CN112856419A - 一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器。通过燃烧器内筒、稳焰器、助燃空气盲道、带有缩口且伸出燃气枪的燃烧器内外吼口等的设置,在燃烧器区域及整个燃烧室内形成多级浓淡燃烧,在烟气下游耐热套管前端处形成烟气内循环,使低温低氧的烟气回流至烟气内通道中,和高温高氧量的烟气/燃料气混合,降低燃料燃烧过程中的氧量,进而降低燃烧燃烧的温度,减少NOx的排放。
Description
技术领域
本发明涉及燃气燃烧领域,特别是涉及一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器。
背景技术
随着目前各行各业针对节能减排力度的加大,对于大气污染物的治理,燃气锅炉NOx(氮氧化物)排放要求都已降低至80mg/Nm3或更严标准。
辐射管燃烧器,利用辐射管内的燃烧器产生高温烟气,将热量辐射传热给辐射管,辐射管再将热量辐射传热给加热炉内介质,高温烟气在碳化硅管的导流作用下在辐射管中逐渐换热降温,高温烟气从辐射管的前端流到后端,再从后端外围返回至前端的出口处流出辐射管。
目前钢铁行业有大量的加热炉,每台加热炉配置数十台至上百台辐射管燃烧器;其它如食品行业、工业产品烤漆、汽车行业上油漆等,也有采用辐射燃烧器来烘干物品或者油漆等。
钢铁行业中的加热炉,燃用的燃料多为焦炉煤气等工业废气、以及天然气等,焦炉煤气等工业废气中或多或少都会含有燃料型化合物,相比于天然气,NOx的排放也较高,多在300mg/Nm3左右,故钢铁行业中的减排潜力巨大。一些业主需要开始尝试对辐射管式燃烧器进行低氮改造,降低NOx的低氮排放。而食品行业、工业产品上油漆等行业,辐射管式燃烧器多采用天然气作为燃料,排放也多在200mg/Nm3左右,改造压力同样巨大。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,降低易污染的氮氧化物的排放。
为解决上述技术问题,本发明提供一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,包括:
由内而外嵌套设置的中心筒,燃烧器喉口,燃烧器外喉口和辐射管;所述中心筒中设置有中心燃气枪;所述中心燃气枪与所述燃烧器喉口之间形成一级助燃空气通道,所述一级助燃空气通道外边缘是助燃空气盲道;所述中心筒和所述助燃空气盲道之间设置有主燃气枪;所述燃烧器喉口与所述燃烧器外喉口之间形成二次助燃空气通道;烟气下游耐热套管间隙设置在所述燃烧器外喉口下游;所述辐射管布置在最外围,围绕所述燃烧器外喉口和所述烟气下游耐热套管。
通过上述设置在燃烧器区域及整个燃烧室内形成多级浓淡燃烧,并在烟气下游耐热套管前端处形成烟气内循环,多重作用降低NOx的排放。
可选的,所述助燃空气盲道的内壁为燃烧器内火焰筒,外壁为所述燃烧器喉口的一部分,所述燃烧器内火焰筒的后端内缩。
可选的,所述燃烧器喉口的后端内缩,所述燃烧器外喉口的后端内缩,使得所述二次助燃空气通道朝向中心轴线弯折。
可选的,所述燃烧器外喉口的后端的最小直径小于所述烟气下游耐热套管的直径。
可选的,所述燃烧器喉口的后端超出所述中心燃气枪和所述主燃气枪。
可选的,所述燃烧器外喉口的后端与所述烟气下游耐热套管之间形成烟气内循环吸入口。
可选的,所述辐射管与所述燃烧器外喉口的前端之间具有辐射管烟气出口,所述辐射管在所述烟气下游耐热套管的一端封闭并与所述烟气下游耐热套管间隙设置,燃烧气体经过烟气下游耐热套管形成的烟气内通道后,由所述烟气下游耐热套管与所述辐射管之间的间隙进入所述烟气下游耐热套管与所述辐射管之间的烟气外通道,之后一部分进入所述烟气内循环吸入口,另一部分由所述辐射管烟气出口排出。
可选的,所述中心筒与所述中心燃气枪之间设置有稳焰器。
可选的,所述主燃气枪设置有至少一层,每层呈环形布置。
