、低氮燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，特别是用于锅炉的多燃料低氮燃烧器。
背景技术
在石化行业，生产工艺过程中产生的驰放气、合成气、尾气等化工废气量较大，这些化工废气一般含有H2、CO、CH4等可燃成份，热值一般在2500kcal/Nm3左右，根据H2、CO成份的不同，热值有一定波动；为了能源的综合利用，石化行业都将其作为能源利用，通过锅炉燃烧的方式产生热能发电或者供热。然而，由于存在化工废气供运不稳定的情况，同时需要天然气、油等作为备用燃料；根据燃料的燃烧特性不同，不同的燃料需要设计不同的燃烧器来适应燃料的燃烧，现有的燃烧器多以天然气或燃油来设计，但如果每种燃料都设计独立的燃烧器，燃烧系统将非常复杂，锅炉也存在炉膛过大、参数难以保证、投资不经济等问题。
对于天然气，主要成份为CH4，有较快的燃烧速度和较高的理论燃烧温度，常规燃烧NOx排放较高；驰放气、合成气、尾气等化工废气是一种中低热值气，主要由H2和CO组成，其中H2成份约占40-80%，CO成份约占15-50%，因氢气含量较高，使得此类型化工废气的燃烧特性类似于氢气，具有较快的燃烧速度，较高的理论燃烧温度，并且火焰行程短，回火趋势强。中国科学院工程热物理研究所的研究者在论文《氢含量对氢气/甲烷混合气扩散燃烧特性的影响研究》中还发现，随着氢气占比的增加，氢气和甲烷混合气体的燃烧温度升高，NOx排放随之增大，火焰行程变短，燃烧稳定性增加，火焰难以吹熄。另外由于化工气与天然气元素的不同，相同输入热量的天然气与化工废气相比，天然气的理论空气耗量需要增加约25%，这导致现有燃烧器无法适应多种燃料的配风需要，配风不好将影响燃烧效果，也难以实现低氮燃烧。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种多燃料低氮燃烧器，它能同时适用于多维度燃料，经济性好，并实现空气多级分级可调技术，在不同燃料燃烧工况下，实现配风的快速调整，从而降低炉膛内燃烧温度，获得较低的NOx排放，有效兼顾化工废气与天然气、燃油等燃料的高效、低氮燃烧。
为了达到上述目的，本发明的一种多燃料低氮燃烧器，包括固定罩壳、独立风室、中心风组、一次风组、二次风组；独立风室包括相连的配风室和配风管；中心风组包括中心风管、与独立风室相连的连接管；一次风组包括设于中心风管外的套筒、稳燃盘；二次风组包括设于套筒外的一二次风中间夹环和二次风管；套筒和二次风管均与配风室相连；其特征在于：还包括分级风组、天然气喷射装置及化工废气喷射装置；分级风组包括设于二次风管外的分级风管、设于分级风管内的分级风调节器， 分级风管的进风口位于配风室内；天然气喷射装置包括布置在稳燃盘与一二次风中间夹环之间的数根天然气喷枪，每根天然气喷枪的后端与天然气集箱相连；化工废气喷射装置包括前端设于分级风管内的数根化工废气喷枪，其后端与化工废气集箱相联；
天然气集箱与化工废气集箱均设有接口；使用时，以化工废气为主要燃料，根据需要可通入天然气作为辅助燃料；由中心风管通入的中心风为点火初期提供部分根部风，套筒内的一次风为点火初期提供另外的根部风，在稳燃盘和中心风组的作用下，在燃烧器喷口形成“胖短”型回流区，由于“胖短”型回流区比表面积较大，可以卷吸周围更多的高温烟气，降低燃烧初期火焰温度，实现燃烧初期的“贫燃”低温燃烧，有效降低燃烧初期NOx生成；一二次风中间夹环达到延迟二次风与燃料混合的目的，最终实现燃料的“富燃”低氧的燃料分级燃烧，进一步强化了空气分级燃烧，实现NOx的进一步降低；当同时燃烧天然气和化工废气时，分级风调节器适度开起，分级风作为燃烧配风；当只燃烧化工废气时，可关闭分级风调节器，从而减少了单个燃烧器的配风，实现不同燃料下配风的有效兼顾；化工废气喷枪布置在分级风组中，该喷枪喷嘴以较高的速度向燃烧器外侧喷射，可大量卷吸燃烧器周围炉膛内的高温烟气，实现烟气自卷吸再循环燃烧及火焰外表面燃烧；为了多燃料之间配风的匹配，在只燃烧化工废气时，分级风处于关闭状态，此时化工废气与一次风、二次风不直接接触，实现多维度燃料分级燃烧及火焰外表面燃烧，利于实现低Nox燃烧；天然气喷枪布置在一次风组中，该喷枪喷嘴以较高的速度向回流区外侧喷射，可大量卷吸燃烧器周围炉膛内的高温烟气，实现烟气自卷吸再循环燃烧，结合一二次风中间夹环的作用，延迟燃料与一次风、二次风、分级风接触的时间和空间，实现自带空气深度分级燃烧及火焰内表面燃烧，利于实现低Nox燃烧；
