CN216744328U - 中低热值低氮燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种中低热值低氮燃烧装置。所述装置包括一次风通道，围绕所述一次风通道的内燃气通道，围绕所述内燃气通道的外燃气通道以及围绕所述外燃气通道的二次风通道；所述内燃气通道中的燃气与来自所述一次风通道中的空气混合后进行不完全燃烧，形成还原氛围，所述外燃气通道中的燃气与来自所述二次风通道中的空气混合后进行燃烧。本实用新型能够降低NOx的生成。

Description

中低热值低氮燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及燃气燃烧领域，特别是涉及一种中低热值低氮燃烧装置。

背景技术

在国内节能减排的大环境下，我国逐年加大了对环境问题的治理力度，大气污染排放的限值也日趋严格，且限排的领域已经不仅仅局限在北方供暖、工业锅炉和电站锅炉，燃烧工业废气、工业副产气等的锅炉也需要解决降低NOx(氮氧化物)排放的问题。城市供暖等行业内的天然气低氮改造自2016年起已进行了多年，国内各个地区也在进行NOx低于30mg/Nm³、50mg/Nm³的改造；例如某省印发《区域性大气污染物综合排放标准》(DB37/2376—2019)，化工类工业企业的NOx排放要求从国标的300mg/Nm³，控制到100-200300mg/Nm³以内。

这些工业废气一般都存在着供气压力低、热值低、含燃料型燃料等特点，且所应用的工况条件差，炉型复杂，燃烧存在着需长明火稳燃、燃尽困难、NOx的排放浓度高等问题。工业废气的低氮燃烧控制方法，不同于技术已十分成熟的高热值燃气燃烧器，该类燃料中的氮在较低温度下，也极容易与氧气结合生成NOx，即燃料型NOx的产生，致使工业废气的NOx排放浓度高，排放标准的NOx限值也高于天然气锅炉。

目前国内对于这类燃烧器的降低NOx排放技术研究较少，国际上也鲜有报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种中低热值低氮燃烧装置，降低易污染的氮氧化物的排放。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种中低热值低氮燃烧装置，包括：

一次风通道，围绕所述一次风通道的内燃气通道，围绕所述内燃气通道的外燃气通道以及围绕所述外燃气通道的二次风通道；

所述内燃气通道中的燃气与来自所述一次风通道中的空气混合后进行不完全燃烧，形成还原氛围，所述外燃气通道中的燃气与来自所述二次风通道中的空气混合后进行燃烧。

可选的，所述内燃气通道前端部设置有多个向内朝向的内燃气喷嘴，所述一次风通道前端部与一次风稳焰器固定相接，所述一次风通道中的空气经过所述一次风稳焰器后，以旋流风的形式流出，与由所述内燃气喷嘴喷出的燃气在不同方向进行对冲、混合和燃烧，燃气进行不完全燃烧，形成还原氛围。

可选的，所述内燃气喷嘴等径分布，可分布一圈以上，每圈若干个。

可选的，所述内燃气喷嘴中的燃气以向中心轴线倾斜α/2角喷射，0＜α＜150°，喷出的燃气量为总燃气量的5～35％。

可选的，来自一次风通道中的空气占总空气量的1～15％，来自所述一次风通道中的空气的流速低于来自所述二次风通道中的空气的流速。

可选的，所述外燃气通道前端部设置有多个向外朝向的外燃气喷嘴，由所述外燃气喷嘴喷出的燃气与来自所述二次风通道中的空气进行初步混合，混合强度较小，以达到根部缺氧状态，且所述外燃气喷嘴喷出的燃气迅速朝外穿透来自所述二次风通道中的空气，在炉膛壁面产生还原型氛围。