可选的,所述烟气下游耐热套管包括至少一个,每个所述烟气下游耐热套管同径向后依次布置。
本发明提供的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器中,通过燃烧器内筒、稳焰器、助燃空气盲道、带有缩口且伸出燃气枪的燃烧器内外吼口等的设置,在燃烧器区域及整个燃烧室内形成多级浓淡燃烧,在烟气下游耐热套管前端处形成烟气内循环,使低温低氧的烟气回流至烟气内通道中,和高温高氧量的烟气/燃料气混合,降低燃料燃烧过程中的氧量,进而降低燃烧燃烧的温度,减少NOx的排放。本发明可将熔炼炉、加热炉等所产生的NOx排放降低至50-100mg/Nm3,对于辐射管式燃烧器的NOx减排具有重大的意义。
附图说明
图1为本发明实施例的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器的示意图一;
图2为本发明实施例的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器的示意图二;
图3为本发明实施例的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器的部分结构的示意图;
图4为本发明实施例的烟气循环的示意图。
图中:1.中心燃气枪;2.稳焰器;3.中心筒;4.主燃气枪;5.一级助燃空气通道;6.燃烧器内火焰筒;61.内火焰筒的后端缩口;7.助燃空气盲道;8.燃烧器喉口;81.燃烧器喉口的后端缩口;9.二次助燃空气通道;10.燃烧器外喉口;101.燃烧器外喉口的后端缩口;11.烟气下游耐热套管;12.烟气内循环吸入口;13.辐射管;14.烟气内通道;15.烟气外通道;16.辐射管烟气出口。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下面的描述中,应该理解,可以基于附图进行关于在各结构的“内”和“外”的指代。
本发明实施例提供一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示,所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,包括:
由内而外嵌套设置的中心筒3,燃烧器喉口8,燃烧器外喉口10和辐射管13;所述中心筒3中设置有中心燃气枪1;所述中心燃气枪1与所述燃烧器喉口8之间形成一级助燃空气通道5,所述一级助燃空气通道5外边缘是助燃空气盲道7;所述中心筒3和所述助燃空气盲道7之间设置有主燃气枪4;所述燃烧器喉口8与所述燃烧器外喉口10之间形成二次助燃空气通道9;烟气下游耐热套管11间隙设置在所述燃烧器外喉口10下游;所述辐射管13布置在最外围,围绕所述燃烧器外喉口10和所述烟气下游耐热套管11。通过上述设置在燃烧器区域及整个燃烧室内形成多级浓淡燃烧,并在烟气下游耐热套管11前端处形成烟气内循环,多重作用降低NOx的排放。
所述主燃气枪4设置有至少一层,每层呈环形布置。各层均以装置的轴心为圆心、沿相同半径的环形布置。如图1中示意的主燃气枪4的配置是以一层八只的结构。
进一步的,所述中心筒3与所述中心燃气枪1之间设置有稳焰器2。
所述的中心燃气枪1置于燃烧器中心,所述中心燃气枪1的枪头上按需置有若干燃气孔,中心燃气枪1伸出所述稳焰器2。
所述稳焰器2可为盾体稳焰或旋流稳焰形式,布置于所述中心燃气枪1与所述中心筒3之间,起到稳定燃烧器火焰的作用。
所述的中心筒3放置在所述稳焰器2的外端,和所述稳焰器2相接。
所述助燃空气盲道7的内壁为燃烧器内火焰筒6,外壁为所述燃烧器喉口8的一部分,所述燃烧器内火焰筒6的后端缩口61内缩。助燃空气盲道7所在的区域内无空气进入,使燃烧前期维持缺氧燃烧(浓燃烧)的状态。
其中,所述燃烧器内火焰筒6的结构可参考图3。
