全文摘要
本实用新型公开了一种低Nox焦炉煤气燃烧器，在燃烧器的二次风道内周向均匀设置有两个及两个以上主燃气枪，沿燃烧器的一次风道轴线设置有中心点火枪，二次风道的喷口处设置有二次风扩锥，主燃气枪的喷嘴延伸到二次风扩锥端部，主燃气枪以5°～30°的角度，50m\/s～85m\/s的速度向燃烧器的端部周围烟气区域喷射焦炉煤气，用于卷吸燃烧器周围烟气，从而降低燃烧器端部的燃烧温度。
主设计要求
1.低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：在燃烧器的二次风道内周向均匀设置有两个及两个以上主燃气枪(4)，沿燃烧器的一次风道轴线设置有中心点火枪(12)，二次风道的喷口处设置有二次风扩锥(6)，主燃气枪(4)的喷嘴延伸到二次风扩锥(6)端部，主燃气枪(4)以5°～30°的角度，50m\/s～85m\/s的速度向燃烧器的端部周围烟气区域喷射焦炉煤气。
设计方案
1.低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：在燃烧器的二次风道内周向均匀设置有两个及两个以上主燃气枪(4)，沿燃烧器的一次风道轴线设置有中心点火枪(12)，二次风道的喷口处设置有二次风扩锥(6)，主燃气枪(4)的喷嘴延伸到二次风扩锥(6)端部，主燃气枪(4)以5°～30°的角度，50m\/s～85m\/s的速度向燃烧器的端部周围烟气区域喷射焦炉煤气。
2.如权利要求1所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：所有主燃气枪(4)的喷口流量总和占总燃气量的90％～99％。
3.如权利要求1所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：二次风道入口设置有调节二次风量的二次风调节门(5)，二次风量占总风量的20％～60％，二次风风速为30m\/s～50m\/s。
4.如权利要求1所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：一次风道的一次风量占总风量的40％～80％，一次风风速为30m\/s～50m\/s。
5.如权利要求1至4任一项所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：二次风道的喷口端部设置有延迟混合板(10)。
6.如权利要求5所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：中心点火枪(12)上套装有点火枪套筒(7)，点火枪套筒(7)内风速为5m\/s～20m\/s。
7.如权利要求6所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：一次风道的端部和二次风道的端部之间设置有延迟混合环(11)。
8.如权利要求7所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：一次风道端口布置有稳燃器(9)，点火枪套筒(7)与稳燃器(9)同轴设置。
9.如权利要求8所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：一次风道内设置有值班火焰枪(14)，值班火焰枪(14)采用低燃气量设计，值班火焰枪(14)的燃气量占总燃气量的1％～10％。
10.如权利要求9所述的低Nox焦炉煤气燃烧器，其特征在于：燃烧器的尾部布置有蒸汽吹扫装置，蒸汽吹扫装置包括蒸汽吹扫集箱(8)和蒸汽吹扫气枪(13)，蒸汽吹扫集箱(8)为蒸汽吹扫气枪(13)提供蒸汽，蒸汽吹扫气枪(13)布置在主燃气枪(4)的尾部。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其是一种锅炉燃烧器。
背景技术
焦炉煤气是一种中高热值煤气，主要由氢气和甲烷构成，其中氢气成分约占 55％～60％。因氢气含量较高，使得焦炉煤气的燃烧特性类似于氢气，具有较快的燃烧速度，较高的理论燃烧温度，并且火焰行程短，回火趋势强。中国科学院工程热物理研究所的研究者在论文《氢含量对氢气\/甲烷混合气扩散燃烧特性的影响研究》中还发现，随着氢气占比的增加，氢气和甲烷混合气体的燃烧温度升高，NOx排放随之增大，火焰行程变短，燃烧稳定性增加，火焰难以吹熄。实际运行中也常发现，燃用焦炉煤气锅炉NOx排放经常要超过天然气锅炉的NOx排放。同时焦炉煤气中焦油含量较高，容易堵塞焦炉煤气燃烧器喷口，严重时甚至造成燃烧器烧损，严重影响燃烧器及锅炉设备的安全稳定运行。
