CN107620961A - 一种非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置，包含有燃烧器外壳、空气通道、燃气通道、喷射机头、烟气/空气混合气进口段、预混混合器、非预混用燃气进气口和预混用燃气进口，喷射机头为非混合型，内设有常规低氮技术基本配置，燃气区分为非预混用和预混用二种，采用先在预混混合器内混合构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气的综合混合气，经空气通道送至喷射机头，非预混用燃气通过燃气通道送至喷射机头，综合混合气和非预混用燃气由喷射机头分别送入炉膛，在炉膛内执行基于全预混燃烧模式基础上的非预混燃烧，将两种燃烧模式有机结合，构筑的新型燃烧器集中了两种燃烧方式的优点，且突破了预混燃烧器的功率限值，提高了工作适用面，有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及燃气锅炉加热器件技术领域，特别是一种以高热值燃气为燃料的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置。
背景技术
NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的元凶之一。随着我国对环保治理力度的加大和节能减排政策的深入,对于工业燃气锅炉NOx排放量的限制也日趋严格，已出台了一系列限定锅炉大气污染物浓度排放限值、监测和监控要求的标准，2017年北京地区关于新建燃气锅炉NOx排放必须降低到30mg/Nm3以下就是一例。为此，业界正在锅炉燃气燃烧器的低氮燃烧技术方面进行大量探索和创新。
目前初见成效并较多应用的降氮型燃气燃烧器主要有两种：
其一是较早推出的扩散燃烧式燃烧器，又称“非预混燃烧器”，其特点是将助燃空气与燃气在燃烧器内未经混合的情况下分别送入炉膛，由于助燃空气与燃气不在燃烧器内部混合，所以这种非预混燃烧器工作时需要配用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术进行降氮，虽然具有本身结构简单、制造方便，燃烧稳定、安全性高和调节方便等优点，但由于必须同时配用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术才能有效地降低锅炉NOx的排放量，不仅增加了设置成本，而且还会导致带来增加燃烧的不稳定性；
其二是近几年研发的全预混型表面燃烧式燃烧器，又称“全预混燃烧器”，其特点是将助燃空气与燃气先在燃烧器喉口前的金属圆筒内全面混合成均匀混合气，然后使均匀混合气仅在金属圆筒表面进行充分且高效燃烧，而不是在金属圆筒内燃烧，且由于燃烧热量均匀，燃烧室内不会出现极度高温，因而NOx排放量较非预混燃烧器要少，可不采用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术。其不足之处在于工作适用面不广，现有的全预混燃烧器仅适用于燃气和助燃空气需要量较少、出力低于4t/h的锅炉上，才能实现有效控制混合程度和确保安全运行，对于出力大于4t/h的锅炉，由于燃气和助燃空气的需要量大，助燃空气和燃气万一在预混段机头的金属网内混合不均匀或者发生堵塞金属网情况时，容易引发爆燃，因而导致大功率全预混燃烧器的事故率较高，存在安全隐患。此外，现有的全预混燃烧器运行时对配风要求比较严格，当所述的均匀混合气中的氧含量低于6%时容易发生回火爆燃，高于9%时容易发生脱火，而当长期运行于高氧含量均匀混合气状态下时，其中过量的助燃空气会带走燃烧时所产生的热量，导致产生锅炉热量损耗，降低热效率。所以，从工作适用性、工作状态可控性，运行安全性及稳定性角度考虑，均欠理想，因而目前市场上应用较多的仍然是较先问世的扩散燃烧式燃烧器，即非预混燃烧器。
由上可见，超低氮燃烧技术目前仅处于不断探索的创新阶段，技术还不太成熟、效果也欠理想。而燃气锅炉实现NOx超低氮排放是目前面临的客观形势需求，而该需求的实现还须从降低低氮燃烧器NOx的初始排放入手，对燃烧器结构进行更新换代式创新设计，使之能从理论和实践的结合上确保降低NOx的初始排放量，使使用这种燃烧器的锅炉切实满足日趋严苛的环保要求。