可选的，所述外燃气喷嘴的顶部设置有直喷孔。

可选的，所述外燃气喷嘴喷出的燃气方向与中心轴线呈β/2角，30°＜β＜176°。

可选的，同轴设置多组外燃气喷嘴，同一组的外燃气喷嘴等径设置，不同组的外燃气喷嘴半径不相等。

可选的，还包括三次风通道，围绕所述二次风通道设置，来自所述三次风通道中的燃气以内缩的形式流出，与所述自外燃气喷嘴喷出的燃气在不同方向前进行对冲、混合和燃烧。

可选的，所述二次风通道的外壁为内喉口，所述内喉口的前端部可伸缩，包括第一活动组件和第二活动组件，所述第一活动组件一端与所述内喉口的本体相连接，另一端与所述第二活动组件的第一端相连接，所述第一活动组件的第二端背离所述中心轴线，所述第二活动组件的第二端朝向所述中心轴线。

可选的，所述外燃气喷嘴的出口在轴向上伸出所述内喉口的端面。

可选的，所述三次风通道的外部为外喉口，围绕所述内喉口设置，所述外喉口的前端部内缩。

可选的，在所述一次风通道中央设置有中心通道。

本实用新型提供的中低热值低氮燃烧装置中，本实用新型的有益效果是：本实用新型耦合了分级燃烧和浓淡燃烧，在燃烧装置中心区域提高了浓燃烧的强度，即中心缺氧，形成了极强的还原氛围，降低NOx的生成；并且燃料不完全燃烧，产生大量还原性物质，如CO，HCN等，抑制燃料型NOx的产生；采用分级燃烧方法，使空气和燃料混合均匀，火焰相对稳定，减少局部高温区的生成，进而减少热力型NOx的生成。

进一步的，一次风通道的空气风量小、速度低，可起到稳定火焰的作用。

进一步的，外燃气喷嘴朝外喷射燃气，与直流的少量的二次风通道的空气进行初步混合，混合强度较小，以达到根部缺氧状态，且外燃气喷嘴流出的燃气迅速穿透二次风通道的空气，在炉膛壁面产生还原型氛围，进一步抑制了NOx的产生。

附图说明

图1为本实用新型实施例的中低热值低氮燃烧装置的示意图一；

图2为本实用新型实施例的中低热值低氮燃烧装置的示意图二；

图3为本实用新型实施例的中低热值低氮燃烧装置的示意图三。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的中低热值低氮燃烧装置及燃烧方法进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

在下面的描述中，应该理解，可以基于附图进行关于在各结构的“内”和“外”的指代。

实施例1

本实施例1提供一种中低热值低氮燃烧装置，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。如图1和图2所示，所述中低热值低氮燃烧装置，包括：

一次风通道2，围绕所述一次风通道2的内燃气通道31，围绕所述内燃气通道31的外燃气通道32以及围绕所述外燃气通道32的二次风通道4；

所述内燃气通道31中的燃气与来自所述一次风通道2中的空气混合后进行不完全燃烧，形成还原氛围，所述外燃气通道32中的燃气与来自所述二次风通道4中的空气混合后进行燃烧。

本实用新型中心区域提高了浓燃烧的强度，即中心缺氧，形成了极强的还原氛围，降低NOx的生成；采用分级式结构，使空气和燃料混合均匀，火焰相对稳定，减少局部高温区的生成，进而减少热力型NOx的生成。

本实用新型具有结构简单、燃烧火焰稳定、不需长明火、低NOx排放、燃料能完全燃烧的优异性能。适合使用各种低热值/低压力燃气的燃烧器。

实施例2

本实施例2提供一种中低热值低氮燃烧装置，可以是在实施例1的基础上进一步优化或改进，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。请继续参考图1和图2所示，本实施例2包括：

所述内燃气通道31前端部设置有多个向内朝向的内燃气喷嘴13，所述一次风通道2前端部与一次风稳焰器14固定相接，所述一次风通道2中的空气经过所述一次风稳焰器14后，以旋流风的形式流出，与由所述内燃气喷嘴13喷出的燃气在不同方向进行对冲、混合和燃烧，燃气进行不完全燃烧，形成还原氛围。

在本实施例中，所述内燃气喷嘴13等径分布，可分布一圈以上，每圈若干个。

优选的，所述内燃气喷嘴13中的燃气以向中心轴线倾斜α/2角喷射，0＜α＜150°。

在本实施例中，所述内燃气喷嘴13喷出的燃气量为总燃气量的5～35％。

在本实施例中，来自一次风通道2中的空气占总空气量的1～15％。

由于该处燃气量相对多，而一次风通道2中的空气仅占总空气量的1～15％，燃气进行不完全燃烧，即缺氧燃烧，故而形成了较强的还原氛围，抑制燃料型NOx的生成，且燃料不完全燃烧形成的还原性物质CO、HCN等，可还原已经生成NOx，降低NOx的生成。

