低氮燃烧器、低氮燃烧系统及其方法与流程

发布时间：2023-11-29 04:52:19| 来源：乐鱼平台登录

  本发明涉及燃气锅炉低氮燃烧技术领域，特别涉及一种低氮燃烧器、低氮燃烧系统及其燃烧方法。

  近年来，我们国家的经济增长迅速，能源消耗明显提高，由此带来的环境污染问题也日益严峻。燃烧过程中会产生大量的氮氧化物(nox)，对生态环境造成了严重的破坏。因此，环保部门对燃烧产生的污染物排放限制要求也慢慢变得高。

  目前，在工业炉中，炉膛内加热都是通过将燃烧器安装在炉体上，燃烧器的火嘴朝向对炉体内，通过燃烧器的助燃管输入助燃气，燃料管输入燃料，在火嘴处混合后点火燃烧，实现在炉膛内燃烧火焰而加热。火焰温度比较高，氮氧化物的生成量也高，一般燃烧温度超过350°，则会产生较多的氮氧化物，目前大部分地方环保局都有对氮氧化物的排放有严格的排放控制要求，如cn106594716背景技术中提到的新建锅炉排放的氮氧化物的排放标准。烟气再循环技术是目前降低火焰温度较常采用的一种技术，能够更好的降低氮氧化物的生成量，就是将排出的废气再吸入至燃烧器的燃烧室，以此来降低氧气浓度，使得燃烧时的温度降低，上述烟气再循环技术在cn106594716专利中以及cn106287696等众多专利技术中已有公开，其结构原理大都如图1所示，通过直接在炉膛1a的排烟口处连接一废气循回管2a，吸收排烟口的大量废气，导入至燃烧器3a，废气与助燃气、燃气混合燃烧，由于废气中氧气的含量少，非助燃的二氧化碳、氮氧化物等含量较多，会降低燃烧室内助燃气中氧气的浓度，如此燃烧时会降低燃烧温度，由此减少了氮氧化物的生成，控制了氮氧化物的排放量。上述烟气再循环方式中，废气循回管连接炉膛后端的排烟口处与炉膛前端的燃烧器，废气循回管的管长很长，且暴露在外部环境中，在外界温度较低时，或者锅炉暂停使用时，管内废气中的水蒸气内易于形成冷凝水，尤其在北方冬天，冷凝的水蒸汽凝积在管壁容易锈蚀管道，经常需要维修更换废气循回管。此外，废气循回管的布置需要较大的场地空间，一些锅炉上布置面积庞大的废气循回管路，造成整体结构较为复杂，不仅提高了投资，也不便于施工安装和安装后的维护管理。

  鉴于以上所述，本发明提供一种持久耐用的低氮燃烧器，无需维修更换废气循回管。

  一种低氮燃烧器，包括外管筒、内管筒，外管筒一端为出火端，另一端为进气端，进气端设置有助燃气接口，内管筒穿入在外管筒内，内管筒上设置燃气接口，以供外管筒导入的助燃气与内管筒导入的燃气在外管筒出火端内混合后点燃燃烧，低氮燃烧器包括废气回吸结构，废气回吸结构包括废气回吸管罩以及废气抽风装置，废气回吸管罩安装在外管筒的出火端外周壁上，其上开设有废气回吸孔，废气抽风装置连接废气回吸管罩，废气抽风装置抽气，将燃烧后回旋至出火端后方的的废气，吸入至废气回吸管罩后并传送至外管筒出火端内，传送回的废气与外管筒导入的助燃气、内管筒导入的燃气混合，在出火端内燃烧。

  进一步地，所述废气回吸结构包括废气回流管，废气回流管穿入在内管筒内，废气抽风装置通过管道一端连接至废气回吸管罩，另一端连接废气回流管。

  进一步地，所述出火端具有燃烧空间段，所述内管筒具有出气端，出气端的外周壁连接有预混管，预混管的另一端延伸至燃烧空间段。

  进一步地，所述内管筒出气端延伸至与预混管的邻接位置，所述废气回流管延伸至燃烧空间段的邻接位置。

  进一步地，所述预混管一端形成有内端缘与内管筒出气端的外周壁固接，另一端形成有外端缘与外管筒的内周壁固接，内端缘上开设有通气孔，以使进入外管筒内的助燃气部分进入至预混管内，外端缘上开设有过气孔，以使进入外管筒内的助燃气部分进入至燃烧空间段内燃烧。

  进一步地，所述废气回吸结构进一步包括换热器，换热器具有第一进风接口、第一出风接口，第二进风接口与第二出风接口，第一进风接口连接废气回吸管罩的出气接口，第一出风接口连接废气抽风装置，一助燃气输送装置连接至第二进风接口，第二出风接口连接至助燃气接口。

