CN113108277A - 一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器 - Google Patents

一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，包括火盆砖、筒体组件、燃气枪组件和点火枪组件，火盆砖安装在筒体组件的一端，筒体组件另一端设置有底板和调风口，燃气枪组件和点火枪组件的一端安装在底板上，另一端向火盆砖延伸，燃气枪组件包括外枪和中心枪，中心枪的另一端延伸到火盆砖内，外枪的另一端延伸到火盆砖的外侧且沿火盆砖周向布设，任一外枪的另一端设置有用于增大燃烧火焰面积的多个外枪喷管。本发明可以很好地利用现有的炉膛空间解决火焰过于集中问题，从而可以降低NOx、CO排放。

Description

一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器
技术领域
本发明属于锅炉燃烧技术领域，具体为一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器及方法。
背景技术
随着社会科技的进步，人们环保意识的增强和社会环保治理力度的增加，我国对大气污染物规定的排放值日趋严格。目前，我国大部份地区都在执行锅炉低NOx排放要求，对于现有锅炉，鼓励并奖励进行低氮燃烧器改造，使NOx排放值降低至50mg/Nm3以下，对于新建锅炉，特别制定了NOx的排放浓度要求为30mg/Nm3以下的环保奖励标准。
现有中、小型锅炉由于当时设计没考虑低NOx排放和环保要求，只从节能效果考虑，炉膛面积设计偏小，特别是燃烧器喉口安装位置偏小，不利于现有一般低NOx燃烧器的安装；可国家环保政策势在必行，现有的一大批中、小型锅炉必须改造。为了适合这一市场，一种专门适合于现有中、小型锅炉改造的超低NOx、CO排放燃气燃烧器成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，包括火盆砖、筒体组件、燃气枪组件和点火枪组件，所述火盆砖安装在所述筒体组件的一端，所述筒体组件另一端设置有底板和调风口，所述燃气枪组件和点火枪组件的一端安装在所述底板上，另一端向所述火盆砖延伸，所述燃气枪组件包括外枪和中心枪，所述中心枪的另一端延伸到所述火盆砖内，所述外枪的另一端延伸到所述火盆砖的外侧且沿所述火盆砖周向布设，任一所述外枪的另一端设置有用于增大燃烧火焰面积的多个外枪喷管。
进一步的，所述外枪喷管包括主体喷管和外旋喷管，所述主体喷管和外旋喷管的端部安装有喷嘴，所述主体喷管转动安装在所述底板上，所述外旋喷管安装在所述主体喷管上，所述外旋喷管设置为通过随同所述主体喷管转动而远离所述火盆砖。
进一步的，所述外旋喷管的端部沿着所述筒体组件的轴向延伸设置，所述火盆砖的侧壁上贯通设置有倾斜孔，所述倾斜孔朝向所述外旋喷管的喷嘴设置。
进一步的，所述筒体组件包括外筒和用于插接到炉膛安装孔内的火盆砖固定套，所述火盆砖安装在所述火盆砖固定套内，所述外旋喷管转动到贴合所述火盆砖的外壁时，周向布设的所述外旋喷管的外径小于所述炉膛安装孔的外径。
进一步的，所述外筒和火盆砖固定套之间设置有用于固定安装在炉膛上的顶板，所述顶板位于所述外筒内设置有用于形成强烈旋流风的旋流器。
进一步的，所述火盆砖的内壁沿着轴线方向设置有便于空气形成涡流的波浪形结构。
进一步的，所述火盆砖的外径沿着火焰喷出方向呈塔状结构，所述主体喷管的喷嘴沿着所述火盆砖的轴向喷射以使所述火盆砖的外侧形成负压区。
进一步的，所述中心枪包括中心混合喷嘴、引射管、引射扩管和中心枪管，所述中心枪管安装在所述底板上且与所述外枪的一端连接，另一端延伸到所述引射扩管的开口端内，所述引射扩管安装在所述引射管的一端，所述中心混合喷嘴安装在所述引射管的另一端。
进一步的，所述顶板上设置有用于外枪定位导向的定位导向块，所述定位导向块内设置有锥形孔，所述外枪上设置有用于与所述锥形孔匹配的锥形块。
