CN111076170A - 一种低氮燃气燃烧器及工作方法 - Google Patents

一种低氮燃气燃烧器及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低氮燃气燃烧器及工作方法，通过天然气通道及空气通道，将燃料气分为三层；将空气分为两级，形成分级燃烧。内层燃料通过燃料喷射孔喷出；中间层燃料通过径向分配管两侧的天然气喷射孔喷出，同内层旋流空气混合外层燃料直接射入燃烧区；外层空气控制燃烧器下游火焰通过径向燃料分配管和旋流装置的共同作用，保证燃烧器出口处速度分布合理、燃料气和助燃空气掺混均匀，合理控制燃烧区域，从而保证燃烧的稳定性和良好的NOx减排效果。

Description

一种低氮燃气燃烧器及工作方法
技术领域
本发明涉及气体清洁燃烧技术领域，特别涉及一种适用于电站锅炉、工业锅炉、石化加热炉的低氮燃气燃烧器及工作方法。
背景技术
NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的重要因素。随着环保要求的日益提高，对于NOx排放量的限制也日趋严格。近些年，以天然气等气体作为燃料的清洁型燃气燃烧器得到了大力发展。燃气燃烧器具有安全高效、操作简便等优点。但燃气燃烧器的NOx污染物排放仍有很大的改善空间，人们仍在努力寻找着降低污染物排放的各种技术手段。因此，一种低NOx燃气燃烧器结构的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。
天然气燃烧器是通过将天然气和空气进行混合和燃烧来达到化学能转变为热能的目的。通过合理的燃烧器结构设计，可以使天然气和空气混合均匀，在保证高效燃烧的基础上，减少局部高温区的产生，从而抑制燃烧过程中NOx的生成，达到低NOx的排放量。专利“CN 105135432 A”和“CN 103842724 B”中涉及到的燃气燃烧器已经在设计理念和结构形式上进行改善和提升，但是这些发明生成的污染物尤其是氮氧化物还不能满足日益提高的环保要求。因此，仍然需要更加合理有效的一种低氮氧化物燃气燃烧器结构形式来组织燃烧和控制污染物排放。
发明内容
本发明的目的是解决现有天然气燃烧器中天然气和空气的掺混效果差，影响组织燃烧和降低污染物生成的问题，提供一种低氮燃气燃烧器及工作方法。
一种低氮燃气燃烧器，包括燃烧器外壳11，设置在燃烧器外壳11上连通内部的燃气进口通道12和空气进口通道13，所述燃烧器外壳11内部设置有连通燃气进口通道12的内主燃***1和外主燃***9，内主燃***1头部均匀连通有多个端部向内弯折的L型燃***10，L型燃***10端部向内弯折部位位于内主燃***1出口下游；所述内主燃***1端部设有均匀分布的多个向外倾斜喷射的内主燃***喷射孔3，外主燃***9端部设置有向内倾斜喷射的外主燃***喷射孔5，L型燃***10端部设置有L型枪天然气喷射孔4；所述内主燃***1端部外圈设置有旋流装置6；助燃空气由空气进口通道13进入燃烧器外壳11内的空气通道2，一部分助燃空气通过旋流装置6，在旋流装置6的作用下，成为旋流空气，进入旋流空气通道7，一部分助燃空气从旋流装置6外侧通过，进入直流空气通道8，成为直流空气；旋流空气与内主燃***喷射孔3和L型枪天然气喷射孔4喷出的燃气混合燃烧，直流空气与外主燃***喷射孔5喷出的燃气混合燃烧，两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场。
所述内主燃***喷射孔3向外倾斜的角度为25-45度。
所述外主燃***喷射孔5向内倾斜的角度为15-30度。
所述L型枪天然气喷射孔4与旋流装置6之间的距离为L型枪天然气喷射孔4直径的15～20倍。
所述旋流装置6最外侧的内层空气限流板6-1的直径决定各层空气的分配比例，旋流装置6的旋流角度为25°-60°，旋流装置6的旋流叶片6-2的个数为6-12个。
所述外主燃***9的个数为8-16个。
所述内主燃***喷射孔3的个数为6-10个。
所述内主燃***喷射孔3的直径为8-12mm，L型枪天然气喷射孔4的直径为2-4mm，外主燃***喷射孔5的直径为4-8mm。
所述的一种低氮燃气燃烧器的工作方法，燃气从燃气进口通道12进入燃烧器内，分别进入内主燃***1、外主燃***9以及L型燃***10，进入内主燃***1的天然气从内主燃***喷射孔3喷出，进入L型燃***10的天然气从L型枪天然气喷射孔4喷出，进入外主燃***9的天然气从外主燃***喷射孔5喷出，进入三个燃***管的燃气的流量与燃***的直径相关；
助燃空气从空气进口通道13进入空气通道2，然后被旋流装置6分成两部分，分别进入内层的旋流空气通道7和外层的直流空气通道8；其中，位于旋流装置6最外侧的内层空气限流板的直径决定各层空气的分配比例，通过旋流装置6的空气成为旋流空气，从限流板外侧流过的空气成为直流空气；进入空气通道2的空气，先经过内层旋流装置6形成旋流，再同来自内主燃***喷射孔3喷射出的燃气进行混合，并点燃，此时空气处于过量状态；未完全燃烧的空气，同L型枪天然气喷射孔4喷射出的天然气均匀混合，在燃烧器下游燃烧，形成稳定的内层燃烧区域；外主燃***喷射孔5喷射出的天然气与直流空气混合，形成外层燃烧区域；进入外层的直流空气通道8的空气，形成高速度轴向空气环，包裹住内层燃烧区域，控制燃烧器下游火焰的形状和范围；两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场，并有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