发明内容
本发明的目的是要克服现有低氮燃烧器的缺点，从变革现有大功率燃气燃烧器的传统燃烧方式入手，提供一种能兼顾达到设备运行安全稳定和超低氮排放双重目的的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置。
本发明的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置，主体包含有燃烧器外壳、空气通道、燃气通道和喷射机头，其特征在于：所用的燃气区分为非预混用燃气和预混用燃气两种，新型超低氮燃烧装置中还包含设置有烟气/空气混合气进口段、预混混合器、非预混用燃气进气口和预混用燃气进口，其中：
所述的烟气/空气混合气进口段的前端与所述的预混混合器的尾端相衔接、并与预混混合器、空气通道和喷射机头按气流方向同轴依次设置；
所述的燃气通道主体设置在空气通道内，由进气端口、出气端口和中间管道构成，其进气端口固定伸置在空气通道的壁体外表面上，充任所述的非预混用燃气进气口，其出气端口位于所述的喷射机头的尾端轴心位置上；
所述的烟气/空气混合气进口段具有将已经混合均匀的再循环烟气和助燃空气的混合气输向预混混合器的功能；
所述的预混混合器的腔壁上固定设置有所述的预混用燃气进气口，其尾端与所述的烟气/空气混合气进口段的前端相衔接，其前端与所述的空气通道的尾端相衔接，具有接收来自所述的烟气/空气混合气进口段的混合气和来自所述的预混用燃气进气口的预混用燃气、并将两者充分混合构成内含有预混用燃气、循环烟气和助燃空气组分的综合混合气，再通过空气通道2将所述的综合混合气输向喷射机头内的功能；
所述的喷射机头为非预混型，内部包含设置有基于燃料分级、气体分级、浓淡燃烧等低氮燃烧技术机理布设的常规低氮燃烧器的燃气喷口、供气通道、***和稳焰装置，具有执行将来自所述的燃气通道的非预混用燃气和来自预混混合器的综合混合气分别以燃料分级、气体分级、浓淡燃烧布局的常规喷射形式送入炉膛的功能；
工作时，所述的由预混用燃气进口送入的预混用燃气进入预混混合器后与来自烟气/空气混合气进口段的所述的混合气充分混合、构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气组分的综合混合气，并经所述的空气通道进入喷射机头中，综合混合气经供气通道直接送入炉膛中燃烧，执行预混型燃烧模式；所述的由非预混用燃气进气口送入的非预混用燃气通过燃气通道送入到喷射机头中后直接由内设的燃气喷口或喷枪按需分级喷射入炉膛，之后再与由供气通道直接送入的综合混合气相混燃烧，此时的综合混合气充任了非预混燃烧器中助燃空气的角色，执行的是非预混燃烧工作模式，但基于所述的助燃空气已由执行预混型燃烧模式的综合混合气取代，因而用以构筑的燃烧器已具有非预混燃烧和预混燃烧相结合的工作特色，兼具有全混合燃烧器和非混合燃烧器的优点；此外，由***输出的部分非预混用燃气执行点火燃烧作业时，点火助燃空气为综合混合气，由于循环烟气对综合混合气中的混合用燃气、助燃空气均有稀释作用，因而在综合混合气中的含氧量总体较低，会使点火点位略有延滞，不会在稳焰装置前近距离引燃，有助于确保根部火焰的稳定，稳定的火焰根部也会位于稳焰装置下游，避免发生回火引爆现象的发生，有利于运行安全，而且循环烟气能即时带走点火燃烧时所产生的部分热量，能确保喷射机头表面喉口处温升不会太高，有利于确保燃烧器设备的工作可靠性和使用寿命，运行的安全稳定性和环保节能。
基于上述构思的本发明非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置,由于将燃气区分为非预混用燃气和预混用燃气两部分使用，采用了先将助燃空气和循环烟气混合构成混合气，然后再将预混用燃气在预混混合器内与之进一步充分混合构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气的综合混合气，再经非预混型喷射机头送入炉膛内，在炉膛内燃烧，执行的是相当于全预混燃烧器的工作模式，而非预混用燃气经燃气通道送入到喷射机头中后按需分级送入炉膛，再在炉膛内与具有执行全预混燃烧器的工作模式功能的综合混合气充分混合、并燃烧，所以相当于是已结合进了全预混燃烧器工作模式功能的非预混燃烧器。