CN112050215A - 一种高效空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，其特征在于，其包括燃料单元、空气单元、烟气引射单元和分隔筒，其中，所述燃料单元的组成部件包括：一次燃料通道，二次燃料通道，旋流盘，和一次燃料分支小管，所述空气单元的组成部件包括：空气通道、一次空气通道和二次空气通道，所述烟气引射单元的组成部件包括一级烟气引射入口和二级烟气引射入口。本发明实现了空气射流对炉内烟气的多级引射，提高了烟气引射量，一次通道和二次通道的出口射流方向垂直交叉，实现了空气与引射烟气的充分均匀混合，既实现了炉内烟气的足量引射，又实现了均匀混合，使炉内任何位置燃烧都在低氧浓度下进行，极大的降低NOX的排放。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧装置领域，具体涉及一种高效空气多级引射烟气内循环低氮燃气燃烧器及其应用。
背景技术
燃气燃烧过程中产生的NOx是主要的大气污染物之一，国家对NOx的排放限值日益严格，减少氮氧化物排放也成为燃烧器设计必须着重考虑的因素。
其中，降低热力型NOx生成的核心理论是降低火焰峰值温度，实现这一目标的方法有燃料和空气的分级燃烧以及降低空气氧浓度，从而使燃烧放热更分散，使燃烧速率降低，其中烟气再循环方法是降低空气氧浓度普遍采用的方法，分为烟气外循环和烟气内循环两种，因为烟气外循环简单、易实现，成为大部分燃烧器厂家的首选方案，所谓烟气外循环，就是把锅炉尾部烟气抽出20％左右的份额掺混到助燃空气中，使空气中氧浓度得到降低，然后用风机送入炉内与燃料燃烧。
但由于空气中掺入了大量的冷烟气，使燃烧器的稳燃性能降低，也因为整体烟气量的增加、辐射换热能力的降低，使锅炉的效率降低2％～4％，增加了运行成本，迫于环保政策压力，大部分业主也只能被动接受。
发明内容
为了解决这一问题，很多科研机构和燃烧器厂家开始转向烟气内循环技术的研发。其实，当燃烧器喷口射流具有一定的速度时，会形成一定的负压，会有烟气回流并与喷口射出的新鲜燃气或空气混合，实现一定程度的烟气内循环，但由于喷口射流速度的设计首先要考虑的是稳燃和火焰大小的控制，因此，烟气内循环效果有限，很难达到环保要求的排放指标，必须采取专门措施。
而且，无论是燃料卷吸烟气，还是空气卷吸烟气，只有在空气和燃料混合燃烧之前，提前实现与烟气的均匀混合，并达到足够低的氧浓度，才能更好的降低NOX的生成排放。
本发明所解决的技术问题是，现有技术提供的燃烧器烟气内循环效果有限，降低NOX生成排放的效果受到局限，很难达到环保要求的排放指标。
为了解决上述技术问题，本发明人经过锐意研究，针对现有技术的不足，为了使空气在与燃料混合燃烧之前，实现空气对炉内烟气的足量引射卷吸，并充分混合均匀，本发明提供一种燃烧器，以燃料分级燃烧为基本结构，在此基础上，对空气通道进行特殊设计，以实现空气对炉内烟气的高效多级引射，并充分混合均匀。
具体来说，本发明为了解决上述技术问题，提供了如下技术方案：
本发明提供了一种空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，其特征在于，其包括燃料单元、空气单元、烟气引射单元和分隔筒8，其中，
所述燃料单元的组成部件包括：一次燃料通道1，二次燃料通道2，旋流盘3，和一次燃料分支小管4，
所述空气单元的组成部件包括：空气通道5、一次空气通道6和二次空气通道7，
所述烟气引射单元的组成部件包括一级烟气引射入口9和二级烟气引射入口10。
优选的，其中，所述一次燃料通道1位于所述燃烧器的内侧；所述二次燃料通道2周向分布于所述燃烧器的外侧；
优选的，所述旋流盘3设置于所述一次燃料通道1的上端位置；所述一次燃料分支小管4位于所述一次燃料通道1上并置于所述旋流盘3的上方。
优选的，其中，所述空气通道5位于所述一次燃料通道1和二次燃料通道2中间，所述空气通道5在燃烧器内分为一次空气通道6和二次空气通道7，
