CN201425301Y - 低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器由燃气喷嘴(1)、烧嘴砖(4)及空气调节蝶阀(2)组成，燃气喷嘴位于燃烧器中心轴上，其底部喷头具有N组发散燃气喷孔(14)和N－1组直射燃气喷孔(13)，在相邻的两个发散燃气喷孔间具有一组直射燃气喷孔，与发散形喷孔对应的烧嘴砖上有N个宽火道，在相邻的两个宽火道之间具有一个窄火道，每个窄火道外侧是向燃烧器中轴线倾斜向上的收缩坡道(11)，该收缩坡道的下端部与炉顶/壁耐火层表面(9)平齐并高于两个宽火道(7)的底沿。本实用新型成功有效地在扁平火焰燃气燃烧器上实施了分段(级)送风、浓淡燃烧和烟气内部再循环的三项降低NOx排放的技术措施，使NOx排放量大幅度降低，低于国家排放标准值。

Description

低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器

技术领域

本实用新型属于燃烧器技术领域，主要涉及的是一种低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器。适用于石油化工管式加热炉、工业窑炉、电站锅炉及其它各种利用燃料气燃烧提供热量的设备。

背景技术

在石油、石化、冶金、机械、电力等行业需要很多利用燃料气燃烧提供热量的加热炉、窑炉或锅炉，其中的燃烧设备——称为燃烧器，都或多或少地产生一种对人体健康、大气环境十分有害的污染物——NOx(包括NO、NO₂等)。NOx的排放正受到世界各国普遍的关注，已经或正在制定越来越严格的标准控制NOx的排放。

采用低NOx排放燃烧器减少NOx排放是目前最为简单、经济、快捷的方法，无论是新建加热炉还是旧加热炉改造都可以采用，并且能够取得明显的效果，满足严格的排放控制标准。因此，国内外许多机构都在研究开发各种不同形式的低NOx排放燃烧器。

因为NOx的生成与火焰温度成指数变化关系，即随着火焰温度的升高，燃烧生成的NOx量成指数倍增加。所以，低NOx排放燃烧器大多采用降低燃烧火焰峰值温度的技术手段，例如：

(1)分段(级)燃烧技术：包括燃料分段燃烧和空气分段燃烧，使燃料与空气的燃烧反应处于远离其化学当量比的状态，降低火焰温度，是目前大多数低NOx燃烧器采用的技术。

(2)烟气再循环，通过外部机构(外部再循环)或利用流体内部机制(内部再循环)将相对低温的炉内烟气引入火焰，降低火焰温度，也为许多低NOx燃烧设备采用。

(3)浓淡燃烧技术：是使一部分燃料在空气不足条件下燃烧，即燃料过浓燃烧；而另一部分燃料在空气过剩条件下燃烧，即燃料过淡燃烧，保持总空气量不变而两者均远离化学当量比的状态，因而降低火焰温度，多在大型电站锅炉燃烧器上应用。

(4)喷水(蒸汽)降温，即直接向火焰内部喷射液态水或水蒸气，其较低的温度和较大的比热容可以吸收部分热量，降低火焰温度，减少NOx生成，但显然，这一手段将增加额外的能耗并降低装置效率。

分段(级)燃烧技术、烟气内部再循环技术、浓淡燃烧技术都是降低NOx排放的成熟技术，并且变种为诸如烟气再燃烧技术与稀相预混燃烧技术，但在某些诸如功率较小而又要求一定火焰长度、燃烧器数量众多、空间狭小难以布置过多的管线等场合，由于难以对燃气采取预混、分段分级等分配手段，使得这些技术的应用大大受到限制。分段(级)送风就是沿火焰的轴向分阶段向火焰送入助燃空气，使燃料与空气的燃烧反应处于远离其化学当量比的状态，降低反应温度，达到降低NOx生成的目的。但这种配风形式由于混合减弱，因此火焰较长，刚性较弱，也很容易造成不完全燃烧，降低整个装置的热效率。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器。该燃烧器综合采用空气分段(级)燃烧技术、浓淡燃烧技术和烟气内部再循环技术，通过对燃气喷嘴、烧嘴砖的结构改进，实现对燃烧不同阶段、不同位置的空气配送，并利用高速燃气射流的卷吸作用将相对低温的炉内烟气引入火焰内部，以降低火焰温度，减少NOx的生成与排放，并保持较好的火焰形状、稳定性和装置热效率。

