CN108266722A - 一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构及其组织方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，包括一次风和二次风，所述一次风配设一次风通道，所述二次风配设二次风通道，其特征在于；所述一次风在一次风通道流动并通过一次风旋流器旋流吹出，所述二次风在二次风通道流动并通过二次风旋流器旋流吹出；还设有直流风与一次风和二次风耦合调节，所述直流风自旋流吹出的一次风和二次风之间通出将所述的一次风和二次风分隔；所述一次风流量占比为总风量的10~50%，所述二次风流量占比为总风量的30~70%，所述直流风流量占比为总风量的5%~20%。本发明通过对一次风和二次风的旋流强度的调节、混风浓度的调节，直流风的调节对回流区的大小和强度进行调节，以控制NOx的生成。

Description

一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构及其组织方法

技术领域

本发明涉及一种低NOx污染燃烧方法，具体涉及一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构及其组织方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)是指NO、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等气体，它们活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。我国氮氧化物的排放量很大，电站锅炉和工业锅炉是NOx的主要排放源。随着国家环保标准的日趋严格，氮氧化物的排放受到越来越多的限制，电站锅炉广泛采取了低NOx燃烧和烟气脱硝技术(如SNCR和SCR)。工业锅炉容量小，采用烟气脱硝技术单位成本过高。仅采用低NOx燃烧技术，燃料即使采取较为清洁的油和气，NOx排放也难以达标。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足，提供了一种能够实现锅炉低NOx排放的旋流燃烧器，特别适用于燃用油或气的工业锅炉。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，包括一次风和二次风，所述一次风配设一次风通道，所述二次风配设二次风通道，所述一次风在一次风通道流动并通过一次风旋流器旋流吹出，所述二次风在二次风通道流动并通过二次风旋流器旋流吹出；还设有分隔一次风和二次风的直流风，所述直流风自旋流吹出的一次风和二次风之间通出并将所述的一次风和二次风分隔；

所述一次风流量占比为总风量的10～50％，所述二次风流量占比为总风量的30～70％，所述直流风流量占比为总风量的5％～20％。

优选方案为：所述一次风风速为15～25m/s，所述二次风风速为20～35m/s，所述直流风风速为50～100m/s。

优选方案为：所述一次风或二次风选用空气作为介质；

或，所述一次风或二次风选用掺有惰性气体的空气，所述惰性气体为氮气，二氧化碳或循环烟气。

优选方案为：所述一次风的混风浓度为0～5％；

或，所述二次风的混风浓度为20～30％可调。

优选方案为：所述直流风选用掺有水蒸气的空气作为介质；

或，所述直流风选用掺有惰性气体的空气，惰性气体用氮气、或二氧化碳、或循环烟气。

优选方案为：所述直流风选用水蒸汽的混风浓度在50～100％；

或，选用其他气体的混风浓度在60～100％。

优选方案为：所述直流风通过若干风孔吹出将所述一次风和所述二次风分隔；

或，所述直流风配设直流风管，所述直流风管布设在所述一次风通道和二次风管之间，所述直流风管出口设有若干风孔；

或，所述直流风管出口设有直流风孔板，所述直流风孔板上设有若干风孔；

或，所述风孔至少设有六个；

或，所述直流风孔板选用金属材质。

优选方案为：所述一次风通道内配设中心设置有油枪管，或设置有燃气管，或设置有煤粉管；

或，所述一次风在所述一次风通道与所述油枪管之间流动；或，所述一次风在所述一次风通道与所述燃气管之间流动；或，所述一次风在所述一次风通道与所述煤粉管之间流动。

优选方案为：所述一次风通道、二次风管和直流气管道同轴。

优选方案为：所述一次风旋流器和二次风旋流器有数片旋流叶片组成；

或，所述旋流叶片为6-24片

优选方案为：所述一次风通道配设一次调节风门；

或，所述二次风管配设二次调节风门；

或，所述直流风管配设直流风调节风门。

采用上述任一种结构的低NOx旋流燃烧技术的可调气流组织方法，所述方法包括：所述低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构工作时，旋流风从旋流风通道通出，直流风被夹在旋流风之间从直流风通道通出，形成直流风与旋流风的耦合，通过调整直流风来改变所述两股旋流风的混合时间，进而降低燃烧器回流区NOx的生成。

进一步地，所述方法通过调整混风浓度降低回流区NOx的生成；

或，所述旋流风选用掺有惰性气体的空气，所述惰性气体为氮气，二氧化碳或循环烟气；

或，所述直流风选用掺有水蒸气的空气，其中，水蒸气的占比为50～100％；

或，所述直流风选用掺有惰性气体的空气，其中惰性气体的占比为60～100％，所述惰性气体选用氮气，二氧化碳或循环烟气。

进一步地，所述直流风由均匀分布的多个直流风支流构成以增强直流风与旋流风的耦合调节；

或，所述直流风流量占比为总风量的5％～20％；

或，所述旋流风包括一次风和二次风，所述直流风自旋流吹出的一次风和二次风之间以若干直流风支流方式通出，其中，所述一次风的流量占比为总风量的10～50％，所述二次风流量占比为总风量的30～70％；