优选的，所述一次空气通道6包裹所述一次燃料通道1，所述二次空气通道7包裹所述二次燃料通道2；
更优选的，所述分隔筒8位于一次空气通道6外侧。
优选的，其中，所述一级烟气引射入口9位于所述一次空气通道6和所述分隔筒8之间，所述二级烟气引射入口10位于所述二次空气通道7和所述分隔筒8之间。
优选的，所述分隔筒8置于需要使用所述燃烧器的装置的内部，并且，所述分隔筒8位于所述空气通道5的上方，并与所述空气通道5之间留有开口，其中所述空气通道5在燃烧器内部的后端。
优选的，所述开口为所述一级烟气引射入口9；所述分隔筒的外侧为所述二次空气通道7及二次燃料通道2。
优选的，其中，所述一次燃料分支小管4为周向分布于所述一次燃料通道1上的分支小管，在所述一次燃料分支小管上设置有孔；
优选的，所述一次燃料分支小管4的个数为4-8，更优选为6。
优选的，其中，所述二次空气通道7由周向布置的管道组成，并且，所述二次空气通道7沿着所述分隔筒8在竖直方向上进行前伸，超过所述一次空气通道6的出口。
优选的，其中，所述二次空气通道7横向垂直穿过所述分隔筒8的壁面，进入所述分隔筒8内；并且，在所述二次空气通道7穿过所述分隔筒8的位置处留有开口，所述开缝为二级烟气引射入口10。
本发明还提供了所述的燃烧器的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：
A.将一次燃料、二次燃料和助燃空气分别通入所述一次燃料通道1、二次燃料通道2和空气通道5，并且助燃空气通过所述空气通道5后分别进入一次空气通道6和二次空气通道7；
一次燃料通过所述一次燃料通道1并进入所述旋流盘3，一次燃料通过所述旋流盘3后，进入所述一次燃料分支小管4；
二次燃料通过所述二次燃料通道2直接进入炉内；
B.通过一次空气通道6的一次空气向上运行，并与在一级引射烟气口9处引射入的一级烟气汇合后，继续向上运行；
C.通过二次空气通道的二次空气向上运行，并在所述二次空气通道7的上端，通过垂直于所述分隔筒8的连接处，进入所述分隔筒8；同时在二级引射烟气口10处，引射入了二级烟气，两者共同垂直进入所述分隔筒8内部，并与步骤B所得的混合气体混合；
D.步骤C得到的混合气体向上运行，并与通过所述一次燃料分支小管4的一次燃料，以及通过所述二次燃料通道2的二次燃料汇合后，进行一次燃料的和二次燃料的混合和同时燃烧。
所述一次燃料和二次燃料的分配比例：所述一次燃料与所述二次燃料的分配比例为4：6～1：9之间，优选为2：8。
本发明还提供了所述的燃烧器在黑色冶金行业和机械热处理行业中的处理炉方面的应用，优选为锅炉和工业窑炉热。
本发明有益效果:
本发明通过将空气分为一次通道和二次通道，并在一次通道喉口位置开口，实现空气射流对炉内烟气的多级引射，提高了烟气引射量，一次通道和二次通道的出口射流方向垂直交叉，实现了空气与引射烟气的充分均匀混合，既实现了炉内烟气的足量引射，又实现了均匀混合，使炉内任何位置燃烧都在低氧浓度下进行，极大的降低NOX的排放。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的燃烧器的纵剖面结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的燃烧器的前端俯视示意图；
在图1和图2中：1-一次燃料通道，2-二次燃料通道，3-旋流盘，4-一次燃料分支小管，5-空气通道，6-一次空气通道，7-二次空气通道，8-分隔筒；9-一级烟气引射口入口；10-二级烟气引射入口。
具体实施方式
本发明旨在提供一种高效空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，以燃料分级燃烧为基本结构，在此基础上，对空气通道进行特殊设计，以实现空气对炉内烟气的高效多级引射，并充分混合均匀。既实现了炉内烟气的足量引射射，又实现了均匀混合，使炉内任何位置燃烧都在低氧浓度下进行，极大的降低NOX的排放。
