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CN113007707A - 内部烟气再循环低NOx燃烧器 - Google Patents

内部烟气再循环低NOx燃烧器 Download PDF

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CN113007707A
CN113007707A CN202110344642.3A CN202110344642A CN113007707A CN 113007707 A CN113007707 A CN 113007707A CN 202110344642 A CN202110344642 A CN 202110344642A CN 113007707 A CN113007707 A CN 113007707A
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林其钊
毕浩波
田军见
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Abstract

本发明提供内部烟气再循环低NOx燃烧器，采用套管式构造，由无缝钢管材料焊接而成，包括燃气管道、空气管道、旋流器、供气口、燃气喷口。一次燃气管道为一中空圆柱管，依次向外套设一次空气管道，二次燃气管道，二次空气管道，自内向外呈环状同轴布置；一次燃气和一次空气管道内部设置旋流器，两者方向相反，二次空气管道采用切向进气的方式，在燃烧器出口形成旋转气流。该发明通过同轴射流与强弱旋流对冲相结合的方式，形成浓淡燃烧，促进燃料与空气的混合，减小局部高温区，并卷吸燃烧产物，利用烟气再循环创造均匀的低温低氧浓度氛围，降低NOx的排放。此外，将燃烧器与多孔耐火材料辐射壁结构相结合，起到阻燃作用，又可使烟气排出。

Description

内部烟气再循环低NOx燃烧器
技术领域
本发明属于燃烧设备燃气锅炉技术领域，具体涉及一种内部烟气再循环低NOx燃烧器。
背景技术
目前，煤改气工程是政府大力推广的一项重要环保工程，可以从源头大幅度减少燃煤过程中产生的CO2，SOx和粉尘。但在实际的燃烧过程中，由于天然气燃烧温度高以及锅炉中普遍存在的局部高温问题，NOx的排放量较大。为了满足日趋严格的环保标准要求，减少大气污染，通过合理的结构设计，在保证高效燃烧的基础上，同时实现NOx的减排是一项具有重大意义的工作。
人们利用各种方法降低NOx排放，包括燃烧器结构改造，燃烧室(炉膛)结构改造以及烟气脱硝等。后两种方法具有较大的局限性，成本较高。制造一种低NOx燃烧器以适应现有的燃气设备成为主流趋势，容易实现。中国专利CN110410790A利用一次燃烧区形成的高温烟气加热二次燃料和空气从而形成二次燃烧区，此种方法会在一次燃烧区形成局部高温，对耐火材料的要求较高，同样也会存在NOx排放量较高的问题。中国专利CN109297018A将高温流动的烟气通过筒体喉口壁部开设的烟气内循环孔导入筒体，用于降低外层空气通道氧含量，效果不明显。
因此，我们致力于提供一种更加安全可靠的燃烧器，利用烟气再循环，在燃烧室内部形成均匀的还原性氛围，大幅度降低NOx的排放。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：高热值燃气燃烧时燃烧温度过高以及存在的局部高温问题，促使大量的热力型NOx产生。
本发明采用的技术方案为：
一种内部烟气再循环低NOx燃烧器，采用套管式构造，由无缝钢管材料制作，包括供气口、燃气管道、空气管道、旋流器和燃气喷口。所述燃气管道包括一次燃气管道5和二次燃气管道7。所述空气管道包括一次空气管道6和二次空气管道8，分别与一次燃气管道5和二次燃气管道7相对应。所述旋流器包括一次燃气喷口旋流器11和一次空气管道旋流器9。
所述一次燃气管道5为一中空圆柱管，依次向外套设一次空气管道6，二次燃气管道7和二次空气管道8，自内向外呈环状同轴布置。
一次燃气管道5和二次燃气管道7前端封闭，靠近封闭前端下部采用丝扣联接燃气入口，末端连接燃气喷口。一次燃气管道5在靠近管道末端设置一次燃气喷口旋流器11。所述燃气入口外接供燃气系统。一次燃气管道5的封闭前端下部设置有一次燃气入口3，二次燃气管道7的封闭前端下部设置有二次燃气入口4。