进一步的，来自所述一次风通道2中的空气的流速低于来自所述二次风通道4中的空气的流速，故而能形成相对负压，吸引外围的烟气回流到此还原性氛围下燃烧，从而降低了NOx排放。

此外，在所述一次风通道2中央还可以设置有中心通道，所述中心通道内通有极少量中心风，以冷却根部火焰。

实施例3

本实施例3提供一种中低热值低氮燃烧装置，可以是在实施例1或实施例2的基础上进一步优化或改进，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。请继续参考图1和图2所示，本实施例3包括：

所述外燃气通道32前端部设置有多个向外朝向的外燃气喷嘴12，由所述外燃气喷嘴12喷出的燃气与来自所述二次风通道4中的空气进行初步混合，混合强度较小，以达到根部缺氧状态，且所述外燃气喷嘴12喷出的燃气迅速朝外穿透来自所述二次风通道4中的空气，在炉膛壁面产生还原型氛围。

经流二次风通道4的空气可以是直流风，也可均布设置若干旋流叶片。

如本实施例中这样的设计，能够进一步抑制NOx的产生。

所述外燃气喷嘴12喷出的燃气方向与中心轴线呈β/2角，30°＜β＜176°。

在本实施例中，可以同轴设置多组外燃气喷嘴12，同一组的外燃气喷嘴12等径设置，不同组的外燃气喷嘴12半径不相等。

进一步的，同一组的外燃气喷嘴12其长度也可以不一。

可参考图3，示意了不同式样的外燃气喷嘴12和12'。

进一步的，在所述外燃气喷嘴12的顶部设置有直喷孔121，直喷孔121该处喷出的燃气能起到连接内燃气和外燃气火焰的作用。

实施例4

本实施例4提供一种中低热值低氮燃烧装置，可以是在实施例1或实施例2或实施例3的基础上进一步优化或改进，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。请继续参考图1和图2所示，本实施例4包括：

还包括三次风通道5，围绕所述二次风通道4设置，来自所述三次风通道5中的燃气以内缩的形式流出，与所述自外燃气喷嘴12喷出的燃气在不同方向前进行对冲、混合和燃烧。

三次风通道5的设置，增强了外围空气和外围燃料的混合，按需调节使未燃尽的燃料充分燃烧。

由于三次风通道5起到辅助作用，在实际运行使用过程中，起到补充来自二次风通道中的空气的作用，助燃的同时也起到了冷却效果，形成了淡燃烧，降低了火焰温度。三次风通道5的设置，增强了外围空气和燃料的混合，从而保证燃料充分燃烧，解决低热值燃料难燃尽的问题。此外，根据炉膛尺寸的大小，可以通过调整二次风通道4和三次风通道5之间的比例，从而能调整燃烧器火焰的长度和直径。

实施例5

本实施例5提供一种中低热值低氮燃烧装置，可以是在实施例1或实施例2或实施例3或实施例4的基础上进一步优化或改进，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。请继续参考图1和图2所示，本实施例5包括：

包括中心风管6、中间筒11、内管7、外管8、内喉口10和外喉口9，皆呈圆筒状，由内向外依次同轴设置。

所述中心风管6围绕的内部区域为中心通道。

所述中心风管6与所述中间筒11之间限定的区域为一次风通道2。

在一次风通道2的前端部设置有一次风稳焰器14，所述一次风稳焰器14可以与所述中心风管6和/或所述中间筒11固定设置。

所述中间筒11与所述内管7之间限定的区域为内燃气通道31。

在所述内燃气通道31的前端部设置有内燃气喷嘴13，所述内燃气喷嘴13可以分别与所述中间筒11和/或所述内管7固定设置。

所述内管7与所述外管8之间限定的区域为外燃气通道32。

在本实施例中，所述外管8为变形的圆筒状结构，具体的，可以包括相连接的三部分，第一部分呈圆筒状，第三部分呈圆筒状，第三部分的直径大于第一部分的直径，第二部分连接第一部分和第三部分，所述第二部分沿轴线的截面呈梯形，例如是等腰梯形。

