CN212298990U - 一种中心分级燃气低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中心分级燃气低氮燃烧器，通过助燃风外扩、燃料分级、中心设置燃尽风管、燃尽风管外敷烧嘴砖技术手段，实现了低负荷稳燃，均匀燃烧，不产生火焰局部高温区，在没有烟气外循环的情况下，可将NOx降低在30mg/Nm³(3％O2)以下。设置燃尽风管，实现分级配风，让2％‑25％的空气后期配入，进行分级燃烧；间隔布置的值班燃气喷头和主燃气喷头以及再燃燃料喷头，实现燃料分级燃烧；燃尽风管外敷烧嘴砖可稳定低负荷燃烧；助燃风喷口，延迟空气与燃气的预混，使燃烧区高温不集中，同时将高温区引射离开燃烧器轴线几何中心，降低NOx的生成。

Description

一种中心分级燃气低氮燃烧器

技术领域

本实用新型涉及低氮(NOx)燃烧器，特别是涉及一种中心分级燃气低氮燃烧器。

背景技术

随着工业经济的高速发展，环境污染问题也凸显出来。大气污染治理，刻不容缓。在大气治理中，对NOx的排放要求也是越来越严格。燃烧器作为一种重要的燃烧设备，它既要保证燃料的稳定着火和燃料的完全燃烧，也要保证燃烧产物能达标排放。因此，燃烧器性能的好坏对烟气排放是否达标起着至关重要的作用。

燃气燃烧器产生的氮氧化物主要为热力型NOx，在热力型NOx生成过程中，是由空气中的氮在高温条件下氧化而成，生成量的多少主要取决于温度。试验表明，在相同条件下，NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1200℃时，几乎不生成热力型NOx。因此，从热力型NOx的生成机理考虑，对于燃气燃烧器应合理组织燃烧，避免产生燃烧高温区。目前，燃气燃烧器降低NOx手段主要有燃料分级、空气分级、浓淡燃烧和烟气再循环等，在采用烟气外循环的技术手段下，可以将NOx的排放降至30mg/Nm³(3％O₂)以下。但由于采用烟气外循环，需增加烟气再循环风机和相应的管路，增大了电耗和投资成本。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种中心分级燃气低氮燃烧器，在使用天然气做燃料时能够实现在没有烟气外循环的情况下，NOx的排放在30mg/Nm³(3％O₂)以下。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术手段：

一种中心分级燃气低氮燃烧器的总体设计思路是通过分级配风、燃料分级、烟气内循环、降低中心火焰温度技术手段达到低氮目的，烧嘴砖替代常规的旋流稳燃罩实现稳燃。本燃烧器包括中心布置的燃尽风管、烧嘴砖、再燃燃料喷头、导管、再燃气枪、助燃风喷口、值班燃气喷头、主燃气喷头、值班燃气室、主燃气枪、值班燃气室、主燃气室、值班燃气进气管、主燃气进气管、燃烧器壳体、空气分配管、支撑板、燃尽风喷嘴组成。所述的燃尽风管布置在燃烧器中心轴线上；所述烧嘴砖设置在燃尽风管的外面；所述再燃燃料喷头布置在再燃气枪出口端；所述再燃气枪穿过导管中心孔伸入炉膛，导管外部通过支撑板连接在燃尽风管内侧壁上；所述再燃气枪布置在燃尽风管内，由主燃气室引出；所述助燃风喷口连接在燃烧器壳体上，位置在燃尽风管的外圈；所述主燃气喷头和值班燃气喷头布置在燃尽风管的外周圈，燃气喷头分为值班燃气喷头和主燃气喷头，两种燃气喷头间隔布置；所述值班燃气枪由值班燃气室引出，与对应的值班燃气喷头连接；所述主燃气枪由主燃气室引出，与相应的主燃气喷头连接；所述值班燃气室与值班燃气进气管连接；所述主燃气室与主燃气进气管连接；所述值班燃气进气管穿过燃烧器壳体壁处与燃烧器壳体焊接；所述主燃气进气管穿过燃烧器壳体壁处与燃烧器壳体焊接；所述空气分配管焊接在燃烧器壳体靠近燃尽风管端部；所述燃尽风喷嘴通过支撑板连接在燃尽风风管出口端。

进一步的：所述中心燃尽风管，配风率在2％-25％，可分级喷入，喷口速度在35-60m/s。

进一步的：所述烧嘴砖敷设在中心燃尽风管外侧周圈，所述的烧嘴砖的材质为红色耐火砖、碳化硅砖、浇注料、烧嘴砖、陶瓷纤维毯、耐火涂料。厚度2-80mm，长度500-1500mm。