一次空气管道6和二次空气管道8前端采用法兰联接供气口。所述供气口外接供气系统。
一次空气管道6在靠近管道末端设置一次空气管道旋流器9，所述一次空气管道旋流器9与一次燃气喷口旋流器11旋流方向相反。
所述空气管道末端和所述燃气喷口与均燃烧室相连。所述燃烧室中铺设多孔耐火材料辐射壁结构。所述燃烧室长500-1000mm。
所述一次空气管道旋流器9和所述一次燃气喷口旋流器11由多个旋流叶片组成，旋流方向相反，所述旋流叶片分别在一次燃气管道5外侧面上和一次燃气管道5内侧面上等距分布。
所述供气口为两通管，包括一次风供气口1和二次风供气口2，在所述一次风供气口1中，一次风供气口1与一次空气管道6径向连通，在所述二次风供气口2中，二次风供气口2与二次空气管道8切向连通。
所述燃气喷口，包括一次燃气喷口和二次燃气喷口10，分别布置在所述一次燃气管道5和所述二次燃气管道7的末端，一次燃气喷口为直管式结构，二次燃气喷口10为多孔式结构。
进一步地，整个燃烧器内部采用焊接结构，确保各个通道之间的密封。
进一步地，所述二次燃气喷口10，通孔设置20个，每个直径为3-5mm，沿二次燃气管道环形圆周方向均匀分布。
进一步地，所述一次空气管道旋流器9末端到一次空气管道末端距离为50-100mm，一次空气管道旋流器9的一次空气旋流叶片12设置5-10个。所述空气旋流叶片12为一薄片，厚度为2-4mm，两端分别与一次燃气管道5外壁和一次空气管道6内壁垂直固定连接，并与一次燃气管道5中心轴线成30-60度。
一次燃气喷口旋流器11靠近一次燃气管道5末端，一次燃气喷口旋流器11的旋流叶片设置5-10个，厚度2-4mm，两端分别与一实心圆柱和一次燃气管道5内壁固定连接，并与实心圆柱中心轴线呈20-45度，旋流方向与一次空气管道旋流器9的方向相反，旋流强度弱于一次空气旋流强度。其中所述实心圆柱沿着一次燃气管道5的轴线方向设置于一次燃气管道5的内部，所述圆柱直径为3-5mm。
本发明的优点在于：
(1)本发明将同轴射流与强弱旋流对冲相结合的方式，形成分级燃烧和浓淡燃烧，使燃料与空气快速充分混合，同时卷吸燃烧产物，形成风烟混合流，创造低氧气浓度燃烧氛围，可以抑制NOx形成并改善燃烧效率。
(2)本发明二次燃料喷口采用多孔式结构，可以减少燃料与空气的混合时间并减小火焰，进一步减少局部高温区，抑制NOx的生成。
(3)本发明燃烧器的辐射壁由多孔耐火材料制作，烟气可通过壁面，而火焰则无法通过壁面，既起到阻燃作用，又可使烟气排出。
(4)本发明在旧炉膛中铺设辐射壁容易实现。
附图说明
图1为本发明中一种内部烟气再循环低NOx燃烧器主体的装置纵剖图；
图2为本发明中一种内部烟气再循环低NOx燃烧器头部细节图；
图3供气口的结构示意图，其中图3(a)为一次风供气口结构示意图，3(b)为二次风供气口结构示意图；
图4为一次空气管道旋流器的结构示意图；
图5为一次燃气喷口旋流器的结构示意图；
图6为燃烧室内气体流动轨迹示意图。
附图标记说明：
1为一次风供气口，2为二次风供气口，3为一次燃气入口，4为二次燃气入口，5为一次燃气管道，6为一次空气管道，7为二次燃气管道，8为二次空气管道，9为一次空气管道旋流器，10为二次燃气喷口，11为一次燃气喷口旋流器，12为一次空气旋流叶片，13为多孔耐火材料辐射壁，14为点火装置。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明内部烟气再循环低NOx燃烧器的具体实施方式。
在本发明的描述中，术语“前端”“末端”“下部”指示的方位为基于附图所示的方位。
实施例1：
本发明公开了一种内部烟气再循环低NOx燃烧器，该燃烧器的主体由四个同轴射流管组成，各射流管采用不同直径的无缝钢管套装焊接而成。
如图1-5所示，内部烟气再循环低NOx燃烧器具体结构如下：一种内部烟气再循环低NOx燃烧器，采用套管式构造，由无缝钢管材料制作，包括供气口、燃气管道、空气管道、旋流器和燃气喷口。所述燃气管道包括一次燃气管道5和二次燃气管道7。所述空气管道包括一次空气管道6和二次空气管道8，分别与一次燃气管道5和二次燃气管道7相对应。所述旋流器包括一次燃气喷口旋流器11和一次空气管道旋流器9。