本发明提供了一种高效空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，其特征在于，其包括燃料单元、空气单元、烟气引射单元和分隔筒8，其中，
所述燃料单元的组成部件包括：一次燃料通道1，二次燃料通道2，旋流盘3，和一次燃料分支小管4，所述空气单元的组成部件包括：空气通道5、一次空气通道6和二次空气通道7，所述烟气引射单元的组成部件包括一级烟气引射入口9和二级烟气引射入口10。
优选的，其中，所述一次燃料通道1位于所述燃烧器的内侧；所述二次燃料通道2周向分布于所述燃烧器的外侧；
优选的，所述旋流盘3设置于所述一次燃料通道1的上端位置；所述一次燃料分支小管4位于所述一次燃料通道1上并置于所述旋流盘3的上方。
优选的，其中，所述空气通道5位于所述一次燃料通道1和二次燃料通道2中间，所述空气通道5在燃烧器内分为一次空气通道6和二次空气通道7；
优选的，所述一次空气通道6包裹所述一次燃料通道1，所述二次空气通道7包裹所述二次燃料通道2；更优选的，所述分隔筒8位于一次空气通道6外侧。
优选的，其中，所述一级烟气引射入口9位于所述一次空气通道6和所述分隔筒8之间，所述二级烟气引射入口10位于所述二次空气通道7和所述分隔筒8之间。
优选的，所述分隔筒8置于需要使用所述燃烧器的装置的内部，并且，所述分隔筒8位于所述空气通道5的上方，并与所述空气通道5之间留有开口，其中所述空气通道5在燃烧器内部的后端。
优选的，所述开口为所述一级烟气引射入口9；所述分隔筒的外侧为所述二次空气通道7及二次燃料通道2。
优选的，其中，所述一次燃料分支小管4为周向分布于所述一次燃料通道1上的分支小管，在所述一次燃料分支小管上设置有孔；优选所述一次燃料分支小管4的个数为4-8，更优选为6。
优选的，其中，所述二次空气通道7由周向布置的管道组成，并且，所述二次空气通道7沿着所述分隔筒8在竖直方向上进行前伸，超过所述一次空气通道6的出口。
优选的，其中，所述二次空气通道7横向垂直穿过所述分隔筒8的壁面，进入所述分隔筒8内；并且，在所述二次空气通道7穿过所述分隔筒8的位置处留有开口，所述开缝为二级烟气引射入口10。
本发明还提供了所述的燃烧器的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：
A.将一次燃料、二次燃料和助燃空气分别通入所述一次燃料通道1、二次燃料通道2和空气通道5，并且助燃空气通过所述空气通道5后分别进入一次空气通道6和二次空气通道7；
一次燃料通过所述一次燃料通道1并进入所述旋流盘3，一次燃料通过所述旋流盘3后，进入所述一次燃料分支小管4；
二次燃料通过所述二次燃料通道2直接进入炉内；
B.通过一次空气通道6的一次空气向上运行，并与在一级引射烟气口9处引射入的一级烟气汇合后，继续向上运行；
C.通过二次空气通道的二次空气向上运行，并在所述二次空气通道7的上端，通过垂直于所述分隔筒8的连接处，进入所述分隔筒8；同时在二级引射烟气口10处，引射入了二级烟气，两者共同垂直进入所述分隔筒8内部，并与步骤B所得的混合气体混合；
D.步骤C得到的混合气体向上运行，并与通过所述一次燃料分支小管4的一次燃料，以及通过所述二次燃料通道2的二次燃料汇合后，进行一次燃料的和二次燃料的混合和同时燃烧。
所述一次燃料和二次燃料的分配比例：所述一次燃料与所述二次燃料的分配比例为4：6～1：9之间，优选为2：8。
本发明还提供了所述的燃烧器在黑色冶金行业和机械热处理行业中的处理炉方面的应用，优选为锅炉和工业窑炉热。
如图1和图2所示，本发明的高效空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，包括位于燃烧器最内侧的一次燃料通道1，和最外侧的周向均匀布置的若干管道组成的二次燃料通道2。所述一次燃料通道1前端设置有旋流盘3，以实现一次燃料的旋流稳燃，一次燃料通道1穿过旋流盘3后，周向引出多个一次燃料分支小管4，分支小管4上开设若干个射流小孔，使一次燃料在旋流盘前面流出并稳定燃烧；所述二次燃料通道2由周向均匀布置的若干管道组成，二次燃料经由这些管道直射入炉内燃烧。
