CN105698210A - 一种燃烧器火焰结构及氮氧化物排放的调节方法 - Google Patents

一种燃烧器火焰结构及氮氧化物排放的调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃烧器火焰结构及氮氧化物排放的调节方法，燃料从主路上通入，主路受控于燃料总量调节阀；将燃料分为多路，每一路受控于各自的调节机构；多路燃料分别通过各自的喷管通入燃烧器，形成多路燃料火焰。本发明还公开了一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物(NOx)排放的***。通过本发明，可以在很大幅度上调节空间中的燃料分配，从而控制混合过程及当量比分配，在很大程度上能调节火焰长度、直径及NOx排放，从而克服现有的以调节空气为主的只能小幅度改变火焰结构及NOx排放的调节方法。

Description

一种燃烧器火焰结构及氮氧化物排放的调节方法
本发明涉及一种调节燃烧器燃料分配为主的方法及***，尤其涉及一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物(NOx)排放的方法及***。
背景技术
目前，燃烧器的火焰结构及氮氧化物(NOx)调节方法多以调节空气侧为主，燃料侧分配一般为固定分配，例如将空气分为一次风与二次风，调节某一机构使得一二次风比例发生变化；例如调节旋流盘前后位置，使得空气流道面积发生改变，通过旋流器及空气流道的风量发生改变。调节火焰结构及NOx分配的关键点在于调节空间中的燃料与空气混合过程，使得空间中的当量比与流场相匹配，其中燃料量与空气的空间分配就相当重要。以空气侧为主的调节方式调节能力相当有限，这是因为空气量往往很大，一般是燃料量的10倍，空气侧调节机构只能小幅度改变空气分配及流速，对空间中燃料分配及混合过程作用很小，因此只能在很小范围内调节空间中当量比，从而只能小幅度改变火焰结构及NOx排放。因此，需要开发一种新的调节方式，使得燃烧器能在很大范围内快速地调节火焰结构及NOx排放。
烟气再循环技术运用于燃烧器时，会带来燃烧不稳定问题，进而导致火焰脉动甚至熄火，带来很大的安全隐患问题，使用空气侧调节很难改善此类问题，需要开发新的调节方式。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的方法，包括：
步骤1：燃料从主路上通入，主路受控于燃料总量调节阀；
步骤2：将燃料分为多路，每一路受控于各自的调节机构；
步骤3：多路燃料分别通过各自的喷管通入燃烧器，形成多路燃料火焰；
所述方法进一步包括：在燃烧器运行过程中，调节燃料总量调节阀控制燃料总量，在具体某一燃料总量不变的情况下，分别调节每一路燃料上的调节机构，使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
其中，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
其中，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
其中，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构，所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
其中，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
其中，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
其中，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
本发明还提出一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***：
所述***包括至少一燃料总量调节阀，在燃烧器运行过程中，所述燃料总量调节阀用于控制燃料总量；
所述***包括至少两个调节机构，在燃料总量不变的情况下，所述调节机构分别调节每一路燃料上，使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
其中，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
其中，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
其中，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构；所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
其中，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
其中，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
其中，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
本发明还提出一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***，所述***包括：
至少一燃料主路，以及从该燃料主路分出的多个支路，每个支路的燃料能够通过各自的喷管通入燃烧器；其中：
所述燃料主路受控于燃料总量调节阀，所述燃料总量调节阀能够使得燃料总量处于某一总量不变的情况下；
所述每个支路受控于各自的调节机构，在具体某一燃料总量不变的情况下，所述调节机构能够使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
其中，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
其中，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
其中，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构；所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
其中，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
其中，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
其中，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
通过本发明，可以在很大幅度上调节空间中的燃料分配，从而控制混合过程及当量比分配，在很大程度上能调节火焰长度、直径及NOx排放，从而克服现有的以调节空气为主的只能小幅度改变火焰结构及NOx排放的调节方法。
本专利的调节方式可与烟气再循环技术结合，大大改善烟气再循环带来的燃烧不稳定现象，使得火焰在很高的烟气再循环率下仍能稳定燃烧。
附图说明
图1为一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的方法流程图；
图2为一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示为本发明的一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的方法包括如下步骤：
步骤1：燃料从主路上通入，主路受控于燃料总量调节阀；
步骤2：将燃料分为两路，每一路受控于各自的调节机构；
所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀。具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀。各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。执行器或者手阀开度小，阻力大，流过的燃料量小；执行器或者手阀开度大，阻力小，流过的燃料量大。通过所述调节机构，能够对燃料进行调节，从而控制燃料的流量。
步骤3：两路燃料分别通过各自的喷管通入燃烧器，分别形成第一路燃料火焰与第二路燃料火焰。空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配，空气侧加入旋流盘、稳焰盘或钝体以稳定火焰。
具体地，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变。所述固定结构可以是燃烧器本身就有的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等结构。所述其余结构是指排除燃料喷口及燃料管道的燃烧器结构。
具体地，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；和/或(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
进一步地，在燃烧器运行过程中，调节燃料总量调节阀控制燃料总量，在燃料总量不变的情况下，分别调节燃料两路上的调节机构，使得第一路和第二路燃料比例得到大幅度调节，使得第一路和第二路燃料比例可在0％-100％之间变化，使得火焰长度、直径及氮氧化物(NOx)排放得到大幅度调节。
图1所示的为本发明的一种实施例，在上述实施例中，对两路燃料的调节方法进行了说明。在实际操作中，燃料可以分为3路、4路或者更多路。虽然燃料路数不同，本发明的调节方法均可适用。当燃料为多路时，每路燃料量根据火焰及低氮氧化物(NOx)要求可在0-100％变化，使得各路燃料总和达到100％。
在另一些实施方式中，燃料空间的喷射方向可调。具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出，以达到控制空间当量比分布的效果。
在另一些实施方式中，对空气侧也使用调节方法，以对空气进行分配。具体地，燃料分配会改变空间中的燃料分配，需要调节空气流速来改变混合状态；燃料分配同时会改变燃烧的压力，进而改变风量，从而需要调节空气风门开度以调节进风量。
图2为一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***示意图。。所述调节装置包括至少一个燃料总量调节阀，所述燃料总量调节阀安装于主路上。从该主路分出两个支路，所述支路上分别安装有调节机构，在图中为第一燃料调节阀和第二燃料调节阀。
图2所示的为本发明的一种实施例，在该实施例中，仅对两路燃料的调节装置作了说明。在实际操作中，燃料可以分为3路、4路或者更多路。因此支路可以为多个，在每个支路上均安装有燃料调节阀。相应地，主路也可以有多个。
本专利的有益效果是，可以在很大幅度上调节空间中的燃料分配，从而控制混合过程及当量比分配，在很大程度上能调节火焰长度、直径及NOx排放。使用上述调节方法进行实验，结果表明，调节第一路与第二路燃料比例可以使得火焰长度缩短50％，火焰直径增加20％，氮氧化物排放降低50％。
本专利的调节方式可与烟气再循环技术结合，大大改善烟气再循环带来的燃烧不稳定现象，使得火焰在很高的烟气再循环率下仍能稳定燃烧。使用上述调节方法进行实验，结果表明，在某一路燃料比例过高时均不利于火焰稳定，存在合适的第一路与第二路燃料比例，使得火焰在高烟气再循环率下保持稳定燃烧。
虽然通过实施例描述了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (21)

