CN204987041U

CN204987041U - 一种低热值高效低氮燃烧器

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Publication number: CN204987041U
Application number: CN201520708893.5U
Authority: CN
Inventors: 张宝源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2025-09-14

Abstract

本实用新型公开了一种低热值高效低氮燃烧器，该高效低氮燃烧器在其径向方向上具有从内向外依次排布的中心管道、中间环形管道和外圈环形管道；其中，中心管道的内部靠近其出口处设有旋流器；中间环形管道的内部靠近其出口处设有第一旋流叶轮；外圈环形管道包括沿径向方向从内向外依次排布的至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道，该至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道的内部靠近其出口处分别对应设有第二旋流叶轮和第三旋流叶轮。本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器的燃气着火速度快、着火稳定性好。通过该燃烧器能够实现燃气的充分燃烧，且燃烧状态稳定，不易发生脱火和回火情况。该燃烧器的NO_X的去除率高，NO_X的排放量少。

Description

一种低热值高效低氮燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种低热值燃烧设备，尤其涉及一种低热值燃气燃烧设备。

背景技术

目前，我国有60多万台的工业锅炉，锅炉在实际应用过程中普遍存在燃烧效率低、燃烧损失大且污染物排放量高等问题。其中，锅炉会生成氮氧化物(NO_x)是危害大且较难处理的大气污染物。随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的颁布，我国对燃煤产生的氮氧化物(NO_x)的排放要求更加严格，减少锅炉烟气中NO_x的排放是工业锅炉烟气治理重要且艰巨的任务。为此，将锅炉所排出的NO_x气体控制在相对较低的水平对于节能减排和环境保护有着十分重要的意义。

在锅炉燃烧过程中生成的NO和NO₂气体合称为NO_x。根据NO_x的生成机理，可将其分为热力型NO_x，燃料型NO_x和快速型NO_x。热力型NO_X是燃烧过程中空气中的氮气在炉膛温度高于1350℃时被大量氧化生成的，因此对于低热值的高炉煤气炭黑尾气锅炉来说，其生成量很小，一般可以忽略不计。燃料型NO_X是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化生成的，占整个燃烧过程中NO_X生成量的90％以上。快速性NO_X是在燃烧初期燃料中的碳氢化合物和空气中的氮气预混燃烧生成的，它的生成时间极短，生成量也不足5％，通常也可以忽略不计。

目前，控制NO_X排放的技术按照作用位置大致可以划分为两大类：第一类是炉内脱氮，其主要是利用相应技术手段，通过控制炉内燃烧过程来降低其NO_X的排放。这类技术手段主要包括：低NO_X燃烧器、空气分级、低氧燃烧、燃料再燃及烟气再循环等。第二类是尾部脱氮，即烟气净化技术，此类技术手段的主要为脱氮方法，其是把尾部烟气中已经生成的NO_X还原，进而降低锅炉内氮氧化物的排放量。这类技术手段主要包括：选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)这两大类。在尾部脱氮的两大技术手段中，SNCR法和SCR法都能够大幅地降低NO_X排放量，但是实现这两大技术手段的设备昂贵，运行费用高、布置要求高。为此，较之于尾部脱氮，炉内脱氮具有适用范围广、经济效益好、脱氮效率高且设备简单等诸多优势。同时，对于排放要求严格而必须采用烟气脱氮控制措施的机组来说，采用炉内脱硝，例如，采用低氮燃烧器，则可以有效地降低烟气脱硝成本。

目前，国内如钢铁企业和炭黑生产企业都会产生大量低热值高炉煤气和炭黑尾气。该类型燃气具有着火温度高，着火浓度范围窄，燃烧稳定性差，容易熄火等缺陷，其适用范围受限，造成大量热能浪费。