进一步的，所述点火枪组件包括外枪管和安装在所述外枪管内的双电极点火枪和燃料气管，所述外枪管安装在底板上，所述燃料气管一端的燃气喷嘴靠近所述双电极点火枪的点火信号杆，所述燃料气管另一端设置有空气连接管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的可旋转的燃气枪很好地解决了锅炉炉膛的炉膛安装孔(安装燃烧器喉口)偏小的问题，能很好地利用现有的炉膛空间解决火焰过于集中问题，中心枪采用预混式燃烧和扩散式燃烧于一体技术，使燃烧稳定可靠，在任何恶劣的环境中都能稳定燃烧不熄火；特殊筒体结构使每支可旋转的燃气外枪都能旋转一百度，为了方便维护，每支枪都能自动抽出和插入，并有导向定位装置使每支枪插入都能自动安装到位；
本发明的多层次波浪形宝塔状火盆砖，燃气枪内外喷头在火盆砖内外形成了对应的喷射，形成燃料的分级燃烧，及内外喷头的合理的燃料配比，控制了燃烧器火焰中局部浓度，实现燃料的过浓、过淡燃烧，实现低NOx燃烧排放；可旋转燃气外枪，由4～N支高度不一、错位排列燃气枪组成，并均布在燃烧器火盆砖外，燃烧时，火焰在火盆砖上分布更均匀，并降低了火焰高度，达到燃料与空气分级、富氧燃烧、厌氧燃烧、烟气内循环、燃料与燃料分级的效果，降低NOx产生，并且有效避免了一氧化碳产生；
本发明点火枪组件具有双保险、抗干扰、抗湿、抗酸，能在任何恶劣环境都能自动点火，解决了在酸性、潮湿环境中电极失效无法点火的世界难题。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器的结构示意图；
图2是图1的B向视图；
图3是图1的A向安装视图；
图4是图1的A向运行视图；
图5是本发明优选实施例公开燃烧器的筒体的主视图；
图6是图5的C向视图；
图7是本发明优选实施例公开燃烧器的外枪的主视图；
图8是本发明优选实施例公开燃烧器的点火枪组件的主视图；
图9是本发明优选实施例公开燃烧器的点火枪组件的俯视图；
图10是本发明优选实施例公开燃烧器的火盆砖的主视图；
图11是本发明优选实施例公开燃烧器的火盆砖的俯视图。
图例说明：
1、火盆砖；11、倾斜孔；12、波浪形结构；
2、筒体组件；21、火盆砖固定套；22、旋流器；23、外筒；24、定位导向块；25、观火孔；26、助燃风电动调节阀；27、底板；28、调风口；29、顶板；
3、点火枪组件；31、外枪管；32、双电极点火枪；321、点火信号杆；322、陶瓷管；323、点火电极压板；324、点火电极接头；33、燃气喷嘴；34、燃料气管；35、密封板；36、连接法兰；37、空气连接管；38、固定连接板；
4、燃气枪组件；41、外枪；411、主体喷管；412、外旋喷管；413、主体喷嘴；414、外旋喷嘴；415、外枪密封垫片；416、外枪固定板；417、外枪固定卡位套；418、球面密封连接螺母；419、锥形块；42、中心枪；421、中心混合喷嘴；422、引射管；423、引射扩管； 424、中心枪管；425、中心枪固定板；43、金属软管；44、进燃料气连接法兰；45、燃气枪连接枪管；46、连接管；
5、火检组件；
6、炉膛；61、炉膛安装孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-11所示，本发明公开了一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，包括火盆砖1、筒体组件2、点火枪组件3和燃气枪组件4，火盆砖1由AL2O3＞80％浇注料通过模具浇注而成，并经过260℃预烘干。火盆砖1安装在筒体组件2的一端，筒体组件2另一端设置有底板27和调风口28，底板27焊接在筒体组件2的底部，调风口28设置在筒体组件2 底部的一侧，上安装有助燃风电动调节阀26，从而能通过空燃比自动调节助燃气的大小。助燃风电动调节阀26可以连接空气和FGR循环烟气，FGR循环烟气通过FGR循环烟气系统组件实现，其中，FGR循环烟气系统组件包括烟道、弯头、阀门、引风机、保温层、膨胀节、法兰等组成，烟气管道一端通过筒体中间进入到助燃空气腔，另一端接弯头、阀门、膨胀节再与引风机相连，引风机进口通过烟道与预热器烟管相连，从预热器烟管抽10％～25％的烟气进入助燃空气腔与助燃空气混合形成烟气再循环，稀释空气氧含量，抑制NOx的生成。
