CN219797188U - 锅炉燃烧器和锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锅炉燃烧器和锅炉系统。所述锅炉燃烧器包括：进气区，其设置成引入助燃空气以及从锅炉向外排出的外部烟气和/或所述锅炉的内部烟气；燃烧区，其与所述进气区连通；以及压缩气体输送装置，其设置成向所述进气区输送压缩气体，用以提供动力迫使所述外部烟气和/或所述内部烟气从所述进气区进入至所述燃烧区。采用本实用新型能有效降低锅炉的NO_x排放，提高锅炉燃烧器和锅炉系统的性能，增强产品竞争力。

Description

锅炉燃烧器和锅炉系统

技术领域

本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其涉及锅炉燃烧器和锅炉系统。

背景技术

锅炉通常是利用燃料燃烧来释放热能，以便将诸如水等流体介质加热达到预设要求，其中燃烧器是锅炉的关键设备，它的工作性能好坏会影响锅炉的热效率、烟气排放指标等。特别是，在目前日益重视环境保护的情形下，对于低NO_X排放就显得尤为重要。尽管采用燃烧器烟气循环技术能够在NO_X排放中起到有益作用，稳定高效的烟气循环技术可以有效降低NO_X的排放，然而本申请经过研究后发现，现有技术在如何提高烟气循环的稳定性和效率等方面仍然存在缺陷和不足之处。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了锅炉燃烧器和锅炉系统，从而解决或者至少缓解了现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个，或者提供了对于现有技术的替代技术方案。

根据本实用新型的一个方面，首先提供了一种锅炉燃烧器，包括：

进气区，其设置成引入助燃空气以及从锅炉向外排出的外部烟气和/或所述锅炉的内部烟气；

燃烧区，其与所述进气区连通；以及

压缩气体输送装置，其设置成向所述进气区输送压缩气体，用以提供动力迫使所述外部烟气和/或所述内部烟气从所述进气区进入至所述燃烧区。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述进气区具有腔体、第一入口、第二入口、第三入口、第一烟道和第二烟道，所述第一烟道经由所述腔体与所述第一入口连通用于引入所述外部烟气，所述第二烟道与所述第二入口连通用于引入所述内部烟气，所述第三入口与所述腔体连通以将助燃空气引入所述腔体用来与所述外部烟气混合，经混合的气体与经由燃料气体管路穿过所述进气区输送至所述燃烧区的燃料气体在所述燃烧区混合后燃烧。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述压缩气体输送装置包括：

第一喷枪，其用于输送第一压缩气体以向所述外部烟气提供动力，使得所述外部烟气经由所述第一烟道进入至所述燃烧区，所述第一压缩气体包括压缩空气、蒸汽；和/或

第二喷枪，其用于输送第二压缩气体以向所述内部烟气提供动力，使得所述内部烟气经由所述第二烟道进入至所述燃烧区，所述第二压缩气体包括燃料气、压缩空气、蒸汽；并且/或者

所述燃料气体管路设置成在所述燃烧区具有第一喷嘴和多个第二喷嘴，所述第二喷嘴围绕着所述第一喷嘴布置。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述第一烟道包括至少两个环形烟道，并且/或者所述第二烟道包括布置在所述第一烟道的外侧的至少两个圆筒形烟道。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述至少两个环形烟道彼此同心布置，所述至少两个圆筒形烟道沿着所述至少两个环形烟道的圆周方向均匀布置。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述锅炉燃烧器包括烟气吸入器，其布置在所述腔体内并且所述烟气吸入器的入口与所述第一入口连通，所述第一烟道的出口与所述烟气吸入器的出口连通，所述第一烟道中的至少一个布置在所述第一喷嘴的周向外侧，所述第一烟道中的至少另一个布置在所述第一喷嘴和所述第二喷嘴之间、或者所述第二喷嘴的周向外侧。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述第二烟道相对于所述锅炉燃烧器的横向轴线倾斜布置，并且所述第二烟道的出口构造成朝向所述燃烧区方向具有逐渐增大的横截面。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述进气区包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分分别由金属材料和耐火材料制成，所述第二部分与所述第一部分相连且相对更靠近于所述燃烧区，所述腔体设置在所述第一部分内，所述第二烟道设置在所述第二部分内，所述第一烟道设置在所述第一部分和所述第二部分内。

