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一种燃气锅炉二次风耦合型低NOx燃烧系统
申请号	CN201810177948.2	申请日	2018-03-05	公开(公告)号	CN108224420B	公开(公告)日	2024-04-26
申请人	上海博士高环保科技有限公司;			发明人	陈宝明; 徐志斌; 岳小俊; 潘聚峰; 李秀敏;
摘要	本发明涉及一种燃气锅炉二次风耦合型低NOx炉燃烧系统，包括炉膛、低NOx 燃烧器、主燃气喷口和二次风喷口，低NOx燃烧器和主燃气喷口布设在炉膛前壁上，二次风喷口以数环、每环数个的形式依次布设在炉膛侧壁上，炉腔内分设有位于中前部中心位置上的稳燃区、位于稳燃区和中前部侧壁之间的主火区、及位于炉腔近尾部的燃尽区。工作时，燃气通过低NOx燃烧器喉口和主燃气喷口分级沿气流方向送入炉腔，一部分助燃空气通过NOx燃烧器旋流器沿气流方向送入炉腔，剩余部分助燃空气通过炉膛侧壁上的若干个二次风喷口分级径向送入炉腔，由于改变了传统料理念，对供气、供风模式及稳燃区、主火区和燃尽区进行了有机整合、合理布局，确保系统兼具有烟气再循环功能，并满足超低氮排放标准要求。
权利要求	1.一种燃气锅炉二次风耦合型低NOx炉燃烧系统，主体包括炉膛（1）、低NOx燃烧器（2）、若干个主燃气喷口（3）和若干个二次风喷口（4），特征在于炉膛（1）包含有炉壁（11）和炉腔（12），其中：所述的炉壁（11）包括前壁（111）和侧壁（112）；所述的炉腔（12）内分设有位于中前部中心位置上的稳燃区（121）、位于稳燃区（121）和中前部侧壁（112）之间的主火区（122）、及位于炉腔（12）近尾端部的燃尽区（123）；所述的低NOx燃烧器（2）包含有位于中心轴位置上的旋流器（21）和同轴径向布设在旋流器（21）外围的喉口（22），并通过喉口（22）的外壳嵌设在炉膛前壁（111）上；所述的主燃气喷口（3）以燃烧器轴为中心、环形等径布设在燃烧器喉口（22）外侧的炉壁（11）环面上；所述的二次风喷口（4）以数环、每环数个的形式沿烟气流方向按需依次布设在与炉腔（12）内所述的主火区（122）设计位相对应的炉膛中前部侧壁（112）上；工作时，燃气通过设置在炉膛前壁（111）上所述的低NOx燃烧器（2）的喉口（22）和所述的主燃气喷口（3）分级同向送入炉腔（12）内，助燃空气中的30%‑70%通过所述的NOx燃烧器（2）的旋流器（21）沿气流方向送入炉腔（12）内，剩余的70%‑30%的助燃空气通过所述的设置在炉膛侧壁（112）上的若干个二次风喷口（4）分级径向送入炉腔（12）内；由NOx燃烧器（2）的喉口（22）送入的燃气和由旋流器（21）送入的30%‑70%助燃空气在炉腔（12）的中前部中心区域混合燃烧，构成助燃空气充足、流速较低、便于燃气充分燃烧、热量充分释放、产生的NOx量极少、并提供炉内点火热的淡燃烧稳燃区（121）；由位于炉膛前壁（111）上的主燃气喷口（3）轴向送入的主燃气与由位于侧壁（112）上的若干二次风喷口（4）沿气流方向逐环依次径向送入的剩余70%‑30%助燃空气逐级相遇燃烧，构成介于炉腔中心稳燃区（121）外围与中前部侧壁（112）之间、主燃气在助燃空气即时不十分充足、但有后续逐级补充供给的环境中逐步进行深度不完全燃烧，热量随同逐步释放，因峰值温度不会超过1500℃而热力型NOx不会大量生成的圆环状浓燃烧主火区（122）；主火区（122）内逐级产生的未完全燃烧的高温烟气，大部分沿气流方向参与下级继续燃烧，有部分会随惯性穿越交接处进入稳燃区（121）内继续燃烧，产生类似于烟气再循环技术的功效；在稳燃区（121）和主火区（122）内最终未燃尽的燃气随烟气流方向进入助燃空气充足、但温度不高的燃尽区（123）中充分燃烬，CO的排放基本为零。