进一步的：再燃燃料喷头和导管采用310S耐高温材质，采用可拆卸式结构，燃尽风可对中心燃气管和导管进行冷却。

进一步的：所述助燃风喷口伸入炉膛内100～300mm，出风口采用收缩喷嘴设计，材质为310S，助燃风喷口和燃烧器中心轴线夹角10-30°。

进一步的：所述燃气分级的值班燃气喷头、主燃气喷头材质310S，可拆卸式结构。

进一步的：所述空气分配管焊接在燃烧器壳体靠近燃尽风管端部，为圆柱形，在柱体周圈设置有两圈出风口。

进一步的：所述燃尽风喷嘴采用310S材质，为圆盘形状，通过螺纹连接在燃尽风管出风口，燃尽风从喷嘴旋流喷入烟气中。

有益效果：

1、本实用新型在分级配风、燃料分级、烟气内循环、降低中心火焰温度的技术手段下，在使用天然气时可不用烟气外循环达到NOx排放在30mg/Nm³(3％O₂)以下。

2、通过设置燃尽风风管，燃尽风管外包烧嘴砖，炉膛换热比常规燃烧器高，燃烧非常稳定。

3、通过设置中心燃气，实现一部分燃料分级；通过设置间隔布置的值班燃气喷头和主燃气喷头，实现燃料分级；值班燃气喷头设计燃气量约占整个燃气量的2～15％，主要喷射在燃烧器根部，有一路燃气喷射在烧嘴砖上，火焰稳定。

4、主燃气喷头主要向炉膛深处喷射，喷射距离和喷射角度设计原则是保持与二次风喷口喷射出的空气在约200mm以后的距离混合，实现分级燃烧的同时，将火焰往外扩散，分级燃烧火焰的高温区不在燃烧器轴线几何中心线上，炉膛换热充分，炉膛出口烟温低，容积热负荷高，比普通燃烧机更省燃气，锅炉能达到更高负荷。

附图说明

图1为本实用新型的结构简图；图2是图1的右视图。

图中标号：1-燃尽风管、2-烧嘴砖、3-导管、4-再燃燃料喷头、5-再燃气枪、6-值班燃气喷头、7-主燃气喷头、8-助燃风喷口、9-空气分配管、10-主燃气枪、11-主燃气室、12-主燃气进气管、13-值班燃气枪、14-值班燃气室、15-燃烧器壳体、16-值班燃气进气管、17-支撑板、18-燃尽风喷嘴。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图和实施针对本实用新型进一步说明，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

一种中心分级燃气低氮燃烧器主要由1-燃尽风管、2-烧嘴砖、3-导管、4-再燃燃料喷头、5-再燃气枪、6-值班燃气喷头、7-主燃气喷头、8-助燃风喷口、9-空气分配管、10-主燃气枪、11-主燃气室、12-主燃气进气管、13-值班燃气枪、14-值班燃气室、15-燃烧器壳体、16-值班燃气进气管、17-支撑板、18-燃尽风喷嘴组成。

如图1所示：燃尽风管1布置在燃烧器轴线中心，与燃烧器壳体连接。通过燃尽风管1，实现分级配风，让2％-25％的空气后期配入，进行分级燃烧，将一部分空气后移，提高炉膛前部温度降低炉膛中部温度。烧嘴砖2敷设在燃尽风管1外侧周圈，采用耐火度在1750℃的高性能轻质烧嘴砖，厚度2～80mm，长度500-1500mm，作为稳燃用。再燃燃料喷头4连接在再燃气枪5出口端，再燃气枪5穿过导管3的中心孔，再燃燃料喷头4和导管3采用可拆卸式结构，燃尽风可对再燃气枪5和导管3进行冷却，导管3和再燃燃料喷头4之间的间隙有少量燃尽风通过，保护再燃燃料喷头4不被烧坏。再燃气枪5布置在燃尽风管1内，燃尽风可对再燃气枪5进行冷却。再燃气枪5实现一部分燃料分级。

图2是图1的右视图，如图所示，值班燃气喷头6和主燃气喷头7布置在燃尽风管1的外圈，间隔布置。值班燃气喷头6设计燃气量约占整个燃气量的2～15％，主要喷射在燃烧器根部，有一部分值班燃气喷头喷射在靠近燃烧器根部的烧嘴砖上，作为稳燃用。值班燃气喷头6喷射出的燃气形成低速低氧燃烧，这部分的分级燃烧NOx生成浓度比较低，在20mg/Nm³以下，因为没有完全配风，依靠回流烟气中的氧进行燃烧，同时依靠热壁面来稳住火焰，燃烧温度偏低，相当于将2～15％的燃料热量分散在燃烧器前部位置燃烧。

点火时，由于炉膛内的氧量接近21％，容易点着，当点火后炉膛内的氧量逐渐降低，由于值班燃气喷头切向喷到烧嘴砖2上，烧嘴砖2的温度迅速升高，火焰的稳定性得到保证。主燃气喷头7主要向炉膛深处喷射，喷射距离和喷射角度设计原则是保持与二次风喷嘴喷射出的空气在约200mm以后的逐渐混合。喷头上设置周圈喷孔和端部向前的喷孔，燃气经周圈的喷孔以及端部向前的喷孔喷出，周圈喷孔喷出的燃气可以先和周围的烟气混合，端部喷射的燃气在行进途中，也和烟气进行混合燃烧，进一步实现燃料分级。

