CN212390356U - 一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，解决了现有技术中为了降低燃烧产生的氮氧化物而降低火焰温度时会导致锅炉热效率降低的技术问题。本实用新型包括外壳体，所述外壳体的内腔中设置有旋风机构，外壳体的一端设置有与旋风机构相对的吸风孔，外壳体的另一端开设有出火孔，外壳体内设置有与出火孔相对的燃料第一中心喷管，外壳体的周围设置有外圈喷火单元。本实用新型采用小孔径喷火嘴与喷火孔相结合的结构方式，构造出多喷头小孔喷火，采用中心火预混的方法，降低了火焰温度的同时不改变热效率。北京、上海的氮氧化物排放标准为：每立方米30毫克以下。使用本实用新型的燃烧器经过十天的燃烧测试，氮氧化合物排放量低于立方米30毫克，只有26毫克。

Description

一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置

技术领域

本实用新型属于燃烧器的技术领域，特别是指一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置。

背景技术

二甲醚燃气相比其它的燃气是比较清洁的燃气，其主要的污染物为氮氧化物(NO_X)，NO_X除了危害人体健康外，在大气中通过一系列的物理化学反应，经过日照，与碳氢化合物、臭氧等生成光化学烟雾。不仅如此，NO_X同时也是形成酸雨的重要成因，更是产生大气超细颗粒物（PM2.5）的重要元凶。氮氧化物（NO_X）的产生机理及燃气燃烧过程中产生的NO_X的类型主要有燃料型、热力型、快速型三种。所述快速型NO_X是燃烧过程中碳氧化合物高温分解产生CH自由基和空气中的N₂分子反应生成HCN和N，进一步氧化后生成，反应的时间只需要60ms。快速型NO_X的产生量占比较少，通常不足5%。所述燃料型NO_X指的是燃料中的含氮化合物在燃烧过程中产生的。燃料中的含氮化合物中的氮通常以原子的状态存在，其结合键能量小，在燃烧过程中很容易分解出来氧化成NO_X。

所述热力型NO_X是由空气中的N₂在高温下氧化产生，反应温度越高，NO_X的生成速度越快，热力型NO_X的影响因素如下：

1.温度低于1300℃时，产生的NO_X很少，温度超过1500℃时，NO_X将会成倍增加；

2.氧气浓度越高，NO_X产生量越大；

3.在高温区停留时间越长，NO_X产生量越多。

现有技术中在进行低氮燃烧技术改进时，主要控制的是热力型NO_X的产生量，根据其产生机理，控制的方向是降低火焰温度，尤其是降低火焰峰值温度，缩小火焰高温区的范围。具体的措施有：燃料/空气分级燃烧技术、烟气再循环技术（内循环、外循环）、全预混表面燃烧技术、水冷燃烧技术、低过量空气系数方法。第二类是烟气脱硝技术，是指对烟气中已经产生的NO_X进行处理，主要相关技术有：贵金专属催化脱硝法，选择性催化还原法，选择性非催化还原法，碱液吸收法等。

在锅炉行业应用较多的燃气锅炉，多采用燃烧控制法，主要通过优化炉内燃烧工艺，合理优化燃料与空气的混合，控制火焰分布，降低炉膛内温度来实现降低氮氧化合物。常见有以下几种方法：

空气分级燃烧

将燃烧所需要的空气分阶段与燃料混合燃烧，降低火焰强度和火焰温度。二次借风出口风速很高，卷周围烟气，使得烟气在炉内再循环，达到分级配风的效果。一方面降低了中心火焰温度，另一方面稀释了火焰表面的氧浓度，从而抑制NO_X的生成。

燃料分级燃烧

燃料分级燃烧是指将燃气从不同区域送入炉膛，使得燃料分阶段、分区域进行燃烧。充分利用燃烧室的空间将燃料分散布置，降低火焰集中度，降低高温区的温度。

分级燃烧

分级燃烧是空气分级燃烧与燃料分级燃烧相结合，将空气和燃料分级供入燃烧装置，控制燃烧区燃料和空气的比例。分级燃烧技术原理实质是通过贫氧和过氧相结合，使火焰分散，降低火焰温度，促使炉内烟气局部循环，形成还原气氛，将已经产生的部分NO还原为N₂，从而在总量上控制NO_X的排放浓度。

