CN102913943A - 一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的70%～75%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为8.9m/s～9.3m/s、燃烧温度为900℃～1000℃；步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。本发明采用分级燃烧的方式有效降低NOX的生成量，另外采用用分体式结构的燃烧器，可以有效降低燃烧器的悬重，保证锅炉的使用安全，另外还能够有效降低NOX的排放量。

Description

一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧方法及燃烧器,特别是一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器，属于锅炉领域。
背景技术
NOX是氮氧化合物的统称，氮氧化合物中既含有稳定的N2O,NO,N2O3,NO2,N2O5等又有不稳定的NO3，污染环境的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),所以通称NOX污染。供给到内燃机和燃烧设施的空气中的N2在高温中氧化后成为NO,再排到大气层中成形NO2,这样产生的二氧化氮，人比植物更容易受害，NO2比NO毒性强5-10倍，低浓度对于生理机能没什么损伤，但是在高浓度的情况下对人体的肺有很大影响。关于燃油气锅炉排放，国家制定了锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中规定，燃油气锅炉NOX的排放量不得高于400mg/m3。
现有的燃烧器由于自身构造原因，大部分会产生火焰温度过高和过盈空气多的现象，使大量NOX生成，虽然它们NOX的排放量符合国家排放标准，但是排放量依然较高。
另外，现有技术中多采用一体式燃烧器，即风机与燃烧器为一体式设计，燃烧器功率越大则需要配备的助燃风机也越大，从而使燃烧器的悬重增加，给锅炉带来安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种锅炉的燃烧方法及分体式低氮燃烧器，它采用分级燃烧的方式有效降低NOX的生成量，另外采用用分体式结构的燃烧器，可以有效降低燃烧器的悬重，保证锅炉的使用安全，另外还能够有效降低NOX的排放量。
本发明的技术方案：一种锅炉的燃烧方法，将燃料的燃烧分为2个步骤，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的70%～75%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为8.9m/s～9.3m/s、燃烧温度为900℃～1000℃；
步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。
前述的锅炉的燃烧方法中，所述步骤1中，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的72%，燃烧区内的燃烧速度为9.1m/s、燃烧温度为950℃。
一种实现前述锅炉的燃烧方法所使用的分体式低氮燃烧器，包括燃烧器壳体、控制装置、燃烧头装置和稳燃装置，稳燃装置设置在燃烧器壳体内，燃烧头装置设置在稳燃装置内，控制装置设置在燃气进气管道上，燃气进气管道通过弯管与燃烧头装置连接，燃烧器壳体还通过供风管与风机连接。
前述的分体式低氮燃烧器中，所述稳燃装置包括稳燃内管、稳燃外管、扇形堵板和侧挡板，稳燃内管设于稳燃外管内，且同心设置，稳燃内管与稳燃外管之间设有6个均布的扇形堵板，每个扇形堵板上均设有侧挡板，稳燃外管的管壁上设有6个均布的A通孔，6个A通孔与6个扇形堵板一一对应设置。所述稳燃内管和稳燃外管均采用不锈钢材料制成。
前述的分体式低氮燃烧器中，燃烧头装置包括稳焰盘、点火器、点火气管、固定盘和固定圈，稳焰盘通过支撑杆与固定盘连接，点火气管通过固定圈固定在固定盘的中心位置，点火器固定在固定盘上。
前述的分体式低氮燃烧器中，稳焰盘为圆环状且外径不大于稳燃内管的内径，内径不小于点火气管的外径。
前述的分体式低氮燃烧器中，点火器通过点火器供气管与燃气进气管道连接，点火器供气管上设有点火电磁阀、点火调压器和点火球阀。
前述的分体式低氮燃烧器中，点火气管的端部设有堵板，且设有堵板的一端的管壁上均布着8个B通孔；所述固定盘由钢圈和环状底板构成，钢圈与环状底板固定连接，且钢圈与环状底板上均设有C通孔。设置B通孔的作用是平均分配空气。C通孔为燃气配风孔，使燃气和空气充分混合。
前述的分体式低氮燃烧器中，控制装置包括主回路过滤器、主回路调压器、主回低压开关、燃气压力表和检漏装置，它们顺次安装在燃气进气管道上。
前述的分体式低氮燃烧器中，所述风机上设有风压开关，供风管上设有风阀。
