CN217423236U - 一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器及锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器及锅炉系统，中心稳燃盘同轴设置于燃烧器外壁喷口的中心，中心供气管设置于燃烧器外壁的轴心；燃烧器外壁燃烧端在中心供气管喷口的下风向开设有收缩风口；主燃气枪的喷口延伸至收缩风口处；引射气筒套设于燃烧器外壁燃烧端的外部，并与燃烧器外壁之间形成有环形的燃气通道，引射气筒的一端延伸至收缩风口处并位于主燃气枪的外围，另一端延伸至燃烧器外壁燃烧端的端部；烟气风环套设于燃烧器外壁进风端，并与燃烧器外壁之间形成有环形通道，烟气风环的一端开口并延伸至收缩风口处，另一端封闭并设有烟气进气口。本实用新型能够增强烟气再循环的效果，降低NOx的生成。

Description

一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器及锅炉系统

技术领域

本实用新型属于燃气热水或蒸汽锅炉燃烧系统综合改造技术领域，涉及一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器及锅炉系统。

背景技术

燃气燃烧器主要分为预混式燃烧器及非预混式燃烧器，其中非预混式燃烧器均采用了旋流配风燃烧技术，以在火焰中心形成回流区域达到卷吸烟气及加强空气燃料混合的效果，该技术能够有效地减少燃烧中氮氧化物（NOx）的生成量。

近年来，随着最新的《大气污染物排放标准》(GB13223-2011)及各地方“标准”的实施，电站和工业锅炉的NOx排放限额已经达到了30mg/m³(标态，参考氧量3%)的历史最严格指标，传统的燃烧器随着“治污减霾”工作的开展面临全面替代。但是在更换燃烧器的过程中，不可避免地出现了新燃烧器火焰形状（长度、直径）与原有锅炉不匹配的问题，造成燃烧不稳定及炉膛喘震，严重时甚至无法形成火焰。现有部分产品针对上述问题配置了可沿燃烧器轴向前后拉动的外风筒，部分配置了沿轴向前后拉动的旋流布风盘，两类产品均由于燃料喷口距离助燃风出口距离的限制而调节量极有限，并且会因供风过早或过晚导致燃烧不稳定、NOx与一氧化碳（CO）生成量增加。此外，大型燃气锅炉根据容量不同通常有单台炉配置两台及以上燃烧器的情况，在此类锅炉内调整燃烧器火焰形状的必要性不仅体现在上述问题中，更重要的是通过调整火焰旋转方向来消除炉内残余旋转保证受热面负荷均匀，而通过轴向调整风筒或旋流盘的位置均无法实现此目的。

非预混燃烧的低氮燃烧技术主要是分级燃烧，通过偏离燃烧反应的化学当量比达到降低燃烧强度和燃烧温度，从而低NOx的生成量。分级燃烧分燃料分级和空气分级，具体实施方式各燃烧器大同小异，但殊途同归。有的会存在一些问题。预混燃烧是降低燃烧强度和温度的有效手段，但预混燃烧容易爆炸，因此10t/h以上容量的燃气锅炉禁止使用。

燃烧器的负荷调节范围称调节比，因为燃气燃烧器一般为单只或两只，很少通过燃烧器的投入或退出来调整负荷或出力。因此燃烧器高低负荷均通过自身的通流来实现。燃烧器的设计按额定负荷进行，因此低负荷工况严重偏离设计参数，造成低负荷燃气速度、助燃风速偏差很大，对燃气的燃尽和降低NOx很不利。因此风速可调、燃气速度可调、能够实现局部预混燃烧，无疑对于燃烧器的稳定燃烧和降低NOx是有利的。

烟气内循环燃烧是将燃烧器深入炉膛内部，燃烧器出口旋转气流使烟气有回流的可能，在炉膛内部的燃气部分局部形成高速射流，或风口局部收缩形成高速，卷吸部分烟气回流到燃气枪根部或燃烧器内部，形成烟气再循环的效果，达到降低NOx的目的。因为炉内整体为正压，旋转射流或局部高速区对烟气在炉膛内的流动影响很小，因此烟气内循环效果不明显。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器及锅炉系统，本实用新型能够增强烟气再循环的效果。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，包括主燃气枪、引射气筒、燃烧器外壁、中心稳燃盘、中心供气管和烟气风环，中心稳燃盘同轴设置于燃烧器外壁喷口的中心，中心供气管设置于燃烧器外壁的轴心且位于中心稳燃盘的上风向，中心供气管的喷口与中心稳燃盘正对；燃烧器外壁燃烧端在中心供气管喷口的下风向开设有收缩风口，燃烧器外壁在收缩风口处内腔和外部相连通；若干主燃气枪在燃烧器外壁的外周均匀分，主燃气枪的喷口延伸至所述收缩风口处；引射气筒套设于燃烧器外壁燃烧端的外部，引射气筒与燃烧器外壁之间形成有环形的燃气通道，引射气筒的一端延伸至所述收缩风口处并位于主燃气枪的外围，引射气筒的另一端延伸至燃烧器外壁燃烧端的端部；烟气风环套设于燃烧器外壁进风端，烟气风环与燃烧器外壁之间形成有环形通道，烟气风环的一端开口，该端延伸至所述收缩风口处；烟气风环的另一端封闭，烟气风环的该端设有烟气进气口。

