CN212644591U - 低氮燃烧器及锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种低氮燃烧器及锅炉，包括：燃烧器本体，燃烧器本体上配置有安装板；垂直布置于安装板上的扩散筒；内嵌于扩散筒内并纵向从扩散筒中伸出的内筒；内筒中形成纵向布置的中心喷管，且中心喷管的末端套设有稳焰盘；以及，环形布置于扩散筒外侧的多个燃料喷管；其中，扩散筒的末端形成环形的混合气体出口，燃料喷管形成位于混合气体出口侧前方的混合气体入口。本实用新型解决现有技术中由于主燃料喷管喷出的主火焰烧蚀套设在内筒外侧的再循环套筒而造成燃烧器使用寿命缩短的问题。

Description

低氮燃烧器及锅炉

技术领域

本实用新型涉及低氮燃烧器技术领域，尤其涉及一种低氮燃烧器及锅炉。

背景技术

在工业锅炉、隧道窑炉和大型工业加热器中通常设置以天燃气(主要成分为甲烷)或者油等石化燃料为燃料的燃烧器，通过燃烧产生热量。现有技术中的燃烧器基本为采用扩散燃烧技术，并在燃烧器中通常设置主喷枪及旋风盘。天然气在主喷枪的前半段预热后将天然气与空气混合后进行燃烧。但这种结构的燃气燃烧器依然尾气中存在较高NO_X的问题，不符合国家节能减排及环保要求。低氮燃烧器是一种旨在降低燃烧器在燃烧时产生对环境有害的NO_X(即氮氧化合物)的新型燃烧器。

一般而言，现有技术中的燃烧器在工作时，通过再循环套筒与内筒同轴且嵌套的设置，在回流至再循环套筒与内筒之间形成的腔体中的烟气与扩散筒外侧形成的空气流进行混合气体处理时，由于主燃料喷管喷出的主火焰烧蚀再循环套筒而导致整个燃烧器的使用寿命缩短。

有鉴于此，有必要对现有技术中的超低氮燃烧器予以改进，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于揭示一种低氮燃烧器及锅炉，用以解决现有技术中由于主燃料喷管喷出的主火焰烧蚀套设在内筒外侧的再循环套筒而造成燃烧器使用寿命缩短的问题。

为实现上述目的之一，本实用新型首先揭示了一种低氮燃烧器，包括：

燃烧器本体，所述燃烧器本体上配置有安装板；

垂直布置于所述安装板上的扩散筒；

内嵌于所述扩散筒内并纵向从所述扩散筒中伸出的内筒；

所述内筒中形成纵向布置的中心喷管，且所述中心喷管的末端套设有稳焰盘；以及，

环形布置于所述扩散筒外侧的多个燃料喷管；

其中，所述扩散筒的末端形成环形的混合气体出口，所述燃料喷管形成位于所述混合气体出口侧前方的混合气体入口。

作为本实用新型的进一步改进，所述燃料喷管由纵向并分离配置的主燃料喷管及输气管组成，其中，所述混合气体入口由主燃料喷管及输气管纵向分离所形成，且所述主燃料喷管的自由端的端面与所述主燃料喷管的横向截面平行且相匹配。