CO是高炉煤气、炭黑尾气中的主要可燃成分，占可燃成分的90％以上，它是一种无色无味、高度危害的有毒气体。由于高炉煤气、炭黑尾气等着火温度比焦炉煤气高，着火浓度范围窄，一旦出现压力波动会使得燃烧器脱火，造成炉内熄火，煤气外泄，为此就会酿成重大安全事故。

鉴于此，企业期望获得一种技术方案能够解决高炉煤气燃烧稳定性差、易熄火的问题。同时，该技术方案还能够有效地降低氮氧化物的排放。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低热值高效低氮燃烧器。采用该燃烧器后，燃气着火速度快、着火稳定性好。另外，通过该燃烧器能够实现燃气的充分燃烧，且燃烧状态稳定，不易发生脱火和回火情况。此外，该燃烧器的NO_X的去除率高，NO_X的排放量少。

根据上述实用新型目的，本实用新型提出了一种低热值高效低氮燃烧器，该高效低氮燃烧器在其径向方向上具有从内向外依次排布的中心管道、中间环形管道和外圈环形管道，其中，中心管道的内部靠近其出口处设有旋流器，中间环形管道的内部靠近其出口处设有第一旋流叶轮，外圈环形管道包括沿径向方向从内向外依次排布的至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道，该至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道的内部靠近其出口处分别对应设有第二旋流叶轮和第三旋流叶轮。

较之于利用单一通道进气后点燃并燃烧燃气，本实用新型的高效低氮燃烧器是通过设置多层通道通入燃气和/或其他气体点燃并燃烧。具体地，多层通道包括中心管道、中间环形管道和外圈环形管道，它们沿着高效低氮燃烧器的径向方向从内至外依次排布。也就是说，中心管道设置于中间环形管道内，且中间环形管道设置于外圈环形管道内。可以将燃气和/或其他气体(例如，具有较高温度的燃烧空气)分别通入不同的管道内，使得通入后的燃气能够快速、及时地被点燃，又由于通入的其他气体能够与燃气在炉内形成良好的空气动力场，以此稳定燃气的燃烧状态，避免炉内出现回火或脱火情况。同时，通入的其他气体还可以有利于燃气中的未燃尽气体在高温环境中燃烧而避免生成大量的热力型NO_x。

再者，外圈环形管道也包括有沿径向方向从内向外依次排布的多层环形管道。外圈环形管道的管道层数并不进行严格限制。

另外，在中心管道的内部靠近其出口处设有旋流器有助于形成强烈的旋转扰动，以此在炉内形成更适合于燃烧的空气动力场，燃烧气流的扰动性增强，炉内燃气充分燃烧，燃烧状态更为稳定。在中心管道的内部设置了旋流器的情况下，由于燃气和空气的混合度加强，燃烧强度增大，在炉内的燃烧火炬变短，因此，在具备相同燃烧负荷的前提下可以相应地缩小炉膛的尺寸。与此同时，较小的炉膛尺寸又进一步地提高了燃烧器的燃烧效率和锅炉的热效率。

此外，在中间环形管道的内部设置有第一旋流叶轮，并且在外圈环形管道中的第一外圈环形管道和第二外圈环形管道的内部分别设置第二旋流叶轮和第三旋流叶轮的目的也是在于加强燃气和其他气体的混合，提高燃烧气流的扰动性，以在炉内形成利于持续燃烧的空气动力场，从而实现燃气的快速点燃，且持续、稳定、充分的燃烧。

需要说明的是，本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器对于燃气种类的适应能力强，例如，燃气可以是一氧化碳或烃类气体。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述外圈环形管道还包括设于第二外圈环形管道外围的第三外圈环形管道，在第三外圈环形管道的内部靠近其出口处对应设有第四旋流叶轮。