作为本发明的进一步改进，在中心风管内设有油喷枪；可提供多种燃料，并提高燃烧功率；油喷枪布置在中心风管中，油在燃烧过程中，一二次风中间夹环延迟燃料与二次风、分级风接触的时间和空间，实现分级燃烧，最终实现低NOx燃烧；
作为本发明的进一步改进，在配风管内设有调节挡板，在中心风组内设有中心风调节风门，在套筒内设有一次风调节风门，在二次风管内设有二次风调节风门；通过调节，延迟各燃料与一次风、二次风、分级风接触的时间和空间，实现分级燃烧，最终实现低NOx燃烧；
作为本发明的进一步改进，分级风管的周向外缘前端设有文丘里型扩锥；气流经过文丘里型扩锥的整流作用后，出口气流更均匀，避免出现局部高温燃烧，实现低NOx燃烧；
作为本发明的进一步改进，在套筒前端固联有环形的前孔板，每根天然气喷枪的前端穿过前孔板，前孔板还设有数个风孔；便于安装天然气喷枪，同时保证一次风的通入；
作为本发明的进一步改进，数根天然气喷枪设有不同的喷射角度；喷枪以多角度向回流区外侧喷射，可大量卷吸燃烧器周围炉膛内的高温烟气；
作为本发明的进一步改进，在中心风管上设有油枪伸缩装置；可调整油枪位置；
综上所述，本发明能同时适用于多维度燃料，经济性好，并实现空气多级分级可调技术，在不同燃料燃烧工况下，实现配风的快速调整，从而降低炉膛内燃烧温度，获得较低的NOx排放，有效兼顾化工废气与天然气、燃油等燃料的高效、低氮燃烧。
附图说明
图1为本发明实施例的主视图。
图2为图1的局部视图。
图3为图中前孔板的右视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，该实施例的一种多燃料低氮燃烧器，包括固定罩壳9、独立风室8、中心风组1、一次风组2、二次风组3、分级风组4、天然气喷射装置5、化工废气喷射装置6及油喷射装置7；独立风室8包括相连的配风室81、配风管82及设于配风管82内的调节挡板83，配风室81与固定罩壳9相联；中心风组1包括中心风管11、与独立风室的配风管82相连的连接管12、中心风调节风门13；一次风组2包括设于中心风管11外的套筒23、稳燃盘21及设于套筒23内的一次风调节风门24、固联于套筒23前端的环形的前孔板22，前孔板,22设有数个风孔26；二次风组3包括设于套筒23外的一二次风中间夹环32、二次风管31及设于二次风管31内的二次风调节风门33；套筒23和二次风管31均通过管路（未示出）与配风室81相连；分级风组4包括设于二次风管31外的分级风管41、设于分级风管41内的分级风调节器43， 分级风管41的进风口位于配风室81内，分级风管41的周向外缘前端设有文丘里型扩锥42；天然气喷射装置5包括布置在稳燃盘21与一二次风中间夹环32之间的数根天然气喷枪51，天然气喷枪51均位于套筒23内，每根天然气喷枪51的前端穿过前孔板22，后端与天然气集箱52相连，数根天然气喷枪51设有不同的喷射角度；化工废气喷射装置6包括前端设于分级风管41内的数根化工废气喷枪61，每根化工废气喷枪61的后端与化工废气集箱62相联；油喷射装置7包括设于中心风管11内的油喷枪71、设于中心风管11上的油枪伸缩装置72；
天然气集箱52与化工废气集箱62均设有接口，中心风管11、套筒23、二次风管31、分级风管41从内向外依次同轴布置；使用时，以化工废气为主要燃料，根据需要可通入天然气及燃油作为辅助燃料；由中心风管11通入的中心风为点火初期提供部分根部风，中心风管11内配风占燃烧总风量的2~5%，风速取15~20 m/s，保证着火位置与喷口保持合适距离，以免烧坏燃烧器；套筒23内的一次风为点火初期提供另外的根部风，配风占燃烧总风量的30%～50%，一次风采用较高风速，为30m/s～50 m/s，促成一次风出口“胖短”行回流区的形成，并在稳燃盘21和中心风组的作用下，在燃烧器喷口形成“胖短”型回流区，由于“胖短”型回流区比表面积较大，可以卷吸周围更多的高温烟气，降低燃烧初期火焰温度，实现燃烧初期的“贫燃”低温燃烧，有效降低燃烧初期NOx生成；二次风管31内的二次风占燃烧总风量的30%～50%，二次风风速为35m/s～70 m/s,二次风组与一次风组之间布置有一二次风中间夹环32，一二次风中间夹环32达到延迟二次风与燃料混合的目的，最终实现燃料的“富燃”低氧的燃料分级燃烧，进一步强化了空气分级燃烧，实现NOx的进一步降低；分级风主要是为天然气和燃油配风，一般占燃烧总风量的10-30%，分级风风速为35m/s～70 m/s；
