CN206094079U - 低氮预混燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种低氮预混燃烧器，该燃烧器采用航天发动机精确配风配气技术、高效预混技术、无焰燃烧技术及先进燃烧控制技术，确保燃气和空气在接近最佳当量比(即过剩空气系数很低α＝1.0～1.01)状态下充分预混、高效燃烧；预混燃烧的余氧量很低、无焰燃烧的火焰面很薄、且燃烧在很短的时间内完成，因此氮氧化物NOX的生成量极低，完全能够满足最为严格的北京市《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139‑2015)氮氧化物30mg/m3的排放要求；低氮预混燃烧器的技术先进性体现在具有“降氮、不降效”的显著优势，使用该燃烧器对在用燃气锅炉进行低氮达标改造时锅炉的热负荷和热效率都不会下降；本实用新型低氮预混燃烧器能够在很大程度上提高我国低氮燃烧器的技术水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种低氮预混燃烧器，该设备属于锅炉领域，燃烧技术与设备。
背景技术
氮氧化物是雾霾的主要成因，为配合大气污染防治行动计划的实施，北京市2015年5月13日发布了新版《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139-2015)，该标准自2015年7月1日起实施。标准中规定“自2017年4月1日起，新建锅炉氮氧化物排放限值低于30mg/m3，比欧美的氮氧化物排放水平要求的更加严格。
氮氧化物(nitrogen oxides)由化石燃料与空气在高温燃烧时产生。氮氧化物包括多种化合物，如一氧化二氮N2O、一氧化氮NO、二氧化氮NO2、三氧化二氮N2O3、四氧化二氮N2O4和五氧化二氮N2O5等。在大气污染物中的氮氧化物以NO及NO2为主，常将两者合称为NOX，在NOX中NO占90％以上、NO2占5％～10％。燃料燃烧时NOX生成类型有三种：燃料型(Fuel-NOX)、热力型(Thermal-NOX，也称温度型)和快速型(Prompt-NOX)。天然气燃烧以热力型NOX为主，而热力型NOX的生成量与燃烧温度、氧气浓度及气体在高温的停留时间有关，当燃烧温度低于1300℃时只有少量的NO生成，高于1500℃时NO生成量显著增加。
燃烧器是燃气锅炉的主要燃烧设备，燃烧器的技术水平决定了燃气的燃烧效果，也决定着锅炉氮氧化物的排放水平。若想降低燃气锅炉氮氧化物的排放量就要提高燃烧器的燃烧技术水平、从源头上降低氮氧化物生成量。目前，常见的燃气低氮燃烧技术有蓄热燃烧技术、分级燃烧技术、烟气再循环燃烧技术及预混燃烧技术等。
蓄热燃烧技术是将预热到1,000℃以上的高温空气喷射入炉膛，形成低氧状态(氧含量21％～2％)，将燃料输送到气流中高温燃烧。高温空气燃烧具有低温排烟、热回收率高(显著节能)，低氧燃烧、NOX的生成量大幅降低(减排)等显著特点。但成对的蓄热燃烧器只与蓄热锅炉配套使用，不能用于普通燃气锅炉的低氮改造。
分级燃烧技术是将燃料与空气进行分段混合燃烧，前段一次风少、燃料欠氧燃烧，后段补足二次风燃料充分燃烧，分级燃烧的目的是为了降低两段的燃烧温度、以控制NOx的生成量、实现低氮目标。分级燃烧器在结构上设计和实现的难度都较大、调控要求也比较高，且负荷变化时精确的低氮燃烧工况也难以保证。
烟气再循环燃烧技术是将燃烧后的烟气再引入燃烧区参与燃烧，以降低燃料的燃烧温度、减少NOx生成量。烟气再循环有外循环和内循环两种。烟气再循环燃烧器在结构上实现难度不大，但***复杂、专业运行维护工作量较大，操作水平影响低氮燃烧工况和NOx的生成量，对运行人员的技术要求更高。
预混燃烧技术是将燃气与空气按近乎化学当量比(空气系数很小)进行预混、无焰燃烧，由于余氧量很低能够显著降低NOx的生成量、实现低氮目标。预混式燃烧器的结构简单(制造成本低)、使用方便，长期低氮燃烧工况运行、稳定可靠，无需进行专业的调整与维护，预混式燃烧技术具有显著的优势。
发明内容
本实用新型低氮预混燃烧器采用航天发动机精确的配风配气技术、均匀预混技术、高效无焰燃烧技术及先进的控制技术，能够精确地控制空气与燃气的定量供应、确保过剩空气系数稳定状态下，均匀混合、无焰燃烧。由于预混燃烧的余氧量很低、因而能够有效控制NOx的生成量，实现低氮排放的目标。
创新点之一：采用精确的配风配气技术
低氮预混燃烧器的配风配气装置由配风组件和配气组件组成，配风组件和配气组件的核心为精确的控流部件，可实现空气及燃气的定量供应，确保空气、燃气配比恒定而且更接近化学当量比(过剩空气系数很小α＝1.0～1.01)，燃烧更完全、运行更稳定。