虽然外圈环形管道的管道层数并不进行严格限制，但就本实用新型的技术方案来说，以设置2-3层的外圈环形管道为宜。为此，在第二外圈环形管道外围设置有第三外圈环形管道，并在第三外圈环形管道的内部靠近其出口处对应地设有第四旋流叶轮，采用这样的设置方式的目的在于提高炉内的燃气和其他气体的混合程度且增加炉内的湍流程度，使得炉内的温度场和燃气场的分布更为均匀，以改善炉内的气流温度的分布和燃气的分布，促使炉内燃气的燃烬，从而使得燃气在有限的燃烧空间内实现充分、稳定的燃烧。

更进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述第一旋流叶轮的叶片旋向与外圈环形管道内设置的旋流叶轮的叶片旋向相反，以增加燃气和空气的混合程度，加强气流的扰动性，形成利于燃烧的良好空气动力场，使得燃气充分燃烧、燃烬。

当外圈环形管道包括第一外圈环形管道和第二外圈环形管道时，第一旋流叶轮的叶片旋向与分别设置于第一外圈环形管道和第二外圈环形管道内的第二旋流叶轮和第三旋流叶轮的叶片旋向均相反。

当外圈环形管道包括第一外圈环形管道、第二外圈环形管道和第三外圈环形管道时，第一旋流叶轮的叶片旋向与分别设置于第一外圈环形管道、第二外圈环形管道和第三外圈环形管道内的第二旋流叶轮、第三旋流叶轮和第四旋流叶轮的叶片旋向都相反。

更进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述各旋流叶轮的叶片与其各自切向方向的夹角的角度值在径向从内向外的方向上依次递减。

各旋流叶轮的叶片与其各自切向方向的夹角的角度的依次递减能够有效防止燃烧过程中的气流偏斜问题，使得燃气和空气混合度加强，从而增强燃烧强度，燃烧火炬变短，进而达到减小炉膛尺寸，并提高锅炉效率的目的。

更进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述角度值依次递减的幅度为5°-10°。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述第一旋流叶轮的叶片与其切向方向的夹角的角度值为25°-55°。

将第一旋流叶轮的叶片与其切向方向的夹角的角度值设置为25°-55°可以在燃烧中心形成负压回流区，保证高温烟气的及时回流，从而保证及时燃气的着火，以及燃烧的稳定性，进而避免出现解决回火和脱火现象。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述中心管道、中间环形管道和外圈环形管道上均设有流量调节阀，上述各流量调节阀与控制PLC连接。

在上述技术方案中，通入中心管道、中间环形管道和外圈环形管道内的燃气和/或其他气体可以根据锅炉的燃烧负荷和燃烧情况进行实时在线、及时自动调节，从而避免了燃气和其他气体的比例失调而导致燃气未燃烬，大大避免了燃料中的未燃烬燃气在高温环境(高于1350℃时)中燃烧而生成大量的热力型NO_x，以从源头上抑制热力型NO_x的生成，从而大幅度地降低锅炉的NO_x排放量。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述中心管道的入口与锅炉热风管道连接。

基于上述技术方案，中心管道内通入的是燃烧空气。具有高强度的旋流且带有一定温度的燃烧空气形成中心负压，有助于通入的燃气被迅速地点燃，并稳定地燃烧。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述中间环形管道的入口与燃气管道连接。

基于上述技术方案，向中间环形管道通入的是燃气。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，上述第一外圈环形管道的入口与锅炉热风管道连接，第二外圈环形管道的入口与锅炉热风管道和再循环烟气管道连接。

基于上述技术方案，向第一外圈环形管道通入的是燃烧空气，具有高强度的旋流且带有一定温度的燃烧空气形成中心负压，以不断地卷吸从第二外圈环形管道通入的再循环烟气。

向第二外圈环形管道通入的是燃烧空气和再循环烟气的混合气体。在此，向第二外圈环形管道通入的再循环烟气可以在控制燃烧初期过剩的氧气量的情况下增加风和燃气之间的扰动，增加燃烧强度，提高锅炉的低负荷稳燃能力。同时，所通入的再循环烟气还可以大幅度地降低燃气在燃烧初期时燃料型NO_X的生成。另外，在燃烧过程中加入的再循环烟气可以增加高温烟气的回流量并制造还原性气氛，保证了燃烧温度，避免熄火、脱火的发生现象，以此提高了燃气的燃烧稳定性。此外，由于通入的再循环烟气会在燃烧后期形成还原性气氛，这样不仅能进一步地抑制NO_X的生成，还能还原部分之前已生成的NO_X，从而降低燃烧过程中NO_X气体的整体排放量，进而实现低热值高效低氮燃烧的目的。