有益效果
本发明提供的一种低氮燃气燃烧器结构，该技术方案通过中心燃料气通道以及***助燃空气进气结构，将助燃空气分为两级，燃料气分为三级。中心天然气通过燃料喷射孔喷出，同时***径向喷射孔也将天然气射入旋流装置上方，轴向倾斜天然气管天然气也射入旋流装置上方，三股天然气同旋流助燃空气混合；外层燃料直接射入外层助燃空气，保证燃烧器出口处速度分布合理、燃料气和助燃空气掺混均匀，燃烧后烟气经由烟气内循环进入燃烧区域，合理控制燃烧区域，从而保证燃烧的稳定性和良好的NOx减排效果。
附图说明
图1为本发明实施例的一种低氮燃气燃烧器的示意图；
图2为本发明实施例的一种低氮燃气燃烧器的立体剖视图。
图3为本发明实施例的一种低氮燃气燃烧器的旋流装置示意图。
图4为本发明实施例的一种低氮燃气燃烧器的内主燃***示意图。
图5为本发明实施例的一种低氮燃气燃烧器的内主燃***和L型燃***示意图。
附图标记：1.内主燃***2.空气通道3.内主燃***喷射孔4.L型枪天然气喷射孔5.外主燃***喷射孔6.旋流装置(6-1.内层空气限流板6-2.旋流叶片)7.旋流空气通道8.直流空气通道9.外主燃***10.L燃气型枪11.燃烧器外壳12.燃气进口通道13.空气进口通道
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图4和图5所示，本发明一种低氮燃气燃烧器，包括燃烧器外壳11，设置在燃烧器外壳11上连通内部的燃气进口通道12和空气进口通道13，所述燃烧器外壳11内部设置有连通燃气进口通道12的内主燃***1和外主燃***9，内主燃***1头部均匀连通有多个端部向内弯折的L型燃***10，L型燃***10端部向内弯折部位位于内主燃***1出口下游；所述内主燃***1端部设有均匀分布的多个向外倾斜喷射的内主燃***喷射孔3，外主燃***9端部设置有向内倾斜喷射的外主燃***喷射孔5，L型燃***10端部设置有L型枪天然气喷射孔4；所述内主燃***1端部外圈设置有旋流装置6；助燃空气由空气进口通道13进入燃烧器外壳11内的空气通道2，一部分助燃空气通过旋流装置6，在旋流装置6的作用下，成为旋流空气，进入旋流空气通道7，一部分助燃空气从旋流装置6外侧通过，进入直流空气通道8，成为直流空气；旋流空气与内主燃***喷射孔3和L型枪天然气喷射孔4喷出的燃气混合燃烧，直流空气与外主燃***喷射孔5喷出的燃气混合燃烧，两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场。
作为本发明的优选实施方式，所述内主燃***喷射孔3向外倾斜的角度为25-45度。
作为本发明的优选实施方式，所述外主燃***喷射孔5向内倾斜的角度为15-30度。
作为本发明的优选实施方式，所述L型枪天然气喷射孔4与旋流装置6之间的距离为L型枪天然气喷射孔4直径的15～20倍。
如图3所示，所述旋流装置6最外侧的内层空气限流板6-1的直径决定各层空气的分配比例，作为本发明的优选实施方式，旋流装置6的旋流角度为25°-60°，旋流装置6的旋流叶片6-2的个数为6-12个。
作为本发明的优选实施方式，所述外主燃***9的个数为8-16个。
作为本发明的优选实施方式，所述内主燃***喷射孔3的个数为6-10个。
作为本发明的优选实施方式，所述内主燃***喷射孔3的直径为8-12mm，L型枪天然气喷射孔4的直径为2-4mm，外主燃***喷射孔5的直径为4-8mm。
结合图1到图5所示，本发明提供的一种低氮燃气燃烧器的工作方法，燃气从燃气进口通道12进入燃烧器内，分别进入内主燃***1、外主燃***9以及L型燃***10，进入内主燃***1的天然气从内主燃***喷射孔3喷出，进入L型燃***10的天然气从L型枪天然气喷射孔4喷出，进入外主燃***9的天然气从外主燃***喷射孔5喷出，进入三个燃***管的燃气的流量与燃***的直径相关。
助燃空气从空气进口通道13进入空气通道2，然后被旋流装置6分成两部分，分别进入内层的旋流空气通道7和外层的直流空气通道8；其中，位于旋流装置6最外侧的内层空气限流板的直径决定各层空气的分配比例，通过旋流装置6的空气成为旋流空气，从限流板外侧流过的空气成为直流空气；进入空气通道2的空气，先经过内层旋流装置6形成旋流，再同来自内主燃***喷射孔3喷射出的燃气进行混合，并点燃，此时空气处于过量状态；未完全燃烧的空气，同L型枪天然气喷射孔4喷射出的天然气均匀混合，在燃烧器下游燃烧，形成稳定的内层燃烧区域；外主燃***喷射孔5喷射出的天然气与直流空气混合，形成外层燃烧区域；进入外层的直流空气通道8的空气，形成高速度轴向空气环，包裹住内层燃烧区域，控制燃烧器下游火焰的形状和范围；两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场，并有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