在根据本实用新型的锅炉燃烧器中，可选地，所述第一部分和所述第二部分构造成圆筒形，并且所述第二部分的直径不大于所述第一部分的直径。

其次，根据本实用新型的另一个方面，还提供了一种锅炉系统，包括锅炉和如以上任一项所述的锅炉燃烧器，所述锅炉燃烧器布置成用于加热锅炉内的流体。

本实用新型通过应用高效、稳定的烟气内外循环技术方案，可以有效降低锅炉的NO_x排放，同时显著提高烟气循环设备的稳定可靠性，并且有效降低设备成本，从而能够提高锅炉燃烧器和锅炉系统的性能，增强产品竞争力。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应在知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个根据本实用新型的锅炉系统实施例的构成示意图。

图2是图1中所示实施例中的锅炉燃烧器示例的侧剖结构示意图。

图3是图2的锅炉燃烧器示例的一个端部正视图，其中示出了第一烟道、第二烟道以及各喷枪的喷嘴等结构。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来说明根据本实用新型的锅炉燃烧器和锅炉系统的结构组成、特点和优点等，然而所有描述不应用于对本实用新型形成任何限制。在本文中，技术术语“第一”、“第二”仅是用于进行区分性表述目的而无意于表示它们的顺序和相对重要性，技术术语“连接”意味着特定部件直接连接至另一部件和/或间接连接至另一部件，技术术语“部分”意在涵盖在结构构造、组成等方面的任何可能形式，例如其可以由单个或多个部件组成。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本实用新型仍允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而应在认为这些根据本实用新型的更多实施例也是在本文的记载范围之内。另外，为了简化图面和便于清楚说明起见，相同或相类似的零部件和特征在同一附图中可能仅在一处或若干处进行标示，并且省略了锅炉系统中通常包含或者可能包含的更多零部件。

首先参考图1，在该图中仅以示范性方式展示出了一个根据本实用新型的锅炉系统实施例的大致结构组成情况，其中配置了一个根据本实用新型的锅炉燃烧器实施例。

如图1所示，在这个实施例中，锅炉系统100包括锅炉10和锅炉燃烧器20，后者被用来对锅炉10内的流体进行加热处理，该流体包括但不限于例如水等。此外，在图1中还同时展示出了诸如风机30的设备，通过此类设备可以用来向锅炉燃烧器20提供例如空气等助燃气体，以便与进入到锅炉燃烧器20内的流体混合后达到促进燃烧等目的。

在锅炉系统100中，为锅炉燃烧器20配置了锅炉烟气的内外双循环回路，由此能有效降低NO_x的排放，促进实现排放量尽可能达到最小化，例如在图1中示出了，可以通过外部烟气管路40将从锅炉10向外排出的烟气沿着图中箭头所示流动方向引入锅炉燃烧器20来实现烟气外循环，并且还可以配置诸如控制阀50等任何合适装置，以便于按照实际需要对锅炉系统的外部烟气流量、流速等进行调控处理。

参考图2和图3，在这两个附图中给出了在图1示例中的锅炉燃烧器实施例的基本构造。在该实施例中，锅炉燃烧器20可以设置有进气区20a、燃烧区20b、用于向燃烧区20b送入燃料气体的燃料气体管路30和用于向进气区20a内输送压缩气体的压缩气体装置，燃料气体(如天然气、煤气等)可以例如由图2中的箭头D和D’的示例性展示方向所示从锅炉燃烧器20的外部提供，压缩气体装置可以包括但不限于例如喷枪28、喷枪29等。对于进气区20a，可以将它构造成具有第一烟道21、第二烟道22、腔体23、第一入口211、第二入口221和第三入口231，其中的第一烟道21和第一入口211是提供用于锅炉的外部烟气循环，第二烟道22和第二入口221是提供用于锅炉的内部烟气循环，通过第三入口231可以例如沿着图2中的箭头C所示方向将助燃气体引入到腔体23内，以便促使从第一入口211流入腔体23的锅炉外部烟气与助燃气体混合，然后再一起经由第一烟道21流向燃烧区20b并与燃料气体进行燃烧。