所述一次燃料通道1和二次燃料通道2之间，设置有空气通道5，空气通道5的来流端是一个通道，在一定位置处分成一次空气通道6和二次空气通道7。所述一次空气通道6包裹着一次燃料通道1，一次空气通道6外侧是一个分隔筒8，分隔筒8伸入炉内，将助燃空气和炉内烟气分隔开，在分隔筒8的后端留有缝隙，为一次空气引射炉内烟气提供烟气入口，即一级引射烟气入口9，在分隔筒8外侧是二次空气通道7和二次燃料通道2，二次空气通道7和二次燃料通道2结构类似，也是由若干的管道周向布置组成，二次空气通道6沿着分隔筒前伸到超过一次空气通道6出口一定距离后，穿过分隔筒8，并垂直壁面进入分隔筒8内，二次空气通道7所穿过的分隔筒8的位置处开有条缝，提供引射烟气入口，即二级引射烟气入口10，当二次空气射入分隔筒8内时，能够引射烟气进入分隔筒8内，二次空气通道7进入分隔筒8内的射流方向与一次空气通道6射流方向垂直交叉，使助燃空气和引射的烟气充分混合均匀，一次空气和二次空气与引射的烟气混合均匀后，继续在分隔筒8内前行，然后与一次燃料和二次燃料相遇并混合燃烧。
实施例
实施例1
如图1和图2所示，本发明的一种低氮燃烧器中，将燃烧器放在锅炉炉膛的入口。
本实例中的一种空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，其包括燃料单元、空气单元、烟气引射单元和分隔筒8，其中，所述燃料单元的组成部件包括：一次燃料通道1，二次燃料通道2，旋流盘3，和一次燃料分支小管4，所述空气单元的组成部件包括：空气通道5、一次空气通道6和二次空气通道7，所述烟气引射单元的组成部件包括一级烟气引射入口9和二级烟气引射入口10。所述的燃烧器的使用方法，包括如下步骤：
A.将一次燃料、二次燃料和助燃空气分别通入所述一次燃料通道1、二次燃料通道2和空气通道5，并且助燃空气通过所述空气通道5后分别进入一次空气通道6和二次空气通道7；
一次燃料通过所述一次燃料通道1并进入所述旋流盘3，一次燃料通过所述旋流盘3后，进入所述一次燃料分支小管4；
二次燃料通过所述二次燃料通道2直接进入炉内；
B.通过一次空气通道6的助燃空气向上运行，并与在一级引射烟气口9处引射入的一级引射烟气汇合后，继续向上运行，得到混合气体；
C.通过二次空气通道的助燃空气向上运行，并在所述二次空气通道7的上端，通过垂直于所述分隔筒8的连接处，进入所述分隔筒8；同时在二级引射烟气口10处，引射入了二级烟气，两者共同垂直进入所述分隔筒8内部，并与步骤B所得的混合气体混合；
D.步骤C得到的混合气体向上运行，并与通过所述一次燃料分支小管4的一次燃料，以及通过所述二次燃料通道2的二次燃料汇合后，进行一次燃烧和二次燃烧。
其中，所述一次燃料和二次燃料的流量分配比例2：8。
将上述不同流量的一次燃料和二次燃料进行燃烧后氮氧化物、一氧化碳等废气的排放量，具体测定结果如下表所示。
表1不同燃气流量燃烧产物成分的试验结果表(对应3.2MW功率的燃烧器试验数据)
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种空气多级引射烟气内循环低氮燃烧器，其特征在于，其包括燃料单元、空气单元、烟气引射单元和分隔筒(8)，其中，
所述燃料单元的组成部件包括：一次燃料通道(1)，二次燃料通道(2)，旋流盘(3)，和一次燃料分支小管(4)，
所述空气单元的组成部件包括：空气通道(5)、一次空气通道(6)和二次空气通道(7)，
所述烟气引射单元的组成部件包括一级烟气引射入口(9)和二级烟气引射入口(10)。