1.一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：燃料从主路上通入，主路受控于燃料总量调节阀；
步骤2：将燃料分为多路，每一路受控于各自的调节机构；
步骤3：多路燃料分别通过各自的喷管通入燃烧器，形成多路燃料火焰；
所述方法进一步包括：在燃烧器运行过程中，调节燃料总量调节阀控制燃料总量，在具体某一燃料总量不变的情况下，分别调节每一路燃料上的调节机构，使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构，所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
6.根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
8.一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***，其特征在于：
所述***包括至少一燃料总量调节阀，在燃烧器运行过程中，所述燃料总量调节阀用于控制燃料总量；
所述***包括至少两个调节机构，在燃料总量不变的情况下，所述调节机构分别调节每一路燃料上，使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构；所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
12.根据权利要求10所述的***，其特征在于，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
13.根据权利要求10-12任一所述的***，其特征在于，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
14.根据权利要求8所述的***，其特征在于，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
15.一种调节燃烧器火焰结构和/或氮氧化物排放的***，其特征在于，所述***包括：
至少一燃料主路，以及从该燃料主路分出的多个支路，每个支路的燃料能够通过各自的喷管通入燃烧器；其中：
所述燃料主路受控于燃料总量调节阀，所述燃料总量调节阀能够使得燃料总量处于某一总量不变的情况下；
所述每个支路受控于各自的调节机构，在燃料总量不变的情况下，所述调节机构能够使得每一路燃料比例具备被大幅度调节的能力，以及使得火焰长度、直径能够被大幅度调节，和/或使得氮氧化物排放能够被大幅度调节。
16.根据权利要求15所述的***，其特征在于，所述调节机构为电子比调节的执行器或者手阀；具体地，每一路上均有电子比调节的执行器或者手阀，各路燃料按照各路阻力大小进行自动分配。
17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，空气侧采用固定结构或微调结构以配合燃料分配。
18.根据权利要求17所述的***，其特征在于，空气侧采用固定结构以配合燃料分配包括：在调节燃料分配比例时，燃烧器的其余结构均保持原有状态，不做改变；所述其余结构是指燃烧器排除燃料喷口及燃料管道的结构；所述固定结构为燃烧器本身的空气流道、旋流盘、稳焰盘或钝体等。
19.根据权利要求17所述的***，其特征在于，空气侧采用微调结构以配合燃料分配包括：
(1)调节空气执行器风门开度，使得风量与燃料量相配合；
和/或
(2)空气流道与旋流盘均为锥形，通过旋流盘前后移动调节空气流量及流速。
20.根据权利要求17-19任一所述的***，其特征在于，所述方法还包括：空气侧加入旋流盘或钝体以稳定火焰。
21.根据权利要求15所述的***，其特征在于，燃料空间的喷射方向可调；具体地，燃料可沿轴向、径向或与轴向呈一定角度喷出。
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