优选的，主燃气枪紧贴燃烧器外壁，主燃气枪位于所述环形通道内。

优选的，烟气风环的直径大于引射气筒的直径。

优选的，烟气风环的端部与收缩风口上风向的边缘平齐。

优选的，主燃气枪喷口与收缩风口下风向的边缘平齐。

优选的，引射气筒延伸至中心供气管喷口的下风向一侧并与燃烧器外壁端面平齐。

优选的，燃烧器外壁在收缩风口处的收缩部为圆台形。

优选的，中心供气管连接的燃气环形集箱设置于燃烧器外壁进风端，烟气风环的封闭端位于燃气环形集箱的外围。

本实用新型还提供了一种锅炉系统，包括锅炉炉膛、燃气燃烧器和烟气节能器，燃气燃烧器采用本实用新型如上所述的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，燃气燃烧器前墙布置于锅炉炉膛上，燃气燃烧器的烟气进气口通过烟气抽吸通道与锅炉炉膛烟气二行程末端与烟气节能器之间的烟道连通。

优选的，烟气节能器为锅炉节能器或省煤器。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器实现方案在具体操作时无需人工干预，锅炉二行程末端烟气与燃烧器燃气喷口之间自动建立“平衡通风”条件，局部高风速和高速燃气喷口射流对炉内烟气和烟气风箱烟气的抽吸，使烟气再循环量自动增大，起到降低NOx生成的效果。本方案不需要再循环风机，可以达到较烟气内循环更明显的降低NOx生成量的效果。

附图说明

图1为本实用新型烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器的主视结构示意图；

图2为本实用新型锅炉系统的结构示意图。

其中，1为主燃气枪、2为引射气筒、3为燃烧器外壁、4为收缩风口、5为中心稳燃盘、6为中心供气管、7为烟气风环、7-1为环形通道、8为烟气进气口、9为燃气环形集箱、10为燃气燃烧器、11为锅炉炉膛、12为烟气节能器、13为尾部烟道、13-1为烟囱、14为烟气抽吸通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，包括主燃气枪1、引射气筒2、燃烧器外壁3、中心稳燃盘5、中心供气管6和烟气风环7，中心稳燃盘5同轴设置于燃烧器外壁3喷口的中心，中心供气管6设置于燃烧器外壁3的轴心且位于中心稳燃盘5的上风向，中心供气管6的喷口与中心稳燃盘5正对；燃烧器外壁3燃烧端在中心供气管6喷口的下风向开设有收缩风口4，燃烧器外壁3在收缩风口4处内腔和外部相连通；若干主燃气枪1在燃烧器外壁3的外周均匀分，主燃气枪1的喷口延伸至所述收缩风口4处；引射气筒2套设于燃烧器外壁3燃烧端的外部，引射气筒2与燃烧器外壁3之间形成有环形的燃气通道，引射气筒2的一端延伸至所述收缩风口4处并位于主燃气枪1的外围，引射气筒2的另一端延伸至燃烧器外壁3燃烧端的端部；烟气风环7套设于燃烧器外壁3进风端，烟气风环7与燃烧器外壁3之间形成有环形通道7-1，烟气风环7的一端开口，该端延伸至所述收缩风口4处；烟气风环7的另一端封闭，烟气风环7的该端设有烟气进气口8。

本实用新型的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器在工作时，主燃气枪1喷射出的燃料在引射气筒2与燃烧器外壁3之间的环形燃气通道内喷射燃烧，此时，燃烧器燃烧端外部的烟气可被该环形燃气通道内的负压席卷入环形燃气通道内，同时，环形通道7-1内的部分烟气也被席卷入环形燃气通道内；燃烧器燃烧端外部的烟气以及环形通道7-1内的部分烟气还可通过收缩风口4被席卷入燃烧器外壁3，可以看出，本实用新型的燃烧器使烟气再循环量自动增大，起到降低NOx生成的效果。本方案不需要再循环风机，可以达到较烟气内循环更明显的降低NOx生成量的效果。