  一低氮燃烧系统，包括炉体与安装在炉体上的低氮燃烧器，炉体具有炉膛，炉体的前侧炉壁上开设有火嘴孔，炉体的顶端邻近后侧炉壁设置有烟窗，以供排出燃烧后炉膛内的废气，所述低氮燃烧器采用所述的低氮燃烧器，其安装在炉体的前侧炉壁上，外管筒的出火端的端口伸入至炉膛内。

  启动助燃气输送装置、燃气输送装置以及废气抽风装置，通过燃气接口充入燃气至内管筒，通过助燃气接口充入助燃气至外管筒；

  燃气与助燃气进行预混，点燃预混后的气体，并在出火端的燃烧空间段内充分燃烧；

  燃烧产生的火焰从出火端向炉体炉膛内喷射，在炉膛内形成与火焰喷出方向相反且在火焰燃烧后形成的废气回流，废气回流经废气抽风装置抽吸至外管筒出火端的废气回吸管罩内，并输送至废气回流管，回流至外管筒的出火端的燃烧空间段内。

  一种所述的低氮燃烧系统的燃烧方法，包括如下步骤：低氮燃烧系统安装有换热器时，助燃气输送装置输送助燃气经过换热器后进入外管筒，废气经废气回吸管罩后进入废气回流管，助燃气与废气实现热交换。

  上述低氮燃烧器，相较于传统的低氮燃烧装置，本申请低氮燃烧器通过在出火端设置废气回吸结构，可以将燃烧回旋的废气充分吸回利用，达到降低燃烧温度的要求，满足对氮氧化物的生成量的控制，充分突破了传统认为的废气一定集中汇集在排烟口，而不会返回至出火端附近，由于排烟口一定要远离出火端，否则排烟口会把燃烧的热量直接排出，本申请通过观察与实验总结，了解到燃烧的废气部分会回旋至出火端附近(即外管筒外周)，如此，设计上述在出火端外周设置废气回吸结构，回吸炉膛内的废气，一样能达到抑制氮氧化物的生成量，且满足炉膛所需的温度效果。相较于现有技术，可以完全避免使用传统中用于将烟窗口废气导入至燃烧器的废气循回管，从而避免了废气循回管由于冷凝损坏的问题，且应用本申请低氮燃烧器的低氮燃烧系统结构简单，无需置于外界的废气循回管，整体结构简单、紧凑，占用空间小，便于布置，降低了锅炉整体的制造难度和成本。

  下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明保护范围。

  请参阅图2及图3，本发明提供一种低氮燃烧器，包括外管筒1、内管筒2以及废气回吸结构3，外管筒1上设置有助燃气接口11，内管筒2穿入在外管筒1内，内管筒2上设置燃气接口21，以供外管筒1导入的助燃气与内管筒2导入的燃气在出火端内混合后点燃燃烧，废气回吸结构3包括废气回吸管罩31以及废气抽风装置32，废气回吸管罩31套设在外管筒1的外周壁上，其上开设有废气回吸孔311，废气抽风装置32连接废气回吸管罩31，废气抽风装置32抽气，将燃烧后回旋至出火端后方的的废气，吸入至废气回吸管罩31后并传送至外管筒1出火端内，传送回的废气与外管筒1导入的助燃气、内管筒2导入的燃气混合，在出火端内燃烧。

  外管筒1一端为出火端，另一端为进气端，出火端供燃烧的火焰喷出，具有燃烧空间段101，进气端端口封闭仅供内管筒2穿过，进气端的外周壁上设置有所述助燃气接口11，以供连接助燃气输送装置35输入助燃气至外管筒1内。

  内管筒2一端为出气端，另一端为入气端，内管筒2经外管筒1进气端的端壁伸入至外管筒1内，入气端外露于外管筒1，其出气端向外管筒1的燃烧空间段101延伸，内管筒2入气端的端口封闭，入气端的外周壁上设置有所述燃气接口21，内管筒2出气端的外周壁连接有预混管4，预混管4的管径大于内管筒2的外径，小于外管筒1的内径，预混管4一端形成有内端缘与内管筒2出气端的外周壁固接，另一端形成有外端缘与外管筒1的内周壁固接，内端缘上开设有通气孔41，以使进入外管筒1内的助燃气部分进入至预混管4内，外端缘上开设有过气孔42，以使进入外管筒1内的助燃气部分进入至燃烧空间段101内燃烧。进一步地，为了在燃烧空间段101内的气流充分混合，充分燃烧，过气孔42采用螺旋孔道结构，且若干过气孔42采用相同的螺旋方向，如此，从过气孔42进入燃烧空间段101内的助燃气呈螺旋风，可以提高混合效果，燃烧充分，且火苗从燃烧空间段101向外窜更远，更有利于炉膛加热。