说明书全文	一种燃气锅炉二次风耦合型低NOx燃烧系统技术领域 [0001] 本发明涉及锅炉加热技术领域，特别是一种燃气锅炉二次风耦合型低NOx燃烧系统。背景技术 [0002] 工业锅炉在燃料燃烧的过程中会排出大量的废气，其中所含的NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的重要元凶之一。为此，对工业锅炉外排废气中的NOx含量进行严格控制已成为环保部门的一项重要日常工作，并陆续出台了一系列关于锅炉废气排放3 方面的标准法规。其中北京已出台了燃气工业锅炉的NOx排放量要求小于30mg/Nm的严格 3 标准，国内其他地区也纷纷在收严标准限值，向30mg/Nm靠拢。为了使锅炉NOx排放达标，目前业界在工业锅炉上一般采用低氮燃烧器配合使用低氮辅助燃烧技术的方法来降低NOx的排放量。对于以天然气等高热值气体作为燃料的燃气锅炉，目前普遍采用的低氮辅助燃烧技术是烟气再循环技术，对于降低燃气锅炉NOx的排放量有一定实效。但是在实践中逐渐发现了其一些不足之处，例如：烟气再循环返回与助燃空气混合时会产生冷凝水，烟气再循环送回炉膛时会使锅炉内部失去平衡、引起震动，既会影响燃烧的稳定性，又会影响锅炉的热效率，致使锅炉能耗增加。所以，从实用性和经济性角度考虑尚欠理想。发明内容 [0003] 本发明的目的是要克服现有以烟气再循环技术作为低氮辅助燃烧技术的低氮燃烧系统所存在的不足，提供一种二次风喷口布置于烟气流方向的炉膛中前部侧壁上，在不应用烟气再循环技术时也同样能使燃气工业锅炉NOx排放量达到较小值的燃气锅炉二次风耦合型低NOx炉燃烧系统。 [0004] 本发明的燃气锅炉二次风耦合型低NOx炉燃烧系统，主体包括炉膛、低NOx燃烧器、若干个主燃气喷口和若干个二次风喷口，特征在于炉膛包含有炉壁和炉腔，其中：所述的炉壁包括前壁和侧壁；所述的炉腔内分设有位于中前部中心位置上的稳燃区、位于稳燃区和中前部侧壁之间的主火区、及位于炉腔近尾端部的燃尽区；所述的低NOx燃烧器包含有位于中心轴位置上的旋流器和同轴径向布设在旋流器外围的喉口，并通过喉口的外壳嵌设在炉膛前壁上；所述的主燃气喷口以燃烧器轴为中心、环形等径布设在燃烧器喉口外侧的炉壁环面上；所述的二次风喷口以数环、每环数个的形式沿烟气流方向按需依次布设在与炉腔内所述的主火区设计位相对应的炉膛中前部侧壁上。 [0005] 工作时，燃气通过设置在炉膛前壁上所述的低NOx燃烧器的喉口和所述的主燃气喷口分级同向送入炉腔内，助燃空气中的30%‑70%通过所述的NOx燃烧器的旋流器沿气流方向送入炉腔内，剩余的70%‑30%的助燃空气通过所述的设置在炉膛侧壁上的若干个二次风喷口分级径向送入炉腔内；由NOx燃烧器的喉口送入的燃气和由旋流器送入的30%‑70%助燃空气在炉腔的中前部中心区域混合燃烧，构成助燃空气充足、流速较低、便于燃气充分燃烧、热量充分释放、产生的NOx量极少、并提供炉内点火热的淡燃烧稳燃区；由位于炉膛前壁上的主燃气喷口轴向送入的主燃气与由位于侧壁上的若干二次风喷口沿气流方向逐环依次径向送入的剩余70%‑30%助燃空气逐级相遇燃烧，构成介于炉腔中心稳燃区外围与中前部侧壁之间、主燃气在助燃空气即时不十分充足、但有后续逐级补充供给的环境中逐步进行深度不完全燃烧，热量随同逐步释放，因峰值温度不会超过1500℃而热力型NOx不会大量生成的圆环状浓燃烧主火区；主火区内逐级产生的未完全燃烧的高温烟气，大部分沿气流方向参与下级继续燃烧，有部分会随惯性穿越交接处进入稳燃区内继续燃烧，产生类似于烟气再循环技术的功效；在稳燃区和主火区内最终未燃尽的燃气随烟气流方向进入助燃空气充足、但温度不高的燃尽区中充分燃烬，CO的排放基本为零。 [0006] 基于上述构思的本发明燃气锅炉二次风耦合型低NOx燃烧系统，由于在传统燃烧器和二次风技术的基础上，改变了传统的配风、配料理念，合理调整了二次风的配比量，对供气和供风模式进行了有机整合，将稳燃区设置在炉膛中前部中心位置上，并由低NOx燃烧器合理地供送燃气和助燃空气，使燃气在助燃空气充足、流速较低的情况下进行充分释放热量、产生的NOx量极少、并提供着火热的淡燃烧；将主火区合理地布设在稳燃区外围，通过设置在炉膛前壁上的主燃气喷口顺着气流方向轴向送入大量主燃气，并通过沿气流方向依次逐环布设在炉膛中前部侧壁上的二次风喷口逐级径向送入相应的助燃空气，使主燃气在助燃空气相对不足的环境中沿气流方向逐级互混、进行各级深度不完全燃烧，使主燃气燃烧过程中产生的大量热量的不会集中释放，峰值温度不会超过1500℃，有效抑制了热力型NOx的大量生成，且在燃气不完全燃烧过程中所产生的具有还原性的中间产物可还原已经生成的NOx，故在主火区内NOx的生成量基本为零；此外，主火区内所含的未完全燃烧的高温烟气中，有部分会惯性穿越进入稳燃区内继续燃烧，使本发明的技术方案兼具有现有低氮辅助燃烧技术中所采用的烟气再循环技术的同等功效。