需要说明的是，通入中心管道和通入第一、第二外圈环形管道内的燃烧空气是同源的，也就是说，通入中心管道和通入第一、第二外圈环形管道内的燃烧空气出自于同一管道，该燃烧空气的温度可以设置为200-300℃。

进一步地，在本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器中，第一旋流叶轮为轴向旋流叶轮。

本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器与传统燃烧器相比具有以下优点和有益效果：

1)能够在炉内形成良好的空气动力场，使燃气能迅速、及时、稳定地着火；

2)燃气和空气的混合程度强，燃烧气流扰动性大，炉内燃烧充分；

3)燃烧状态稳定性好，避免了出现回火或脱火现象，运行安全平稳；

4)燃烧火炬变短从而减少了炉膛尺寸大小，进一步提高了燃气的燃烧效率和锅炉的热效率；

5)具备良好的调节性能和负荷适应性；

6)NO_X去除率高，NO_X去除率≥50％，可以将NO_X的排放量可以从960mg/Nm³降低至260-300mg/Nm³。

附图说明

图1为本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器在一种实施方式下的结构示意图。

图2为显示了本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器在其出口处的结构示意图。

图3为图2所示的低热值高效低氮燃烧器沿A-A方向的剖视图。

具体实施方式

以下将根据具体实施例及说明书附图对本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器作进一步说明，但是下列说明并不构成对本实用新型的技术方案的不当限定。

图1显示了本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器在一种实施方式下的结构。

图2和图3分别显示了本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器在其出口处的结构。

如图1和图2所示，本实施方式下的低热值高效低氮燃烧器包括：中心管道11、中间环形管道12、第一外圈环形管道13和第二外圈环形管道14，它们在高效低氮燃烧器的径向方向X上从内向外依次排布，其中，在中心管道11的内部靠近其出口处设置有旋流器15，在中间环形管道12的内部靠近其出口处设置有第一旋流叶轮16，在第一外圈环形管道13的内部靠近其出口处设置有第二旋流叶轮17，在第二外圈环形管道14的内部靠近其出口处则设置有第三旋流叶轮18。

另外，还可以在第二外圈环形管道外围设置第三外圈环形管道，并在第三外圈环形管道的内部靠近其出口处对应地设有第四旋流叶轮，以进一步地加强燃气和空气的混合程度，增强燃烧气流的扰动性，以形成良好的空气动力场。当然，在还可以在第二外圈环形管道外围设置更多层的环形管道也是可行的，例如，在设置第三外圈环形管道外围设置第四外圈环形管道。然而，对于本实用新型的技术方案来说，优选的是设置2-3层的外圈环形管道。

如图2和图3所示，旋流器15具有叶片15a，第一旋流叶轮16的叶片16a旋向与第一外圈环形管道13的第二旋流叶轮17的叶片17a以及第二外圈环形管道14内设置的第三旋流叶轮18的叶片18a旋向正好相反，以进一步地增加燃气和空气的混合程度，加强燃烧气流的扰动性，以形成利于燃烧的良好空气动力场，使得燃气充分燃烧、燃烬。

继续参阅图2和图3，第一旋流叶轮16的叶片16a与其自切向方向的夹角为a；第二旋流叶轮17的叶片17a与其自切向方向的夹角为b；第三旋流叶轮18的叶片18a与其自切向方向的夹角为c。沿着高效低氮燃烧器的径向方向X从内向外，第一旋流叶轮16、第二旋流叶轮17及第三旋流叶轮18的叶片16a，17a，18a，分别与其各自切向方向的夹角的角度值依次递减，也就是说，夹角c＜夹角b＜夹角a。

