CN108266727A - 一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，包括燃烧器火盆砖，火盆砖内侧设置有若干燃***，燃***的喷嘴的顶部设有第一喷孔，经过第一喷孔的燃料喷向火盆砖内壁，燃***的喷嘴的侧部设有第二喷孔，火盆砖侧壁设有与第二喷孔相配合的通孔，火盆砖外侧壁设有燃气导向罩，火盆砖中心设有烟气引射***，烟气引射***包括交叉连通的烟气管，烟气管中心穿设有内喷管，内喷管上端连接有文丘里管，内喷管下端与二次助燃空气连通，一次助燃空气通向火盆砖内。通过合理的燃料气分级比例设计、灵活的调节控制一次、二次助燃空气及其引射的炉内燃气再循环量，实现了多种低NOx燃烧技术的组合应用，从而达到超低NOx排放的目的。

Description

一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，具体来说，涉及一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器。
背景技术
随着环保要求的提高，为了达到国家环保标准的要求，在石油化工加热炉和锅炉用燃烧器设备，为了降低烟气中NOx浓度均采用低NOx燃烧技术，包括燃料分级燃烧、浓淡燃烧、燃料再燃、烟气再循环等等。其中的烟气再循环燃烧技术是将烟囱烟气通过外部管路引一部分至炉膛内，或者掺混在助燃空气中，或者掺混在燃料气中，通过燃烧器参与燃烧进入炉膛，这种烟气回流再循环燃烧技术主要是利用烟气降低火焰温度，使得燃烧火焰温度降低，抑制热力型NOx大量的生成，达到低NOx排放目的。由于现有炉外烟气再循环燃烧技术需要建立烟气旁路管道，需要增加高温烟气引风机、调节阀、控制器等设备，投资改造成本大，主要应用在锅炉低NOx改造中；且采用外部烟气循环再燃烧技术存在几个缺点，其一，外部烟气引入炉膛导致炉膛温度降低；其二，炉膛内烟气流速增加，改变了炉膛与受热面之间的热量分配，对锅炉效率产生一定的影响；另外，随着循环烟气量的增加，燃烧将变得不稳定。受到场地规划及安全限制，目前在石化加热炉上暂无应用。
国家现行排放标准《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）规定：一类地区NOx排放要求低于100mg/m3。国内石化加热炉燃烧器目前较高水准的供货商可以做到约60 mg/m3排放，但是，均未采用烟气回流再循环低NOx燃烧技术。据国内外研究数据，当烟气再循环量达到10%时，NOx排放降低65%，因此，在石化加热炉上采用烟气再循环低NOx燃烧技术进一步降低NOx排放有一定的空间和市场，于环保事业意义重大。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，能够解决上述技术问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，包括燃烧器火盆砖，所述火盆砖内侧设置有若干燃***，所述燃***的喷嘴的顶部设有第一喷孔，经过所述第一喷孔的燃料喷向火盆砖内壁，所述燃***的喷嘴的侧部设有第二喷孔，所述火盆砖侧壁设有与所述第二喷孔相配合的通孔，所述火盆砖外侧壁设有燃气导向罩，所述火盆砖外侧壁与所述燃气导向罩之间形成环状间隙，经过所述第二喷孔的燃料喷向环状间隙；所述火盆砖中心设有烟气引射***，所述烟气引射***包括交叉连通的烟气管，所述烟气管中心穿设有内喷管，所述内喷管上端连接有文丘里管，所述内喷管与所述烟气管互相连通，所述烟气管的外端口与火盆砖内侧连通，所述内喷管下端与二次助燃空气连通，一次助燃空气通向火盆砖内。
进一步地，所述燃***共4个并均匀分布设置于所述火盆砖内侧。
进一步地，所述烟气管之间通过侧圆弧板连接成圆形。
进一步地，所述一次助燃空气通过一次助燃空气管道与一次助燃空气蝶阀连接，所述二次助燃空气通过二次助燃空气管道与二次助燃空气蝶阀连接。
进一步地，所述火盆砖内设有长明灯，所述长明灯与长明灯燃气管道连通。
进一步地，所述长明灯与长明灯燃气管道之间通过软管连通，所述软管与所述长明灯之间设有点火孔。
进一步地，所述火盆砖下侧连接有筒体，所述筒体内壁设置有保温层，所述保温层内侧设置有内衬保护钢丝网。
进一步地，所述燃***通过法兰和螺栓与筒体连接。
进一步地，所述燃***的进口端与环形汽包管连接。
进一步地，所述火盆砖为圆台结构。
