CN112344330A - 一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置及方法，装置包括燃烧室、空气室、燃气室、燃气喷管、分布式燃气喷和冷却风通道，空气室和缓冲空气室燃烧套装在燃烧室上，缓冲空气室内设有燃气室，燃气室内壁周圈沿轴向连接有多根燃气喷管，燃烧室壁上布有一层冷却风通道，冷却风通道外壁周圈上均匀分布有固定连通燃烧室的多组分布式空气通道，每个分布式空气通道内均设有分布式燃气喷枪，混合后的燃料和空气从分布式燃气喷枪中均匀喷出，点燃后的火焰均匀的充满燃烧室。通过融合为一体结构的燃烧器与燃烧室，燃料与空气在燃烧室金属结构壳体内均匀混合，完全预混的燃料和空气通过均匀分布的燃烧头喷射进燃烧室内部空间燃烧，形成温度场均匀的火焰。

Description

一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置及方法
技术领域
本发明涉及一种一体化燃烧装置及方法，尤其是一种适用于加热炉用燃烧设备的高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置及方法。
背景技术
高热值燃气燃烧器的NOx主要为热力型NOx和快速型NOx，影响热力型NOx生成的主要因素是燃烧温度，影响快速型NOx生成的主要因素是CH离子团的浓度。目前高热值燃气燃烧器主要通过分级燃烧和烟气外循环的手段来降低NOx。引入烟气可以降低火焰温度、降低CH离子团的浓度，可以有效地降低NOx生成量。
对于一些窑炉的工艺，烟气中往往含有大量的粉尘，且排烟点距离燃烧器较远，无法采用烟气再循环的手段进行NOx的减排。
而这些工艺中，又需要对加热用的高温烟气进行温度控制，往往需要通过增加空气量来达到降低烟气温度的目的，导致燃烧区域附近氧量过量。在没有很好的控制火焰温度峰值的情况下，由于存在局部高温、高氧的环境，很容易生成大量的NOx。
为此，需要解决高温、高氧并存的燃烧环境问题。
常规的布置方式为燃烧器布置在燃烧室的一端，燃烧器点燃后，类似柱状的火焰进入燃烧室，冷却风从火焰中下游才开始掺混冷却，从而导致中上游火焰温度很高，NOx排放值很高。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中存在的不足之处，提供一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置。
技术方案：本发明的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室的外部套装有空气室和与空气室相连的缓冲空气室，与空气室相连处的缓冲空气室内设有燃气室，所述燃气室内壁周圈沿轴向连接有多根燃气喷管，燃气室上设有与气源相连的燃气入口；所述缓冲空气室内的燃烧室壁上布有一层冷却风通道，冷却风通道入口与空气室相连，出口与缓冲空气室相连，所述的冷却风通道外壁周圈上均匀分布有固定连通燃烧室的多组分布式空气通道，每组中的每个分布式空气通道内均设有一个分布式燃气喷枪，分布式燃气喷枪的枪头伸入燃烧室内，多组分布式空气通道中设置的分布式燃气喷枪分别与多根燃气喷管相连通，混合后的燃料和空气从分布式燃气喷枪中均匀喷出，点燃后的火焰均匀的充满燃烧室。
所述的燃烧室上固定的分布式燃气喷枪均匀分布在燃烧室的壁面上，每组沿轴向的分布式燃气喷枪的数量为3-20只，多组沿周向的分布式燃气喷枪的数量为18-72只。
所述的冷却通道由附着在燃烧室外壁上的冷却通道内壁和冷却通道外壁构成。
所述的燃烧室截面为圆形、方形、拱形、或多边形。
所述的分布式燃气喷枪与分布式空气通道同轴线布置。
所述沿轴向连接的多根燃气喷管与燃烧室同轴线布置。
使用上述高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置的燃烧方法：工作时，将大于燃气排放量的空气从空气室一侧的空气入口进入空气室，经空气室进入冷却通道，再从冷却通道进入缓冲空气室内，缓冲空气从分布式空气通道进入，到达分布式空气通道的出口端部处；