此外，上述第一旋流叶轮16可以采用轴向旋流叶轮。

在一种优选实施方式下，第一旋流叶轮16的叶片16a与其自切向方向的夹角的角度值为25°-55°。

在一种更为优选实施方式下，角度a，角度b和角度c依次递减的幅度为5°-10°。为此，当第一旋流叶轮16的叶片16a与其自切向方向的夹角a的角度值为25°-55°时，第二旋流叶轮17的叶片17a与其自切向方向的夹角b的角度值为20°-50°，第三旋流叶轮18的叶片18a与其自切向方向的夹角c的角度值为15°-45°。

继续参阅图1和图2，中心管道11的入口与锅炉热风管道连接，用以通入燃烧空气P1，中间环形管道12的入口与燃气管道连接，用以通入燃烧气体P2，第一外圈环形管道13的入口与锅炉热风管道连接，用以通入燃烧空气P3，第二外圈环形管道14的入口则与锅炉热风管道和再循环烟气管道连接，用以通入燃烧空气和再循环烟气的混合气体P4。

通入中心管道和通入第一、第二外圈环形管道内的燃烧空气来自于同一锅炉热风管道，也就是说，通入中心管道和通入第一、第二外圈环形管道中的燃烧空气是同源的，该燃烧空气的温度可以设置为200-300℃。

向第二外圈环形管道通入的再循环烟气的量约占烟气总量的10-20％。

优选地，在上述中心管道、中间环形管道和外圈环形管道上均设有流量调节阀，各流量调节阀与控制PLC连接，以控制分别进入中心管道、中间环形管道、第一外圈环形管道和第二外圈环形管道的气体的流量大小。

需要说明的是，上述实施方式下的低热值高效低氮燃烧器适合于四角切圆旋流燃烧方式，因此，当应用于该燃烧方式时，需要将本实用新型所述的低热值高效低氮燃烧器布置于锅炉炉膛的四角处。

需要注意的是，以上列举的仅为本实用新型的具体实施例，显然本实用新型不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种低热值高效低氮燃烧器，其特征在于：所述高效低氮燃烧器在其径向方向上具有从内向外依次排布的中心管道、中间环形管道和外圈环形管道；其中所述中心管道的内部靠近其出口处设有旋流器；所述中间环形管道的内部靠近其出口处设有第一旋流叶轮；所述外圈环形管道包括沿径向方向从内向外依次排布的至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道，该至少第一外圈环形管道和第二外圈环形管道的内部靠近其出口处分别对应设有第二旋流叶轮和第三旋流叶轮。

2.如权利要求1所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述外圈环形管道还包括设于第二外圈环形管道外围的第三外圈环形管道，所述第三外圈环形管道的内部靠近其出口处对应设有第四旋流叶轮。

3.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述第一旋流叶轮的叶片旋向与外圈环形管道内设置的旋流叶轮的叶片旋向相反。

4.如权利要求3所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，各旋流叶轮的叶片与其各自切向方向的夹角的角度值在径向从内向外的方向上依次递减。

5.如权利要求4所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，角度值依次递减的幅度为5°-10°。

6.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述第一旋流叶轮的叶片与其切向方向的夹角的角度值为25°-55°。

7.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述中心管道、中间环形管道和外圈环形管道上均设有流量调节阀，所述各流量调节阀与控制PLC连接。

8.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述中心管道的入口与燃烧空气管道连接。

9.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述中间环形管道的入口与燃气管道连接。

10.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，所述第一外圈环形管道的入口与燃烧空气管道连接，第二外圈环形管道的入口与燃烧空气管道和再循环烟气管道连接。

11.如权利要求1或2所述的低热值高效低氮燃烧器，其特征在于，第一旋流叶轮为轴向旋流叶轮。