2.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其中，所述一次燃料通道(1)位于所述燃烧器的内侧；所述二次燃料通道(2)周向分布于所述燃烧器的外侧；优选的，所述旋流盘(3)设置于所述一次燃料通道(1)的上端位置；所述一次燃料分支小管(4)位于所述一次燃料通道(1)上并置于所述旋流盘(3)的上方。
3.根据权利要求1或2所述的低氮燃烧器，其中，所述空气通道(5)位于所述一次燃料通道(1)和二次燃料通道(2)中间，所述空气通道(5)在燃烧器内分为一次空气通道(6)和二次空气通道(7)，优选的，所述一次空气通道(6)包裹所述一次燃料通道(1)，所述二次空气通道(7)包裹所述二次燃料通道(2)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低氮燃烧器，其中，所述一级烟气引射入口(9)位于所述一次空气通道(6)和所述分隔筒(8)之间，所述二级烟气引射入口(10)位于所述二次空气通道(7)和所述分隔筒(8)之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的燃烧器，其中，所述分隔筒(8)置于需要使用所述燃烧器的装置的内部，并且，所述分隔筒(8)位于所述空气通道(5)的上方，并与所述空气通道(5)之间留有开口，其中所述空气通道(5)在燃烧器内部的后端；优选的，所述开口为所述一级烟气引射入口(9)；所述分隔筒的外侧为所述二次空气通道(7)及二次燃料通道(2)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧器，其中，所述一次燃料分支小管(4)为周向分布于所述一次燃料通道(1)上的分支小管，在所述一次燃料分支小管上设置有孔；优选所述一次燃料分支小管(4)的个数为4-8，更优选为6。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃烧器，其中，所述二次空气通道(7)由周向布置的管道组成，并且，所述二次空气通道(7)沿着所述分隔筒(8)在竖直方向上进行前伸，超过所述一次空气通道(6)的出口。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的燃烧器，其中，所述二次空气通道(7)横向垂直穿过所述分隔筒(8)的壁面，进入所述分隔筒(8)内；并且，在所述二次空气通道(7)穿过所述分隔筒(8)的位置处留有开口，所述开缝为二级烟气引射入口(10)。
9.权利要求1-8中任一项所述的燃烧器的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：
A.将一次燃料、二次燃料和助燃空气分别通入所述一次燃料通道(1)、二次燃料通道(2)和空气通道(5)，并且助燃空气通过所述空气通道(5)后分别进入一次空气通道(6)和二次空气通道(7)；
一次燃料通过所述一次燃料通道(1)并进入所述旋流盘(3)，一次燃料通过所述旋流盘(3)后，进入所述一次燃料分支小管(4)；
二次燃料通过所述二次燃料通道(2)直接进入炉内；
B.通过一次空气通道(6)的一次空气向上运行，并与在一级引射烟气口(9)处引射入的一级烟气汇合后，继续向上运行；
C.通过二次空气通道的二次空气向上运行，并在所述二次空气通道(7)的上端，通过垂直于所述分隔筒(8)的连接处，进入所述分隔筒(8)；同时在二级引射烟气口(10)处，引射入了二级烟气，两者共同垂直进入所述分隔筒(8)内部，并与步骤B所得的混合气体混合；
D.步骤C得到的混合气体向上运行，并与通过所述一次燃料分支小管(4)的一次燃料，以及通过所述二次燃料通道(2)的二次燃料汇合后，进行一次燃料的和二次燃料的混合和同时燃烧。
10.权利要求1-8中任一项所述的燃烧器在黑色冶金行业和机械热处理行业中的处理炉方面的应用，优选为锅炉和工业窑炉热。
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