与现有的非预混燃烧器相比，明显能使使炉膛内燃气和助燃空气的混合更均匀、燃烧更充分，可有效避免局部高温区的生成，从而极大地减少热力型NOx的生成，进而达到锅炉NOx超低氮排放的积极技术效果。与现有的全预混燃烧器相比，由于采用了在预混混合器内提前充分混合燃气、助燃空气和循环烟气成为综合混合气的方式，使喷射机头成为非混合型，因而在喷射机头内不存在有可能引发安全事故的混合段，故能杜绝现有技术中因燃气和助燃空气混合不均或阻塞金属网而在混合段内引发爆燃情况，也使喷射机头的工作免受燃气和助燃空气的用量影响，使本发明的燃烧器有效突破了功率限制，扩大了工作适用面，能满足各种功率规格锅炉的使用要求。由上可见，本发明改变了传统的燃气和助燃空气在燃烧器喷口处和炉膛里混合的传统思路，进行了燃烧器安全燃烧方式和功能结构创新，实现了非预混燃烧和预混燃烧的有机结合，集中了非预混燃烧和预混燃烧的优点，且突破了预混燃烧器的功率限值，达到了设备燃烧安全稳定运行和超低氮排放的双重目的，是现有锅炉燃烧器的更新换代产品，具有很强的实用性和广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构示意图。
图中：
1.燃烧器外壳 2.空气通道 3.燃气通道 31.进气端口
32.出气端口 33.中间管道 4.喷射机头 5.烟气/空气混合气进口段
6.预混混合器 7.非预混用燃气进气口 8.预混用燃气进口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
在图1中，本发明的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置，主体包含有燃烧器外壳1、空气通道2、燃气通道3和喷射机头4，其特征在于：所用的燃气区分为非预混用燃气和预混用燃气两种，新型超低氮燃烧装置中还包含设置有烟气/空气混合气进口段5、预混混合器6、非预混用燃气进气口7和预混用燃气进口8，其中：
所述的烟气/空气混合气进口段5的前端与所述的预混混合器6的尾端相衔接、并与预混混合器6、空气通道2和喷射机头4按气流方向同轴依次设置；
所述的燃气通道3主体设置在空气通道2内，由进气端口31、出气端口32和中间管道33构成，其进气端口31固定伸置在空气通道2的壁体外表面上，充任所述的非预混用燃气进气口7，其出气端口32位于所述的喷射机头4内；
所述的烟气/空气混合气进口段5具有将已经混合均匀的再循环烟气和助燃空气的混合气输向预混混合器的功能；
所述的预混混合器6的腔壁上固定设置有所述的预混用燃气进气口8，其尾端与所述的烟气/空气混合气进口段4的前端相衔接，其前端与所述的空气通道2的尾端相衔接，具有接收来自所述的烟气/空气混合气进口段5的混合气和来自所述的预混用燃气进气口8的预混用燃气、并将两者充分混合构成内含有预混用燃气、循环烟气和助燃空气组分的综合混合气，再通过空气通道2将所述的综合混合气输向喷射机头4内的功能；
所述的喷射机头4为非预混型，内部包含设置有基于燃料分级、气体分级、浓淡燃烧等低氮燃烧技术机理布设的常规低氮燃烧器的燃气喷口、供气通道、***和稳焰装置，具有执行将来自所述的燃气通道3的非预混用燃气和来自预混混合器6的综合混合气分别以燃料分级、气体分级、浓淡燃烧布局的常规喷射形式送入炉膛的功能；
工作时，所述的由预混用燃气进口8送入的预混用燃气进入预混混合器6后与来自烟气/空气混合气进口段4的所述的混合气充分混合、构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气组分的综合混合气，并经所述的空气通道2进入喷射机头4中，综合混合气经供气通道直接送入炉膛中燃烧，执行预混型燃烧模式；所述的由非预混用燃气进气口7送入的非预混用燃气通过燃气通道3送入到喷射机头4中后直接由内设的燃气喷口或喷枪按需分级喷射入炉膛，之后再与由供气通道直接送入的综合混合气相混燃烧，此时的综合混合气充任了非预混燃烧器中助燃空气的角色，执行的是非预混燃烧工作模式，但基于所述的助燃空气已由执行预混型燃烧模式的综合混合气取代，因而用以