CN112413587B - 双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法。所述装置包括多层次喉口，所述多层次喉口的外壁上开设有烟气内循环吸入口，所述多层次喉口腔内设置有烟气内循环装置，所述烟气内循环装置与所述烟气内循环吸入口对接，所述多层次喉口的出口处为高速混合气通道，助燃风通道和燃气通道设置在所述多层次喉口腔内，燃气通道的前端为喷枪，延伸出所述所述多层次喉口的出口。因此，实现了一种将喉口附近的外围烟气吸卷进入喉口内/外送气区域、与助燃空气混合后参与燃烧功能的烟气内循环式低氮燃烧装置，可以实现低氮燃烧，降低NOx的生成。

Description

双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法

技术领域

本发明涉及燃气燃烧领域，特别是涉及一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法。

背景技术

以天然气、煤、石油等化石资源为燃料的锅炉排出的废气中所含的氮氧化物(NOx)是一种公认的大气污染物，职能部门为此制定了日趋收严的废气排放标准加以严控，现已推出了天然气的NOx排放必须降低至60mg、甚至30mg/Nm3以下的标准要求。

现业界普遍采用在现有锅炉上配设低氮燃烧技术装置、进行低氮达标改造的方法加以应对，并发现了适当降低燃料燃烧过程中的火焰温度及参与燃烧气体的氧含量能显著降低NOx的生成量。对于以天然气等高热值气为燃料的燃气锅炉，目前均采用低氮燃烧器+烟气外循环的低氮路线，其中所述的烟气外循环是通过从锅炉尾部导引部分温度和氧含量均相对较低的待外排烟气返回到炉膛内参与混合燃烧实现的。

但在实践中发现，由于锅炉采用烟气外循环时必须对锅炉进行增设包括烟循风机及烟循管道等外循部件，才能将部分待外排烟气导引输送到燃烧器及锅炉相关部件的特定位置处，设置比较麻烦且改造成本也较高，此外，由于工作过程中较低温烟气和常温助燃空气之间存在温差，混合时会产生冷凝水，除存在水分蒸发时需额外损耗能量外，还会导致腐蚀周围构件，也导致存在日常维护保养工作量大和日常使用成本较高的弊端，所以，从实用性和经济性角度考虑，均欠理想。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法，降低易污染的氮氧化物的排放。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，包括：

多层次喉口，所述多层次喉口的外壁上开设有烟气内循环吸入口，所述多层次喉口腔内设置有烟气内循环装置，所述烟气内循环装置与所述烟气内循环吸入口对接，所述多层次喉口的出口处为高速混合气通道，助燃风通道和燃气通道设置在所述多层次喉口腔内，燃气通道的前端为喷枪，延伸出所述所述多层次喉口的出口。

可选的，对于所述燃气通道还包括相连接的燃气管和共结进气端，所述喷枪包括中心喷枪和外围喷枪，所述共结进气端连接所述中心喷枪和所述外围喷枪。

可选的，所述多层次喉口包括喉口前端的内喉口，位于喉口近前端的中喉口和位于喉口近尾端的外喉口。

可选的，所述内喉口的主体呈圆筒状，前端部设置有内喉口内端面；所述中喉口的主体呈放缩圆筒状，前端部设置有中喉口内端面；所述外喉口的主体呈圆筒状，前端部设置有外喉口收缩内端面，在所述外喉口的主体的外壁上设置所述烟气内循环吸入口；所述中喉口匹配设置在所述内喉口和所述外喉口之间。

可选的，所述外喉口的主体的外壁与所述燃气通道之间的区域作为助燃风通道。

可选的，所述高速混合气通道包括由所述外喉口内端面与所述中喉口内端面之间的间隙构成的第一高速混合气通道，和由所述中喉口内端面与所述内喉口内端面之间的间隙构成的第二高速混合气通道。

可选的，在所述内喉口内端面上设置有稳焰装置，所述稳焰装置主体呈圆盘状，所述稳焰装置上设有稳焰风通道和冷却风通孔。

可选的，所述烟气内循环装置固设在外喉口上，包括：主体由水平烟气进气环和纵向烟气出气环交接互连构成的烟气通道，由渐缩管和穿插固设在所述烟气通道上的直通管同轴互连构成的文丘里式助燃风管。