作为本实用新型的进一步改进，所述主燃料喷管的内部直径大于输气管的内部直径。

作为本实用新型的进一步改进，所述主燃料喷管的自由端配置于所述内筒的开口的侧前方。

作为本实用新型的进一步改进，所述主燃料喷管内部形成横截面积为S1 的混气通道，所述输气管内部形成横截面积的燃气通道；

所述混气通道的横截面积S1与燃气通道的横截面积S2之比为 2.5:1～2:1。

作为本实用新型的进一步改进，所述中心喷管内部形成横截面积为S3 的燃气通道；所述安装板连接燃烧器本体及燃气输送总管。

作为本实用新型的进一步改进，所述扩散筒中远离所述安装板的一端形成径向向内收缩的径缩环部。

作为本实用新型的进一步改进，所述稳焰盘横向凹陷布置于内筒的内部，且所述稳焰盘开设稳焰孔，以通过所述稳焰孔形成密集的纵向火焰；

所述中心喷管延伸过稳焰盘的末端部环形分布若干横向喷射孔，以通过所述横向喷射孔形成横向火焰。

作为本实用新型的进一步改进，

在所述扩散筒的外部设置部分包裹输气管与扩散筒的保温筒，所述保温筒内部填充保温材料。

本实用新型还提供一种锅炉，所述锅炉配置所述的低氮燃烧器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

在本申请中的低氮燃烧器中，由于通过扩散筒的末端形成的混合气体出口将被阻挡的烟气和从扩散筒中形成的空气流吸入至内筒外侧区域时，受到的风阻较小，因此，能够有效地对从混合气体出口所吸入的气体进行混气处理，避免现有技术中由于主燃料喷管喷出的主火焰烧蚀套设在内筒外侧的再循环套筒而造成燃烧器使用寿命缩短的问题发生。并且，通过混合气体出口对烟气和从扩散筒中形成的空气流进行混气处理，能够降低烟气中的含氧量，从而提高了烟气的循环利用率。同时，结合环形布置于扩散筒外侧的多个燃料喷管所形成的混合气体入口吸入回流的烟气，以进一步提高对锅炉的燃烧室在燃料燃烧过程中所形成的烟气的循环利用。

进一步地，通过将主燃料喷管的自由端的端面设置成与主燃料喷管的横向截面平行且相匹配，能够改善主火焰的稳定性，减小一氧化碳CO的排放量，并不影响氮氧化合物NOx的排放，同时，改善低负荷时氮氧化合物NOx的排放。

附图说明

图1为本实用新型的一种低氮燃烧器的示意性结构原理图；

图2为本实用新型的低氮燃烧器的示意性立体结构图；

图3为本实用新型的引风装置的示意性结构图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

需要理解的是，在本申请中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术方案的限制。

实施例一：

参图1至图3所揭示的本实用新型一种低氮燃烧器的一种具体实施方式。

低氮燃烧器包括：燃烧器本体10，燃烧器本体10上配置有安装板20；垂直布置于安装板20上的扩散筒30；内嵌于扩散筒30内并纵向从扩散筒 30中伸出的内筒40；内筒40中形成纵向布置的中心喷管41，且中心喷管 41的末端套设有稳焰盘42；以及，环形布置于扩散筒30外侧的多个燃料喷管50；其中，扩散筒30的末端形成环形的混合气体出口43，燃料喷管50 形成位于混合气体出口43侧前方的混合气体入口53。燃料喷管50由纵向并分离配置的主燃料喷管52及输气管51组成。具体地，主燃料喷管52通过连接件54与输气管51焊接。其中，混合气体入口53由主燃料喷管52及输气管51纵向分离所形成。安装板20呈圆形并与炉墙(图中未示出)的内壁面贴合以可靠连接，从而将整个低氮燃烧器安装在炉墙的内壁面上。该炉墙可作为锅炉的一部分，超低氮燃烧器嵌入安装在炉墙中。

在本申请中的低氮燃烧器中，由于通过扩散筒30的末端形成的混合气体出口43将被阻挡的烟气和从扩散筒30中形成的空气流吸入至内筒 40的外侧区域400时，受到的风阻较小。因此，能够有效地对从混合气体出口43所吸入的烟气进行混气处理，避免现有技术中由于主燃料喷管喷出的主火焰烧蚀套设在内筒40外侧的再循环套筒(未示出)所造成的燃烧器使用寿命缩短的问题发生。并且，通过混合气体出口43对烟气和从扩散筒30中形成的空气流进行混气处理，能够降低烟气中的含氧量，从而提高了烟气的循环利用率。同时，通过环形布置于扩散筒30外侧的多个燃料喷管50所形成的混合气体入口53吸入回流的烟气至主燃料喷管 52，以进一步提高对锅炉的燃烧室在燃料燃烧过程中所形成的烟气的循环利用。

