CN114234177B - 超低氮燃烧系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低氮燃烧系统及其工作方法。系统包括：燃烧器、主燃烧室和辅燃烧室；燃烧器包括主燃气系统、辅燃气系统和多个预混器；主燃气系统包括多个主喷嘴，用于向预混器内喷射燃气，燃气与空气进入预混器组成混和气流出；主燃烧室设置在预混器出口处，混和气在其中完成燃烧；辅燃烧室设置在主燃烧室下游；辅燃气系统包括多个辅喷嘴，用于向辅燃烧室内喷射燃气并在其中完成燃烧。本发明的有益效果包括：(1)采用分段燃烧的方式，上游为贫燃预混燃烧，下游为惰性烟气参与燃烧，极大降低燃烧温度，抑制NOx的生成。(2)在主燃烧室内完成燃烧，火焰短而均匀，可极大提高换热效率。

Description

超低氮燃烧系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及低氮燃烧技术领域，具体涉及一种超低氮燃烧系统及其工作方法。

背景技术

国家环保政策日趋严格，对锅炉氮氧化物排放要求也越来越高。对于燃气的燃烧来说，NOx的生成机理主要是热力型，即当火焰温度足够高，会破坏N2共价键得到游离的N离子，与氧原子结合形成NOx。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，为抑制NOx的生成，提供一种超低氮燃烧系统及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，提供一种超低氮燃烧系统，包括：燃烧器、主燃烧室和辅燃烧室；所述燃烧器包括主燃气系统、辅燃气系统和多个预混器；所述主燃气系统，包括用于分别向所述多个预混器内喷射燃气的多个主喷嘴；所述预混器，设有入口和出口，空气与所述主喷嘴喷射的燃气由其入口进入，组成混和气由其出口流出；所述多个预混器围绕所述燃烧器的中轴线分布；所述主燃烧室，设置在所述燃烧器下游，位于所述预混器出口处，所述预混器流出的混和气在其中完成燃烧；所述辅燃烧室，设置在所述主燃烧室下游；所述辅燃气系统，包括多个辅喷嘴，用于向所述辅燃烧室内喷射燃气并在其中完成燃烧。

可选的，所述预混器包括外管和套设在所述外管内的隔离管，所述隔离管与所述外管之间的夹层构成预混通道，所述主喷嘴喷射的燃气与空气在所述预混通道内完成掺混，组成混合气。

可选的，所述预混通道内设置旋流片，用于强化燃气与空气的掺混。

可选的，所述预混器入口设置导流体，所述导流体为锥形，其尖端朝向所述预混器入口，所述主喷嘴向其尖端喷射燃气，燃气流过锥面后分散进入所述预混通道。

可选的，所述外管的入口为喇叭口。

可选的，所述主燃烧室的出口为缩口。

第二方面，提供一种如第一方面所述的超低氮燃烧系统的工作方法，包括：向各预混器内供给空气，并通过主燃气系统的主喷嘴向预混器内射入燃气，燃气与空气在预混器内完成混合组成混合气；混合气从各预混器流出，在主燃烧室完成内燃烧，内燃烧为贫燃预混燃烧；内燃烧产生含有大量氧气的热烟气，从主燃烧室出口流出进入辅燃烧室；辅燃气系统通过辅喷嘴向辅燃烧室喷射燃气，与热烟气发生反应并在辅燃烧室内燃烧，热烟气作为惰性烟气参与燃烧。

可选的，预混器的预混通道内设有旋流片，燃气与空气在预混器内完成混合组成混合气，包括：燃气和空气经过旋流片强化掺混，在预混通道内完成混合，组成的混合气中过量空气系数α＞1.2。

从以上技术方案可以看出，本发明取得的有益效果包括：

（1）采用分段燃烧的方式，上游为贫燃预混燃烧，下游为惰性烟气参与燃烧，可在不改变总体化学当量比的情况下，极大降低燃烧温度，从而抑制NOx的生成。

（2）在主燃烧室内完成燃烧，火焰短而均匀，可极大提高换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一种超低氮燃烧系统的剖视结构图；

图2是本发明实施例一种超低氮燃烧系统的俯视结构图；

图3是本发明实施例一种超低氮燃烧系统的预混器的结构示意图；

图4是本发明实施例一种超低氮燃烧系统的流场示意图；

图5是本发明实施例一种超低氮燃烧系统的立体结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，对本发明方案进行详细的说明。

请参考图1至图5，本发明实施例提供了一种超低氮燃烧系统S1，该系统包括：燃烧器100、主燃烧室200及辅燃烧室300。其中，燃烧器100包括主燃气系统110、辅燃气系统130、多个预混器120。多个预混器120位于燃烧器100的风道101内，围绕燃烧器100的中轴线分布。

主燃气系统110，由第一集气包111及其连接的多个主喷嘴112构成，主喷嘴112用来向预混器120内喷射燃气。

预混器120，包括外管121、隔离管122、锥形的导流体123，外管121入口处为喇叭口，隔离管122套设在外管121内，锥形的导流体123大端连接隔离管，其尖端朝向入口，外管121与隔离管122之间的夹层构成预混通道。主喷嘴112向导流体123的尖端喷射燃气，燃气流过锥面后分散进入预混通道，与空气在预混通道内完成掺混，组成混合气。可选的，预混通道内设旋流片124，用于强化燃气与空气的掺混。