创新点之二：采用引射扩容均匀混合技术
采用空气引射燃气扩容混合技术，经空气引射器、燃气喷射器及扩容混合段，实现燃气、空气高效混合、均匀混合，利于燃气的充分燃烧。小负荷燃烧器的空气引射器采用单枪引射，而大负荷燃烧器采用多枪引射，以提高引射效果；同样小负荷燃烧器的燃气喷射器采用单枪喷射，而大负荷燃烧器采用多枪周向喷射，利于燃气分散、提高均匀混合的效果。
创新点之三：采用低氮无焰燃烧技术
无焰燃烧头有红外燃烧头和蓝焰燃烧头两类，红外燃烧区和蓝焰燃烧区都有低氮燃烧的窗口，均可实现低氮燃烧。红外燃烧可采用普通金属燃烧头、多孔陶瓷燃烧头或金属纤维燃烧头；蓝焰燃烧只能采用金属纤维燃烧头。
低氮预混燃烧器还采用以下技术，确保设备在最佳状态下高效、安全、稳定运行：
该燃烧器的点火装置采用双电极点火确保点火更加可靠；火焰监测装置采用双探头监测火焰确保熄火安全；自动控制设备根据检测到的压力传感器、火焰监测器等信号，控制点火器、电磁阀及紧急关断阀等执行机构的开关，以实现燃烧器可靠点火、稳定运行及熄火安全保护等。“傻瓜式”的设计具有操作简单、使用方便、无需经常进行专业的调整与维护、低氮工况运行稳定可靠等优点。
低氮预混燃烧器具有“降氮、不降效”的显著特点，使用该燃烧器对在用燃气锅炉进行低氮达标改造时，锅炉的热负荷和热效率都不会下降。该燃烧器的结构简单、制造成本低，经济性很高。
本实用新型低氮预混燃烧器能够显著提高我国低氮燃烧器的技术水平。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本实用新型的一种实施方式示意图
具体实施方式
参见图1，低氮预混燃烧器包括配风配气装置1、预混装置2、无焰燃烧头3、点火装置4、火焰监测装置5及自动控制设备。
配风配气装置1由配风组件11和配气组件12组成，配风组件11和配气组件12的核心均为精确设计、精细加工的控流部件，以实现空气的定量供应及燃气的定量供应，确保空气、燃气的配比恒定，更接近化学当量比。
预混装置2由空气引射器21、燃气喷射器22及扩容混合段23构成，实现燃气、空气高效、均匀的混合，利于燃气的充分燃烧。空气引射器21采用单枪引射或多枪引射，以提高引射效果；同样燃气喷射器22采用单枪或多枪周向喷射，利于燃气分散、利于更均匀的混合。
无焰燃烧头3有红外燃烧头和蓝焰燃烧头两类：红外燃烧可采用普通金属燃烧头、多孔陶瓷燃烧头或金属纤维燃烧头；蓝焰燃烧只能采用金属纤维燃烧头。
点火装置4由点火电极41和点火器42组成；点火电极41采用双电极点火可靠性更高。
火焰监测装置5由火焰探头51和火焰监测器52组成；火焰探头51采用双探头熄火保护的安全性更高。
点火器42及火焰监测器52可选用分立设备，也可选用点火及火焰监测一体化的燃烧器控制器，以简化设备。
自动控制设备由可编程控制器PLC、低压电器及主令电器等构成，“傻瓜式”的设计可实现燃烧器自动可靠的点火、连续稳定的运行、安全可靠的熄火及过载保护。
图1为便于对本实用新型进行详细的说明，并非限制本实用新型的实施范围。
Claims (4)
1.一种低氮预混燃烧器，包括配风配气装置(1)、预混装置(2)、无焰燃烧头(3)、点火装置(4)、火焰监测装置(5)及自动控制设备；其特征在于：所述的配风配气装置(1)由精确的配风组件(11)和配气组件(12)组成，实现恒定配比的定量空气、燃气的供应；所述的预混装置(2)由空气引射器(21)、燃气喷射器(22)及扩容混合器(23)构成，实现燃气空气的高效均匀混合；所述的无焰燃烧头(3)有红外燃烧头和蓝焰燃烧头两类，均可实现低氮燃烧；所述的点火装置(4)由点火电极(41)和点火器(42)组成；所述的火焰监测装置(5)由火焰探头(51)和火焰监测器(52)组成；所述的自动控制设备由可编程控制器PLC、低压电器及主令电器构成。
2.根据权利要求1所述的低氮预混燃烧器，其特征在于：所述的配风组件(11)、配气组件(12)的核心均为精确的控流部件。
3.根据权利要求1所述的低氮预混燃烧器，其特征在于：所述的空气引射器(21)采用单枪引射或多枪引射，以提高引射效果；燃气喷射器(22)采用单枪或多枪喷射，利于燃气分散、提高均匀混合的效果。
4.根据权利要求1所述的低氮预混燃烧器，其特征在于：所述的无焰燃烧头(3)红外燃烧时采用普通金属燃烧头或多孔陶瓷板燃烧头或金属纤维燃烧头；蓝焰燃烧时采用金属纤维燃烧头。
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