助燃风喷口8布置在燃尽风管1的外圈，与燃气喷头6、7间隔布置，助燃风喷口8的数量是多个，优选的是5～25个。空气分配管9将助燃风分为两路，一路助燃风通过中心的燃尽风管供入炉膛，另外一路助燃风由助燃风喷口8送入炉膛。助燃风喷口8与燃烧器轴线中心之间的夹角10-30°，助燃风可以延迟空气与燃气的预混，同时将火焰往外扩散，使得高温燃烧区不集中，将高温区引射离开燃烧器轴线几何中心，从而降低NOx的生成。

主燃气枪10、主燃气室11以及主燃气进气管12与值班燃气枪13、值班燃气室14以及值班燃气进气管16根据所设计燃气量的不同，采用不同的管径，稳、主燃气分别经燃气进气管、燃气分配总管、燃气分配管送入相应的燃气喷头，材质采用310S。燃烧器壳体15主要是助燃空气的入口，即可以起到导向助燃风的作用，同时由于燃烧器壳体风速设计的比较低，又起到均化助燃风的作用，助燃风由燃烧器壳体15进入空气分配管9。燃尽风喷嘴18螺纹连接在燃尽风管1出口端，燃尽风对导管3和再燃燃料喷头4进行冷却。所述的燃尽风喷嘴采用310S材质，为圆盘形状，保证燃尽风从喷嘴周圈向外喷射。考虑到燃烧器结构的复杂性，值班燃气枪13、主燃气枪10和值班燃气喷头6、主燃气喷头7可以采用夹套的方式合成1支。

综上所述，本实用新型通过助燃风外扩、燃料分级、设置燃尽风管、燃尽风管外敷设烧嘴砖技术手段，实现了低负荷稳燃，均匀燃烧，不产生火焰高温区，在没有烟气外循环的情况下，可将NOx降低在30mg/Nm³(3％O2)以下，从而实现低NOx的排放。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，包括燃烧器壳体(15)，燃烧器壳体(15)上设有助燃风入口和助燃风喷口(8)，燃烧器壳体(15)内设有主燃气室(11)、值班燃气室(14)和空气分配管(9)；主燃气室(11)上设有主燃气进气管(12)、主燃气枪(10)和再燃气枪(5)；值班燃气室(14)设有值班燃气进气管(16)和值班燃气枪(13)；燃烧器壳体(15)的外侧连接有燃尽风管(1)，助燃风喷口(8)、主燃气枪(10)和值班燃气枪(13)位于燃尽风管(1)外侧；空气分配管(9)的两端分别与助燃风入口和燃尽风管(1)连通，空气分配管(9)的侧壁周向设有出风口，空气分配管(9)将助燃风分成两路，一路为燃尽风由燃尽风管(1)内走，另一路助燃风由空气分配管(9)的出风口进入助燃风喷口(8)内；燃尽风管(1)的出口设有燃尽风喷嘴(18)。

2.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述燃尽风管(1)外侧敷设有烧嘴砖(2)，烧嘴砖(2)厚度H＝2-80mm，长度L＝500-1500mm。

3.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述燃烧器壳体(15)上、燃尽风管(1)的外圈设有值班燃气喷头(6)、主燃气喷头(7)，值班燃气喷头(6)、主燃气喷头(7)和助燃风喷口(8)周向间隔布置。

4.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述燃尽风管(1)内的燃尽风占全部助燃风的2％-25％，燃尽风喷嘴(18)处速度35-60m/s。

5.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述的再燃气枪(5)设置在燃尽风管(1)内，再燃气枪(5)伸入炉膛的长度为L+100＝600-1600mm。

6.根据权利要求5所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，还包括导管(3)，导管(3)套在再燃气枪(5)外侧，一端通过支撑板(17)支撑在燃尽风管(1)内侧，另一端焊接在燃尽风喷嘴(18)上，燃尽风喷嘴(18)与燃尽风管(1)连接，导管(3)与再燃气枪(5)之间存在间隙，燃尽风管(1)内的风经燃尽风喷嘴(18)向外喷射，有一部分经所述间隙冷却导管(3)。

7.根据权利要求3所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述值班燃气喷头(6)喷出的值班燃气量为全部燃气量的2～15％，值班燃气喷头(6)喷射在燃烧器根部，其中一部分值班燃气喷头切向喷射在燃尽风管(1)外敷的烧嘴砖(2)上。

8.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述助燃风喷口(8)和燃烧器中心轴线夹角α＝10-30°。

9.根据权利要求1所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述助燃风喷口(8)数量是5～25个。

10.根据权利要求2所述的一种中心分级燃气低氮燃烧器，其特征在于，所述的烧嘴砖(2)的材质为红色耐火砖、碳化硅砖、浇注料、烧嘴砖、陶瓷纤维毯或耐火涂料。

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