在上述实施例中，主燃料喷管52的自由端的端面与主燃料喷管52的横向截面平行且相匹配。主燃料喷管52的内部直径大于输气管51的内部直径。并且，主燃料喷管52的自由端配置于内筒40的开口的侧前方。

可以理解的是，通过将主燃料喷管52的自由端的端面设置成与主燃料喷管的横向截面平行且相匹配，能够改善主火焰的稳定性，能够使得一氧化碳CO的排放量保持在0ppm的水平，且不影响氮氧化合物NOx的排放。试验证明，通过实施例所揭示的低氮燃烧器，能够使得使NOx的排放量仍然在26mg/m³以下。同时，确保了低氮燃烧器在低负荷燃烧时氮氧化合物NOx 的排放依然保持在28mg/m³以下。最后，通过环形布置于扩散筒30外侧的多个燃料喷管50所形成的混合气体入口53吸入回流的烟气至主燃料喷管 52，能够进一步提高对锅炉的燃烧室100在燃料燃烧过程中所形成的烟气的循环利用。

在上述进一步的实施例中，该主燃料喷管52内部形成横截面积为S1的混气通道，输气管51内部形成横截面积S2的燃气通道。该混主燃料喷管52 的横截面积S1与输气管51的横截面积S2之比为3:1～2:1，并最优选为2.5:1。中心喷管41内部形成横截面积为S3的燃气通道。

在本实施例中，所有输气管51内形成的燃气通道的横截面积S2之和占燃气输送总管11的总燃气输送量的70～90％，所有中心喷管41内形成的燃气通道的横截面积S3之后占燃气输送总管11的总燃气输送量的5～15％。进一步优选地，可将上述燃气消耗比例的设定进一步限定为如下：

所有主燃料喷管52所形成的混气通道的横截面积S2之和占燃气输送总管11的总燃气输送量的90％，所有中心喷管41内形成的燃气通道的横截面积S3之后占燃气输送总管11的总燃气输送量的5％。通过上述燃气消耗比例的设定，能够确保一圈主火焰C的持续稳定的燃烧，既能够降低中心火焰的火焰温度，以降低热力型氮氧化物的产生量，又能够确保主火焰C、横向火焰B及纵向火焰A燃烧的稳定性，解决了传统的低氮燃烧器在燃烧时容易发生“脱火”及由于天然气燃烧不充分所导致的“爆燃”现象。

稳焰盘42开设稳焰孔421，稳焰孔421在稳焰盘42中沿径向方向均匀开设，以通过稳焰孔421形成密集的纵向火焰A。中心喷管41延伸过稳焰盘42的末端部环形分布若干横向喷射孔411，以通过横向喷射孔411形成横向火焰B。低氮燃烧器还包括靠近中心喷管41并与其平行设置的点火电极 44，点火电极44延伸过稳焰盘42，并形成径向向内弯曲的点火针441，从而通过点火针441引燃沿方向a并在中心喷管41中水平流动的天然气，以引燃整个稳焰盘42。

其中，稳焰盘42横向凹陷布置于内筒40的内部，不仅利于由稳焰盘42 形成稳定且短小的纵向火焰A，还能够在内筒40的开口处的“富氧区”中形成稳定的纵向火焰A，以通过纵向火焰A点燃主火焰C，从而显著地提高了主火焰C的稳定性，且能够降低纵向火焰A的温度，从而显著降低了稳焰盘42附近的“富氧区”中氮氧化物的产生量。外围一圈燃料喷管50形成稳定燃烧的主火焰C，在燃烧室100内形成“贫氧区”，该主火焰C在燃烧室100中形成大范围的火焰循环与热量循环，以维持一圈主火焰C、及中心火焰(即纵向火焰A)的稳定燃烧。

需要说明的是，扩散筒30外侧环形等间距地布置六个燃料喷管50。当然，燃料喷管50的数量并不具体限定，可视实际需要对燃料喷管的数量进行增加或者减少，并且上述六个燃料喷管消耗绝大部分的燃料，形成主火焰 C。输气管51中流动的天然气与自混合气体入口53回流的烟气的混合气体在主燃料喷管52中水平流动。