分级燃烧技术虽然可以一定难度降低氮氧化物的产生，但是很多燃烧器在实际使用中没有完全实现助燃空气和燃气的充分混合，炉膛内存在局部高温区，其温度高于生产热力型NO_X的温度，造成NO_X的浓度超标。另一方面，现有的分级燃烧技术易出现燃料和空气的混合流动性不佳，造成一氧化碳超标，局部积碳等不完全燃烧的现象。为了降低反应温度，需要尽可能使火焰分散，扩大火锅形状，也就是说炉膛体积有限，为了避免火焰相对炉膛过大，通常会降低燃烧器的输出功率，这样可以降低NO_X浓度及保证充分燃烧，但锅炉功率因此降低，而且存在烟气冷凝的风险。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，解决了现有技术中为了降低燃烧产生的氮氧化物而降低火焰温度时会导致锅炉热效率降低的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，包括外壳体，所述外壳体的内腔中设置有旋风机构，外壳体的一端设置有与旋风机构相对的吸风孔，外壳体的另一端开设有出火孔，外壳体内设置有与出火孔相对的燃料第一中心喷管，外壳体的周围设置有外圈喷火单元。

进一步地，所述外圈喷火单元包括外圈喷火嘴和中心喷火嘴，外圈喷火嘴围绕在中心喷火嘴的外周。

进一步地，所述中心喷火嘴对应设置有燃料第二中心喷管且与外壳体的内腔相连通，所述外圈喷火嘴连接有燃料外圈喷管。

进一步地，所述外壳体为圆筒状，出火孔等间隔设置在外壳体端面的外沿位置。

进一步地，所述外圈喷火单元设置有若干个，若干个外圈喷火单元等间隔设置在外壳体的外周。

进一步地，所述外圈喷火单元包括与外壳体相连通的外圈筒，外圈筒的俯视投影为近似圆形，所述中心喷火嘴设置在外圈筒的中心，外圈喷火嘴等间隔设置在中心喷火嘴的外周。

进一步地，每个外圈筒内设置有四个中心喷火嘴，四个中心喷火嘴外周设置有六个外圈喷火嘴。

进一步地，所述外圈喷火嘴和中心喷火嘴的内径为1.5mm。

进一步地，所述外壳体内径为260mm，旋风机构包括长度为100mm的旋风叶片。

进一步地，所述吸风孔的孔径为3mm，燃料第一中心喷管和燃料第二中心喷管的内径为12mm，燃料外圈喷管的内径为8mm，出火孔的直径为10mm。

本实用新型不仅采用小孔径喷火嘴与喷火孔相结合的结构方式，构造出多喷头小孔喷火，而且采用中心火预混的方法，降低了火焰温度的同时不改变热效率。由于二甲醚燃气含35%的氧，在燃烧时不会吸收空气中的更多氧。通过预混方法合理配比空燃比，也降低了氮氧化合物的产生。北京、上海的氮氧化物排放标准为：每立方米30毫克以下。使用本实用新型的燃烧器经过十天的燃烧测试，氮氧化合物排放量低于立方米30毫克，只有26毫克，而且热效率没有降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本实用新型的俯视结构示意图；

图2为图1的剖视结构示意图；

图中：1-外壳体，2-旋风机构，21-旋风叶片，22-转轴，23-支架，3-吸风孔，4-出火孔，5-燃料第一中心喷管，6-外圈喷火单元，61-外圈喷火嘴，62-中心喷火嘴，63-外圈筒，7-燃料外圈喷管，8-燃料第二中心喷管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，如图2所示，包括圆筒状的外壳体1，外壳体1的内径为260mm。外壳体1的内腔中设置有旋风机构2，旋风机构2包括长度为100mm的旋风叶片21，旋风叶片21设置在转轴22上，转轴22转动设置在外壳体1的端部与内腔的支架23之间。转轴22通过电机驱动，图中未示意电机的安装位置。外壳体1的一端设置有与旋风机构2相对的吸风孔3，吸风孔3的孔径为3mm。外部的空气通过吸风孔3进入外壳体1的内腔，在旋风叶片21的作用下，外部的空气吹向内腔的另一端。