与现有技术相比，本发明由于采用自主研发的燃烧头，可以将燃烧过程分为两个阶段，在第一阶段使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，有效降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。第二燃烧阶段中，使空气通过布置在燃烧器上的通孔送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，完成全部燃烧过程。采用这种分级燃烧的方式有效抑制了NOx的生成。
由于本发明设置了腮片形的稳燃装置可以将分散的2次空气与燃料混合后离心式旋转形成喷射火焰。这样燃烧喷射方式的燃烧气体可自行循环，也可与2段燃烧方式并用，进一步降低NOx的生成生成量。
另外本发明的风机与燃烧器分体式设计，这样有效降低了燃烧器悬重，可以有效保证锅炉的使用安全。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是稳燃装置的侧视图；
图3是稳燃装置的主视图；
图4是燃烧头装置的结构示意图；
图5是稳焰盘的结构示意图；
图6是点火喷头的结构示意图；
图7是固定盘的侧视图；
图8是固定盘的主视图；
图9是控制装置的结构示意图；
图10是本发明燃烧头装置的燃烧原理图。
附图中的标记为：1-燃烧器壳体，2-控制装置，3-燃烧头装置，4-稳燃装置，5-燃气进气管道，6-弯管，7-供风管，8-风机，9-稳燃内管，10-稳燃外管，11-扇形堵板，12-侧挡板，13-A通孔，14-稳焰盘，15-点火器，16-点火气管，17-固定盘，18-固定圈，19-支撑杆，20-堵板，21-B通孔，22-钢圈，23-环状底板，24-C通孔，25-主回路过滤器，26-主回路调压器，27-主回低压开关，28-燃气压力表，29-检漏装置，30-风压开关，31-风阀，32-点火器供气管，33-点火电磁阀，34-点火调压器，35-点火球阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的实施例1：一种锅炉的燃烧方法，将燃料的燃烧分为2个步骤，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的70%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为8.9m/s、燃烧温度为900℃；
步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。
如图1所示，一种实现前述锅炉的燃烧方法所使用的分体式低氮燃烧器，包括燃烧器壳体1、控制装置2、燃烧头装置3和稳燃装置4，稳燃装置4设置在燃烧器壳体1内，燃烧头装置3设置在稳燃装置4内，控制装置2设置在燃气进气管道5上，燃气进气管道5通过弯管6与燃烧头装置3连接，燃烧器壳体1还通过供风管7与风机8连接。
如图2和图3所示，稳燃装置4包括稳燃内管9、稳燃外管10、扇形堵板11和侧挡板12，稳燃内管9设于稳燃外管10内，且同心设置，稳燃内管9与稳燃外管10之间设有6个均布的扇形堵板11，每个扇形堵板11上均设有侧挡板12，稳燃外管10的管壁上设有6个均布的A通孔13，6个A通孔13与6个扇形堵板11一一对应设置。
如图4所示，燃烧头装置3包括稳焰盘14、点火器15、点火气管16、固定盘17和固定圈18，稳焰盘14通过支撑杆19与固定盘17连接，点火气管16通过固定圈18固定在固定盘17的中心位置，点火器15固定在固定盘17上。
如图5所示，稳焰盘14为圆环状且外径不大于稳燃内管9的内径，内径不小于点火气管16的外径。
如图6、图7和图8所示，点火气管16的端部设有堵板20，且设有堵板20的一端的管壁上均布着8个B通孔21；所述固定盘17由钢圈22和环状底板23构成，钢圈22与环状底板23固定连接，且钢圈22与环状底板23上均设有C通孔24。
如图9所示，控制装置2包括主回路过滤器25、主回路调压器26、主回低压开关27、燃气压力表28和检漏装置29，它们顺次安装在燃气进气管道5上，风机8上设有风压开关30，供风管7上设有风阀31。点火器15通过点火器供气管32与燃气进气管道5连接，点火器供气管32上设有点火电磁阀33、点火调压器34和点火球阀35。
本发明的实施例2：一种锅炉的燃烧方法，将燃料的燃烧分为2个步骤，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的72%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为9.1m/s、燃烧温度为950℃；
步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。
如图1所示，一种实现前述锅炉的燃烧方法所使用的分体式低氮燃烧器，包括燃烧器壳体1、控制装置2、燃烧头装置3和稳燃装置4，稳燃装置4设置在燃烧器壳体1内，燃烧头装置3设置在稳燃装置4内，控制装置2设置在燃气进气管道5上，燃气进气管道5通过弯管6与燃烧头装置3连接，燃烧器壳体1还通过供风管7与风机8连接。