燃气枪组件4和点火枪组件3的一端安装在底板27上，另一端向火盆砖1延伸。观火孔 25等火检组件5安装在底板27上，方便看火。燃气枪组件4包括外枪41和中心枪42，中心枪42的另一端延伸到火盆砖1内，外枪41的另一端延伸到火盆砖1的外侧且沿火盆砖1周向布设，通常设置为4～N支，任一外枪41的另一端设置有用于增大燃烧火焰面积的多个外枪喷管。具体的，如图7所示，外枪喷管包括主体喷管411和外旋喷管412，主体喷管411 为直管，而外旋喷管412为“L”形结构，从而整体形成特殊的Y字型。主体喷管411和外旋喷管412均采用不锈钢管，主体喷管411的端部安装有主体喷嘴413，外旋喷管412的端部安装有外旋喷嘴414，均采用耐高温材料(Cr25Ni20)喷头。主体喷管411转动安装在底板 27上，外旋喷管412安装在主体喷管411的端部上，外旋喷管412设置为通过随同主体喷管 411转动而远离火盆砖1。此外，主体喷管411的底部设置有外枪密封垫片415、外枪固定板 416、外枪固定卡位套417和球面密封连接螺母418，通过球面密封连接螺母418可以实现转动过程中的密封。而外枪固定板416可以用于固定安装在底板27上。
为了方便燃烧器的外枪41能通过锅炉安装燃烧器喉口进入炉膛6，在安装前，可旋转的外枪41都隐藏在火盆砖1的外侧壁上。燃烧器安装完后，每支可旋转的外枪41向外旋转一百度即可，这样能更好地利用现有的炉膛6的空间，使燃烧火焰更分散，达到多点分散燃烧效果，尽可能地有效利用锅炉炉膛6中的火焰，降低火焰平均温度和峰值温度，从而降低NOx 的生成。
在具体设置时，中心枪42占总燃料气比为15％～25％，而与之混合的空气却是总量80％左右，一级燃烧在极大的过剩空气量下进行，火焰温度低，NOx的生成量也低，这样形成富氧分散燃烧；外枪41占总燃料比为75％～85％，而与之混合的空气却是总量20％左右，产生厌气燃烧。同时在火盆砖1外周围形成多层次火焰，最大限度利用炉膛6空间，使燃气能在整个燃烧室尽可能大的空间里燃烧，使得炉膛6内各个部分的热负荷均匀，同时经一级燃烧后的空气烟气混合物中，氧浓度已降低，而二级燃料烧嘴还将炉内的烟气卷吸入燃烧区，多种因素一起降低了火焰平均温度和峰值温度，从而降低NOx的排放，并且有效避免了一氧化碳产生，燃烧稳定可靠，从而达到燃料与空气分级、燃料与燃料分级的效果，降低NOx产生。
在本实施例中，外旋喷管412的端部沿着筒体组件2的轴向延伸设置，火盆砖1的侧壁上贯通设置有倾斜孔11，倾斜孔11朝向外旋喷管412的喷嘴设置。中心枪42喷射燃烧后，火焰均匀扩散至每个倾斜孔11，并形成稳定又均匀的环形圆柱状火焰，保证火焰稳定燃烧；同时助燃空气通过这些倾斜孔11进入到火盆砖1外侧参与燃烧。
在本实施例中，如图5所示，筒体组件2包括外筒23和用于插接到炉膛安装孔61内的火盆砖固定套21，外筒23焊接在火盆砖固定套21的底部，火盆砖1通过螺栓安装在火盆砖固定套21内，底板27和火盆砖固定套21经数控机床精加工，从而保证可旋转的外枪41垂直无偏差，为了维修方便，特设计底板27与外筒23用螺栓连接，每支外枪41都可从外筒 23中自由地抽出来。当外旋喷管412转动到贴合火盆砖1的外壁时，周向布设的外旋喷管412 的外径小于炉膛安装孔61的外径。
在本实施例中，外筒23和火盆砖固定套21之间设置有用于固定安装在炉膛6上的顶板29，顶板29位于外筒23内设置有用于形成强烈旋流风的旋流器22，从而方便燃气与空气更均匀地混合，从而形成涡流旋转飘逸的火焰。