具体来讲，根据不同的应用需求情况，可以在锅炉燃烧器20中构建一个或多个第一烟道21以及一个或多个第一入口211，可将第一入口211设置在进气区20a上的任何适宜位置处并通过腔体23与相应的第一烟道21连通，使得从锅炉10排出的烟气可经由外部烟气管路40重新返回到锅炉燃烧器20进行燃烧，在图2中已使用箭头A对这部分外部烟气循环的流动路径方向进行了示意性标示。在具体应用时，第一烟道21、第一入口211和腔体23的配置数量、尺寸形状等方面均允许按需设计。如此，通过配置第一烟道21和第一入口211，能够循环利用来自于锅炉的排出烟气，这不仅非常有利于降低NO_x的排放，而且能够提高锅炉系统以及锅炉燃烧器的工作性能。

在锅炉燃烧器20中，可以按需配置一个或多个第二烟道22和第二入口221用来循环引入锅炉10的内部烟气，以便在锅炉内部就近再次燃烧来消除其中的未燃烧部分，这将有利于降低NO_x排放。举例而言，例如在图3中示例性地展示出了可同时设置4个第二烟道22，它们沿着圆周方向均匀布置并且彼此之间具有相同的结构构造。应当理解，根据不同的应用场合，对于第二烟道22和第二入口221的具体配置数量、布置位置、尺寸构造等方面可以灵活设计和调整，不同的第二烟道22之间可以采用不相同的结构构造。

作为可选情形，可将第二烟道22构造成具有倾斜结构以便促进锅炉内部烟气在锅炉燃烧器20中的流动，在图2中以示意方式显示了可以第二烟道22设置成相对于锅炉燃烧器20的横向轴线形成倾斜角度(其具体数值可以按需选择设置)，从而有利于锅炉内部烟气沿着箭头B所示方向从第二入口221流入第二烟道22，然后从第二烟道22的出口流出进入到与进气区20a连通的燃烧区20b同燃料气体混合后进行燃烧，由此进一步降低NO_x的排放。在一个或一些实施方式下，可以将第二烟道22的出口设计成具有渐变轮廓的构造，例如使其朝向燃烧区20b方向具有逐渐增大的横截面，这样会形成类似于文丘里管的构造从而能够更好地促进气流流动。

继续参考图2，作为举例说明，在锅炉燃烧器20中设置有第一喷枪28和第二喷枪29。通过第一喷枪28输出的压缩气体(如经过压缩的空气、蒸汽或燃料气体)可以向锅炉外循环烟气提供动力，以驱使这些外部烟气穿过进气区20a输送至燃烧区20b，然后在燃烧区20b与经由燃料气体管路30输送的燃料气体进行燃烧后释放热能来加热锅炉10内的流体。可以按照具体应用情况来设置第一喷枪28提供合适的压力，以便向锅炉外循环烟气提供符合应用期望的动力来促使其进行上述流动。

进一步地，对于燃料气体管路30来讲，可以将它构造成在燃烧区20b具有多个喷嘴，以便形成分级式燃烧来增强燃烧效果，促进降低NO_x并提高燃烧器性能。例如图2和图3所示，可以将燃料气体管路30构造成在将燃烧区20b具有中心喷嘴25和若干个外围喷嘴26，这些外围喷嘴26可以围绕着中心喷嘴25布置在任意合适的位置处，比如它们可以在中心喷嘴25的周向方向上形成均匀布置。通常来讲，中心喷嘴25可设置成具有相对较大的尺寸而促进在燃烧区20b的大致中部位置处的充分燃烧，例如可采用叶瓣式末端喷嘴等构型，外围喷嘴26可设置成具有相对较小的尺寸并且彼此之间可具有相同或不同的尺寸，通过这些外围喷嘴26能够有利地促进在燃烧区20b的其他位置处更充分彻底地燃烧，从而提升整体燃烧效果，提高锅炉燃烧器的工作性能和可靠性。