所述外壳体1上，外部的空气吹向的一端开设有出火孔4，外壳体1内设置有与出火孔4相对的燃料第一中心喷管5，燃料第一中心喷管5输送的二甲醚燃气在内腔中与旋风机构2抽吸的空气进行预混，然后火焰通过出火孔4排出。

如图1所示，所述出火孔4设置有若干个，若干个出火孔4等间隔设置在外壳体1端面的外沿位置，出火孔4的直径为10mm。

进一步地，所述外壳体1的周围设置有外圈喷火单元6。所述外圈喷火单元6包括与外壳体1相连通的外圈筒63，旋风机构2吸进的空气可以进入外圈筒63中。外圈筒63中设置有燃料第二中心喷管8，旋风机构2吸进的空气可以进入燃料第二中心喷管8的前端口，燃料第二中心喷管8输出的二甲醚燃气可以与旋风机构2吸进的空气进行外圈预混合。

所述外圈筒63的燃烧端设置有外圈喷火嘴61和中心喷火嘴62，外圈喷火单元6设置有若干个，若干个外圈喷火单元6间隔设置在外壳体1的外周。中心喷火嘴62与燃料第二中心喷管8相对应且与外壳体1的内腔相连通，所述外圈喷火嘴61连接有燃料外圈喷管7。燃料外圈喷管7输出的二甲醚燃气直接通过外圈喷火嘴61燃烧，燃料第二中心喷管8输出的二甲醚燃气在外圈筒63内预混后，通过中心喷火嘴62燃烧。燃料第一中心喷管5和燃料第二中心喷管8的内径为12mm。

进一步地，所述外圈筒63的俯视投影为近似圆形，所述中心喷火嘴62设置在外圈筒63的中心，外圈喷火嘴61等间隔设置在中心喷火嘴62的外周。

进一步地，每个外圈筒63内设置有四个中心喷火嘴62，四个中心喷火嘴62外周设置有六个外圈喷火嘴61。所述外圈喷火嘴61和中心喷火嘴62的内径为1.5mm。

本实用新型未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，包括外壳体（1），其特征在于：所述外壳体（1）的内腔中设置有旋风机构（2），外壳体（1）的一端设置有与旋风机构（2）相对的吸风孔（3），外壳体（1）的另一端开设有出火孔（4），外壳体（1）内设置有与出火孔（4）相对的燃料第一中心喷管（5），外壳体（1）的周围设置有外圈喷火单元（6）。

2.根据权利要求1所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外圈喷火单元（6）包括外圈喷火嘴（61）和中心喷火嘴（62），外圈喷火嘴（61）围绕在中心喷火嘴（62）的外周。

3.根据权利要求2所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述中心喷火嘴（62）对应设置有燃料第二中心喷管（8）且与外壳体（1）的内腔相连通，所述外圈喷火嘴（61）连接有燃料外圈喷管（7）。

4.根据权利要求3所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外壳体（1）为圆筒状，出火孔（4）等间隔设置在外壳体（1）端面的外沿位置。

5.根据权利要求3或4所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外圈喷火单元（6）设置有若干个，若干个外圈喷火单元（6）等间隔设置在外壳体（1）的外周。

6.根据权利要求5所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外圈喷火单元（6）包括与外壳体（1）相连通的外圈筒（63），外圈筒（63）的俯视投影为近似圆形，所述中心喷火嘴（62）设置在外圈筒（63）的中心，外圈喷火嘴（61）等间隔设置在中心喷火嘴（62）的外周。

7.根据权利要求6所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：每个外圈筒（63）内设置有四个中心喷火嘴（62），四个中心喷火嘴（62）外周设置有六个外圈喷火嘴（61）。

8.根据权利要求3、4、5-7任一项所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外圈喷火嘴（61）和中心喷火嘴（62）的内径为1.5mm。

9.根据权利要求8所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述外壳体（1）内径为260mm，旋风机构（2）包括长度为100mm的旋风叶片（21）。

10.根据权利要求9所述的二甲醚燃气锅炉燃烧机减氮装置，其特征在于：所述吸风孔（3）的孔径为3mm，燃料第一中心喷管（5）和燃料第二中心喷管（8）的内径为12mm，燃料外圈喷管（7）的内径为8mm，出火孔（4）的直径为10mm。

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