本发明的有益效果：通过喷嘴将燃气分为2级，通过一次助燃空气和二次助燃空气蝶阀等将助燃空气分为2级，而后，又通过二次助燃空气利用文丘里管引射炉内烟气回流再循环燃烧，并通过合理的燃料气分级比例设计、灵活的调节控制一次、二次助燃空气及其引射的炉内燃气再循环量，实现了多种低NOx燃烧技术的组合应用，从而达到超低NOx排放的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器的剖视图；
图2是根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器的俯视图；
图3是根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器的助燃空气入口示意图；
图4是根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器的烟气引射***的结构示意图；
图5是根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器的火盆砖的立体剖视图。
图中：1.火盆砖；2.燃***；3.燃气导向罩；4.烟气引射***；5.烟气管；6.内喷管；7.文丘里管；8.侧圆弧板；9.一次助燃空气蝶阀；10.二次助燃空气蝶阀；11.长明灯；12.软管；13.点火孔；14 筒体；15.看火孔；16.主燃气软管；17. 二次助燃空气入口；18. 一次助燃空气入口；19. 主燃气入口；20. 长明灯燃气入口；21.炉内引射烟气入口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，根据本发明实施例所述的一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，包括燃烧器火盆砖1，所述火盆砖1内侧设置有若干燃***2，所述燃***2的喷嘴的顶部设有第一喷孔，经过所述第一喷孔的燃料喷向火盆砖1内壁，所述燃***2的喷嘴的侧部设有第二喷孔，所述火盆砖1侧壁设有与所述第二喷孔相配合的通孔，所述火盆砖1外侧壁设有燃气导向罩3，所述火盆砖1外侧壁与所述燃气导向罩3之间形成环状间隙，经过所述第二喷孔的燃料喷向环状间隙；所述火盆砖1中心设有烟气引射***4，所述烟气引射***4包括交叉连通的烟气管5，所述烟气管5中心穿设有内喷管6，所述内喷管6上端连接有文丘里管7，所述内喷管6与所述烟气管5互相连通，所述烟气管5的外端口与火盆砖1内侧连通，所述内喷管6下端与二次助燃空气连通，一次助燃空气通向火盆砖1内。
所述燃***2共4个并均匀分布设置于所述火盆砖1内侧。
所述烟气管5之间通过侧圆弧板8连接成圆形。
所述一次助燃空气通过一次助燃空气管道与一次助燃空气蝶阀9连接，所述二次助燃空气通过二次助燃空气管道与二次助燃空气蝶阀10连接。
所述火盆砖1内设有长明灯11，所述长明灯11与长明灯燃气管道连通。
所述长明灯11与长明灯燃气管道之间通过软管12连通，所述软管12与所述长明灯11之间设有点火孔13。
所述火盆砖1下侧连接有筒体14，所述筒体14内壁设置有保温层，所述保温层内侧设置有内衬保护钢丝网。
所述燃***2通过法兰和螺栓与筒体14连接。
所述燃***2的进口端与环形汽包管连接。
所述火盆砖1为圆台结构。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
燃烧器筒体14通过安装螺栓及筒体上焊接的钢板法兰，安装在石化加热炉或锅炉的炉底板或侧壁板上，燃烧器筒体14的上口伸入火盆砖1的炉膛。筒体14为所有部件的安装体，筒体14为中空的圆筒结构，由钢板卷制，内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网；筒体14中间通道为一次助燃空气通道，底部端面由钢板及保温层封闭，其上开有用于燃***2、长明灯11、点火孔13、看火孔15安装固定用的通孔和连接面；筒体14底部侧壁开孔并与二次助燃空气蝶阀10、一次助燃空气蝶阀9的筒节方管焊接为一体。
烟气引射***4通过下支撑板与筒体14上部端面焊接为一体，并通过内喷管6与二次助燃空气蝶阀10的风管焊接连通，形成二次助燃空气通道。上支撑板与下支撑板的形状一样，为环板，通过侧圆弧板8和烟气管5焊接形成一体，烟气管5的中间部分与文丘里管7底部锥管焊接固定并连通，形成炉内烟气引射回流通道；内喷管6由直管和二段逐步缩口的锥管组成，喷管上部***烟气管5的中间部分并与之焊接固定，内喷管6头部伸到文丘里管7底部锥管管内，内喷管6的下部直管端口与二次助燃空气蝶阀10的风管焊接连通，形成二次助燃空气通道。