再作为举例说明，可以在锅炉燃烧器20中设置第二喷枪29，用来促进锅炉内部烟气的循环流动。例如图2所示，可布置第二喷枪29向第二烟道22喷送压缩气体(例如经过压缩的空气、蒸汽或燃料气体等，其工作压力可按需设置或调整)，从而促使锅炉内部烟气沿着箭头B所示方向从第二入口221流进第二烟道22，然后再从第二烟道22的出口流出到达燃烧区20b与从中心喷嘴25和/或外围喷嘴26喷射出的燃料气体以及从第一烟道21流出的锅炉外部烟气一起进行混合燃烧。当然，在一些应用场合下，如果第二喷枪29本身喷射使用了燃料气体(可以与通过燃料气体管路30供应的燃料气体相同或不相同)的话，那么可以控制从第二烟道22的出口流出的锅炉内部烟气与该燃料气体二者在出口处进行燃烧。在实际应用中，可以使用第二喷枪29自身带有的管路或者另外单独布置的管路作为压缩气体输送管路，用来穿过腔体23将压缩气体输送到促使锅炉内部烟气循环流进和流出第二烟道22的目标位置处。

虽然在一些现有的锅炉燃烧器产品中采用了外部烟气循环技术，但是它们普遍采用风机或类似设备用作驱动烟气循环流动的动力源，由于锅炉烟气温度通常较高，因此对于风机等设备具有耐高温等方面的特定要求，并且因为风机作为回转设备而需要定期进行维护保养，所以存在着检修停机、故障停机等的可能而会影响到锅炉的运行使用。

与现有技术相比，在本实用新型方案中应用了工程流体动力技术，由于是通过诸如喷枪等设备来为锅炉内外烟气循环提供驱动力，不仅可以无需风机等回转设备而避免了设备对于耐高温等方面的特定要求，而且能够有效降低设备成本和设备停机的可能性，并且使用压力设备可对气流形成较强的引射力来有力地促进气流流动，使得在燃烧区能够形成更加充分、彻底且高效的混合燃烧效果。

在一个或一些实施方式下，可以针对第一烟道21和/或第二烟道22进行优化设计。例如图2和图3所示，可以将第一烟道21构造成具有两个或更多个环形烟道，比如将它们可选地构造形成同心布置，同时将用于喷射燃料气体的喷嘴按需布置在这些环形烟道之间，即可以将中心喷嘴25布置在圆心位置处，将一个或多个外围喷嘴26布置在两个相邻的环形烟道之间或者布置在其中任何一个环形烟道的周向外侧，如此可形成分级式燃烧效果，从而能促进从各环形烟道流出的锅炉外部烟气在燃烧区20b形成充分燃烧，有效降低NO_x排放。在一个或一些实施方式下，可以将第二烟道22构造成具有两个或更多个圆筒形烟道，可以将它们可选地均匀布置在燃料气体喷嘴的圆周外侧，从而利用上述喷嘴带来的分级式燃烧效果，促进从第二烟道22流出的锅炉内部烟气与燃料气体和/或锅炉外部烟气形成充分混合并高效燃烧，有利于提高燃烧器性能，并且降低NO_x排放。

在一个或一些实施方式下，可以在锅炉燃烧器20的腔体23内布置烟气吸入器27，将烟气吸入器27的入口与第一入口211连通，并且由烟气吸入器27的出口与第一烟道21保持连通，从而有利于更佳地形成第一烟道21在腔体23内的整体布局和分布式出口。

此外，可以将锅炉燃烧器20的进气区20a可选地构造成具有两个部分，即彼此相连的第一部分201a和第二部分202a。其中，第一部分201a可使用金属材料制成并形成腔体23，第二部分202a可使用耐火材料制成并将第二烟道22布置在该第二部分202a内，将第一烟道21布置在第一部分201a和第二部分202a内，并且由耐火材料制成的第二部分202a中一部分结构24对诸如第一烟道21、喷枪28和29等起到支撑作用，使得锅炉烟气的内外双循环在系统工作时非常安全、高效并且稳定可靠。在实际应用时，可以例如图1所示地，将第一部分201a设置在锅炉10的外部，并将第二部分202a安装布置到锅炉10的内部，使得燃烧区20b处于锅炉内部进行充分燃烧释放热能。第一部分201a和第二部分202a的具体构造可根据需要情况来设置，例如可以将它们都构造成具有圆筒形状，又比如将第二部分202a构造成其直径小于或等于第一部分201a的直径等，本实用新型对此不做出任何限制。

如前所述，由于本实用新型提供的锅炉燃烧器以及配置有该锅炉燃烧器的锅炉系统具有明显优于现有技术的诸多优势，特别是通过建立高效且稳定的锅炉烟气内外双循环回路，并且可不必采用传统方式来使用风机等设备作为锅炉烟气外循环的驱动动力，不仅能有效降低NO_x排放，促进环保目标实现，而且可以显著增强系统的整体可靠性，提高锅炉燃烧器和锅炉相同的工作性能和产品竞争力。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本实用新型的锅炉燃烧器和锅炉系统，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种锅炉燃烧器(20)，其特征在于，包括：