在本实施例中，火盆砖1的内壁沿着轴线方向设置有便于空气形成涡流的波浪形结构12，进一步方便燃气与空气更均匀地混合，从而形成涡流旋转飘逸的火焰，火盆砖1的外径沿着火焰喷出方向呈塔状结构，主体喷管411的喷嘴沿着火盆砖1的轴向喷射以使火盆砖1的外侧形成负压区，从而携带炉膛烟气形成强大烟气回流，降低NOx产生。
在本实施例中，如图7所示，中心枪42包括中心混合喷嘴421、引射管422、引射扩管423和中心枪管424，中心枪管424的底部连通设置有燃气枪连接枪管45，通过中心枪固定板425安装在底板27，燃气枪连接枪管45的周向设置有多个连接管46，连接管46通过金属软管43与外枪41的底部连接，同时，燃气枪连接枪管45的端部安装有进燃料气连接法兰 44，另一端延伸到引射扩管423的开口端内，引射扩管423安装在引射管422的一端，中心混合喷嘴421安装在引射管422的另一端。从而，燃料气中心枪管424、引射扩管423进入引射管422，空气由引射扩管423经燃料气的抽力与燃料气混合一起进入引射管422再进入特殊结构的中心混合喷嘴421进行燃烧，产生圆形蓝色稳定的火焰，保证燃烧室稳定性。同时，顶板29上设置有用于外枪41定位导向的定位导向块24，定位导向块24内设置有锥形孔，外枪41上设置有用于与锥形孔匹配的锥形块419，通过锥形块419和锥形块419的锥形孔，从而确保外枪41的精确定位。
在本实施例中，如图8和9所示，点火枪组件3包括外枪管31和安装在外枪管31内的双电极点火枪32和燃料气管34，双电极点火枪32的主体结构为陶瓷管322，通过点火电极压板323压接固定，点火信号杆321的主要部分埋设在陶瓷管322内，外枪管31的一端贯穿底板27延伸到中心混合喷嘴421处，并通过端部的连接法兰36安装在底板27上，连接法兰 36和底板27之间设置有密封板35密封，燃料气管34一端的燃气喷嘴33靠近双电极点火枪 32的点火信号杆321，双电极点火枪32的另一端安装在外枪管31另一端的固定连接板38上，同时，双电极点火枪32的另一端的末尾安装有点火电极接头324，燃料气管34另一端设置有空气连接管37，此处的点火枪组件3的点火信号杆321和燃料气管34的喷嘴都设置在外枪管31的内部，具有双保险、抗干扰、抗湿、抗酸，能在任何恶劣环境都能自动点火，解决了在酸性、潮湿环境中电极失效无法点火的难题。此外，还设计有自动点火系统、自动火焰监测系统、自动吹扫系统和自动切断连锁系统(图上未示出)，一旦火焰异常，自动火焰监测系统就能在同一时间检测到并把这一信号传到自动切断连锁系统，自动切断连锁系统就能在同一时间切断燃料气并关闭阀门，等到异常处理好再进行自动吹扫系统和自动点火系统，从而保证锅炉和燃烧器安全可靠运行。
其中，燃烧器的工作过程如下：
空气和FGR循环烟气经过助燃风调节阀再通过旋流器22，使进入炉膛6的空气形成旋流风与每支枪喷出的燃料气进行充分混合形成涡旋火焰，由于特殊的火盆砖1和枪的多层次分布，形成多层次涡流旋转火焰；在正常工况状态下，先开点火枪组件3，点火枪组件3喷出来的燃气燃烧，形成稳定中心火焰，为整体燃烧装置提供稳定燃烧所需要的根部火源，然后再开燃气阀和空气阀，引燃内圈多层次枪燃烧，在火盆砖1的内圈形成多圈火焰，中心枪42 燃料气与空气经过充分预混从特制的中心混合喷嘴421无数个小孔中喷出，形成一个中心火焰圈，火焰圈沿着火盆砖1向上与旋流风充分混合进行浓淡燃烧；同时内圈小部份火焰从火盆砖1斜孔窜出引燃外枪41，炉膛6内部烟气因火盆砖1台阶和斜面的特殊结构而形成负压区，从而形成烟气内循环，使燃气充分燃烧，实现尽可能地有效利用炉膛6空间中的火焰，稀释炉膛6氧含量，使得产生的NOx极少。
对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，包括火盆砖(1)、筒体组件(2)、点火枪组件(3)和燃气枪组件(4)，所述火盆砖(1)安装在所述筒体组件(2)的一端，所述筒体组件(2)另一端设置有底板(27)和调风口(28)，所述燃气枪组件(4)和点火枪组件(3)的一端安装在所述底板(27)上，另一端向所述火盆砖(1)延伸，其特征在于，所述燃气枪组件(4)包括外枪(41)和中心枪(42)，所述中心枪(42)的另一端延伸到所述火盆砖(1)内，所述外枪(41)的另一端延伸到所述火盆砖(1)的外侧且沿所述火盆砖(1)周向布设，任一所述外枪(41)的另一端设置有用于增大燃烧火焰面积的多个外枪喷管。
