CN111594832A - 一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器及其工作方法 - Google Patents

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陈亿
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Abstract

本发明涉及一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器及其工作方法，属于燃烧器技术领域。它将燃料气和空气分级，并将燃烧器前移一段距离，一级燃料气和空气混合后形成一级混合气，通过一级喷头进入燃烧室，在燃烧器出口处的中心区域形成富燃料区，燃烧形成的烟气因压差作用进入一级混合气通道与未燃烧的氧气混合，共同进入燃烧室，从而引起烟气内循环作用，并在火焰根部与预混气混合后或直接冷却火焰锋面；二级燃料气利用其喷出速度会卷吸炉膛烟气，加强烟气内循环作用；与此同时二次风筒喷射出二级空气，在富燃料区的燃料气燃烧后逐步与之混合，且二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓了燃料气的着火燃烧，从而进一步实现了燃烧器的低氮氧排放。

Description

一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器及其工作方法，属于燃烧器技术领域。
背景技术
氮氧化物（NOx）包括多种化合物，而在高温燃烧条件下，NOx主要以NO的形式存在，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NO2。在空气中的NO和NO2通过光化学反应，相互转化而达到平衡，同时在温度较大或有云雾存在时，NO2进一步与水分子作用形成硝酸，从而进一步易形成酸雨；而裂解炉的燃烧器由于炉膛内为高温环境，其氮氧化物的排放超过国家环保的排放要求，所以设置一种侧壁燃气燃烧器使氮氧化物的排放降低是急需的。
随着环保要求的不断提高和一些新标准的执行，致使大批低氮燃烧技术运用而生。这些新型的燃烧技术主要有：分级燃烧技术、浓淡燃烧和烟气再循环等技术。其中，烟气再循环技术可降低NOX的生成达20%～70%，是对NOX生成的抑制效果最明显的一种技术，从而引发了学术界和工业界的大量关注。
烟气再循环技术主要是通过降低整个燃烧环境的含氧量，以实现低NOx排放的目标。细分为烟气外循环技术和烟气内循环技术两种。烟气外循环燃烧技术是通过将尾部低温烟气送入燃烧器重新参与燃烧过程，从而实现低氮燃烧的一门技术。而烟气内循环燃烧技术主要是依靠燃气高速射流卷吸高温烟气，产生强内回流，使炉膛内部分烟气直接在燃烧器内再循环，降低燃烧温度，从而达到低氮燃烧的目的。
专利公开号为CN206419951U的中国专利公开了一种裂解炉用侧壁低氮氧化物燃气燃烧器。其中，燃气喷枪及一次风筒固定在底盘上，燃气喷枪设置在一次风筒内并位于轴线上；其在一次风筒的端部连接分配板；所述的燃气喷枪端部的燃气喷嘴上设计有一次燃气喷孔和二次燃气喷孔；其中，一次燃气喷孔位于分配板内部，二次燃气喷孔从分配板前端伸出；在底盘与一次风筒入口之间设有一次风门；在一次风筒外套有二次风筒，二次风筒入口处设有二次风门。
上述专利将燃气分级，一次燃气与一次助燃风混合后为过氧量预混燃烧获得一次火焰烟气，二次燃气与炉内烟气掺混后在与一次火焰烟气中的残氧燃烧，最终达到降低火焰最高温度，实现燃烧器的低氮氧排放。
但其低氮氧排放的标准仅低于80ppm，因此寻求更低排放量的侧壁燃气燃烧器结构以及其工作方法是社会迫切需求的。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器及其工作方法，它结构合理，能够实现氮氧化物低排放，且其氮氧化物排放小于30ppm。
本发明的目的是这样实现的：一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，其特征在于：包括大盖板、燃料喷嘴、小盖板、二级燃料管、一级喷头和二次风筒；
所述大盖板上设置有空气调节杆，所述大盖板和小盖板之间还设有一次风门，所述一次风门连接到空气调节杆，并通过空气调节杆调节一次风门和小盖板的间距，所述燃料喷嘴设置在小盖板上并位于轴线上；
所述一级喷头设置在引射器的端部并嵌套在二级燃料管上，所述二级燃料管设置在引射器内并位于轴线上方，所述二次风筒嵌套在引射器上；
所述二级燃料管的出口端部设置有非均匀分布的多个二级燃料气喷嘴；
所述引射器出口端部设置有烟气内循环通道。
所述进气管插入燃料喷嘴内。
所述二级燃料管的出口端外侧设置有3个二级燃料气喷嘴，所述二级燃料气喷嘴从二级燃料管前端伸出，位于二级燃料管上；
所述二级燃料气喷嘴为3个反重力向上的圆孔，与引射器轴线的夹角为70°，夹角间距为45°，圆孔直径为1.6mm。
所述烟气内循环通道的入口宽度为4.8mm。
一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的工作方法，如下：