如图2和图3所示，稳燃装置4包括稳燃内管9、稳燃外管10、扇形堵板11和侧挡板12，稳燃内管9设于稳燃外管10内，且同心设置，稳燃内管9与稳燃外管10之间设有6个均布的扇形堵板11，每个扇形堵板11上均设有侧挡板12，稳燃外管10的管壁上设有6个均布的A通孔13，6个A通孔13与6个扇形堵板11一一对应设置。
如图4所示，燃烧头装置3包括稳焰盘14、点火器15、点火气管16、固定盘17和固定圈18，稳焰盘14通过支撑杆19与固定盘17连接，点火气管16通过固定圈18固定在固定盘17的中心位置，点火器15固定在固定盘17上。
如图5所示，稳焰盘14为圆环状且外径不大于稳燃内管9的内径，内径不小于点火气管16的外径。
如图6、图7和图8所示，点火气管16的端部设有堵板20，且设有堵板20的一端的管壁上均布着8个B通孔21；所述固定盘17由钢圈22和环状底板23构成，钢圈22与环状底板23固定连接，且钢圈22与环状底板23上均设有C通孔24。
如图9所示，控制装置2包括主回路过滤器25、主回路调压器26、主回低压开关27、燃气压力表28和检漏装置29，它们顺次安装在燃气进气管道5上。风机8上设有风压开关30，供风管7上设有风阀31。点火器15通过点火器供气管32与燃气进气管道5连接，点火器供气管32上设有点火电磁阀33、点火调压器34和点火球阀35。
本发明的实施例3：一种锅炉的燃烧方法，将燃料的燃烧分为2个步骤，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的75%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为9.3m/s、燃烧温度为1000℃；
步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。
如图1所示，一种实现前述锅炉的燃烧方法所使用的分体式低氮燃烧器，包括燃烧器壳体1、控制装置2、燃烧头装置3和稳燃装置4，稳燃装置4设置在燃烧器壳体1内，燃烧头装置3设置在稳燃装置4内，控制装置2设置在燃气进气管道5上，燃气进气管道5通过弯管6与燃烧头装置3连接，燃烧器壳体1还通过供风管7与风机8连接。
如图2和图3所示，稳燃装置4包括稳燃内管9、稳燃外管10、扇形堵板11和侧挡板12，稳燃内管9设于稳燃外管10内，且同心设置，稳燃内管9与稳燃外管10之间设有6个均布的扇形堵板11，每个扇形堵板11上均设有侧挡板12，稳燃外管10的管壁上设有6个均布的A通孔13，6个A通孔13与6个扇形堵板11一一对应设置。
如图4所示，燃烧头装置3包括稳焰盘14、点火器15、点火气管16、固定盘17和固定圈18，稳焰盘14通过支撑杆19与固定盘17连接，点火气管16通过固定圈18固定在固定盘17的中心位置，点火器15固定在固定盘17上。
如图5所示，稳焰盘14为圆环状且外径不大于稳燃内管9的内径，内径不小于点火气管16的外径。
如图6、图7和图8所示，点火气管16的端部设有堵板20，且设有堵板20的一端的管壁上均布着8个B通孔21；所述固定盘17由钢圈22和环状底板23构成，钢圈22与环状底板23固定连接，且钢圈22与环状底板23上均设有C通孔24。
如图9所示，控制装置2包括主回路过滤器25、主回路调压器26、主回低压开关27、燃气压力表28和检漏装置29，它们顺次安装在燃气进气管道5上。风机8上设有风压开关30，供风管7上设有风阀31。点火器15通过点火器供气管32与燃气进气管道5连接，点火器供气管32上设有点火电磁阀33、点火调压器34和点火球阀35。
本发明的工作原理：通过燃气进气管道5将燃气通入燃烧头装置3和点火器供气管32，然后控制供风管7上的风阀31，控制燃烧所用空气的进气量，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的70%～75%，然后通过点火器5进行点火，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为8.9m/s～9.3m/s、燃烧温度为900℃～1000℃；在这种条件下不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过钢圈22与环状底板23上均的C通孔24送入炉膛，与前述在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气进行混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。燃料分级燃烧在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，反应式为：
4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O；
2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2=N2+2nCO2+mH2O；