本实用新型实现上述目的采取的技术方案是：其由燃气喷嘴、烧嘴砖、空气调节蝶阀组成，燃气喷嘴位于燃烧器中心轴上，其底部喷头具有N组发散燃气喷孔和N-1组直射燃气喷孔，在相邻的两个发散燃气喷孔间具有一组直射燃气喷孔，与发散形喷孔对应的烧嘴砖上有N个宽火道，在相邻的两个宽火道之间具有一个窄火道，每个窄火道外侧为向燃烧器中轴线倾斜向上的收缩坡道，该收缩坡道的下端部与炉顶/壁耐火层表面平齐并高于两个宽火道的底沿，在燃烧器空气进口上设置有空气调节蝶阀。

本发明的基本原理采用分段(级)送风、浓淡燃烧技术和烟气内部再循环技术，但其不是在通常的火焰轴线方向实行，而是沿扁平火焰断面实现的。将沿扁平火焰断面分成多个不同的燃烧区域，在一个燃烧区域形成一个分段(级)送风的火焰，此区域为空气过剩的过淡燃烧；而在其相邻的燃烧区域形成烟气内部再循环区，并且此区域为空气不足的过浓燃烧。燃气射流沿火焰断面形成“驻波”形式的，即宽窄相间的燃烧区域，在每两个“波腹”之间的“波节”区域，高速燃气射流的卷吸作用将相对低温的炉内烟气引入，形成烟气内部再循环区，烟气与火焰高温气流混合，起到降低火焰温度的作用。并且此区域风道狭窄，风量很小，形成空气不足的过浓燃烧。在每两个“波节”之间的“波腹”区域，风道宽阔，风量很大，形成空气过剩的过淡燃烧。

本发明的燃烧器烧嘴砖内流道分成与燃烧区域对应、数量相同的N个宽火道和N-1个窄火道，对应每个宽火道燃气喷嘴喷射出一束发散的燃料射流，并随之送入一定量的一次助燃空气流，二次空气流在宽火道出口处送入二次空气，空气流量远超过这部分燃料燃烧所需的空气量。在每两个宽火道之间为窄火道，窄火道数量为N-1个，这种窄火道比上述的宽火道窄且短，由此通过的空气流量远小于这部分燃料燃烧所需的空气量。并且在这个窄火道外侧形成朝向火焰中心轴线、倾斜朝向燃气射流上游的收缩坡道，该坡道下端部与炉顶/壁耐火层表面平齐并高于两个宽火道的底沿，使炉内烟气沿此坡道进入火焰中心部位。

本发明为低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器，用于以燃气为燃料、小功率、形成扁平火焰的燃烧器。通过对扁平火焰燃气燃烧器中燃气喷嘴及烧嘴砖的改进，成功有效地在扁平火焰燃气燃烧器上实施了分段(级)送风、浓淡燃烧和烟气内部再循环的三项降低NOx排放的技术措施，可使NOx排放量大幅度降低，远低于国家排放标准值。并且，比较其它此类低NOx燃气燃烧器，本专利燃烧器的结构与配管形式简单、占用空间小，火焰结构稳定性、燃烧稳定性和炉子热效率都有一定程度的改善。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1A-A的剖面图，显示宽火道的结构。

图3是图1B-B的剖面图，显示窄火道的结构。

图4是图1的仰视图。

图中：1、燃气喷嘴，2、空气调节蝶阀，3、空气进口，4、烧嘴砖，5、发散燃气射流，6、直射燃气射流，7、宽火道，8、二次风出口，9、炉(壁)顶耐火层表面，10、窄火道，11、收缩坡道，12、循环烟气，13、直射燃气喷孔，14、发散燃气喷孔。

