CN203744233U - 一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，包括化工尾气管、点火装置和稳焰部件，在化工尾气管燃烧部一侧设有若干排列设置的喷孔，在喷孔处向外垂直延伸一喷管，所述喷管的气流通道截面积为喷孔截面积的10到20倍，稳焰部件包括皆具有V形结构的稳焰内罩和稳焰外罩，所述稳焰内罩一体成型且自中心向两侧依次具有V形凹槽、平底和斜壁，稳焰外罩中自内向外依次设有与喷管平行设置的第一通孔和第二通孔。本实用新型具有火焰短，燃烧完全、火焰刚度强和合理分配烟气的特点，适用于余热锅炉。使得工业中的高温烟气和有毒化工尾气通过余热锅炉进行了联合的有效处理。

Description

一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器

技术领域

该方案属于工业用燃烧器技术领域，具体地说是一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器。 

背景技术

余热锅炉是指利用各种工业过程中产生的高温烟气中的显热并通过热交换达到对外做功目的锅炉，其本身不需要燃料供应。其原理是，将高温烟气通过管道输送至余热锅炉中，通过热交换对余热锅炉中的冷水进行加热，同时高温烟气进行降温，进而起到对高温烟气的二次利用。 

针对化工生产过程中产生的化工尾气，由于化工尾气中含有有毒成分，例如含有一氧化碳、氢气、硫化氢等有毒有害气体，需要进行无害化处理才能够达到外排条件，在传统的无害化处理工艺中，化工尾气中所蕴含的热量被浪费掉了。现有的处理方法有洗涤法、吸附吸收法、焚烧法、高空排放、负压吸收等，以上各种方法各有优缺点，例如高空排放，还是对环境造成了污染。例如：变压吸附（简称PSA）法从富氢气流中回收或提纯氢,改变操作条件可生产不同纯度的氢气，氢气纯度可达99.99%，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。再如，焚烧法一般是将有毒化工尾气直接输入焚烧炉进行焚烧，然后外排。另外，上述方法均需要专用设备，投资较大，且需要消耗额外的动力和能源，不符合环保和节能减排的发展趋势。 

针对上述工业高温烟气和有毒化工尾气分开处理造成的问题，开发一种适用于余热锅炉的燃烧器，是十分必要的。目前余热锅炉中没有燃烧器部件，假如将普通的燃烧器在余热锅炉中直接使用，造成的问题是：一是由于高温烟气中的空气含量相对于普通的空气中的氧气含量较低，使得化工尾气的燃烧不充分，造成二次排放的尾气中含有有毒有害成分；二是作为空气源使用的高温烟气温度较高（高达200至800℃），容易造成燃烧器中的管道升温，继而造成管内的化工尾气出现碳化，堵塞喷枪，影响使用寿命；三是在针对含有氢气等闪爆点较低的化工尾气时，更是存在安全隐患。 

因此，针对上述问题，并结合余热锅炉的结构特点，设计一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器是十分必要的，且有一定的难度，要综合考虑上述问题，并进一步的解决余热锅炉使用中遇到的其他问题，最大程度的合理利用工业生产中产生的高温烟气和化工尾气，同时，提高燃烧效率、燃烧安全、燃烧性能等有关指标。 

实用新型内容

基于要提供一种适用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，是一种综合性能更优的燃烧器，首先要满足化工尾气与高温烟气充分混合并燃烧的问题，要使化工尾气得到充分燃烧，产生的烟气能够达到安全排放标准，同时把化工尾气中的显热充分利用；第二，充分利用高温烟气中的过剩空气，降低排烟的热损失。同时通过燃烧器的结构设计，尤其满足含有一氧化碳或氢气的化工尾气在余热锅炉中安全的燃烧处理要求，在使用不同来源的工业尾气进行燃烧的同时，满足燃烧器燃烧效率、燃烧安全、燃烧性能等综合性能要求。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，包括化工尾气管、点火装置和稳焰部件，其特征在于： 