可选的，所述烟气通道剖面呈L型，包括上下两块圆环板组成，上下两块圆环板呈收缩状。

根据本发明的第二方面，提供一种燃烧方法，包括：

喷枪喷射燃气，助燃风通道喷射助燃空气；

烟气内循环吸入口产生负压，吸卷外围烟气进入多层次喉口腔内；

高速混合气通道产生负压，吸卷外围烟气回流至喷口；

助燃风通道的助燃空气在前行过程中分别与吸卷进入的外围烟气进行混合，并在多层次喉口的出口处发散喷射高速混合烟气，成为贫氧含量燃烧气体，进入炉膛，参与低氮燃烧。

本发明提供的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法中，装置包括多层次喉口，所述多层次喉口的外壁上开设有烟气内循环吸入口，所述多层次喉口腔内设置有烟气内循环装置，所述烟气内循环装置与所述烟气内循环吸入口对接，所述多层次喉口的出口处为高速混合气通道，助燃风通道和燃气通道设置在所述多层次喉口腔内，燃气通道的前端为喷枪，延伸出所述所述多层次喉口的出口。因此，实现了一种将喉口附近的外围烟气吸卷进入喉口内/外送气区域、与助燃空气混合后参与燃烧功能的烟气内循环式低氮燃烧装置，可以实现低氮燃烧，降低NOx的生成。

附图说明

图1为本发明实施例的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置的示意图一；

图2为图1中A-A的剖面示意图二；

图3为本发明实施例的烟气内循环装置的示意图；

图4为图3中A方向的示意图；

图5为本发明实施例的燃烧过程示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置及燃烧方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下面的描述中，应该理解，可以基于附图进行关于在各结构的“内”和“外”的指代。

实施例1

本实施例1提供一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。如图1所示，所述双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，包括：

多层次喉口，所述多层次喉口的外壁上开设有烟气内循环吸入口132，所述多层次喉口腔内设置有烟气内循环装置6，所述烟气内循环装置6与所述烟气内循环吸入口132对接，所述多层次喉口的出口处为高速混合气通道，助燃风通道4和燃气通道3设置在所述多层次喉口腔内，燃气通道3的前端为喷枪2，延伸出所述所述多层次喉口的出口。

本发明实施例是一种具有将喉口附近的外围烟气吸卷进入喉口内/外送气区域、与助燃空气混合后参与燃烧功能的烟气内循环式低氮燃烧装置。

实施例2

本实施例2提供一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，可以是在实施例1的基础上进一步优化或改进，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。请继续参考图1-图5所示，本实施例2包括：

所述燃气通道3还包括相连接的燃气管31和共结进气端，所述喷枪2包括中心喷枪21和外围喷枪22，所述共结进气端连接所述中心喷枪和所述外围喷枪。

所述共结进气端可以包括多个“L”形结构，一端连接在一起并与所述燃气管31连接，另一端则连接喷漆2。

所述外围喷枪22的喷孔可以按需设置，可轴向喷射，也可设置径向喷射。

所述燃气管31可以由燃气供气总管相连通的燃气管充任。

所述多层次喉口包括喉口前端的内喉口11，位于喉口近前端的中喉口12和位于喉口近尾端的外喉口13。请参考图5，所述外喉口13靠近炉壁7。

在本实施例中，所述内喉口11的主体呈圆筒状，前端部设置有内喉口内端面111；所述中喉口12的主体呈放缩圆筒状，前端部设置有中喉口内端面121；所述外喉口13的主体呈圆筒状，前端部设置有外喉口收缩内端面131，在所述外喉口13的主体的外壁上设置所述烟气内循环吸入口132；所述中喉口12匹配设置在所述内喉口11和所述外喉口13之间。

优选的，所述内喉口11、中喉口12和外喉口13同轴设置。

所述燃气通道3固设于多层次喉口的轴心位置上。

所述外喉口13的主体的外壁与所述燃气通道3之间的区域作为助燃风通道4，即由位于所述燃气管31外围的喉口腔环41充任。

在内喉口11前端部上设置有稳焰装置5，所述稳焰装置5主体呈圆盘状，所述稳焰装置5上设有稳焰风通道51和冷却风通孔52；稳焰风通道51呈直通孔状或一定倾角的旋流状。所述稳焰风通道51和冷却风通孔52可以是均匀排布。