或，所述一次风中惰性气体的占比为0～5％，所述二次风中惰性气体的占比为20～30％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

燃烧器旋流强度可以引起燃料燃烧特性的变化，旋流强度高可以稳定燃烧，旋流强度低时，燃料在高温区域停留时间短，水蒸汽、CO₂、N₂、循环烟气等气体在燃烧器区域局部浓度较高时，NOx排放量降低。本发明中，通过对一次风和二次风的旋流强度的调节、一次风和二次风的混风浓度的调节，以及直流风的混风浓度和在总风量中的占比对回流区的大小和强度进行调整，从而控制NOx的生成；直流风风速根据炉膛温度进行调节。风速低时，二次风会过早参与燃烧不利于NOx的控制；风速过高时，二次风参与燃烧较晚氧量不足，燃烧状态不稳定且炉膛温度会受影响。当直流风采用水蒸汽时，由于水蒸汽不参与燃烧且比热容很高，可以起到降低火焰温度的效果，进一步降低NOx的生成，本发明结构和方法单独脱硝效率为10％～40％。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1的直流风孔板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述：

实施例1

如图1至图2所示，本发明的一种可调旋流度的旋流燃烧器，包括一次风和二次风，所述一次风配设一次风通道2，所述二次风配设二次风通道4，所述一次风在一次风通道2流动并通过一次风旋流器7旋流吹出，所述二次风在二次风通道4流动并通过二次风旋流器5旋流吹出；

还设有直流风，所述直流风以直流方式自旋流吹出的一次风和二次风之间流出。

所述一次风流量占比为总风量的10～50％，所述二次风流量占比为总风量的30～70％，所述直流风流量占比为总风量的5％～20％。

所述一次风风速为15～25m/s，所述二次风风速为20～35m/s，所述直流风风速为50～100m/s。

所述一次风或二次风选用空气作为介质，或选用掺有其他惰性气体的空气，所述惰性气体为氮气，二氧化碳或循环烟气。

所述一次风掺有其他气体的混风浓度为0～5％，所述二次风掺有其他气体的混风浓度为20～30％可调。

所述直流风选用掺有水蒸气的空气介质，或选用掺有惰性气体的空气，惰性气体为选用氮气、或二氧化碳、或循环烟气。

所述直流风选用水蒸汽的混风浓度在50～100％，掺有其他气体的混风浓度在60～100％。

所述直流风通过若干风孔吹出将所述一次风和所述二次风分离；所述直流风配设直流风管3，所述直流风管3布设在所述一次风通道2和二次风通道4之间，所述直流风管3出口设有若干风孔；

所述直流风管3出口设有直流风孔板6，所述直流风孔板6上设有若干风孔，所述风孔至少设有六个，所述直流风孔板6选用金属材质。

所述一次风通道2内配设中心设置有油枪管，或设置有燃气管，或设置有煤粉管；

所述一次风在所述一次风通道2与所述油枪管之间流动；所述一次风在所述一次风通道2与所述燃气管之间流动；所述一次风在所述一次风通道2与所述煤粉管之间流动。

所述一次风通道2、二次风通道4和直流气管道同轴。

所述一次风旋流器7和二次风旋流器5有数片旋流叶片组成，所述旋流叶片为6-24片。

所述一次风通道2配设一次风调节风门10，所述二次风通道4配设二次风调节风门8，所述直流风管3配设直流风调节风门9。

本实施例中，一次风在一次风通道和油枪管(或燃气管、煤粉管)之间流动，经一次风旋流器以旋流方式流出。二次风在二次风通道内经二次风旋流器以旋流方式流出。直流风经直流风管和一次风通道之间的通道从直流风孔板上的小孔以直流方式喷出。由于一次风旋流器和二次风旋流器的作用，一次风和二次风在旋流器外部形成回流区，回流的炉膛内的高温烟气创造了适合燃料着火、燃烧的环境。由于回流区的温度、氧气浓度和湍流强度比较适宜，燃料在此处迅速着火燃烧。CO₂、N₂、循环烟气等气体的加入也降低了燃料燃烧过程中的氧浓度，在高温区域的局部缺氧条件下，起到控制NOx生成的作用。通过调整旋流风的混风浓度，以实现最优化降低NOx的调节方式。

直流风布置于一次风和二次风中间，其介质可以选择空气与水蒸汽或CO₂、N₂、循环烟气等气体的混合风。直流风可以调节所述两股旋流风的混合时间，进而调整回流区的大小、形状和回流强度。当直流风采用水蒸汽时，可以降低火焰温度，在不影响燃烧的情况下，进一步降低NOx的生成。

预实验：

采用重油为燃料，将本发明的旋流燃烧器与现有燃烧器进行对比。在相同条件下，通过市场上现有燃烧器进行燃烧时，NOx排放在970～1080mg/Nm³(@3.5％O₂)。采用旋流燃烧器，一次风通道、二次风通道以及直流风管均采用空气，比例分别为50％，30％和20％。一次风、二次风以及直流风风速分别为25m/s，35m/s，100m/s时，NOx排放在930～960mg/Nm³(@3.5％O₂)。