所述燃烧器喉口8的后端缩口81内缩,所述燃烧器外喉口10的后端缩口101内缩,使得所述二次助燃空气通道9朝向中心轴线弯折。二次风从烟气/燃料气气流下游进入,制造燃烧室内总体的浓淡燃烧氛围。
其中,所述燃烧器喉口8和所述燃烧器外喉口10的结构可参考图3。需要说明的是,所述燃烧器内火焰筒6、所述燃烧器喉口8和所述燃烧器外喉口10的结构类似,因此都采用图3一个视图进行了示意,但并非是认为这三个部件为同一结构,三者在尺寸上存在差异。
进一步的,所述燃烧器外喉口的后端缩口101的最小直径小于所述烟气下游耐热套管11的直径。
所述燃烧器喉口8的后端缩口81超出所述中心燃气枪1和所述主燃气枪4。
所述燃烧器外喉口10的后端缩口101与所述烟气下游耐热套管11之间形成烟气内循环吸入口12。
所述的烟气下游耐热套管11放置在所述燃烧器外喉口10下游,起到引导火焰及烟气流向、承受火焰高温向外辐射的作用。所述烟气下游耐热套管11与设备中心轴同轴,按需布置若干个,多个所述烟气下游耐热套管11同径往后依次布置,成烟气内通道14。
在一个实施例中,所述烟气下游耐热套管11可以是碳化硅套管。
请参考图4,所述辐射管13与所述燃烧器外喉口101的前端之间具有辐射管烟气出口16,所述辐射管13在所述烟气下游耐热套管11的一端封闭并与所述烟气下游耐热套管11间隙设置,燃烧气体经过烟气下游耐热套管11形成的烟气内通道14后,由所述烟气下游耐热套管11与所述辐射管13之间的间隙进入所述烟气下游耐热套管11与所述辐射管13之间的烟气外通道15,之后一部分进入所述烟气内循环吸入口12,另一部分由所述辐射管烟气出口16排出。
所述烟气下游耐热套管11放置在所述燃烧器外喉口10下游,所述辐射管13布置在最外围。
该设备工作时,一部分助燃空气进入一级助燃空气通道5中,剩余的助燃空气进入二级助燃空气通道9,小部分的燃料从中心燃气枪1中进入燃烧器,其余的燃料从主燃气枪4中进入燃烧器。从一级助燃空气通道5中进入的助燃风,在中心筒3的导流作用下,很少量的助燃风进入稳焰器2中,和中心燃气枪4中喷出的中心燃气进行过量空气系数小于0.5的浓燃烧,生成小火焰,降低NOx的排放,且稳焰器2对中心燃气起到助燃及稳定火焰的作用,增强燃烧器的稳燃性能。从一级助燃空气通道5中进入的剩余助燃风从中心筒3和燃烧器内火焰筒6的后端缩口61之前的通道中斜向燃烧器中心高速喷出,遇从主燃气枪4中喷出的主燃气,主燃气经小火焰引燃生成主火焰。斜向燃烧器中心高速喷出的助燃空气,避免了助燃空气直接喷射到主燃气燃烧产生的火焰根部,加强浓淡燃烧的效果,降低了NOx的排放;助燃空气盲道7中无助燃空气进入,未完全燃烧的燃料和助燃空气逐渐卷吸混合,继续进行缺氧的浓燃烧和还原反应,降低了NOx的排放,使燃料进一步的燃烧生成高温烟气/燃料空气混合气;混合气流向燃烧室下游,遇从二次助燃空气通道9喷入的燃烧所需要的剩余助燃空气,后续的燃烧进行淡燃烧,将未燃尽的燃料和上游中间产物烧尽,保证燃料的完全燃烧。淡燃烧阶段虽有大量的助燃空气,但烟气的温度经辐射管的对外辐射、外面冷源介质的吸热而降低,故淡燃烧的阶段没有大量的NOx生成,降低了NOx的排放。因此,该辐射管式燃烧器,使燃料在燃烧室内完成多级浓淡燃烧,最终使燃烧生成的NOx量低。
燃烧器外喉口后端缩口101的最小直径小于烟气下游耐热套管11的直径;控制着燃烧产生的火焰及高温烟气沿轴向在烟气内通道14中向前流动,高温烟气的温度逐渐降低。当烟气至辐射管13的末端后,从烟气外通道15中回流,因辐射管13在对外辐射热量加热外界冷源介质,烟气的温度逐渐降低,低温烟气最终从辐射管烟气出口16中流出,最终排至大气。其中当回流烟气经过燃烧器外喉口10末端的烟气内循环吸入口12时,部分低温低氧的烟气被燃烧器套管内部的高速火焰及烟气形成的负压抽回,达到烟气内循环的效果。被抽取的低温低氧的烟气参与燃烧过程,降低了燃烧的氧浓度,进一步抑制氮氧化物的生成,达到低氮燃烧的效果。