所述高速混合气通道8包括由所述外喉口内端面131与所述中喉口内端面121之间的间隙构成的第一高速混合气通道81，和由所述中喉口内端面121与所述内喉口内端面111之间的间隙构成的第二高速混合气通道82。

进一步的，所述中喉口内端面121与所述外喉口内端面131可以设置为可伸缩式结构，从而能够调整第一高速混合气通道81和第二高速混合气通道82的尺寸。

所述烟气内循环装置6固设在外喉口13上，请主要参考图3和图4，其中，图3为沿图1的B-B的局部剖视图，包括：主体由水平烟气进气环611和纵向烟气出气环612交接互连构成的烟气通道61，由渐缩管621和穿插固设在所述烟气通道61上的直通管622同轴互连构成的文丘里式助燃风管62。

优选的，所述烟气通道61剖面呈L型，包括上下两块圆环板631、632组成，上下两块圆环板631、632呈收缩状。

所述直通管622可以是设置在所述水平烟气进气环611和纵向烟气出气环612互连交接腔壁上。

实施例3

本实施例3提供一种燃烧方法，可以是基于实施例1或2中任意一个所述的装置，也可以不限于这类装置，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例3包括：

一种燃烧方法，包括：

喷枪喷射燃气，助燃风通道喷射助燃空气；

烟气内循环吸入口产生负压，吸卷外围烟气进入多层次喉口腔内；

高速混合气通道产生负压，吸卷外围烟气回流至喷口；

助燃风通道的助燃空气在前行过程中分别与吸卷进入的外围烟气进行混合，并在多层次喉口的出口处发散喷射高速混合烟气，成为贫氧含量燃烧气体，进入炉膛，参与低氮燃烧。

本实施例能够显著降低参与燃烧气体中的氧含量，又有利于炉膛中燃烧火焰的均匀分布、降低局部高温点的生成机率，从而确保实现有效抑制NOx生成量的低氧低氮燃烧，为锅炉达标改造提供技术保障。

实施例4

本实施例4提供一种燃烧方法，可以是基于实施例3而进行的优化或改进，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。请参考图1-5，本实施例3包括：

工作时，燃气由燃气管31送入、向各喷枪2供给燃气；助燃空气从外喉口13尾端进入、在助燃风通道4内前行流动，其中的大部分在烟气内循环装置6外围逐步加速前行，小部分与文丘里式助燃风管62的渐缩管621的端口相对准，顺势流入，被渐缩管621缩流加速成为高速气流后经直通管622流出，进入纵向烟气出气环612，在纵向烟气出气环612内产生能对水平烟气进气环611产生吸力的负压，将外喉口13周围的烟气顺势吸卷进入纵向烟气出气环612，与来自直通管622的高速助燃空气相混后进入助燃风通道4，与所述的逐步加速的大部分助燃空气汇流构成具有一定流速的初步混合烟气流。

助燃空气的大部分流经烟气内循环装置6外围，即经下收缩环板632的收缩导向后，该部分空气迅速加速，在下收缩环板632的出口端面轴向高速流出，从而对于纵向烟气出气环通道612形成负压，卷吸外喉口13外的烟气，并与之混合。

具有一定流速的初步混合烟气流继续向前流动，其中的大部分前行进入中喉口12区段，小部分前行进入第一高速混合气通道81后高速喷出，在喷口附近形成负压区，使燃烧装置的外喉口13外围的烟气被吸卷回流至外喉口前端面131附近、与从第一高速混合气通道81中喷射出的所述小部分初步混合烟气流混合后，进行低氧低氮燃烧。前行进入中喉口12区段的大部分初步混合烟气流，在流经中喉口12的放缩状圆筒时进一步加速、前行，其中的一部分前行进入第二高速混合气通道82后高速喷出，在喷口附近形成负压区，使燃烧装置的中喉口12外围的烟气被吸卷回流至中喉口前端面121附近，与从第二高速混合气通道82中喷射出的初步混合烟气流混合后，进行低氧低氮燃烧；另一部分前行进入内喉口11区段后继续前行至稳焰装置5内侧受阻限流，在流经流通面积较小的稳焰风通道51和冷却风通孔52时喷射形成混合烟气流；由于稳焰装置5出口区域大，但是通过该稳焰装置5的空气量小，且稳焰装置5外围的第二高速混合器通道82流出的高速风使在稳焰装置5出口形成具有更强吸卷能力的负压区，使内喉口11外围的烟气、混合气被吸卷回流至内喉口前端面111附近，与从稳焰装置5中喷射出的另一部分初步混合烟气流混合后，进行低氧低氮燃烧。