综上所述，本发明将二次风技术与锅炉炉膛进行了耦合性有机整合，构筑成了一款结构新颖且简单合理、内部布局科学、不仅能有效减少热力型NOx的生成量，使采用本发明技术方案的锅炉能在不使用烟气再循环技3 术的前提下同样能达到30mg/Nm 的超低氮排放，而且还能确保烟气的脱硝效率高达50%‑ 90%的积极技术效果，这是锅炉燃烧技术领域中的一大创新，方案可靠、可实施性和通用性均强，不仅可适用于实施例中所示的火管式锅炉，而且也适用于诸如D型、∏型不同结构型式的燃料锅炉，明显具有很强的实用性和广阔的市场应用前景。附图说明 [0007] 图1是本发明实施例的基本结构示意图； [0008] 图2是本发明实施例的端面结构示意图。 [0009] 图中： [0010] 1.炉膛 11.炉壁 111.前壁 112.侧壁 12.炉腔[0011] 121.稳燃区 122.主火区 123.燃尽区 2.低NOx燃烧器 [0012] 21.旋流器 22.喉口 3.主燃气喷口 4.二次风喷口。具体实施方式 [0013] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0014] 在图1和图2中，本发明的燃气锅炉二次风耦合型低NOx炉燃烧系统，主体包括炉膛1、低NOx燃烧器2、若干个主燃气喷口3和若干个二次风喷口4，特征在于炉膛1包含有炉壁11和炉腔12，其中： [0015] 所述的炉壁11包括前壁111和侧壁112； [0016] 所述的炉腔12内分设有位于中前部中心位置上的稳燃区121、位于稳燃区121和中前部侧壁112之间的主火区122、及位于炉腔12近尾端部的燃尽区123； [0017] 所述的低NOx燃烧器2包含有位于中心轴位置上的旋流器21和同轴径向布设在旋流器21外围的喉口22，并通过喉口22的外壳嵌设在炉膛前壁111上； [0018] 所述的主燃气喷口3以燃烧器轴为中心、环形等径布设在燃烧器喉口22外侧的炉壁11环面上； [0019] 所述的二次风喷口4以数环、每环数个的形式沿烟气流方向按需依次布设在与炉腔12内所述的主火区122设计位相对应的炉膛中前部侧壁112上； [0020] 工作时，燃气通过设置在炉膛前壁111上所述的低NOx燃烧器2的喉口22和所述的主燃气喷口3分级同向送入炉腔12内，助燃空气中的30%‑70%通过所述的NOx燃烧器2的旋流器21沿气流方向送入炉腔12内，剩余的70%‑30%的助燃空气通过所述的设置在炉膛侧壁112上的若干个二次风喷口4分级径向送入炉腔12内；由NOx燃烧器2的喉口22送入的燃气和由旋流器21送入的30%‑70%助燃空气在炉腔12的中前部中心区域混合燃烧，构成助燃空气充足、流速较低、便于燃气充分燃烧、热量充分释放、产生的NOx量极少、并提供炉内点火热的淡燃烧稳燃区121；由位于炉膛前壁111上的主燃气喷口3轴向送入的主燃气与由位于侧壁112上的若干二次风喷口4沿气流方向逐环依次径向送入的剩余70%‑30%助燃空气逐级相遇燃烧，构成介于炉腔中心稳燃区121外围与中前部侧壁112之间、主燃气在助燃空气即时不十分充足、但有后续逐级补充供给的环境中逐步进行深度不完全燃烧，热量随同逐步释放，因峰值温度不会超过1500℃而热力型NOx不会大量生成的圆环状浓燃烧主火区122；主火区 122内逐级产生的未完全燃烧的高温烟气，大部分沿气流方向参与下级继续燃烧，有部分会随惯性穿越交接处进入稳燃区121内继续燃烧，产生类似于烟气再循环技术（OFGR）的功效；在稳燃区121和主火区122内最终未燃尽的燃气随烟气流方向进入助燃空气充足、但温度不高的燃尽区123中充分燃烬，CO的排放基本为零。

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