当同时燃烧化工废气与其它任何一种辅助燃料时，分级风调节器43适度开起，分级风作为燃烧配风；当只燃烧化工废气时，可关闭分级风调节器43，从而减少了单个燃烧器的配风，实现不同燃料下配风的有效兼顾；化工废气喷枪61布置在分级风组4中，该喷枪喷嘴以较高的速度向燃烧器外侧喷射，可大量卷吸燃烧器周围炉膛内的高温烟气，实现烟气自卷吸再循环燃烧及火焰外表面燃烧；在只燃烧化工废气时，分级风处于关闭状态，此时化工废气与一次风、二次风不直接接触，实现多维度燃料分级燃烧及火焰外表面燃烧，利于实现低Nox燃烧；天然气喷枪51布置在一次风组2中，该喷枪喷嘴以较高的速度和多角度向回流区外侧喷射，可大量卷吸燃烧器周围炉膛内的高温烟气，实现烟气自卷吸再循环燃烧，结合一二次风中间夹环32的作用，延迟燃料与一次风、二次风、分级风接触的时间和空间，实现自带空气深度分级燃烧及火焰内表面燃烧，利于实现低Nox燃烧；油喷枪71布置在中心风管11中，油在燃烧过程中，一二次风中间夹环32延迟燃料与二次风、分级风接触的时间和空间，实现分级燃烧，最终实现低NOx燃烧，并提高燃烧功率；
通过调节中心风调节风门13的开度，调整中心风风量，改变火焰着火点位置；通过一次风调节风门24开度的调整，可以调节一次风量的分配，改变回流区大小，加上通过二次风调节风门33和分级风调节器43开度的调整，可以改变二次风和分级风风量及旋流强度，从而改变火焰形状，延迟各燃料与一次风、二次风、分级风接触的时间和空间，实现分级燃烧，最终实现低NOx燃烧；气流经过文丘里型扩锥42的整流作用后，出口气流更均匀，避免出现局部高温燃烧，实现低NOx燃烧；独立风室8的调节挡板83，可实现单只燃烧器风量的调节；
综上所述，本发明能同时适用于多维度燃料，经济性好，并实现空气多级分级可调技术，在不同燃料燃烧工况下，实现配风的快速调整，从而降低炉膛内燃烧温度，获得较低的NOx排放，有效兼顾化工废气与天然气、燃油等燃料的高效、低氮燃烧。
Claims (7)
1.一种多燃料低氮燃烧器，包括固定罩壳、独立风室、中心风组、一次风组、二次风组；独立风室包括相连的配风室和配风管；中心风组包括中心风管、与独立风室相连的连接管；一次风组包括设于中心风管外的套筒、稳燃盘；二次风组包括设于套筒外的一二次风中间夹环和二次风管；其特征在于：还包括分级风组、天然气喷射装置及化工废气喷射装置；分级风组包括设于二次风管外的分级风管、设于分级风管内的分级风调节器， 分级风管的进风口位于配风室内；天然气喷射装置包括布置在稳燃盘与一二次风中间夹环之间的数根天然气喷枪，每根天然气喷枪的后端与天然气集箱相连；化工废气喷射装置包括前端设于分级风管内的数根化工废气喷枪，其后端与化工废气集箱相联。
2.根据权利要求1所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于：在中心风管内设有油喷枪。
3.根据权利要求1或2所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于：在配风管内设有调节挡板，在中心风组内设有中心风调节风门，在套筒内设有一次风调节风门，在二次风管内设有二次风调节风门。
4.根据权利要求3所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于： 分级风管的周向外缘前端设有文丘里型扩锥。
5.根据权利要求4所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于：在套筒前端固联有环形的前孔板，每根天然气喷枪的前端穿过前孔板，前孔板还设有数个风孔。
6.根据权利要求5所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于：数根天然气喷枪设有不同的喷射角度。
7.根据权利要求2所述的一种多燃料低氮燃烧器，其特征在于：在中心风管上设有油枪伸缩装置。
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