燃气导向罩3由直管和椎管焊接组成，并通过直管与烟气引射***4的上支撑板焊接为一体，直管内壁焊接均布有扁钢，用于其内装配的火盆砖1限位用。燃气导向罩3与火盆砖1之间形成的环形间隙为二级燃料气整流及导向通道，喷嘴通过火盆砖二级燃料气送来的燃气速度较高，通过在燃气导向罩3与火盆砖1之间形成的环形间隙降压整流后，顺着火盆砖外锥面喷送至火盆砖口处。
火盆砖1安装在烟气引射***4的上支撑板上，并由燃气导向罩3限制位置，保证其与燃烧器中心同心。火盆砖1为中空圆筒形结构，由耐火材料制成，其内壁由底部直管段、中间缩径锥段及上部出口直管段组成；其外壁由底部直管段和上部缩径锥段组成；火盆砖1下部直管段侧壁沿圆周均布有与燃***2数量一样多的通孔，为二级燃料气通道，为了便于二级燃料气在燃气导向罩3上部更均匀的喷出，在火盆砖1外壁直管上对应二级燃料气通孔的位置开有环槽，其截面为半圆形。
燃***2由枪管、喷嘴及环形汽包管等组成，以燃烧器筒体中心为中心按圆周均不在火盆砖1内，喷嘴安装在枪管上，枪管焊接在环形汽包管上，安装时，枪管穿过筒体底部端板的预留孔，伸入筒体直至到达火盆砖1靠近火盆砖1内壁处，然后通过枪管上的法兰板与筒体14底部端板相应的法兰面用螺栓固定；喷嘴通过管螺纹或焊接方式与枪管固定，喷嘴头部球形面上开有一级燃料气喷孔，喷嘴中部直管段侧面开有二级燃料气喷孔，其位置对应火盆砖上二级燃料气通孔的位置。
长明灯11安装在燃烧器筒体14底部预设安装孔上，深入燃烧器内部，其头部到达火盆砖1中间位置，用于点燃一级燃料气。长明灯11的燃料气由长明灯金属软管输送供给。
点火孔13和看火孔15焊接固定在燃烧器筒体14底部预设安装孔上，主要用于点火及观察火焰用。
燃烧器火盆砖1内侧设置燃***数量3-8支（根据负荷设计），优选为4个，均布在以燃烧器中心的圆周上。该燃***2枪头上的喷嘴将燃料气分为两级，第一级燃料气通过喷嘴喷头顶部喷孔，将一级燃料气喷向火盆砖1内壁，并顺着火盆砖1内壁上行至砖口，在上行中与一次助燃空气混合，在火盆转口处实现一级火焰燃烧；
喷嘴侧壁开有二级燃料喷孔，该喷孔对准火盆砖1侧壁相应预留孔，将二级燃料气导向火盆砖1外，火盆砖1外有燃气导向罩3，燃气导向罩3与火盆砖1外壁之间形成环状间隙，二级燃料气通过该间隙被导向火盆砖1外沿口处，与炉内烟气混合并沿火盆砖1外壁上行至燃烧区域，在火盆砖1上空与一级燃烧后混合烟气边上行边混合，直至完全燃烧完成。
燃烧器助燃空气被分级为一次助燃空气和二次助燃空气，分别从燃烧器底部的一次助燃空气和二次助燃空气调风蝶阀入口进入燃烧器。其中，一次助燃空气通过一次助燃空气蝶阀9后进入燃烧器筒体14内，并上行，直至通过火盆砖1，从砖口喷入炉膛，一次助燃空气在火盆砖1内与一级燃料气初步混合，在火盆砖1出口及上方燃烧；二次助燃空气通过10后进入烟气引射***4，在烟气引射***4中心风管中上行，进入文丘里管7，通过二次助燃空气高速引射，将炉膛内贴近炉底的烟气吸入，与二次助燃空气混合后，高速喷出火盆砖1出口中心，该混合气体由于含有大量烟气，故而氧含量降低、温度升高，这部分混合气由文丘里管7喷入火焰中心，随着火焰燃烧推举上升，不断的与一级燃料和二级燃料气，以及一次助燃空气混合燃烧，直至其中氧气消耗完全，燃烧完成，最终实现炉内烟气循环燃烧。
炉内烟气引射***4利用文丘里管7混合原理，二次助燃空气通过文丘里管1内的内喷管6高速喷出，在文丘里管7内形成的低压，文丘里管7通过4个烟气管5与炉膛连通，不断地将贴近炉底的烟气吸入管内，并从文丘里管7上部出口喷送至火焰中心。通过调节二次助燃空气蝶阀10开度，可以调节二次助燃空气，进而调节其引射的烟气量，以达到最佳的燃烧和NOx排放效果。
由于一级燃料和二级燃料分别沿火盆砖1内外壁贴壁上行，因此，火盆砖口形成了环燃料气分布区域，处于燃料气过浓状态，燃料气在不断推举上升过程中，不断扩散，并且有部分炉膛烟气混入；而火盆中心主要是一次助燃空气、二次助燃空气与引射烟气混合气，因此，在不断上行的过程中，外环燃料气与内部助燃空气在界面处逐步混合、扩散，从砖口开始燃烧，直至燃烧完全。因此，燃烧器呈现空心环状火焰，火焰中心温度较低，NOx生成得到有效抑制。