2NO+2CO=N2+2CO2；
2NO+2C=N2+2CO；
2NO+2H2=N2+2H2O；
本发明的稳燃装置4包括稳燃内管9、稳燃外管10、扇形堵板11和侧挡板12，稳燃内管9设于稳燃外管10内，且同心设置，稳燃内管9与稳燃外管10之间设有6个均布的扇形堵板11，每个扇形堵板11上均设有侧挡板12，稳燃外管10的管壁上设有6个均布的A通孔13，6个A通孔13与6个扇形堵板11一一对应设置。由于采用这种特殊的类似腮片的结构，使分散的2次空气与燃料混合后离心式旋转形成喷射火焰。这样燃烧喷射方式的燃烧气体可自行循环，从而进一步抑制Nox的生成（其原理如图10所示）。经验过大量实验得出，烟气再循环率为15%～20%时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低25%左右。

Claims (10)

1.一种锅炉的燃烧方法，其特征在于：将燃料的燃烧分为2个步骤，具体步骤如下，步骤1，将空气从主燃烧器供入炉膛，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的70%～75%，使燃料在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧并产生烟气，燃烧区内过量空气系数α＜1，燃烧区内的燃烧速度为8.9m/s～9.3m/s、燃烧温度为900℃～1000℃；
步骤2，将空气通过布置在主燃烧器上的空气喷口喷入炉膛，与步骤1中产生的烟气混合，在过量空气系数α＞1的条件下进行完全燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉的燃烧方法，其特征在于：所述步骤1中，将炉膛内的空气量控制在总燃烧空气量的72%，燃烧区内的燃烧速度为9.1m/s、燃烧温度为950℃。
3.一种实现权利要求1或2所述锅炉的燃烧方法所使用的分体式低氮燃烧器，其特征在于：包括燃烧器壳体（1）、控制装置（2）、燃烧头装置（3）和稳燃装置（4），稳燃装置（4）设置在燃烧器壳体（1）内，燃烧头装置（3）设置在稳燃装置（4）内，控制装置（2）设置在燃气进气管道（5）上，燃气进气管道（5）通过弯管（6）与燃烧头装置（3）连接，燃烧器壳体（1）还通过供风管（7）与风机（8）连接。
4.根据权利要求3所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：所述稳燃装置（4）包括稳燃内管（9）、稳燃外管（10）、扇形堵板（11）和侧挡板（12），稳燃内管（9）设于稳燃外管（10）内，且同心设置，稳燃内管（9）与稳燃外管（10）之间设有6个均布的扇形堵板（11），每个扇形堵板（11）上均设有侧挡板（12），稳燃外管（10）的管壁上设有6个均布的A通孔（13），6个A通孔（13）与6个扇形堵板（11）一一对应设置。
5.根据权利要求4所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：燃烧头装置（3）包括稳焰盘（14）、点火器（15）、点火气管（16）、固定盘（17）和固定圈（18），稳焰盘（14）通过支撑杆（19）与固定盘（17）连接，点火气管（16）通过固定圈（18）固定在固定盘（17）的中心位置，点火器（15）固定在固定盘（17）上。
6.根据权利要求5所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：稳焰盘（14）为圆环状且外径不大于稳燃内管（9）的内径，内径不小于点火气管（16）的外径。
7.根据权利要求5所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：点火器（15）通过点火器供气管（32）与燃气进气管道（5）连接，点火器供气管（32）上设有点火电磁阀（33）、点火调压器（34）和点火球阀（35）。
8.根据权利要求4所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：点火气管（16）的端部设有堵板（20），且设有堵板（20）的一端的管壁上均布着8个B通孔（21）；所述固定盘（17）由钢圈（22）和环状底板（23）构成，钢圈（22）与环状底板（23）固定连接，且钢圈（22）与环状底板（23）上均设有C通孔（24）。
9.根据权利要求3所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：控制装置（2）包括主回路过滤器（25）、主回路调压器（26）、主回低压开关（27）、燃气压力表（28）和检漏装置（29），它们顺次安装在燃气进气管道（5）上。
10.根据权利要求3所述的一种分体式低氮燃烧器，其特征在于：所述风机（8）上设有风压开关（30），供风管（7）上设有风阀（31）。
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