该辐射管式燃烧器在钢铁行业中加热炉、工业产品加热的低氮改造中,取得了重大的突破,助力于环境的保护,在后续的钢铁行业的低氮改造中,具有非常大的市场前景。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,包括:
由内而外嵌套设置的中心筒,燃烧器喉口(8),燃烧器外喉口和辐射管;所述中心筒中设置有中心燃气枪;所述中心燃气枪与所述燃烧器喉口之间形成一级助燃空气通道(5),所述一级助燃空气通道外边缘是助燃空气盲道;所述中心筒(3)和所述助燃空气盲道之间设置有主燃气枪;所述燃烧器喉口与所述燃烧器外喉口之间形成二次助燃空气通道;烟气下游耐热套管间隙设置在所述燃烧器外喉口下游;所述辐射管布置在最外围,围绕所述燃烧器外喉口和所述烟气下游耐热套管。
2.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述助燃空气盲道的内壁为燃烧器内火焰筒,外壁为所述燃烧器喉口的一部分,所述燃烧器内火焰筒的后端内缩。
3.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述燃烧器喉口的后端内缩,所述燃烧器外喉口的后端内缩,使得所述二次助燃空气通道朝向中心轴线弯折。
4.如权利要求3所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述燃烧器外喉口的后端的最小直径小于所述烟气下游耐热套管的直径。
5.如权利要求3所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述燃烧器喉口的后端超出所述中心燃气枪和所述主燃气枪。
6.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述燃烧器外喉口的后端与所述烟气下游耐热套管之间形成烟气内循环吸入口。
7.如权利要求6所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述辐射管与所述燃烧器外喉口的前端之间具有辐射管烟气出口,所述辐射管在所述烟气下游耐热套管的一端封闭并与所述烟气下游耐热套管间隙设置,燃烧气体经过烟气下游耐热套管形成的烟气内通道后,由所述烟气下游耐热套管与所述辐射管之间的间隙进入所述烟气下游耐热套管与所述辐射管之间的烟气外通道,之后一部分进入所述烟气内循环吸入口,另一部分由所述辐射管烟气出口排出。
8.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述中心筒与所述中心燃气枪之间设置有稳焰器。
9.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述主燃气枪设置有至少一层,每层呈环形布置。
10.如权利要求1所述的一种多级燃烧低氮氧化物辐射管式燃烧器,其特征在于,所述烟气下游耐热套管包括至少一个,每个所述烟气下游耐热套管同径向后依次布置。
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CN114234190A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-25 | 中科卓异环境科技(东莞)有限公司 | 一种多孔介质燃烧器及燃烧方法 |
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- 2021-03-01 CN CN202110224731.4A patent/CN112856419A/zh active Pending
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