所述化工尾气管的一端为连接化工尾气源的接口，另一端进行封闭，中部为燃烧部，在化工尾气管封闭端设有与余热锅炉炉壁进行插接连接的第一安装部，在化工尾气管另一端设有用于和锅炉炉壁进行固定连接的第二安装部，

在化工尾气管燃烧部远离高温烟气来源一侧沿母线方向设有若干排列设置的喷孔，在喷孔处向外垂直延伸一个内径大于喷孔且与喷孔进行贯通连接的喷管，所述喷管的气流通道截面积为喷孔截面积的10到20倍，

所述稳焰部件包括皆具有V形结构的稳焰内罩和稳焰外罩，所述稳焰内罩一体成型且自中心向两侧依次具有V形凹槽、平底和斜壁，所述稳焰内罩固定在稳焰外罩中且在稳焰外罩中形成一个凹槽，所述稳焰外罩中自内向外依次设有与喷管平行设置的第一通孔和第二通孔，

在所述化工尾气管外表面设有对管内外温度进行有效隔离的保温层。

进一步地，所述第一通孔为长条孔，所述第二通孔为圆孔。 

进一步地，所述喷管与化工尾气管焊接连接。 

进一步地，所述第一安装部为彼此进行插接连接的方板和方筒。 

进一步地，所述保温层包括保温罩、保温材料和螺钉组件，所述保温罩通过螺钉组件固定在化工尾气管上，所述保温材料填充在保温罩和化工尾气管之间的空间中。 

进一步地，所述稳焰内罩焊接在化工尾气管上，所述稳焰外罩焊接在稳焰内罩外侧。 

本实用新型的有益效果是： 

本燃烧器具有以下特点：

、     火焰短，燃烧完全、火焰刚度强。因采用的是小孔喷射，因此能起到防止回火的作用，更安全，因小孔喷射，气流速度高，火焰刚性强。同时在喷管处进行降速（空间变大），且在内稳焰罩时，有一次高温烟气与化工尾气的预混，因此火焰稳定。当作为燃气的化工尾气流出内稳焰罩时，与外稳焰罩上的小孔进来的高温烟气进行混合，进行燃烧，到外稳焰罩外沿后，与大股高温烟气混合，此时充分燃烧，因此整个燃烧过程燃烧完全，火焰刚度高，完全满足余热锅炉中燃烧的要求。

2、合理分配烟气，由于喷嘴是多组水平列式布置，大大提高其在余热锅炉中的占空比例，可以更加快速高效率地消耗高温烟气中所含空气，符合高温烟气利用的特点，有效氧气的利用率高，使得余热锅炉内温度分配均匀。 

3、燃烧器的支撑形式为二端支撑，强度高，支撑稳定，符合余热锅炉的结构特点，且便于更换维修作业。 

4、燃烧器适用范围大，可以根据余热锅炉炉膛的空间进行合理布置，且燃烧部的有效程度可以根据炉膛的大小进行增减，可以承担高燃烧量的补燃工作，同时，满足有毒化工尾气含量差异需要调节的需要。 

5、由于有稳焰内外罩的存在，可以满足水平安装或者竖向安装的需要，通过合理的稳焰设置，使点火简便（有防风罩，方便点火）、燃烧快速，火焰稳定。 

6、燃烧集成度高，集燃烧、点火、检测于一体。此种燃烧器可以适应于各种不同化工尾气，尤其满足含有一氧化碳或氢气的有毒化工尾气的使用要求。 

同时，将上述结构的燃烧器引入到余热锅炉中，结构上彼此结合，解决了燃烧器与余热锅炉结合作为化工尾气处理设施的难题，且经过该处理后的化工尾气达到了外排标准，减少环境污染。同时新引进的燃烧器完全满足余热锅炉的需要，并充分利用高温烟气和有毒化工尾气中的显热和可燃物质，提升了余热锅炉炉膛中的初始温度，进而提高了余热锅炉的利用效率。从整体说，使得工业中的高温烟气和有毒化工尾气通过余热锅炉进行了联合的有效处理，改变了之前需要将高温烟气和有毒化工尾气进行分开处理的问题，且在整个过程中没有使用其他燃料，环保和节能效果突出。 

附图说明

图1为本实用新型的俯视图. 