  先通过部分助燃气在预混管4内与燃气预混点燃，可以确保点火后不易熄灭，然后燃烧再进入燃烧空间段101内，与另一进入燃烧空间段101内的助燃气部分充分混合燃烧。

  可以理解，电火花点火器件(图未示)设置在预混管4内，可通过电子溅火花将预混管4内的预混气体点燃。

  可以理解，为了进入预混管4内的燃气与助燃气充分预混，内管筒2容置在预混管4内的一端不宜过长，较佳地，伸入至预混管4邻接位置即可，本实施例中，内管筒2大致延伸至预混管4邻接位置且略微超出。

  废气回吸管罩31呈管筒状，其套设在外管筒1出火端的外周壁上，包括筒部与形成在筒部内两端的环板，环板固接在外管筒1外周壁上，其中，与出火端同向的环板上开设有所述废气回吸孔311，以供废气可进入至废气回吸管罩31筒部内；筒部的周壁上设有出气接口，废气抽风装置32连接出气接口，以将筒部内的废气导出，并输送至外管筒1内的燃烧空间段。

  废气回吸结构3还包括废气回流管33，废气回流管33一端从内管筒2的封闭端穿入，穿出内管筒2的另一端后延伸至燃烧空间段101，另一端连接所述废气抽风装置32，以供废气抽风装置32将燃烧的废气导入至外管筒1内的燃烧空间段101。

  可以理解，较佳地，为了确保预混管内的预混气体点火良好，点火后不易熄灭，因而废气回流管33穿过预混管4而将废气导入至燃烧空间段，否则废气回流管33延伸至预混管4内即可。进一步地，内管筒2连接预混管4的一端的端口处设置锥形壁固接在废气回流管33的外周，锥形壁上开设有透气孔22，以供内管筒2内燃气经过透气孔22进入至预混管4内。

  废气回吸结构3进一步包括换热器34，换热器34包括换热箱体以及安装在箱体内的换热管、换热箱体上设置有第一进风接口、第一出风接口，第二进风接口与第二出风接口，第一进风接口与换热管连通，第一出风接口与换热管连通，从而从第一进风接口进入的风流经换热管后从第一出风接口流出，第二进风接口进入的风流经箱体内后从第二出风接口流出。第一进风接口连接废气回吸管罩31的出气接口，第一出风接口连接废气抽风装置32，从而废气抽风装置32将从废气回吸管罩31内抽吸的废气经换热器输送，实现对废气的换热。并且，在废气抽风装置32之前设置换热器34，降低了进入废气抽风装置32的废气中的温度，从而可以保护废气抽风装置32不被高温损坏，否则高温的废气直接进入废气抽风装置32，会容易损坏废气抽风装置32，高温环境下废气抽风装置32的电机容易烧坏。

  换热可与外界输送至助燃气接口11的助燃气进行换热，具体地，一助燃气输送装置35连接至第二进风接口，第二出风接口连接至助燃气接口11，如此，从输送的助燃气可与温度较高的废气经过换热器换热，将输送的助燃气预热，充分地利用了助燃气的热能，起到节能效果。

  此外，为了便于低氮燃烧器的加工，先将内管筒2、废气回流管33、预混管4以及预混管4两端的端缘，整体地加工成一整体，然后将内管筒2安装至外管筒1上即可，为了便于低氮燃烧器的内管筒2与外管筒1的装配，外管筒1的进气端端口外周形成第一法兰盘，内管筒2的入气端外周壁形成第二法兰盘7，内管筒2穿入至外管筒1内，两法兰盘相对准连接。

  此外，为了便于低氮燃烧器安装至锅炉炉体上，在废气回吸管罩31的外周形成法兰盘5，可方便地将低氮燃烧器固接至锅炉炉体上。

  应用所述低氮燃烧器时，请再次参阅图4至图6，一低氮节能燃烧系统，包括炉体6与安装在炉体6上的所述低氮燃烧器，炉体6具有炉膛，炉体6的前侧炉壁上开设有火嘴孔61，火嘴孔61的孔径大致对应或略大于废气回吸管罩31的外径，可供低氮燃烧器的废气回吸管罩31套入。炉体6的顶端邻近后侧炉壁设置有烟窗62，以供排出燃烧后炉膛内的废气。低氮燃烧器安装在炉体6的前侧炉壁上，外管筒1的出火端的端口伸入至炉膛内。