在所述外燃气通道32的前端部设置有外燃气喷嘴12，所述外燃气喷嘴12可以分别与所述内管7和/或所述外管8固定设置。所述外燃气喷嘴呈L型，即由直管段和侧喷嘴组成。

所述外燃气喷嘴12的出口在轴向上伸出所述内喉口10的端面。

进一步的，在所述侧喷嘴靠近所述内管7处设置有直喷孔121，所述直喷孔121可以是挖设在所述侧喷嘴上的孔洞，也可以具有一直喷管，由所述侧喷嘴延伸而出。

所述外管8和内喉口10之间限定的区域为二次风通道4，即所述二次风通道4的外壁为内喉口10。

具体的，所述内喉口10的前端部可伸缩，包括第一活动组件和第二活动组件，所述第一活动组件一端与所述内喉口的本体相连接，另一端与所述第二活动组件的第一端相连接，所述第一活动组件的第二端背离所述中心轴线，所述第二活动组件的第二端朝向所述中心轴线。

所述内喉口10和所述外喉口9之间限定的区域为三次风通道5，即所述三次风通道5的内壁为内喉口10。

由于内喉口10可伸缩，因此，根据炉膛尺寸的大小，可以通过伸缩内喉口10以调整二次风通道4和三次风通道5之间的比例，从而能调整燃烧器火焰的长度和直径。

所述外喉口9的前端部内缩，进一步的，所述外喉口9的前端部也可以是可伸缩式结构。

由此，本实施例提供了本实用新型的一种可行的具体结构。可以理解的是，实际结构的设计并不限于本实施例。

实施例6

本实施例6提供一种燃烧方法，可以是基于实施例1-5中任意一个所述的装置，也可以不限于这类装置，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。本实施例6包括：

一种燃烧方法，包括：

在内圈进行第一级不完全燃烧，形成还原氛围，在外圈进行第二级燃烧。

本实施例在内圈进行第一级不完全燃烧，是缺氧状态，这样就能产生大量的还原性气氛和物质，如CO，HCN等，这些还原性物质能抑制燃料型NOx的产生和还原已经生成的NOx，进而降低NOx的生成。

采用分级燃烧方法，使空气和燃料混合均匀，火焰相对稳定，减少局部高温区的生成，进而减少热力型NOx的生成。

实施例7

本实施例7提供一种燃烧方法，可以是基于实施例6而进行的优化或改进，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。本实施例7包括：

对于第一级不完全燃烧，燃烧方向向内，与中心轴线呈α/2角，0＜α＜150°，第一级不完全燃烧的燃气量为总燃气量的5～35％。

对于第二级不完全燃烧，燃烧方向向外，与中心轴线呈β/2角，30°＜β＜176°。

进一步的，第一级不完全燃烧的空气占总空气量的1～15％，第一级不完全燃烧的的空气的流速低于第二级不完全燃烧的空气的流速，故而能形成相对负压，吸引外围的烟气回流到此还原性氛围下燃烧，从而降低了NOx排放。

另外，还可以在内圈的中央进行极少量的冷却通风。

在本实施例中，还包括连接燃烧，将第一级不完全燃烧的火焰和第二级不完全燃烧的火焰连接。

进一步的，还包括第三级完全燃烧，在所述第二级不完全燃烧外围进行。

所述第三级完全燃烧的空气量可调节，增强了外围空气和外围燃料的混合，按需调节使未燃尽的燃料充分燃烧。

第三级完全燃烧起到辅助作用，在实际运行使用过程中，所述第三级完全燃烧的空气起到补充第二级不完全燃烧的空气的作用，助燃的同时也起到了冷却效果，形成了淡燃烧，降低了火焰温度。第三级完全燃烧的设计，增强了外围空气和燃料的混合，从而保证燃料充分燃烧，解决低热值燃料难燃尽的问题。此外，根据炉膛尺寸的大小，可以调整第二级不完全燃烧和第三级完全燃烧之间的比例，从而能调整燃烧器火焰的长度和直径。