燃烧器设置长明灯11，利用长明灯11火焰点燃燃烧器主火焰，主火焰的根部被稳定在火盆砖口环形端面处，在一次助燃空气喷出砖口时，在该环形端面处形成涡流低压区，该低压区将一部分一次助燃空气、一级和二级燃料气吸入并混合，由于涡流流速低，火焰燃烧比较稳定。
每支燃***2顶部安装有喷嘴，喷嘴上开有喷孔。多支燃***2通过法兰、螺栓固定在筒体14底部端板上，燃***2燃气进口端均与环形汽包管连接，环形汽包管通过金属软管与工厂主燃气软管16连接，作用是将燃气均匀的分配给每支燃***2。
长明灯11通过人工点火，点燃后再由长明灯11点燃主火焰，长明灯11燃料气进口采用软管12与燃气管线连接。
燃烧器筒体14底部端板上设置有看火孔15和点火孔13。
如图1所示，二次助燃空气入口17，一次助燃空气入口18，主燃气入口19，长明灯燃气入口20及炉内引射烟气入口21的位置。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过喷嘴将燃气分为2级，通过一次助燃空气和二次助燃空气蝶阀等将助燃空气分为2级，而后，又通过二次助燃空气利用文丘里管引射炉内烟气回流再循环燃烧，并通过合理的燃料气分级比例设计、灵活的调节控制一次、二次助燃空气及其引射的炉内燃气再循环量，实现了多种低NOx燃烧技术的组合应用，从而达到超低NOx排放的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，包括燃烧器火盆砖（1），所述火盆砖（1）内侧设置有若干燃***（2），所述燃***（2）的喷嘴的顶部设有第一喷孔，经过所述第一喷孔的燃料喷向火盆砖（1）内壁，所述燃***（2）的喷嘴的侧部设有第二喷孔，所述火盆砖（1）侧壁设有与所述第二喷孔相配合的通孔，所述火盆砖（1）外侧壁设有燃气导向罩（3），所述火盆砖（1）外侧壁与所述燃气导向罩（3）之间形成环状间隙，经过所述第二喷孔的燃料喷向环状间隙；所述火盆砖（1）中心设有烟气引射***（4），所述烟气引射***（4）包括交叉连通的烟气管（5），所述烟气管（5）中心穿设有内喷管（6），所述内喷管（6）上端连接有文丘里管（7），所述内喷管（6）与所述烟气管（5）互相连通，所述烟气管（5）的外端口与火盆砖（1）内侧连通，所述内喷管（6）下端与二次助燃空气连通，一次助燃空气通向火盆砖（1）内。
2.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述燃***（2）共4个并均匀分布设置于所述火盆砖（1）内侧。
3.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述烟气管（5）之间通过侧圆弧板（8）连接成圆形。
4.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述一次助燃空气通过一次助燃空气管道与一次助燃空气蝶阀（9）连接，所述二次助燃空气通过二次助燃空气管道与二次助燃空气蝶阀（10）连接。
5.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（1）内设有长明灯（11），所述长明灯（11）与长明灯燃气管道连通。
6.根据权利要求5所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述长明灯（11）与长明灯燃气管道之间通过软管（12）连通，所述软管（12）与所述长明灯（11）之间设有点火孔（13）。
7.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（1）下侧连接有筒体（14），所述筒体（14）内壁设置有保温层，所述保温层内侧设置有内衬保护钢丝网。
8.根据权利要求7所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述燃***（2）通过法兰和螺栓与筒体（14）连接。
9.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述燃***（2）的进口端与环形汽包管连接。
10.根据权利要求1所述一种烟气内循环超低NOx排放燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（1）为圆台结构。
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