  低氮节能燃烧系统运作时，助燃气输送装置35启动输送助燃气，燃气装置(图未示)输送燃气，助燃气经过换热器34，从助燃气接口送入至外管筒1内，燃气从燃气接口送入至内管筒2内，然后燃气进入预混管4内，部分助燃气进入预混管4内与燃气预混，点火器件将预混管4内预混气体点燃，火焰引入至燃烧空间段101内，燃烧空间段内101进一步补充助燃气，助燃气与预混气体充分燃烧，火焰喷向炉膛内，对炉膛内加热。火焰向前喷时，经过发明人反复观察与研究，结合多次反复试验，发现向前喷的火焰燃烧后会产生大量的废气回旋至外管筒1出火端外周，一部分废气排向烟窗62，启动废气抽风装置32，积累在外管筒1出火端外周的废气进入废气回吸管罩31，然后经过换热器34，再进入废气回流管33，排入至燃烧空间段101内，与燃烧空间段101内的燃气、助燃气混合燃烧，由于废气中含氧量少，从而会稀释助燃气中氧气的密度，降低燃烧空间段101内的燃烧温度，有效地控制氮氧化物的生成量，达到环保的控制要求。

  通过采用上述低氮燃烧器，使得废气可大量循环地导入至燃烧空间段101内与助燃气、燃气混合，长期地维持燃烧温度在大量产生氮氧化物的温度以下，一旦燃烧温度上升，产生的氮氧化物较多时，则废气中氮氧化物的浓度也高，循环导入至燃烧空间段内氮氧化物也多，会降低燃烧的温度。

  上述低氮燃烧器，相较于传统的低氮燃烧装置，本申请低氮燃烧器通过在出火端设置废气回吸结构3，可以将燃烧回旋的废气充分吸回利用，达到降低燃烧温度的要求，满足对氮氧化物的生成量的控制，充分突破了传统认为的废气一定集中汇集在排烟口，而不会返回至出火端附近，由于排烟口一定要远离出火端，否则排烟口会把燃烧的热量直接排出，本申请通过观察与实验总结，了解到燃烧的废气部分会回旋至出火端附近(即外管筒外周)，如此，设计上述在出火端外周设置废气回吸结构3，回吸炉膛内的废气，同样能够达到抑制氮氧化物的生成量，且满足炉膛所需的温度效果。相较于现存技术，可以完全避开使用传统中用于将烟窗口废气导入至燃烧器的废气循回管，从而避免了废气循回管由于冷凝损坏的问题，且应用本申请低氮燃烧器的低氮燃烧系统结构相对比较简单，无需置于外界的废气循回管，整体结构相对比较简单、紧凑，占用空间小，便于布置，降低了锅炉整体的制造难度和成本。

  此外，本申请通过设置换热器，可将外界送入的助燃气预热，送入至预热管内的助燃气经预热后更易于点燃，同时，废气自身降低了温度，使得进入燃烧空间段内废气温度相对较低，有利于降低燃烧的温度。相较于传统，传统低氮燃烧器的废气立即进入出火端燃烧然排入炉膛，再大部分从烟窗排出，未能充分地利用废气的热量，本申请的低氮燃烧器充分的利用了废气的热量，更为节能，并且，本申请的废气所经的路程可充分缩短，无需从炉尾到炉头的长距离路径，能够尽可能的防止废气热量的损耗。

  可以理解，本申请中，助燃气不仅限于空气，也可以其他助燃介质，燃气不仅限于天然气，可以是其他燃料介质，甚至燃油等。

  可以理解，低氮节能燃烧系统包括控制箱8，控制箱8设置于锅炉外，用于启动及调节助燃气输送装置及燃气输送装置的转速，从而控制助燃气与燃气输送的量。

  启动助燃气输送装置35、燃气输送装置以及废气抽风装置32，通过燃气接口21充入燃气至内管筒2，通过助燃气接口充入助燃气至外管筒1，燃气与助燃气进行预混，点燃预混后的气体，燃烧产生的火焰从出火端向炉体6炉膛内喷射，并在炉膛内形成与火焰喷出方向相反且在火焰燃烧后形成的废气回流，废气回流经废气抽风装置32抽吸至废气回吸管罩31内，并输送至废气回流管33，回流至外管筒1的出火端的燃烧空间段101内。

  安装有换热器34时，助燃气输送装置35输送助燃气经过换热器34后进入外管筒1，废气经废气回吸管罩31后进入废气回流管33，助燃气与废气实现热交换。

  以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。