将负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器固定在裂解炉上，并加深燃烧器在炉膛内的安装位置，燃烧器在炉膛内加深1 m；
一级空气和燃料气在引射器前部区域混合后形成一级混合气，一级混合气通过一级喷头进入燃烧室，在燃烧器出口处的中心区域形成富燃料区；
接着燃烧形成的烟气因压差作用进入一级混合气通道与未燃烧的氧气混合，共同进入燃烧室，从而引起烟气内循环作用，并在火焰根部与预混气混合后或直接冷却火焰锋面；
二级燃料气从二级燃料气喷嘴进入燃烧室，并利用其喷射速度卷吸炉膛烟气，加强烟气内循环作用；同时二次风筒喷射出二级空气，在富燃料区的燃料气燃烧后逐步与之混合，且二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓燃料气的着火燃烧，从而完成全部燃烧。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，合理应用了燃料分级、空气分级、烟气内循环等方法，助燃空气分两级，燃料气分两级，助燃空气和分级燃料间隔布置；
一级混合气在燃烧器出口的中心区域形成富燃料区，即还原性气氛；
二级燃料气从二级燃气喷嘴喷出，补充富燃料区的燃料气并使燃料气在此进行欠氧燃烧，以此降低燃烧温度和速度；
在富燃料区燃烧后的燃料气逐步与周围富氧的二级空气混合，由于二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓了燃料气的着火燃烧，实现完全燃烧的同时达到了低NOx排放的目标。
附图说明
图1为现有技术下侧壁燃烧器温度分布云图。
图2为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的温度分布云图。
图3为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的整体结构示意图。
图4为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的二级燃料管结构图。
图5为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的二级燃料管的A向结构示意图。
图6为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的二级燃料管的B向结构示意图。
图7为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的烟气内循环通道的具体结构示意图。
图8为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的工作原理示意图。
图9为本发明一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器与现有燃烧器的NOX排放量的对比图。
其中：1、大盖板；2、燃料喷嘴；3、一次风门；4、进气管；5、空气调节杆；6、开销口；7、小盖板；8、引射器；9、二级燃料管；10、烟气内循环通道；11、一级喷头；12、二级燃料气喷嘴；13、二次风筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明加以说明 ：
如图2~9所示，一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，包括大盖板1、燃料喷嘴2、小盖板7、二级燃料管9、一级喷头11和二次风筒13；
所述大盖板1上设置有空气调节杆5，所述大盖板1和小盖板7之间还设有一次风门3，所述一次风门3连接到空气调节杆5，并通过空气调节杆5调节一次风门3和小盖板7的间距，所述燃料喷嘴2设置在小盖板7上并位于轴线上；
所述一级喷头11设置在引射器8的端部并嵌套在二级燃料管9上，所述二级燃料管9设置在引射器8内并位于轴线上方，所述二次风筒13嵌套在引射器8上；
所述二级燃料管9的出口端部设置有非均匀分布的3个二级燃料气喷嘴12；
所述引射器8出口端部设置有烟气内循环通道10。
所述进气管4插入燃料喷嘴2内。
所述二级燃料管9的出口端外侧设置有3个二级燃料气喷嘴12，所述二级燃料气喷嘴12从二级燃料管9前端伸出，位于二级燃料管9上；
所述二级燃料气喷嘴12为3个反重力向上的圆孔，与引射器8轴线的夹角为70°，夹角间距为45°，圆孔直径为1.6mm。
一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的工作方法，如下：
将负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器固定在裂解炉上，并加深燃烧器在炉膛内的安装位置，燃烧器在炉膛内加深1 m；
一级燃料气和一级空气在引射器8前部混合后形成一级混合气，一级混合气通过一级喷头11进入燃烧室，在燃烧器出口处的中心区域形成富燃料区；
接着燃烧形成的烟气因压差作用进入一级混合气通道与未燃烧的氧气混合，共同进入燃烧室，从而引起烟气内循环作用，并在火焰根部与预混气混合后或直接冷却火焰锋面；