实验工况1：

工况条件与预试验相同，调节一次风通道、二次风通道以及直流风管内风量比例分别为25％，65％和10％。调节风速分别为15m/s，20m/s，50m/s。采用CO₂、N₂混合气为混风介质，一次风、二次风和直流风混风浓度分别为0％，20％，60％，NOx排放在680～710mg/Nm³(@3.5％O₂)。

实验工况2：

工况条件与预试验相同，调节一次风通道、二次风通道以及直流风管内风量比例分别为10％，70％和20％。调节风速分别为20m/s，25m/s，80m/s。采用CO₂、N₂混合气为混风介质，一次风、二次风和直流风的混风浓度分别为5％，25％，100％，NOx排放在670～700mg/Nm³(@3.5％O₂)。

实验工况3：

工况条件与预试验相同，调节一次风通道、二次风通道以及直流风管内风量比例分别为30％，65％和15％。调节风速分别为20m/s，25m/s，80m/s。采用CO₂、N₂混合气为混风介质，一次风、二次风的混风浓度分别为0％，25％，直流风中加入水蒸汽比例在50％～100％之间调节，NOx排放在600～650mg/Nm³(@3.5％O₂)。

试验结果表明通过本发明的旋流燃烧器技术气流组织方法，可根据不同的应用环境进行调整，实现脱硝效率在10％～40％。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，包括一次风和二次风，所述一次风配设一次风通道，所述二次风配设二次风通道，其特征在于；所述一次风在一次风通道流动并通过一次风旋流器旋流吹出，所述二次风在二次风通道流动并通过二次风旋流器旋流吹出；

还设有直流风与一次风和二次风耦合调节，所述直流风自旋流吹出的一次风和二次风之间通出将所述的一次风和二次风分隔；

所述一次风流量占比为总风量的10～50％，所述二次风流量占比为总风量的30～70％，所述直流风流量占比为总风量的5％～20％。

2.如权利要求1所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：所述一次风或二次风选用掺有惰性气体的空气，所述惰性气体为氮气，二氧化碳或循环烟气。

3.如权利要求2所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：

所述一次风的混风浓度为0～5％；

或，所述二次风的混风浓度为20～30％。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：

所述直流风选用掺有水蒸气的空气；

或，所述直流风选用掺有惰性气体的空气，惰性气体选用氮气或二氧化碳，或循环烟气。

5.如权利要求4所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：所述直流风混合水蒸汽，所述水蒸气的占比为50～100％；

或，所述直流风混合其他气体，所述其他气体的占比为60～100％。

6.如权利要求1、2、3、5任一权利要求所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：所述直流风通过若干风孔吹出与所述一次风和所述二次风汇合；

或，所述直流风配设直流风管，所述直流风管布设在所述一次风通道和二次风管之间，所述直流风管出口均匀布设若干风孔；

或，所述直流风管出口设有直流风孔板，所述直流风孔板上设有若干风孔；

或，所述风孔至少设有六个；

或，所述直流风孔板选用金属材质。

7.如权利要求1、2、3、5任一权利要求所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构，其特征在于：所述一次风通道内中心配设有油枪管，或配设燃气管，或配设有煤粉管；

或，所述一次风旋流器和二次风旋流器有数片旋流叶片组成，所述旋流叶片为6-24片。

8.采用上述任一种结构的低NOx旋流燃烧技术的可调气流组织方法，其特征在于：所述方法包括：所述低NOx旋流燃烧技术的可调气流结构工作时，旋流风从旋流风通道通出，直流风被夹在旋流风之间从直流风通道通出，形成直流风与旋流风的耦合调节，通过调整直流风来改变所述两股旋流风的混合时间，进而降低燃烧器回流区NOx的生成。

9.如权利要求8所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流组织方法，其特征在于：所述方法通过调整混风浓度降低回流区NOx的生成；

或，所述旋流风选用掺有空气的惰性气体，所述惰性气体为氮气，二氧化碳或循环烟气；

或，所述直流风选用掺有水蒸气的空气，其中水蒸气的占比为50～100％；

或，所述直流风选用掺有空气的惰性气体，其中惰性气体的占比为60～100％，所述惰性气体选用氮气，二氧化碳或循环烟气。

10.如权利要求8或9所述的低NOx旋流燃烧技术的可调气流组织方法，其特征在于：所述直流风由均匀分布的多个直流风支流构成以增强直流风与旋流风的耦合调节；

或，所述直流风流量占比为总风量的5％～20％；

或，所述旋流风包括一次风和二次风，所述直流风自旋流吹出的一次风和二次风之间以若干直流风支流方式通出，其中，所述一次风的流量占比为总风量的10～50％，所述二次风流量占比为总风量的30～70％；

或，所述一次风中惰性气体的占比为0～5％，所述二次风中惰性气体的占比为20～30％。