图2为图1中A--A剖视图示意图。

图3为图1中B--B断面示意图。 

图4为图1中C--C断面示意图。 

图5为燃烧的原理图。 

图中：1化工尾气管，11安装方板， 12安装部，13燃烧部，14喷孔，2 稳焰部件，21稳焰内罩， 211V形凹槽，212平底，213斜壁，22稳焰外罩，221凹槽，222第二通孔，223第一通孔， 3喷管，4保温罩，5螺钉组件，6连接件，7燃气轮机余热锅炉内壁，8防风罩，9点火装置，91保温层。 

具体实施方式

如图1至图5所示， 

一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，包括化工尾气管、点火装置和监测装置。

化工尾气管1为不锈钢材质的直管，化工尾气管1的一端为连接有毒化工尾气气源的接口，用于和化工尾气进行连接，连接形式为法兰连接。化工尾气管1另一端进行封闭，也就是盲管的形式，且在封闭端焊接固定一个安装方板11，安装方板11通过一个连接件6与燃气轮机余热锅炉内壁7进行插接连接。同时在化工尾气管1的管道上还设有用于和燃气轮机余热锅炉进行配合的安装部12，其中安装部的尺寸较大，以保证化工尾气管及相关部件穿过余热锅炉内壁进入内壁，便于后期的拆装维修工作。这样位于燃气轮机余热锅炉炉膛中的燃烧管部分就是燃烧部13，是燃烧的主要部位，可以根据需要进行加长设计。下面对燃烧部分的结构做详细的介绍。 

上面已经交代，化工尾气管1为直管，在直管的燃烧部上一侧沿母线方向钻孔，形成若干排列设置的喷孔14，容易理解的，当化工尾气管中存在有高压燃料气时，化工尾气会自喷孔14中喷出，由于喷孔较小，可以防止回火现象的产生。为了达到满足余热锅炉专用的特性要求，对每个喷孔处进行的特殊的设计，具体地，喷孔14的开口较小，在喷孔的外侧化工尾气管上焊接一个内径大于喷孔且与喷孔进行贯通连接的喷管3，喷管3的气流通道截面积为喷孔截面积的10到20倍，形成一个气流膨大部，这样当燃料气自喷孔处喷射出来后，会在喷管处形成降速，降速幅度与两者通道的截面积成反比，为后期的混合做好预备工作。 

在化工尾气管1的燃烧部设有串接安装若干彼此并列设置的V形稳焰部件2，稳焰部件2位于化工尾气管的一侧，稳焰部件包括稳焰内罩21和稳焰外罩22，其中，稳焰内罩和稳焰外罩为耐火材料部件，从断面上看，稳焰内罩21的形状为自中心向两侧依次为V形凹槽211、平底212和斜壁213，呈整体展翼形状，稳焰内罩21安装在稳焰外罩中，且在稳焰外罩中形成一个凹槽221，凹槽沿化工尾气管的轴线方向布置，且在凹槽上设有多个分别与喷管对应设置的长条孔，为第一通孔223，用于燃料气和可利用尾气的初步混合，形成第一次稳焰的作用，同时在稳焰外罩的斜壁上设有第二通孔222，为圆形孔，以方便部分高温烟气通过并助燃。上述的稳焰部件皆采用耐火材料制作，并直接或者间接的固定在化工尾气管上。 