构筑的燃烧器已具有非预混燃烧和预混燃烧相结合的工作特色，兼具有全混合燃烧器和非混合燃烧器的优点；此外，由***输出的部分非预混用燃气执行点火燃烧作业时，点火助燃空气为综合混合气，由于循环烟气对综合混合气中的混合用燃气、助燃空气均有稀释作用，因而在综合混合气中的含氧量总体较低，会使点火点位略有延滞，不会在稳焰装置前近距离引燃，有助于确保根部火焰的稳定，稳定的火焰根部也会位于稳焰装置下游，避免发生回火引爆现象的发生，有利于运行安全，而且循环烟气能即时带走点火燃烧时所产生的部分热量，能确保喷射机头4表面喉口处温升不会太高，有利于确保燃烧器设备的工作可靠性和使用寿命，运行的安全稳定性和环保节能。
Claims (1)
1.一种非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置，主体包含有燃烧器外壳（1）、空气通道（2）、燃气通道（3）和喷射机头（4），其特征在于：所用的燃气区分为非预混用燃气和预混用燃气两种，新型超低氮燃烧装置中还包含设置有烟气/空气混合气进口段（5）、预混混合器（6）、非预混用燃气进气口（7）和预混用燃气进口（8），其中：
所述的烟气/空气混合气进口段（5）的前端与所述的预混混合器（6）的尾端相衔接、并与预混混合器（6）、空气通道（2）和喷射机头（4）按气流方向同轴依次设置；
所述的燃气通道（3）主体设置在空气通道（2）内，由进气端口（31）、出气端口（32）和中间管道（33）构成，其进气端口（31）固定伸置在空气通道（2）的壁体外表面上，充任所述的非预混用燃气进气口（7），其出气端口（32）位于所述的喷射机头（4）内；
所述的烟气/空气混合气进口段（5）具有将已经混合均匀的再循环烟气和助燃空气的混合气输向预混混合器（6）的功能；
所述的预混混合器（6）的腔壁上固定设置有所述的预混用燃气进气口（8），其尾端与所述的烟气/空气混合气进口段（4）的前端相衔接，其前端与所述的空气通道（2）的尾端相衔接，具有接收来自所述的烟气/空气混合气进口段（5）的混合气和来自所述的预混用燃气进气口（8）的预混用燃气、并将两者充分混合构成内含有预混用燃气、循环烟气和助燃空气组分的综合混合气，再通过空气通道（2）将所述的综合混合气输向喷射机头（4）内的功能；
所述的喷射机头（4）为非预混型，内部包含设置有基于燃料分级、气体分级、浓淡燃烧等低氮燃烧技术机理布设的常规低氮燃烧器的燃气喷口、供气通道、***和稳焰装置，具有执行将来自所述的燃气通道（3）的非预混用燃气和来自预混混合器（6）的综合混合气分别以燃料分级、气体分级、浓淡燃烧布局的常规喷射形式送入炉膛的功能；
工作时，所述的由预混用燃气进口（8）送入的预混用燃气进入预混混合器（6）后与来自烟气/空气混合气进口段（4）的所述的混合气充分混合、构成内含有预混用燃气、助燃空气和循环烟气组分的综合混合气，并经所述的空气通道（2）进入喷射机头（4）中，综合混合气经供气通道直接送入炉膛中燃烧，执行预混型燃烧模式；所述的由非预混用燃气进气口（7）送入的非预混用燃气通过燃气通道（3）送入到喷射机头（4）中后直接由内设的燃气喷口或喷枪按需分级喷射入炉膛，之后再与由供气通道直接送入的综合混合气相混燃烧，此时的综合混合气充任了非预混燃烧器中助燃空气的角色，执行的是非预混燃烧工作模式，但基于所述的助燃空气已由执行预混型燃烧模式的综合混合气取代，因而用以构筑的燃烧器已具有非预混燃烧和预混燃烧相结合的工作特色，兼具有全混合燃烧器和非混合燃烧器的优点；此外，由***输出的部分非预混用燃气执行点火燃烧作业时，点燃助燃空气为综合混合气，由于循环烟气对综合混合气中的混合用燃气、助燃空气均有稀释作用，因而在综合混合气中的含氧量总体较低，会使点火点位略有延滞，不会在稳焰装置前近距离引燃，有助于确保根部火焰的稳定，稳定的火焰根部也会位于稳焰装置下游，能避免发生回火引爆现象的发生，有利于运行安全，而且循环烟气能即时带走点火燃烧时所产生的部分热量，能确保喷射机头（4）表面喉口处温升不会太高，有利于确保燃烧器设备的工作可靠性和使用寿命，运行的安全稳定性和环保节能。
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