所述一次燃气管道5为一中空圆柱管，依次向外套设一次空气管道6，二次燃气管道7和二次空气管道8，自内向外呈环状同轴布置。
一次燃气管道5和二次燃气管道7前端封闭，靠近封闭前端下部采用丝扣联接燃气入口，末端连接燃气喷口。一次燃气管道5在靠近管道末端设置一次燃气喷口旋流器11。所述燃气入口外接供燃气系统。一次燃气管道5的封闭前端下部设置有一次燃气入口3，二次燃气管道7的封闭前端下部设置有二次燃气入口4。
一次空气管道6和二次空气管道8前端采用法兰联接供气口。所述供气口外接供气系统。一次空气管道6在靠近管道末端设置一次空气管道旋流器9，所述一次空气管道旋流器9与一次燃气喷口旋流器11旋流方向相反。
所述空气管道末端和所述燃气喷口与均燃烧室相连。所述燃烧室中铺设多孔耐火材料辐射壁结构。所述燃烧室长500-1000mm。燃烧室的顶部墙壁上设置有点火装置14，点火装置14穿过顶部墙壁伸入燃烧室中。
所述一次空气管道旋流器9和所述一次燃气喷口旋流器11由多个旋流叶片组成，旋流方向相反，所述旋流叶片分别在一次燃气管道5外侧面上和一次燃气管道5内侧面上等距分布。
所述供气口为两通管，包括一次风供气口1和二次风供气口2，在所述一次风供气口1中，一次风供气口1与一次空气管道6径向连通，在所述二次风供气口2中，二次风供气口2与二次空气管道8切向连通。
所述燃气喷口，包括一次燃气喷口和二次燃气喷口10，分别布置在所述一次燃气管道5和所述二次燃气管道7的末端，一次燃气喷口为直管式结构，二次燃气喷口10为多孔式结构。
整个燃烧器内部采用焊接结构，确保各个通道之间的密封。
所述二次燃气喷口10，通孔设置20个，每个直径为3-5mm，沿二次燃气管道环形圆周方向均匀分布。
所述一次空气管道旋流器9末端到一次空气管道末端距离为50-100mm，一次空气管道旋流器9的一次空气旋流叶片12设置5-10个。如图4所示，所述空气旋流叶片12为一薄片，厚度为2-4mm，两端分别与一次燃气管道5外壁和一次空气管道6内壁垂直固定连接，并与一次燃气管道5中心轴线成30-60度。
一次燃气喷口旋流器11靠近一次燃气管道5末端。如图5所示，一次燃气喷口旋流器11的旋流叶片设置5-10个，厚度2-4mm，两端分别与一实心圆柱和一次燃气管道5内壁固定连接，并与实心圆柱中心轴线呈20-45度，旋流方向与一次空气管道旋流器9的方向相反，旋流强度弱于一次空气旋流强度。其中所述实心圆柱沿着一次燃气管道5的轴线方向设置于一次燃气管道5的内部，所述圆柱直径为3-5mm。
本发明中的内部烟气再循环低NOx燃烧器在使用时，空气流通过程为：一次风经一次风供气口1进入一次空气管道6，经由一次空气管道旋流器9形成旋转气流后进入燃烧室；二次风经二次风供气口2切向进入二次空气管道8，产生旋转气流后进入燃烧室。
燃气流通过程为：一次燃气由供燃气系统经一次燃气入口3进入一次燃气管道5，经燃气管道右端的燃气旋流喷口11喷入燃烧室；二次燃气由供燃气系统经二次燃气入口4进入二次燃气管道7，经燃气管道右端的二次燃气喷口10喷入燃烧室。二次燃气喷口10为多孔式燃气喷口。
所述一次燃气流量与一次风流量相匹配，所述二次燃气流量与二次风流量相匹配，保证过量空气系数在1.02-1.4。
本发明中，如图6所示，一次燃气和一次风流经旋流器以及二次风切向进入空气管道后会在燃烧器外形成高速旋转的气流，形成负压，强化与燃气的混合程度，降低燃烧过程中产生的局部高温区，抑制NOx的产生，同时卷吸回流的大量燃烧产物，实现了烟气内循环，形成风烟混合流，在炉膛内创造均匀的低氧还原性氛围，进一步降低NOx的排放。
本发明中，通过布置一二次燃气管道以及与之对应的一二次空气管道实现分级调控，在燃烧器工作过程中满足不同的热负荷条件，优选一次燃料和二次燃料分别占理论负荷的30％和70％。当仅仅打开一次风与一次燃料阀门，可以达到30％的热负荷，仅仅打开二次风与二次燃料阀门，可以达到70％的热负荷，将一二次风，一二次燃料阀门全部打开，燃烧器可以在100％热负荷条件下工作。
实施例2：