调控燃气从燃气入口进入燃气室，经燃气室进入燃气喷管，再从燃气喷管进入分布式燃气喷枪，从分布式燃气喷枪喷出的燃气与到达缓冲空气在分布式空气通道出口端部处的空气均匀混合后，在分布式燃气喷枪的端部开始燃烧，均匀分布的火焰组成均匀的温度场整体火焰，整体火焰布满燃烧室的内部，过量的空气使燃料浓度降低，避开快速NOx的生成条件；氮氧化物排放值低于30mg/Nm3。
缓冲空气在进入分布式空气通道之前，从空气室出来的气体以15～40m/s的速度通过冷却通道，对燃烧室壁面进行贴壁强制冷却，以保证燃烧室的安全。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明改变了常规燃烧器和燃烧室的结构，将燃烧器和燃烧室融为一体，燃烧器自带燃烧室，燃烧室即是燃烧器，燃烧室的金属结构壳体作为燃烧器的本体，燃烧器的燃烧头均匀分布在燃烧室壁面上。将燃烧器的喷孔直接均匀分布在燃烧室的壁面上，燃料与空气在燃烧室金属结构壳体内均匀混合，完全预混的燃料和空气通过均匀分布的燃烧头喷射进燃烧室内部空间燃烧，形成温度场均匀的火焰。所有的燃料和空气均匀混合后从均匀分布的燃烧器喷孔喷出，点燃后，火焰均匀的充满燃烧室。由于所有的空气均从喷孔喷出，多余的空气从火焰一开始便参与冷却火焰，因而各处火焰温度平均，过量的空气包括理论燃烧所需要的空气量和多余的用来冷却的空气量。与现有技术相比的主要优点：燃烧头端部自带稳燃结构，稳定根部火焰。过量空气系数为1.6-2.0，远大于1，利用过量空气将火焰整体降温，且不出现峰值温度，达到降低NOx的目的；空气和燃气混合均匀，火焰从开始形成就处于被冷却的状态，火焰整体温度都很均匀，没有温度峰值。其结构简单，操作方便，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为单只喷枪剖视图。
图中：1-空气入口，2-空气室，3-燃气入口，4-燃气室，4.1-燃气室侧壁，4.2-燃气室内层金属壁，5-燃气喷管，6-分布式燃气喷枪，7-分布式空气通道，8-冷却通道，8.1-冷却通道内壁，8.2-冷却通道外壁，9-缓冲空气室，10-燃烧室。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，主要由燃烧室10、空气室2、燃气室4、燃气喷管5、分布式燃气喷枪6、分布式空气通道7和冷却风通道8构成，所述燃烧室10的外部套装有空气室2和与空气室2相连的缓冲空气室9，与空气室2相连处的缓冲空气室9内设有燃气室4，所述的燃气室4为一个环形的空间，环形空间的两侧壁面是燃气室侧壁4.1，环形空间的内圈是燃气室内层金属壁4.2，燃气室4两侧壁面的内壁周圈沿轴向连有多根燃气喷管5，燃气室4上设有与气源相连的燃气入口3；所述缓冲空气室9内的燃烧室10壁上固定有多组分布式空气通道7，每组中的每个分布式空气通道7内均设有一个向燃烧室10内喷气的分布式燃气喷枪6，多组分布式空气通道7中固定的分布式燃气喷枪6分别与多根燃气喷管5相连通，多根燃气喷管5与燃烧室10同轴线布置。混合后的燃料和空气从分布式燃气喷枪6中均匀喷出，点燃后的火焰均匀的充满燃烧室10。所述的燃烧室10截面为圆形、方形、拱形、或多边形；所述的分布式燃气喷枪6与分布式空气通道7同轴线布置。燃烧室10上固定的多组分布式燃气喷枪6均匀分布在燃烧室的壁面上，每组轴向分布式燃气喷枪6的数量为3-20只，多组周向分布式燃气喷枪6的数量为18-72只。所述缓冲空气室9内的燃烧室10壁上设有一层冷却风通道8，冷却通道8由冷却通道内壁8.1和冷却通道外壁8.2构成。图中所示的空气室和燃气室结构相同，都是环形空间，环形空间的两侧壁面是侧壁，环形空间的内圈是内层壁，外圈是外层壁。
本发明的高过量空气系数低氮型一体化燃烧方法：
工作时，将过量空气系数为1.6-2.0的空气从空气室2一侧的空气入口1进入空气室2，经空气室2进入冷却通道8，再从冷却通道8进入缓冲空气室9内，缓冲空气从分布式空气通道7进入，到达分布式空气通道的出口端部处，在该处与燃气充分混合；缓冲空气在进入分布式空气通道7之前，从空气室2出来的气体以15～40m/s的速度通过冷却通道8，对燃烧室壁面进行贴壁强制冷却，以保证燃烧室10的安全。