进气区(20a)，其设置成引入助燃空气以及从锅炉(10)向外排出的外部烟气和/或所述锅炉(10)的内部烟气；

燃烧区(20b)，其与所述进气区(20a)连通；以及

压缩气体输送装置，其设置成向所述进气区(20a)输送压缩气体，用以提供动力迫使所述外部烟气和/或所述内部烟气从所述进气区(20a)进入至所述燃烧区(20b)。

2.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述进气区(20a)具有腔体(23)、第一入口(211)、第二入口(221)、第三入口(231)、第一烟道(21)和第二烟道(22)，所述第一烟道(21)经由所述腔体(23)与所述第一入口(211)连通用于引入所述外部烟气，所述第二烟道(22)与所述第二入口(221)连通用于引入所述内部烟气，所述第三入口(231)与所述腔体(23)连通以将助燃空气引入所述腔体(23)用来与所述外部烟气混合，经混合的气体与经由燃料气体管路穿过所述进气区(20a)输送至所述燃烧区(20b)的燃料气体在所述燃烧区(20b)混合后燃烧。

3.根据权利要求2所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述压缩气体输送装置包括：

第一喷枪(28)，其用于输送第一压缩气体以向所述外部烟气提供动力，使得所述外部烟气经由所述第一烟道(21)进入至所述燃烧区(20b)，所述第一压缩气体包括压缩空气、蒸汽；和/或

第二喷枪(29)，其用于输送第二压缩气体以向所述内部烟气提供动力，使得所述内部烟气经由所述第二烟道(22)进入至所述燃烧区(20b)，所述第二压缩气体包括燃料气、压缩空气、蒸汽；并且/或者

所述燃料气体管路设置成在所述燃烧区(20b)具有第一喷嘴(25)和多个第二喷嘴(26)，所述第二喷嘴(26)围绕着所述第一喷嘴(25)布置。

4.根据权利要求3所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述第一烟道(21)包括至少两个环形烟道，并且/或者所述第二烟道(22)包括布置在所述第一烟道(21)的外侧的至少两个圆筒形烟道。

5.根据权利要求4所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述至少两个环形烟道彼此同心布置，所述至少两个圆筒形烟道沿着所述至少两个环形烟道的周向均匀布置。

6.根据权利要求4所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述锅炉燃烧器(20)包括烟气吸入器(27)，其布置在所述腔体(23)内并且所述烟气吸入器(27)的入口与所述第一入口(211)连通，所述第一烟道(21)与所述烟气吸入器(27)的出口连通，所述第一烟道(21)中的至少一个布置在所述第一喷嘴(25)的周向外侧，所述第一烟道(21)中的至少另一个布置在所述第一喷嘴(25)和所述第二喷嘴(26)之间、或者所述第二喷嘴(26)的周向外侧。

7.根据权利要求2所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述第二烟道(22)相对于所述锅炉燃烧器(20)的横向轴线倾斜布置，并且所述第二烟道(22)的出口构造成朝向所述燃烧区(20b)方向具有逐渐增大的横截面。

8.根据权利要求2所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述进气区(20a)包括第一部分(201a)和第二部分(202a)，所述第一部分(201a)和所述第二部分(202a)分别由金属材料和耐火材料制成，所述第二部分(202a)与所述第一部分(201a)相连且相对更靠近于所述燃烧区(20b)，所述腔体(23)设置在所述第一部分(201a)内，所述第二烟道(22)设置在所述第二部分(202a)内，所述第一烟道(21)设置在所述第一部分(201a)和所述第二部分(202a)内。

9.根据权利要求8所述的锅炉燃烧器(20)，其中，所述第一部分(201a)和所述第二部分(202a)构造成圆筒形，并且所述第二部分(202a)的直径不大于所述第一部分(201a)的直径。

10.一种锅炉系统，其特征在于，包括锅炉(10)和如权利要求1-9中任一项所述的锅炉燃烧器(20)，所述锅炉燃烧器(20)布置成用于加热锅炉内的流体。