目前针对焦炉煤气的燃烧特性，已经开发申请了少量的焦炉煤气燃烧器技术，如专利CN201720664874.6-低压焦炉煤气燃烧器，专利CN201520181071.6- 一种改进型焦炉煤气燃烧器中提供的燃烧器结构。但这些侧重于强化燃烧设备的可靠性，如给焦炉煤气增设值班火焰枪以避免熄火，提高焦炉煤气的喷口速度避免回火，增设过滤网避免焦油堵塞等，都未从降低燃烧温度的角度考虑减少NOx 排放的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种焦炉煤气燃烧器，可以降低焦炉煤燃烧锅炉NOx的排放。
本实用新型的基本原理：为了解决背景技术中的问题，本实用新型基于烟气再循环降低炉膛内火焰温度的基本原理，采用了燃烧器焦炉煤气高速射流卷吸炉膛内周围烟气的技术，并结合燃烧器燃料分级燃烧技术和燃烧器空气分级燃烧技术，以获得更低的炉膛内燃烧温度，实现炉膛内的烟气卷吸再循环，从而降低炉膛内燃烧温度，获得较低的NOx排放。
基于上述基本原理，本实用新型所采用的技术方案是：低Nox焦炉煤气燃烧器，在燃烧器的二次风道内周向均匀设置有两个及两个以上主燃气枪，沿燃烧器的一次风道轴线设置有中心点火枪。二次风道的喷口处设置有二次风扩锥，主燃气枪的喷嘴延伸到二次风扩锥端部，主燃气枪以5°～30°的角度，50m\/s～85m\/s的速度向燃烧器的端部周围烟气区域喷射焦炉煤气，用于卷吸燃烧器周围烟气，从而降低燃烧器端部的燃烧温度。
进一步地，所有主燃气枪的喷口流量总和占总燃气量的90％～99％，保证通过多个主燃气枪将很大部分的焦炉煤气的焦炉煤气均匀地分散，从主燃气枪高速喷出的焦炉煤气用于卷吸燃烧器周围烟气，从而降低燃烧器端部的燃烧温度。
进一步地，二次风道入口设置有调节二次风量的二次风调节门，二次风量占总风量的20％～60％，二次风风速为30m\/s～50m\/s，主燃气枪布置在二次风通道内，通过二次风调节门减少二次风量，实现更大尺度的燃料分级燃烧，也可使焦炉煤气卷吸烟气量进一步增加。
进一步地，一次风道的一次风量占总风量的40％～80％，一次风风速为 30m\/s～50m\/s，一次风采用大流量比和较高速度设计，风量较二次风更高，配合点火枪套筒和稳燃器形成宽尺寸中心回流区，实现燃烧器收缩型的火焰结构，避免高速射流的焦炉煤气过于扩散。
进一步地，二次风道的喷口端部设置有延迟混合板，以避免二次风和焦炉煤气提前混合。
进一步地，中心点火枪上套装有点火枪套筒，点火枪套筒内风速为5～20m\/s，用于冷却中心点火枪或值班火焰枪。
进一步地，一次风道的端部和二次风道的端部之间设置有延迟混合环，可避免焦炉煤气提前和一次风接触，强化空气分级燃烧。
进一步地，一次风道端口布置有稳燃器，点火枪套筒与稳燃器同轴设置。
进一步地，一次风道内设置有值班火焰枪，值班火焰枪采用低燃气量设计，值班火焰枪的燃气量占总燃气量的1％～10％，可在一次风出口形成宽尺度贫燃富氧燃烧，降低燃烧温度。
进一步地，燃烧器的尾部布置有蒸汽吹扫装置，蒸汽吹扫装置包括蒸汽吹扫集箱和蒸汽吹扫气枪，蒸汽吹扫集箱为蒸汽吹扫气枪提供蒸汽，蒸汽吹扫气枪布置在主燃气枪的尾部，蒸汽吹扫气枪与主燃气枪一一对应，可对其进行吹扫，清除气枪内黏污的焦油。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型采用了一次风二次风空气分级燃烧技术燃气高速射流烟气卷吸再循环技术和宽尺度燃料分级燃烧技术，通过焦炉煤气外喷高速射流实现燃烧器对周围烟气的卷吸再循环，在燃烧器二次风调节门延迟混合环延迟混合板等的多重作用下实现主燃气枪的燃料分级燃烧，在一次风宽尺寸稳燃器作用下实现燃烧器中心值班火焰的贫燃燃烧，这些燃烧技术的结合可充分降低焦炉煤气燃烧的火焰温度，从而降低锅炉的NOx排放，通过大量的分析计算，该燃烧器比普通焦炉煤气燃烧器NOx排放降低60％以上。
(2)焦炉煤气卷吸燃烧器周围烟气后，降低了焦炉煤气中的氢气含量，使燃烧器回火趋势下降，从而提高燃烧器使用寿命。
(3)还在燃烧器尾部设置有蒸汽吹扫装置，可吹除主燃气枪内黏污的焦油等物质，避免焦油堵塞气枪喷嘴，从而提升燃烧器的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型燃烧器的结构图。
图2是本实用新型燃烧器端部的结构图。
图3是本实用新型主燃气枪的主视图。
图4是本实用新型主燃气枪的俯视图。
图5是本实用新型主燃气枪的右视图。
图中标记为：1-燃气分配集箱，2-热风调节装置，3-热风调节挡板，4-主燃气枪，401-进气端，402-喷气端，5-二次风调节门，6-二次风扩锥，7-点火枪套筒，8-蒸汽吹扫集箱，9-稳燃器，10-延迟混合板，11-延迟混合环，12-中心点火枪，13-蒸汽吹扫气枪，14-值班火焰枪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1图2所示，本实用新型的低Nox焦炉煤气燃烧器，在燃烧器的二次风道内周向均匀设置有两个及两个以上主燃气枪4，主燃气枪4的数量根据燃烧器功率进行合理选取，一般选取2～16根。二次风道的喷口处设置有二次风扩锥6，主燃气枪4的喷嘴延伸到二次风扩锥6端部，为了保证主燃气枪4能够以 5°～30°的角度，50m\/s～85m\/s的速度向燃烧器的端部周围烟气区域喷射焦炉煤气，如图3-5所示，主燃气枪4的结构包括进气端401和喷气端402，喷气端402的横截面积小于喷气端402的横截面积，使焦炉煤气能够高速从喷气端 402喷出，喷速一般为50m\/s～85m\/s，同时，喷气端402相比进气端401具有一定的倾斜角度，该倾斜角度根据二次风扩锥6的角度确定，一般为5°～30°，安装时，喷气端402安装在二次风扩锥6内。