主燃烧室200，设置在所述燃烧器100下游，连接在预混器120出口，主燃烧室200出口为缩口。预混器120流出的混和气在主燃烧室200中完成燃烧，燃烧后的烟气从主燃烧室200出口流出，进入辅燃烧室300。

辅燃烧室300设置在主燃烧室200下游。

辅燃气系统130，由第二集气包131及其连接的多个辅喷嘴132构成，用于向辅燃烧室300内喷射燃气并在其中完成燃烧。

本发明实施例超低氮燃烧系统的工作方法包括：

通过风道101向各预混器120内供给空气，并通过主燃气系统110的主喷嘴112向预混器内射入燃气，燃气在流过导流体123的锥面后分散进入预混通道，本阶段供入过量的空气使过量空气系数α＞1.2，经过旋流片124强化掺混后燃气与空气在外管121与隔离管122之间的夹层构成预混通道内完成充分混合，组成混合气。

混合气从各预混器120流出，在主燃烧室200完成内燃烧，由于空气相对过量，该内燃烧为贫燃预混燃烧，燃烧温度低、燃程短，利于抑制NOX生成。内燃烧产生含有大量氧气的热烟气，从主燃烧室200出口流出进入辅燃烧室300。

辅燃气系统130通过辅喷嘴132向辅燃烧室300喷射燃气，与含有大量氧气的热烟气发生反应并在辅燃烧室300内燃烧，热烟气作为惰性烟气参与燃烧。该燃烧过程中，由于大量热烟气的稀释作用，火焰温度低，利于抑制NOX生成。

综上，本发明实施例公开了一种超低氮燃烧系统及其工作方法，通过采用以上技术方案，取得的有益效果包括：

1、上游贫燃预混燃烧，下游惰性烟气参与燃烧，可在不改变总体化学当量比的情况下，降低燃烧温度，抑制NOx的生成。

2、在主燃烧室内完成燃烧，火焰短而均匀，可极大提高换热效率。

3、可以提供10:1至20:1的调节比。

以上，通过具体实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

应当理解，上述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员，可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和保护范围。

Claims (5)

1.一种超低氮燃烧系统，其特征在于，包括：燃烧器（100）、主燃烧室（200）和辅燃烧室（300）；

所述燃烧器（100）包括主燃气系统（110）、辅燃气系统（130）和多个预混器（120）；

所述主燃气系统（110），包括用于分别向所述多个预混器（120）内喷射燃气的多个主喷嘴（112）；

所述预混器（120），设有入口和出口，空气与所述主喷嘴（112）喷射的燃气由其入口进入，组成混和气由其出口流出；所述多个预混器（120）围绕所述燃烧器（100）的中轴线分布；

所述主燃烧室（200），设置在所述燃烧器（100）下游，位于所述预混器（120）出口处，所述预混器（120）流出的混和气在其中完成燃烧；

所述辅燃烧室（300），设置在所述主燃烧室（200）下游；

所述辅燃气系统（130），包括多个辅喷嘴（132），用于向所述辅燃烧室（300）内喷射燃气并在其中完成燃烧；

所述预混器（120）包括外管（121）和套设在所述外管（121）内的隔离管（122），所述隔离管（122）与所述外管（121）之间的夹层构成预混通道，所述主喷嘴（112）喷射的燃气与空气在所述预混通道内完成掺混，组成混合气；

所述预混通道内设置旋流片（124），用于强化燃气与空气的掺混；

所述预混器（120）入口设置导流体（123），所述导流体（123）为锥形，其尖端朝向所述预混器（120）入口，所述主喷嘴（112）向其尖端喷射燃气，燃气流过锥面后分散进入所述预混通道。

2.根据权利要求1所述的超低氮燃烧系统，其特征在于，所述外管（121）的入口为喇叭口。

3.根据权利要求1-2任一所述的超低氮燃烧系统，其特征在于，所述主燃烧室（200）的出口为缩口。

4.一种如权利要求1所述的超低氮燃烧系统的工作方法，其特征在于，包括：

向各预混器（120）内供给空气，并通过主燃气系统（110）的主喷嘴（112）向预混器（120）内射入燃气，燃气与空气在预混器（120）内完成混合组成混合气；

混合气从各预混器（120）流出，在主燃烧室（200）完成内燃烧，内燃烧为贫燃预混燃烧；

内燃烧产生含有大量氧气的热烟气，从主燃烧室（200）出口流出进入辅燃烧室（300）；

辅燃气系统（130）通过辅喷嘴（132）向辅燃烧室（300）喷射燃气，与热烟气发生反应并在辅燃烧室（300）内燃烧，热烟气作为惰性烟气参与燃烧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预混器（120）的预混通道内设置旋流片（124）；所述燃气与空气在预混器（120）内完成混合组成混合气，包括：燃气和空气经过旋流片（124）强化掺混，在预混通道内完成混合，组成的混合气中过量空气系数α＞1.2。