作为本实用新型优选的实施方案，主燃气枪1紧贴燃烧器外壁3，主燃气枪1位于所述环形通道7-1内，这种结构使得本实用新型结构更加紧凑，控制燃烧器整体的体积。

作为本实用新型优选的实施方案，烟气风环7的直径大于引射气筒2的直径，该结构保证了从收缩风口4进入燃烧器外壁3内的烟气量，降低NOx生成量。

作为本实用新型优选的实施方案，烟气风环7的端部与收缩风口4上风向的边缘（如图1所示收缩风口4的下边缘）平齐，该结构能后避免烟气风环7由于过高而阻挡了燃烧器燃烧端外部的烟气进入引射气筒2与燃烧器外壁3之间的环形燃气通道内的烟气量。

作为本实用新型优选的实施方案，主燃气枪1喷口与收缩风口4下风向的边缘（如图1所示收缩风口4的上边缘）平齐，这样设计是为了避免主燃气枪1的燃烧收到收缩风口4处负压的影响，保证主燃气枪1的燃烧，同时还保证了引射气筒2与燃烧器外壁3之间的环形燃气通道内形成负压。

作为本实用新型优选的实施方案，引射气筒2延伸至中心供气管6喷口的下风向一侧并与燃烧器外壁3端面平齐，这样能够保证整个燃烧器燃烧端燃烧的稳定性和均匀性。

作为本实用新型优选的实施方案，燃烧器外壁3在收缩风口4处的收缩部为圆台形，该结构简单，便于加工，还能保证烟气顺畅流动进入燃烧器外壁3内。

作为本实用新型优选的实施方案，中心供气管6连接的燃气环形集箱9设置于燃烧器外壁3进风端，烟气风环7的封闭端位于燃气环形集箱9的外围，该结构紧凑，并且烟气风环7内的烟气还能够对燃气环形集箱9内的燃气进行预热。

如图2所示，结合图1，本实用新型还提供了一种锅炉系统，包括锅炉炉膛11、燃气燃烧器10和烟气节能器12，燃气燃烧器10采用本实用新型如上所述的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，燃气燃烧器10前墙布置于锅炉炉膛11上，燃气燃烧器10的烟气进气口8通过烟气抽吸通道14与锅炉炉膛11烟气二行程末端与烟气节能器12之间的烟道连通。其中，烟气节能器12为锅炉节能器或省煤器。

实施例

参考图1和图2，本实施例的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器的结构主要包括主燃气枪1、引射气筒2、燃烧器外壁3、收缩风口4、中心稳燃盘5、中心供气管6、烟气风环7、环形通道7-1、烟气进气口8和燃气环形集箱9；在该燃烧器应用的锅炉系统中，燃气燃烧器10前墙布置于锅炉炉膛11的锅炉上，对于二或三回程的燃气热水或蒸汽锅炉，燃气燃烧后烟气一般至少经过两个回程然后经烟气节能器12排入尾部烟道13和烟囱13-1；烟气抽吸通道14连接烟气二行程末端至烟气节能器12之间烟道和燃气燃烧器10，经烟气进气口8进入烟气风环7和环形通道7-1；主燃气枪1紧贴燃烧器外壁3，燃烧器外壁3与烟气引射气筒2形成环形的燃气通道，主燃气枪1较燃烧器外壁3前端内缩（即如图1所示主燃气枪1喷口要低于燃烧器外壁3的上端），主燃气枪1的上端约与收缩风口4前端（收缩风口4下风向的端面，也即图1中所示收缩风口4的上端）平齐，高速主燃气射流将燃烧器出口烟气、烟气风环和环形通道的烟气吸入引射气筒2内部；收缩风口4使风速提高，对外部烟气形成引射抽吸，使进入燃烧器内部。燃气环形集箱9为主燃气枪1和中心供气管6供气，烟气风环和环形通道位于燃气集箱9的外侧，烟气环形通道包裹主燃气枪1，烟气经过抽吸通道14进入烟气风箱进气口8。烟气抽吸烟道14位于燃气锅炉11的二行程末端与烟气节能器12之间烟道，对于正压燃烧燃气锅炉，该处烟气为正压，燃气引射气筒2的后端主燃气枪1高速射流形成负压，对炉膛内外的烟气均有抽吸效应。