上述的喷管3穿过稳焰部件的V形凹槽211后向伸至稳焰内罩与平底部平行，这样化工尾气就可以被喷射出来，形成比较好的配置关系。 

对化工尾气管1整体做了保温设计，化工尾气管1燃烧部与与喷孔相背的一侧设有保温罩4，并在保温罩中填充保温岩棉的具有一定耐火性能的填充物—耐高温保温岩棉。为满足后期保温填充物的更换，设计成可拆装的结构，具体地，在保温罩与化工尾气管之间设有支撑化工尾气管的螺钉组件5，螺钉组件包括螺钉和锁紧螺母，通过锁紧螺母可以调整与化工尾气管的支撑强度。 

安装部实质为一烧嘴安装盘，并在安装盘上固定有点火装置9，在稳焰部件和安装部之间的化工尾气管外包覆有保温层91。点火点d位于一侧的稳焰内罩中的一个喷嘴处，同时在还设有一个防风罩8，防止废尾气气流对点火过程产生干扰，用于保证良好的点火性能。 

本补燃燃烧器工作原理： 

有毒的化工尾气从化工尾气管1进入，并通过喷孔14（内、外稳焰罩位置处的小孔）进行排放快速喷射，由于喷孔采用小孔喷射，火焰刚度强，又增加了一个喷管，当燃气经过喷孔出口处的喷管进行降速，降低了火焰的长度，满足了既有火焰刚度火焰又短的的特点。在点火时，通过点火装置(装在点火安装组上）进行点火，点火时的小火焰受防风罩8的保护，使火焰不被高温烟气吹灭，燃烧时，高温烟气从喷孔的背面进入（见图5），分别通过第一通孔和第二通孔进行高温烟气与化工尾气的两次混合，并初步燃烧，最后与大面积的高温烟气进行混合并充分燃烧。燃烧器两端通过安装盘与安装方板进行支撑，形成两个支撑点，结构比较牢靠，同时比较便于更换和维修。本燃烧器在炉内安装时，采用列式安装，可以单组也可以多组同时使用，化工尾气喷孔垂直于烟道流向布置，可以有效的利用高温烟气中的过剩空气助燃。该燃烧器很好的满足了在余热锅炉中的燃烧条件，能够满足毒化工尾气和高温烟气联合处理的要求。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，包括化工尾气管、点火装置和稳焰部件，其特征在于：

所述化工尾气管的一端为连接燃料气源的接口，另一端进行封闭，中部为燃烧部，在化工尾气管封闭端设有与锅炉炉壁进行插接连接的第一安装部，在化工尾气管另一端设有用于和锅炉炉壁进行固定连接的第二安装部，

在化工尾气管燃烧部远离高温烟气来源一侧沿母线方向设有若干排列设置的喷孔，在所述喷孔处向外垂直延伸一个内径大于喷孔且与喷孔进行贯通连接的喷管，所述喷管的气流通道截面积为喷孔截面积的10到20倍，

所述稳焰部件包括皆具有V形结构的稳焰内罩和稳焰外罩，所述稳焰内罩一体成型且自中心向两侧依次具有V形凹槽、平底和斜壁，所述稳焰内罩固定在稳焰外罩中，所述稳焰外罩中自内向外依次设有与喷管平行设置的第一通孔和第二通孔，

在所述化工尾气管外表面设有对管内外温度进行有效隔离的保温层。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，其特征在于，所述第一通孔为长条孔，所述第二通孔为圆孔。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，其特征在于，所述喷管与化工尾气管焊接连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，其特征在于，所述稳焰内罩焊接在化工尾气管上，所述稳焰外罩焊接在稳焰内罩外侧。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，其特征在于，所述第一安装部为彼此进行插接连接的方板和方筒。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃气轮机余热锅炉的补燃燃烧器，其特征在于，所述保温层包括保温罩、保温材料和螺钉组件，所述保温罩通过螺钉组件固定在化工尾气管上，所述保温材料填充在保温罩和化工尾气管之间的空间中。