环形腔体300在引风装置70的作用下向内筒40的外侧区域400输送新鲜空气，并通过混合气体出口43吸入回流的烟气。其中，输气管51向燃烧室100输送1M³的天然气的过程中可通过混合气体入口53吸入回流的烟气约0.5～1M³。引风装置70向炉膛的燃烧室100所鼓入的新鲜空气通过内筒 40的内腔400a向燃烧室100进行输送。

其中，该低氮燃烧器通过与燃烧器本体10与图3所示出的引风装置70 连接。引风装置70的作用是从外界吸入含有氧气的空气(氧气含量约为 21％)。引风装置70包括电机72，控制器71，与电机72连通的风罩73。风罩73内设置控制空气流量的阀门(未示出)，燃气输送总管11内设置控制燃气流量的阀门(未示出)。控制器71可选用单片机或者PLC控制的控制硬件，以控制电机72的转速与运行时间。控制器71与电机72均与市电连接。具体的，在本实施例中，该控制器71的型号为西门子LMV智能控制器。

电机72的输出轴(未示出)位于风罩73的部分配置叶片，以通过叶片的转动形成空气流700。空气流700可贯穿该燃烧器本体10，在扩散筒30 与内筒40作用下分别形成b方向的空气流和a’方向的空气流。风罩73的底部设置进风口74，外界中的空气沿箭头704进入到风罩73中。空气流700 同时通入由扩散筒30与内筒40所形成的环形腔体300、由中心喷管30与内筒40所形成的环形腔体400a中。空气在天然气燃烧的过程中起到助燃作用。

其中，燃烧器本体10的内部为空心结构并与燃气输送总管11连接，天然气以方向c通入燃气输送总管11中。燃烧器本体10内置有管道12。管道 12与中心喷管41连通，以向中心喷管41内输送天然气。天然气以方向a通入中心喷管41中。

燃烧室100中的烟气沿图1中的箭头d所示出的流动路径，自该混合气体入口53以箭头501方向进入到主燃料喷管52中。在本实施例中，由于在天然气内混入了大量还原性离子成分的烟气，该还原性离子包括碳离子、氢离子、一氧化碳。通过向主燃料喷管52中混入上述还原性离子成分的烟气，降低了主火焰C在燃烧过程中在燃烧室100中氮气分子与氧气分子的结合概率，从根本上遏制氮气分子与氧气分子的结合几率，从而显著地降低了燃烧室100内热力型氮氧化物的含量；此外，由于向主燃料喷管52中混入上述还原性离子成分的烟气，使得自输气管51中输送的天然气的能量密度予以降低。

同时，烟气被炉墙阻挡并形成箭头d所所示出的流动路径，以将烟气重新沿箭头301及箭头d所示出的烟气流动路径，将烟气自混合气体出口43 重新回流至内筒的外侧区域400中进行再次混合气体处理，以降低内筒的外侧区域400中的氧气含量。其中，内筒的外侧区域400中包含空气及回流的烟气。由于内筒40向燃烧室100输送新鲜空气，从而在内筒40的开口处形成“富氧区”。由此使得主火焰C末端空间的烟气及火焰沿箭头e所示出的路径，回流至“富氧区”，从而保证了天然气的充分燃烧，同时降低了主火焰C的火焰温度，同时能够使得主火焰C的火焰温度在燃烧室100中趋于均匀。

在上述任一项实施例中，扩散筒30的厚度整体保持相同，扩散筒30中远离安装板20的一端形成径向向内收缩的径缩环部31，以通过径缩环部31 与内筒40提升流经内筒40与扩散筒30之间所形成的环形腔体300中的空气的流速。具体而言，通过径缩环部31的外壁不仅能够对箭头301所示出的烟气流动路径所对应的烟气起到导流作用，还能通过径缩环部31的内壁面310对环形腔体300中以b方向流动的空气流起到汇集压缩作用，以提高环形腔体300中空气流的流速，防止空气从混合气体出口43进入内筒40的外侧区域400散逸至燃烧室100中，利于内筒40的外侧区域400的混合气体。