2.根据权利要求1所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述外枪喷管包括主体喷管(411)和外旋喷管(412)，所述主体喷管(411)和外旋喷管(412)的端部安装有喷嘴，所述主体喷管(411)转动安装在所述底板(27)上，所述外旋喷管(412)安装在所述主体喷管(411)上，所述外旋喷管(412)设置为通过随同所述主体喷管(411)转动而远离所述火盆砖(1)。
3.根据权利要求2所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述外旋喷管(412)的端部沿着所述筒体组件(2)的轴向延伸设置，所述火盆砖(1)的侧壁上贯通设置有倾斜孔(11)，所述倾斜孔(11)朝向所述外旋喷管(412)的喷嘴设置。
4.根据权利要求2所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述筒体组件(2)包括外筒(23)和用于插接到炉膛安装孔(61)内的火盆砖固定套(21)，所述火盆砖(1)安装在所述火盆砖固定套(21)内，所述外旋喷管(412)转动到贴合所述火盆砖(1)的外壁时，周向布设的所述外旋喷管(412)的外径小于所述炉膛安装孔(61)的外径。
5.根据权利要求4所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述外筒(23)和火盆砖固定套(21)之间设置有用于固定安装在炉膛(6)上的顶板(29)，所述顶板(29)位于所述外筒(23)内设置有用于形成强烈旋流风的旋流器(22)。
6.根据权利要求1-5任一所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖(1)的内壁沿着轴线方向设置有便于空气形成涡流的波浪形结构(12)。
7.根据权利要求1-5任一所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖(1)的外径沿着火焰喷出方向呈塔状结构，所述主体喷管(411)的喷嘴沿着所述火盆砖(1)的轴向喷射以使所述火盆砖(1)的外侧形成负压区。
8.根据权利要求1所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述中心枪(42)包括中心混合喷嘴(421)、引射管(422)、引射扩管(423)和中心枪管(424)，所述中心枪管(424)安装在所述底板(27)上且与所述外枪(41)的一端连接，另一端延伸到所述引射扩管(423)的开口端内，所述引射扩管(423)安装在所述引射管(422)的一端，所述中心混合喷嘴(421)安装在所述引射管(422)的另一端。
9.根据权利要求5所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述顶板(29)上设置有用于外枪(41)定位导向的定位导向块(24)，所述定位导向块(24)内设置有锥形孔，所述外枪(41)上设置有用于与所述锥形孔匹配的锥形块(419)。
10.根据权利要求1-5任一所述的中、小型锅炉超低NOx、CO排放燃气燃烧器，其特征在于，所述点火枪组件(3)包括外枪管(31)和安装在所述外枪管(31)内的双电极点火枪(32)和燃料气管(34)，所述外枪管(31)安装在底板(27)上，所述燃料气管(34)一端的燃气喷嘴(33)靠近所述双电极点火枪(32)的点火信号杆(321)，所述燃料气管(34)另一端设置有空气连接管(37)。
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