进一步地，为了保证通过多个主燃气枪4将能够将很大部分的焦炉煤气均匀地分散，将主燃气枪4设置在最外侧的二次风道内，同时增大主燃气枪4的喷口流量，将其设计成所有主燃气枪4的喷口流量总和占总燃气量的90％～99％，焦炉煤气从燃烧器的燃气分配集箱1经过二次风道进入主燃气枪4后，从喷气端 402喷出的高速燃气向燃烧器的周边扩散以卷吸大量的炉膛烟气，当焦炉煤气卷吸烟气以后，会在燃烧器一次风出口中心回流区的作用下逐渐向中心收缩，逐步和二次风一次风接触，实现烟气自卷吸再循环燃烧，避免焦炉煤气直接高温燃烧产生大量NOx排放；同时焦炉煤气卷吸燃烧器周围烟气以后，氢气含量降低，回火趋势下降，可避免燃烧器烧损，从而提高燃烧器使用寿命。
进一步地，在二次风道入口设置有调节二次风量的二次风调节门5，该二次风调节门5采用调节挡板叶片的结构，二次风量占总风量的20％～60％，二次风风速为30m\/s～50m\/s，二次风道的喷口端部设置有延迟混合板10，使二次风射流收缩，避免二次风提前和焦炉煤气射流混合。通过减少二次风风量和延迟二次风与燃料混合实现主燃气枪4的富燃低氧的燃料分级燃烧。
进一步地，为了强化空气分级燃烧，延迟一次风与主燃气枪4燃气的混合，在一次风道的端部和二次风道的端部之间设置有延迟混合环11。
进一步地，一次风道端口布置有稳燃器9，点火枪套筒7与稳燃器9同轴设置，一次风道内设置有值班火焰枪14，一次风提供燃烧器根部点火或者值班火焰稳定着火燃烧所需要的空气，为了形成宽尺度贫燃富氧燃烧，值班火焰枪14 采用低燃气量设计，值班火焰枪14的燃气量占总燃气量的1％～10％。稳燃器9 在燃烧器喷口形成宽尺度的中心回流区，使燃烧器形成收缩型火焰结构，避免在主燃气枪4的射流作用下燃烧器火焰过于扩散，同时还可通过宽尺寸回流实现中心值班火焰的贫燃低温燃烧，降低中心值班火焰的温度。焦炉煤气为掺烧时焦炉煤气燃烧器可取消值班火焰枪。
进一步地，为了配合点火枪套筒7和稳燃器9促成一次风出口中心回流区的形成，燃烧器的一次风采用大流量比和较高速度设计，风量较二次风更高，一次风量占总风量的40％～80％，一次风风速为30m\/s～50m\/s，实现燃烧器收缩型的火焰结构，避免高速射流的焦炉煤气过于扩散，为了调节进风量，一般燃烧器的进风口设置有热风调节装置2，热风调节装置2一般采用热风调节挡板3结构，通过调节热风调节挡板3和二次风调节门5来控制一次风量及风速。
进一步地，中心点火枪12上套装有点火枪套筒7，点火枪套筒7内采用低速风，风速为5m\/s～20m\/s，用于冷却中心点火枪12或值班火焰枪14，点火枪套筒7内的风量可抽取自一次风机出口高压头冷风，以充分冷却点火设备，也可取自热风风道。
进一步地，燃烧器的尾部布置有蒸汽吹扫装置，蒸汽吹扫装置包括蒸汽吹扫集箱8和蒸汽吹扫气枪13，蒸汽吹扫集箱8为蒸汽吹扫气枪13提供蒸汽，蒸汽吹扫气枪13布置在主燃气枪4的尾部，蒸汽吹扫气枪13与主燃气枪4一一对应，可对其进行吹扫，清除主燃气枪4内黏污的焦油。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920122521.2
申请日:2019-01-24
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:51(四川)
授权编号:CN209763073U
授权时间:20191210
主分类号:F23D14/46
专利分类号:F23D14/46;F23D14/78;F23L9/00;F23C9/08
范畴分类:35B;
申请人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司
第一申请人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司
申请人地址:643001 四川省自贡市自流井区五星街黄桷坪路150号
发明人:吕小亮;杨章宁;冉燊铭;倪刚;张山鹰;谢佳;徐磊;孔红兵;董康
第一发明人:吕小亮
当前权利人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司
代理人:徐敏杰
代理机构:51231
代理机构编号:成都泰合道知识产权代理有限公司 51231
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计