烟气抽吸通道从锅炉烟气二行程末端与烟气节能器之间的烟道取烟气，与燃烧器后端烟气风箱和环形通道进气口相连，依靠正压燃气锅炉烟道内的正压和燃烧器前端高速燃气射流或局部高风速形成的负压，建立平衡通风，增加烟气再循环量。为此，将燃烧器长度增加，深入炉膛部分的燃气主枪内缩，在燃烧器外壁和引射气筒之间形成高速射流通道；燃烧器外壁在燃气主枪喷口附近内缩30°，提高局部风速；高风速和高燃气速度形成局部负压区，对燃烧器出口烟气形成内循环卷吸，对环形烟气通道来的正压烟气形成平衡通风的效果，使内外循环烟气量均增大，进入燃气射流根部和燃烧器内部风道。

本实用新型中，燃烧器外壁3局部内缩提高局部风速、燃烧器出口旋转射流对烟气的卷吸结构。中心稳燃盘5可形成旋流，燃烧器出口旋转气流使烟气内循环具有回流条件，高速主燃气和局部高风速对炉内烟气形成卷吸；高速气流造成的负压与烟气环形通道的正压烟气建立“平衡通风”条件，使内外烟气卷吸量均增加。本方案不需要执行机构，根据燃烧器设计结构、锅炉和燃烧器自身运行条件实现增加烟气再循环量、从而降低NOx生成的效果。

本实用新型的方案在燃气环的外部设置烟气集箱和烟气环形通道，烟气集箱与锅炉烟气二行程末端、节能器（省煤器）之前的烟道相连。利用烟道内正压和燃烧器局部高速形成的负压之间形成“平衡通风”的效果，增加进入燃气根部或燃烧器内部的烟气量，增强烟气再循环的效果。

Claims (10)

1.一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，包括主燃气枪（1）、引射气筒（2）、燃烧器外壁（3）、中心稳燃盘（5）、中心供气管（6）和烟气风环（7），中心稳燃盘（5）同轴设置于燃烧器外壁（3）喷口的中心，中心供气管（6）设置于燃烧器外壁（3）的轴心且位于中心稳燃盘（5）的上风向，中心供气管（6）的喷口与中心稳燃盘（5）正对；燃烧器外壁（3）燃烧端在中心供气管（6）喷口的下风向开设有收缩风口（4），燃烧器外壁（3）在收缩风口（4）处内腔和外部相连通；若干主燃气枪（1）在燃烧器外壁（3）的外周均匀分，主燃气枪（1）的喷口延伸至所述收缩风口（4）处；引射气筒（2）套设于燃烧器外壁（3）燃烧端的外部，引射气筒（2）与燃烧器外壁（3）之间形成有环形的燃气通道，引射气筒（2）的一端延伸至所述收缩风口（4）处并位于主燃气枪（1）的外围，引射气筒（2）的另一端延伸至燃烧器外壁（3）燃烧端的端部；烟气风环（7）套设于燃烧器外壁（3）进风端，烟气风环（7）与燃烧器外壁（3）之间形成有环形通道（7-1），烟气风环（7）的一端开口，该端延伸至所述收缩风口（4）处；烟气风环（7）的另一端封闭，烟气风环（7）的该端设有烟气进气口（8）。

2.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，主燃气枪（1）紧贴燃烧器外壁（3），主燃气枪（1）位于所述环形通道（7-1）内。

3.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，烟气风环（7）的直径大于引射气筒（2）的直径。

4.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，烟气风环（7）的端部与收缩风口（4）上风向的边缘平齐。

5.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，主燃气枪（1）喷口与收缩风口（4）下风向的边缘平齐。

6.根据权利要求1或5所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，引射气筒（2）延伸至中心供气管（6）喷口的下风向一侧并与燃烧器外壁（3）端面平齐。

7.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，燃烧器外壁（3）在收缩风口（4）处的收缩部为圆台形。

8.根据权利要求1所述的一种烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，其特征在于，中心供气管（6）连接的燃气环形集箱（9）设置于燃烧器外壁（3）进风端，烟气风环（7）的封闭端位于燃气环形集箱（9）的外围。

9.一种锅炉系统，其特征在于，包括锅炉炉膛（11）、燃气燃烧器（10）和烟气节能器（12），燃气燃烧器（10）采用权利要求1-8任意一项所述的烟气自吸式外循环燃气低氮燃烧器，燃气燃烧器（10）前墙布置于锅炉炉膛（11）上，燃气燃烧器（10）的烟气进气口（8）通过烟气抽吸通道（14）与锅炉炉膛（11）烟气二行程末端与烟气节能器（12）之间的烟道连通。

10.根据权利要求9所述的一种锅炉系统，其特征在于，烟气节能器（12）为锅炉节能器或省煤器。

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