进入助燃风通道4的助燃空气在前行过程中分别在烟气内循环装置6、第一高速混合气通道81、第二高速混合气通道82和设置在内喉口前端面111的稳焰装置5各设置位上多次吸卷混入燃烧装置喉口区域不同位置的贫氧烟气，并在不同位置发散喷射高速混合烟气进入炉膛，既显著降低了参与燃烧气体中的氧含量，又有利于炉膛中燃烧火焰的均匀分布，降低局部高温点的生成机率，从而确保实现有效抑制NOx生成量的低氮燃烧，为锅炉达标改造提供技术保障。

由上可见，本发明的技术方案，结构合理且科学，工作可靠且自动化程度高，具有能使大量贫氧烟气回流至燃烧器喉口内外区域处、混合后多方位喷射入炉、参与贫氧低氮燃烧的烟气内循环功能，能达到通过烟气内循环降低NOx排放的实质性效果，填补了行业空白，具有很强的实用性和广阔的市场应用前景。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，其特征在于，包括：

多层次喉口，所述多层次喉口的外壁上开设有烟气内循环吸入口，所述多层次喉口腔内设置有烟气内循环装置，所述烟气内循环装置与所述烟气内循环吸入口对接，所述多层次喉口的出口处为高速混合气通道，助燃风通道和燃气通道设置在所述多层次喉口腔内，燃气通道的前端为喷枪，延伸出所述多层次喉口的出口；所述烟气内循环装置固设在外喉口上，包括：主体由水平烟气进气环和纵向烟气出气环交接互连构成的烟气通道，由渐缩管和穿插固设在所述烟气通道上的直通管同轴互连构成的文丘里式助燃风管；

所述多层次喉口包括喉口前端的内喉口，位于喉口近前端的中喉口和位于喉口近尾端的外喉口；在所述外喉口的主体的外壁上设置所述烟气内循环吸入口；所述外喉口的主体的外壁与所述燃气通道之间的区域作为助燃风通道；所述烟气通道剖面呈L型，包括上下两块圆环板组成，上下两块圆环板呈收缩状。

2.如权利要求1所述的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，其特征在于，所述燃气通道还包括相连接的燃气管和共结进气端，所述喷枪包括中心喷枪和外围喷枪，所述共结进气端连接所述中心喷枪和所述外围喷枪。

3.如权利要求1所述的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，其特征在于，所述内喉口的主体呈圆筒状，前端部设置有内喉口内端面；所述中喉口的主体呈放缩圆筒状，前端部设置有中喉口内端面；所述外喉口的主体呈圆筒状，前端部设置有外喉口收缩内端面，所述中喉口匹配设置在所述内喉口和所述外喉口之间。

4.如权利要求3所述的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，其特征在于，所述高速混合气通道包括由所述外喉口收缩内端面与所述中喉口内端面之间的间隙构成的第一高速混合气通道，和由所述中喉口内端面与所述内喉口内端面之间的间隙构成的第二高速混合气通道。

5.如权利要求4所述的双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置，其特征在于，在所述内喉口内端面上设置有稳焰装置，所述稳焰装置主体呈圆盘状，所述稳焰装置上设有稳焰风通道和冷却风通孔。

6.如权利要求1-5任意之一所述双文丘里烟气内循环低氮燃烧装置的燃烧方法，其特征在于， 其步骤包括：

喷枪喷射燃气，助燃风通道喷射助燃空气；

烟气内循环吸入口产生负压，吸卷外围烟气进入多层次喉口腔内；

高速混合气通道产生负压，吸卷外围烟气回流至喷口；

助燃风通道的助燃空气在前行过程中分别与吸卷进入的外围烟气进行混合，并在多层次喉口的出口处发散喷射高速混合烟气，成为贫氧含量燃烧气体，进入炉膛，参与低氮燃烧。