二级燃料气从二级燃料气喷嘴12进入燃烧室，并利用其喷射速度卷吸炉膛烟气，加强烟气内循环作用；同时二次风筒13喷射出二级空气，在富燃料区的燃料气燃烧后逐步与之混合，且二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓燃料气的着火燃烧，从而完成全部燃烧。
在本实施例中，从图7~8中可以明显看出，引射器8内焊接有烟气内循环通道10，燃料喷嘴2将燃料气分配给引射器8和二级燃料管道9，将燃料气分为两级；空气调节杆5将空气分配给引射器8和二次风筒13，将空气分为两级；一级空气和一级燃料气在引射器8前部混合后形成一级预混气，从一级喷头11喷出；二级空气从二次风筒13喷出；二级燃料气从二级燃料气喷嘴12喷出；一级预混气贴近壁面周向分布，二级燃料气向上高速喷出；因此在燃烧器出口处的中心区域形成富燃料区，并在贴近壁面处的两侧形成了烟气局部高温区域；由于一级混合气出口与燃烧器内的压差作用，在烟气内循环通道10出口两侧形成了烟气内循环区域，燃烧形成的烟气因压差作用进入一级混合气通道与未燃烧的氧气混合，共同进入燃烧室，从而引起烟气内循环作用，并在火焰根部与预混气混合后或直接冷却火焰锋面，减小局部高温区；二级燃料气利用高速射流卷吸高温烟气，产生强内回流，进而加强烟气内循环作用，使炉膛内部分烟气直接在燃烧器内再循环，降低燃烧温度，从而达到低氮燃烧的目的；与此同时二次风筒13喷射出二级空气，在富燃料区的燃烧后剩余的燃料气逐步与之混合，且二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓了燃料气的着火燃烧，从而进一步实现了燃烧器的低NOx排放。
在本实施例中，本发明——一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器合理应用了燃料气分级、空气分级、烟气内循环等方法，将燃料气和空气分级，并将燃烧器前移一段距离，整个燃烧过程从根本上保证了燃烧的稳定，降低了氧的浓度，燃烧的均匀，无明显的局部高温区。最终显示，加入烟气内循环后，出口处NOX排放量为26.7 ppm，相较于现有燃烧器，减少了近47%的NOX排放量。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，其特征在于：包括大盖板（1）、燃料喷嘴（2）、进气管（4）、小盖板（7）、二级燃料管（9）、一级喷头（11）和二次风筒（13）；
所述大盖板（1）上设置有空气调节杆（5），所述大盖板（1）和小盖板（7）之间还设有一次风门（3），所述一次风门（3）连接到进气管（4），并通过空气调节杆（5）调节一次风门（3）和小盖板（7）的间距，所述燃料喷嘴（2）设置在小盖板（7）上并位于轴线上；
所述一级喷头（11）设置在引射器（8）的端部并嵌套在二级燃料管（9）上，所述二级燃料管（9）设置在引射器（8）内并位于轴线上方，所述二次风筒（13）嵌套在引射器（8）上；
所述二级燃料管（9）的端部设置有非均匀分布的多个二级燃料气喷嘴（12）；
所述引射器（8）出口端部设置有烟气内循环通道（10）。
2.根据权利要求1所述的一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，其特征在于：所述进气管（4）插入燃料喷嘴（2）。
3.根据权利要求1所述的一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，其特征在于：所述二级燃料管（9）的出口端部设置有3个二级燃料气喷嘴（12），所述二级燃料气喷嘴（12）从二级燃料管（9）前端伸出，位于二级燃料管（9）上。
4.根据权利要求3所述的一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器，其特征在于：所述二级燃料气喷嘴（12）为3个反重力向上的圆孔，与引射器（8）轴线的夹角为70°，夹角间距为45°，圆孔直径为1.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种低氮氧化物排放的侧壁燃气燃烧器，其特征在于：所述烟气内循环通道（10）的入口宽度为4.8mm。
6.一种负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器的工作方法，其特征在于：将负压自吸式烟气内循环的低氮燃烧器固定在裂解炉上，并加深燃烧器在炉膛内的安装位置，燃烧器在炉膛内加深1m；
一级空气和燃料气在引射器（8）前部区域混合后形成一级混合气，一级混合气通过一级喷头（11）进入燃烧室，在燃烧器出口的中心区域形成富燃料区；
接着燃烧形成的烟气因压差作用进入一级混合气通道与未燃烧的氧气混合，共同进入燃烧室，从而引起烟气内循环作用，并在火焰根部与预混气混合后或直接冷却火焰锋面；
二级燃料气从二级燃料气喷嘴（12）进入燃烧室，并利用其喷射速度卷吸炉膛烟气，加强烟气内循环作用；同时二次风筒（13）喷射出二级空气，在富燃料区的燃料气燃烧后逐步与之混合，且二级空气量小，与燃料气混合慢，减缓燃料气的着火燃烧，从而完成全部燃烧。
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