调控燃气从燃气入口3进入燃气室4，经燃气室4进入燃气喷管5，再从燃气喷管5进入分布式燃气喷枪6，分布式燃气喷枪6与分布式空气通道7同轴线布置，且二者均匀分布在燃烧室10的四周。从分布式燃气喷枪6喷出的燃气与到达缓冲空气在分布式空气通道7出口端部处的空气均匀混合后，在分布式燃气喷枪6的端部开始燃烧，均匀分布的火焰组成均匀的温度场整体火焰，整体火焰布满燃烧室的内部，且不形成温度峰值，大于燃气排放量的过量空气从火焰根部开始冷却火焰，减弱了燃烧的剧烈程度，使整体火焰的温度大幅降低，且温度场均匀，均匀的低温避开了热力型NOx的生成环境；过量的空气造成燃料浓度的降低，有效避开了快速型NOx的生成条件；从而使氮氧化物的排放值低于30mg/Nm3。

Claims (8)

1.一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，包括燃烧室(10)，其特征在于：所述燃烧室(10)的外部套装有空气室(2)和与空气室(2)相连的缓冲空气室(9)，与空气室(2)相连处的缓冲空气室(9)内设有燃气室(4)，所述燃气室(4)内壁周圈沿轴向连接有多根燃气喷管(5)，燃气室(4)上设有与气源相连的燃气入口(3)；所述缓冲空气室(9)内的燃烧室(10)壁上布有一层冷却风通道(8)，冷却风通道(8)入口与空气室(2)相连，出口与缓冲空气室(9)相连，所述的冷却风通道(8)外壁周圈上均匀分布有固定连通燃烧室(10)的多组分布式空气通道(7)，每组中的每个分布式空气通道(7)内均设有一个分布式燃气喷枪(6)，分布式燃气喷枪(6)的枪头伸入燃烧室(10)内，多组分布式空气通道(7)中设置的分布式燃气喷枪(6)分别与多根燃气喷管(5)相连通，混合后的燃料和空气从分布式燃气喷枪(6)中均匀喷出，点燃后的火焰均匀的充满燃烧室(10)。
2.根据权利要求1所述的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，其特征在于：所述的燃烧室(10)上固定的分布式燃气喷枪(6)均匀分布在燃烧室的壁面上，每组沿轴向的分布式燃气喷枪(6)的数量为3-20只，多组沿周向的分布式燃气喷枪(6)的数量为18-72只。
3.根据权利要求1所述的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，其特征在于：所述的冷却通道(8)由附着在燃烧室(10)外壁上的冷却通道内壁(8.1)和冷却通道外壁(8.2)构成。
4.根据权利要求1所述的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，其特征在于：所述的燃烧室(10)截面为圆形、方形、拱形、或多边形。
5.根据权利要求1所述的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，其特征在于：所述的分布式燃气喷枪(6)与分布式空气通道(7)同轴线布置。
6.根据权利要求1所述的一种高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置，其特征在于：所述沿轴向连接的多根燃气喷管(5)与燃烧室(10)同轴线布置。
7.一种使用权利要求1所述高过量空气系数低氮型一体化燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：工作时，将大于燃气排放量的空气从空气室(2)一侧的空气入口(1)进入空气室(2)，经空气室(2)进入冷却通道(8)，再从冷却通道(8)进入缓冲空气室(9)内，缓冲空气从分布式空气通道(7)进入，到达分布式空气通道的出口端部处；
调控燃气从燃气入口(3)进入燃气室(4)，经燃气室(4)进入燃气喷管(5)，再从燃气喷管(5)进入分布式燃气喷枪(6)，从分布式燃气喷枪(6)喷出的燃气与到达缓冲空气在分布式空气通道(7)出口端部处的空气均匀混合后，在分布式燃气喷枪(6)的端部开始燃烧，均匀分布的火焰组成均匀的温度场整体火焰，整体火焰布满燃烧室的内部，过量的空气使燃料浓度降低，避开快速NOx的生成条件；氮氧化物排放值低于30mg/Nm3。
8.权利要求7所述的燃烧方法，其特征在于：缓冲空气在进入分布式空气通道(7)之前，从空气室(2)出来的气体以15～40m/s的速度通过冷却通道(8)，对燃烧室壁面进行贴壁强制冷却，以保证燃烧室(10)的安全。
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