仅仅通过低氮燃烧器来降低NOx的程度是有限的，燃烧室结构应同样得到重视，但是大幅度改变燃烧室结构难度较高，不适合老旧锅炉。因此，对燃烧室结构进行简单优化，与低NOx燃烧器结合，以实现浓淡燃烧，在空间里形成一个均匀的温度场，消除局部高温，抑制NOx的生成，在燃气锅炉技术领域将具有很大突破。
本实施例中，在燃烧室内部铺设辐射壁13，所述辐射壁由多孔耐火材料制作，烟气可通过壁面，而火焰则无法通过壁面，既起到阻燃作用，又可使烟气排出。燃气出口和空气出口处的气体燃料和氧气浓度不同，形成浓淡燃烧。同时，燃烧产物剧烈混合在一起，使得燃烧更加均匀。浓淡燃烧为低NOx排放形成条件。
其他部分与实施例1相同。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种内部烟气再循环低NOx燃烧器，其特征在于：该燃烧器采用套管式构造，由无缝钢管材料制作，包括供气口、燃气管道、空气管道、旋流器和燃气喷口；燃气管道包括一次燃气管道(5)和二次燃气管道(7)；空气管道包括一次空气管道(6)和二次空气管道(8)，分别与一次燃气管道(5)和二次燃气管道(7)相对应；所述旋流器包括一次燃气喷口旋流器(11)和一次空气管道旋流器(9)；一次燃气管道(5)为一中空圆柱管，依次向外套设一次空气管道(6)、二次燃气管道(7)和二次空气管道(8)，自内向外呈环状同轴布置；一次燃气管道(5)和二次燃气管道(7)的前端封闭，靠近封闭前端下部采用丝扣联接燃气入口，末端连接燃气喷口，一次燃气管道(5)在靠近管道末端设置一次燃气喷口旋流器(11)，燃气入口外接供燃气系统；一次空气管道(6)和二次空气管道(8)前端采用法兰联接供气口，供气口外接供气系统，一次空气管道(6)在靠近管道末端设置一次空气管道旋流器(9)，所述一次空气管道旋流器(9)与一次燃气喷口旋流器(11)旋流方向相反，空气管道末端和燃气喷口均与燃烧室相连，燃烧室内壁铺设多孔耐火材料辐射壁结构。
2.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器,其特征在于：整个燃烧器内部采用焊接结构，确保各个通道之间的密封。
3.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器,其特征在于：一次空气管道旋流器(9)和一次燃气喷口旋流器(11)由多个旋流叶片组成，旋流方向相反，所述旋流叶片分别在一次燃气管道(5)外侧面上和一次燃气管道(5)内测面上等距分布。
4.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器,其特征在于：供气口为两通管，包括一次风供气口(1)和二次风供气口(2)，其中：一次风供气口(1)与一次空气管道(6)径向连通；二次风供气口(2)与二次空气管道(8)切向连通。
5.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器,其特征在于：燃气喷口包括一次燃气喷口和二次燃气喷口(10)，分别布置在一次燃气管道(5)和二次燃气管道(7)的末端，一次燃气喷口为直管式结构，二次燃气喷口(10)为多孔式结构，所述二次燃气喷口(10)，通孔设置20个，每个直径为3-5mm，沿二次燃气管道(7)环形圆周方向均匀分布。
6.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器,其特征在于：一次空气管道旋流器(9)末端到一次空气管道(6)末端距离为50-100mm，一次空气管道旋流器(9)的一次空气旋流叶片(12)设置5-10个；所述空气旋流叶片为一薄片，厚度为2-4mm，两端分别与一次燃气管道(5)外壁和一次空气管道(6)内壁垂直固定连接，并与一次燃气管道(5)中心轴线呈30-60度。
7.根据权利要求1所述的内部烟气再循环低NOx燃烧器，其特征在于：一次燃气喷口旋流器(11)靠近一次燃气管道(5)末端，一次燃气喷口旋流器(11)的旋流叶片设置5-10个，厚度2-4mm，两端分别与一实心圆柱和一次燃气管道(5)内壁固定连接，并与实心圆柱中心轴线呈20-45度，旋流方向与一次空气管道旋流器(9)的方向相反，旋流强度弱于一次空气旋流强度。
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