综上所述，本实用新型针对热力型NOx和燃料型NOx，采用分级燃烧方法，将燃料和空气都分成多级，通过不同的通道，输送至燃烧装置内特定的位置。中心燃料在内燃气喷嘴13以不同的角度朝内喷射，其余燃料通过多个外燃气喷嘴12以不同的方向朝外喷射。一次风通道2中的少量空气在中心区域以旋流等形式输送，二次风通道4在外燃气喷嘴12外以直流风(也可以是旋流风)输配，进一步的，三次风通道5在直流风外补充形式输配。

这样能使火焰相对稳定，使空气和燃料混合均匀，减少局部高温区的生成，进而减少热力型NOx的生成；针对燃料型NOx，以浓淡燃烧的方法来降低燃料型NOx，即在浓燃烧区(贫氧区)，主要是中心燃料和一次风2混合的火焰中心区域配置较多的燃料而缺氧，并且可以是严重缺氧，这样就能产生大量的还原性气氛和物质，如CO，HCN等，这些还原性物质能抑制燃料型NOx的产生和还原已经生成的NOx，进而降低NOx的生成。外燃气喷嘴12朝外喷射燃气，与少量的来自二次风通道4的空气进行初步混合，混合强度较小，以达到根部缺氧状态，且外燃气喷嘴12流出的燃气迅速穿透二次风，在炉膛壁面产生还原型氛围，进一步抑制了NOx的产生。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，包括：

一次风通道，围绕所述一次风通道的内燃气通道，围绕所述内燃气通道的外燃气通道以及围绕所述外燃气通道的二次风通道；

所述内燃气通道中的燃气与来自所述一次风通道中的空气混合后进行不完全燃烧，形成还原氛围，所述外燃气通道中的燃气与来自所述二次风通道中的空气混合后进行燃烧。

2.如权利要求1所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述内燃气通道前端部设置有多个向内朝向的内燃气喷嘴，所述一次风通道前端部与一次风稳焰器固定相接，所述一次风通道中的空气经过所述一次风稳焰器后，以旋流风的形式流出，与由所述内燃气喷嘴喷出的燃气在不同方向进行对冲、混合和燃烧，燃气进行不完全燃烧，形成还原氛围。

3.如权利要求2所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述内燃气喷嘴等径分布，可分布一圈以上，每圈若干个。

4.如权利要求2所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述内燃气喷嘴中的燃气以向中心轴线倾斜α/2角喷射，0＜α＜150°，喷出的燃气量为总燃气量的5～35％。

5.如权利要求2所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，来自一次风通道中的空气占总空气量的1～15％，来自所述一次风通道中的空气的流速低于来自所述二次风通道中的空气的流速。

6.如权利要求4所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述外燃气通道前端部设置有多个向外朝向的外燃气喷嘴。

7.如权利要求6所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述外燃气喷嘴的出口在轴向上伸出内喉口的端面。

8.如权利要求6所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述外燃气喷嘴的顶部设置有直喷孔。

9.如权利要求6所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述外燃气喷嘴喷出的燃气方向与中心轴线呈β/2角，30°＜β＜176°。

10.如权利要求6所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，同轴设置多组外燃气喷嘴，同一组的外燃气喷嘴等径设置，不同组的外燃气喷嘴半径不相等。

11.如权利要求6所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，还包括三次风通道，围绕所述二次风通道设置。

12.如权利要求11所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述二次风通道的外壁为内喉口，所述内喉口的前端部可伸缩，包括第一活动组件和第二活动组件，所述第一活动组件一端与所述内喉口的本体相连接，另一端与所述第二活动组件的第一端相连接，所述第一活动组件的第二端背离所述中心轴线，所述第二活动组件的第二端朝向所述中心轴线。

13.如权利要求12所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，所述三次风通道的外部为外喉口，围绕所述内喉口设置，所述外喉口的前端部内缩。

14.如权利要求1所述的中低热值低氮燃烧装置，其特征在于，在所述一次风通道中央设置有中心通道。

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