此外，在扩散筒30的外部设置部分包裹输气管51与扩散筒30的保温筒60，保温筒60内部填充保温材料。保温筒60内部填充保温材料，该保温材料可选用石棉绳与耐火泥混合制成。

需要说明的是，表示空间方位的术语“内侧”与“外侧”均是相对于图 1中的中心喷管41的中轴线200而言。表示空间方位的术语“侧前方”中的前后位置关系均是指以图1所示出的视角中的纵向方向，其中，远离安装板 20的方向是“前方”，靠近安装板20的方向是“后方”。因此，“侧前方”与“侧后方”是指同时相对于中轴线200的径向方向及纵向方向。同时，在本实施例中，术语“低氮”与术语“低氮氧化物”(低NOx)具等同技术含义。“燃料”特指具可流动性且能够燃烧的气体，在本实施例中，申请人将燃料选用天然气(其主要成分为甲烷，CH₄)作示范性说明，因此“燃料”与“天然气”在本实施例可作为等同技术特征予以理解。

实施例二：

基于上述实施例一所揭示的一种低氮燃烧器，本实施例还揭示了一种锅炉，该锅炉配置至少一个如实施例一所揭示的低氮燃烧器。

需要说明的是，本实施例所指锅炉泛指能够基于实施例一所揭示的低氮燃烧器通过以天然气或者其他可燃性气体为燃料进行燃烧，并产生热量的装置。该装置可以是工业用蒸汽锅炉，还可以是隧道窑炉和大型工业加热器。

本实施例所揭示的低氮燃烧器的具体技术方案，请参实施例一所述，在此不再赘述。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种低氮燃烧器，其特征在于，包括：

燃烧器本体，所述燃烧器本体上配置有安装板；

垂直布置于所述安装板上的扩散筒；

内嵌于所述扩散筒内并纵向从所述扩散筒中伸出的内筒；

所述内筒中形成纵向布置的中心喷管，且所述中心喷管的末端套设有稳焰盘；以及，

环形布置于所述扩散筒外侧的多个燃料喷管；

其中，所述扩散筒的末端形成环形的混合气体出口，所述燃料喷管形成位于所述混合气体出口侧前方的混合气体入口。

2.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述燃料喷管由纵向并分离配置的主燃料喷管及输气管组成，其中，所述混合气体入口由主燃料喷管及输气管纵向分离所形成，且所述主燃料喷管的自由端的端面与所述主燃料喷管的横向截面平行且相匹配。

3.根据权利要求2所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述主燃料喷管的内部直径大于输气管的内部直径。

4.根据权利要求2所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述主燃料喷管的自由端配置于所述内筒的开口的侧前方。

5.根据权利要求2所述的低氮燃烧器，其特征在于，所述主燃料喷管内部形成横截面积为S1的混气通道，所述输气管内部形成横截面积的燃气通道；

所述混气通道的横截面积S1与燃气通道的横截面积S2之比为2.5:1～2:1。

6.根据权利要求5所述的低氮燃烧器，其特征在于，所述中心喷管内部形成横截面积为S3的燃气通道；所述安装板连接燃烧器本体及燃气输送总管。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述扩散筒中远离所述安装板的一端形成径向向内收缩的径缩环部。

8.根据权利要求7所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述稳焰盘横向凹陷布置于内筒的内部，且所述稳焰盘开设稳焰孔，以通过所述稳焰孔形成密集的纵向火焰；

所述中心喷管延伸过稳焰盘的末端部环形分布若干横向喷射孔，以通过所述横向喷射孔形成横向火焰。

9.根据权利要求7所述的低氮燃烧器，其特征在于，

在所述扩散筒的外部设置部分包裹输气管与扩散筒的保温筒，所述保温筒内部填充保温材料。

10.一种锅炉，其特征在于，所述锅炉配置至少一个如权利要求1至9中任一项所述的低氮燃烧器。

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