其中整个燃烧区域分为内层燃烧区域和外层燃烧区域。内层燃烧区域通过局部的富燃料抑制NOx的生成；外层燃烧区域为贫燃料预混合气体，燃烧温度低，同样起到减少NOx排放的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种低氮燃气燃烧器，包括燃烧器外壳(11)，设置在燃烧器外壳(11)上连通内部的燃气进口通道(12)和空气进口通道(13)，其特征在于：所述燃烧器外壳(11)内部设置有连通燃气进口通道(12)的内主燃***(1)和外主燃***(9)，内主燃***(1)头部均匀连通有多个端部向内弯折的L型燃***(10)，L型燃***(10)端部向内弯折部位位于内主燃***(1)出口下游；所述内主燃***(1)端部设有均匀分布的多个向外倾斜喷射的内主燃***喷射孔(3)，外主燃***(9)端部设置有向内倾斜喷射的外主燃***喷射孔(5)，L型燃***(10)端部设置有L型枪天然气喷射孔(4)；所述内主燃***(1)端部外圈设置有旋流装置(6)；助燃空气由空气进口通道(13)进入燃烧器外壳(11)内的空气通道(2)，一部分助燃空气通过旋流装置(6)，在旋流装置(6)的作用下，成为旋流空气，进入旋流空气通道(7)，一部分助燃空气从旋流装置(6)外侧通过，进入直流空气通道(8)，成为直流空气；旋流空气与内主燃***喷射孔(3)和L型枪天然气喷射孔(4)喷出的燃气混合燃烧，直流空气与外主燃***喷射孔(5)喷出的燃气混合燃烧，两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场。
2.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述内主燃***喷射孔(3)向外倾斜的角度为25-45度。
3.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述外主燃***喷射孔(5)向内倾斜的角度为15-30度。
4.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述L型枪天然气喷射孔(4)与旋流装置(6)之间的距离为L型枪天然气喷射孔(4)直径的15～20倍。
5.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述旋流装置(6)最外侧的内层空气限流板(6-1)的直径决定各层空气的分配比例，旋流装置(6)的旋流角度为25°-60°，旋流装置(6)的旋流叶片(6-2)的个数为6-12个。
6.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述外主燃***(9)的个数为8-16个。
7.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述内主燃***喷射孔(3)的个数为6-10个。
8.根据权利要求1所述的一种低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述内主燃***喷射孔(3)的直径为8-12mm，L型枪天然气喷射孔(4)的直径为2-4mm，外主燃***喷射孔(5)的直径为4-8mm。
9.权利要求1至8任一项所述的一种低氮燃气燃烧器的工作方法，其特征在于：燃气从燃气进口通道(12)进入燃烧器内，分别进入内主燃***(1)、外主燃***(9)以及L型燃***(10)，进入内主燃***(1)的天然气从内主燃***喷射孔(3)喷出，进入L型燃***(10)的天然气从L型枪天然气喷射孔(4)喷出，进入外主燃***(9)的天然气从外主燃***喷射孔(5)喷出，进入三个燃***管的燃气的流量与燃***的直径相关；
助燃空气从空气进口通道(13)进入空气通道(2)，然后被旋流装置(6)分成两部分，分别进入内层的旋流空气通道(7)和外层的直流空气通道(8)；其中，位于旋流装置(6)最外侧的内层空气限流板的直径决定各层空气的分配比例，通过旋流装置6的空气成为旋流空气，从限流板外侧流过的空气成为直流空气；进入空气通道(2)的空气，先经过内层旋流装置(6)形成旋流，再同来自内主燃***喷射孔(3)喷射出的燃气进行混合，并点燃，此时空气处于过量状态；未完全燃烧的空气，同L型枪天然气喷射孔(4)喷射出的天然气均匀混合，在燃烧器下游燃烧，形成稳定的内层燃烧区域；外主燃***喷射孔(5)喷射出的天然气与直流空气混合，形成外层燃烧区域；进入外层的直流空气通道(8)的空气，形成高速度轴向空气环，包裹住内层燃烧区域，控制燃烧器下游火焰的形状和范围；两个燃烧区域共同作用形成高效、可靠的燃烧场，并有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
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