具体实施方式

本实用新型所述的燃烧器可用于炉顶向下燃烧、用于炉底向上燃烧或用于炉侧壁水平燃烧。下面以炉顶向下燃烧的顶部燃烧器为例加以说明：

如图1结合图2-3所示，该燃烧器由燃气喷嘴1、烧嘴砖4、空气调节蝶阀2组成。燃气喷嘴1位于燃烧器中心轴上，其底部喷头的喷孔分成N组发散燃气喷孔14和N-1组直射燃气喷孔13，本实施例为三组发散形喷孔和二组直射形喷孔。发散形喷孔14由几个不同方向的喷孔组成一组，喷出的气流与燃烧器中轴线有一定角度且对称布置；直射形喷孔13喷出的气流与燃烧器中轴线平行。燃气喷嘴1可以喷出N束发散燃气射流5，形成火焰断面的“波腹”。火焰断面的“波腹”数量根据燃烧器的用途与负荷的大小确定，可以分成2、3、4、5、6、……N个。发散射流束数量为与烧嘴砖4宽火道相同数量的N束，每束发散射流对应一个烧嘴砖4的宽火道，发散角与烧嘴砖4的宽火道匹配。在每两束发散的燃气射流之间对应的“波节”处，喷出的直射燃气射流6共N-1束，形成火焰断面的“波节”，用其引射卷吸炉内烟气。与直射燃气射流对应的烧嘴砖4上有N-1个窄火道10，每个窄火道夹在两个宽火道之间，窄火道数量为N-1个。两个窄火道外侧是向燃烧器中轴线倾斜向上的收缩坡道11(收缩坡道是夹在两个宽火道之间的一个槽形通道)，收缩坡道的下端部与炉顶(壁)耐火层表面9平齐并高于相邻两个宽火道7的底沿，以使炉内烟气沿此进入火焰内部，实现烟气再循环。对应每一个宽火道出口有一个二次风出口8，实现分段(级)送风。此外，在燃烧器空气进口3上设置有空气调节蝶阀2，有效控制过剩空气，提高燃烧效率，降低了NOx的排放量。一、二次风比例由内部流动机制自动调节，简化调节手段。

使用时，燃料气进入燃气喷嘴1后从喷嘴头直射燃气喷孔13喷出直射燃气射流6，从喷嘴头发散燃气喷孔14喷出发散燃气射流5，形成断面形式为“驻波”形式即宽窄相间的燃烧区域。燃料气燃烧所需要的空气从空气进口3由鼓风机强制送入(称为强制通风)，或由加热炉内外的压力差自然吸入(称为自然通风)，空气流量由空气调节蝶阀2进行调节控制。发散燃气射流5与一次风在烧嘴砖4上的宽火道7内混合燃烧，二次风在宽火道7接近出口处的二次风出口8喷出，混入火焰参与燃烧。直射燃气射流6与一次风在窄火道10内混合燃烧并高速从窄火道10口喷出，高速喷出的燃烧火焰卷吸加热炉内部的烟气沿收缩坡道11进入火焰，这部分烟气称为循环烟气12，因为这些烟气是燃气燃烧生成的并充斥了由炉顶耐火层表面9和周围炉墙包围的整个炉膛。

Claims (2)

1、一种低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器，包括燃气喷嘴(1)、烧嘴砖(4)及空气调节蝶阀(2)，其特征是：所述燃气喷嘴(1)位于燃烧器中心轴上，其底部喷头具有N组发散燃气喷孔(14)和N-1组直射燃气喷孔(13)，在相邻的两个发散燃气喷孔间具有一组直射燃气喷孔(13)，与发散形喷孔(14)对应的烧嘴砖(4)上有N个宽火道(7)，在相邻的两个宽火道之间具有一个窄火道(10)，每个窄火道外侧是向燃烧器中轴线倾斜向上的收缩坡道(11)，该收缩坡道的下端部与炉顶/壁耐火层表面(9)平齐并高于两个宽火道(7)的底沿。

2、根据权利要求1所述的低NOx排放扁平火焰燃气燃烧器，其特征是：所述的发散形喷孔(14)由几个不同方向的喷孔组成一组，喷出的气流与燃烧器中轴线有一定角度且对称布置，直射形喷孔(13)喷出的气流与燃烧器中轴线平行。

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