一種低熱值高效低氮燃燒器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種低熱值燃燒設(shè)備，尤其涉及一種低熱值燃氣燃燒設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國有60多萬臺的工業(yè)鍋爐，鍋爐在實際應(yīng)用過程中普遍存在燃燒效率低、燃燒損失大且污染物排放量高等問題。其中，鍋爐會生成氮氧化物(NOx)是危害大且較難處理的大氣污染物。隨著《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)的頒布，我國對燃煤產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)的排放要求更加嚴格，減少鍋爐煙氣中啤的排放是工業(yè)鍋爐煙氣治理重要且艱巨的任務(wù)。為此，將鍋爐所排出的NOx氣體控制在相對較低的水平對于節(jié)能減排和環(huán)境保護有著十分重要的意義。
[0003]在鍋爐燃燒過程中生成的NO和NO2氣體合稱為NO x。根據(jù)NOx的生成機理，可將其分為熱力型NOx，燃料型NOdP快速型N0X。熱力型^^(是燃燒過程中空氣中的氮氣在爐膛溫度高于1350°C時被大量氧化生成的，因此對于低熱值的高爐煤氣炭黑尾氣鍋爐來說，其生成量很小，一般可以忽略不計。燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃燒過程中氧化生成的，占整個燃燒過程中勵夂生成量的90%以上?？焖傩訬O x是在燃燒初期燃料中的碳氫化合物和空氣中的氮氣預(yù)混燃燒生成的，它的生成時間極短，生成量也不足5 %，通常也可以忽略不計。
[0004]目前，控制放的技術(shù)按照作用位置大致可以劃分為兩大類:第一類是爐內(nèi)脫氮，其主要是利用相應(yīng)技術(shù)手段，通過控制爐內(nèi)燃燒過程來降低其排放。這類技術(shù)手段主要包括:低NO1JI燒器、空氣分級、低氧燃燒、燃料再燃及煙氣再循環(huán)等。第二類是尾部脫氮，即煙氣凈化技術(shù)，此類技術(shù)手段的主要為脫氮方法，其是把尾部煙氣中已經(jīng)生成的NOx還原，進而降低鍋爐內(nèi)氮氧化物的排放量。這類技術(shù)手段主要包括:選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)這兩大類。在尾部脫氮的兩大技術(shù)手段中，SNCR法和SCR法都能夠大幅地降低嘰排放量，但是實現(xiàn)這兩大技術(shù)手段的設(shè)備昂貴，運行費用高、布置要求高。為此，較之于尾部脫氮，爐內(nèi)脫氮具有適用范圍廣、經(jīng)濟效益好、脫氮效率高且設(shè)備簡單等諸多優(yōu)勢。同時，對于排放要求嚴格而必須采用煙氣脫氮控制措施的機組來說，采用爐內(nèi)脫硝，例如，采用低氮燃燒器，則可以有效地降低煙氣脫硝成本。
[0005]目前，國內(nèi)如鋼鐵企業(yè)和炭黑生產(chǎn)企業(yè)都會產(chǎn)生大量低熱值高爐煤氣和炭黑尾氣。該類型燃氣具有著火溫度高，著火濃度范圍窄，燃燒穩(wěn)定性差，容易熄火等缺陷，其適用范圍受限，造成大量熱能浪費。
[0006]CO是高爐煤氣、炭黑尾氣中的主要可燃成分，占可燃成分的90%以上，它是一種無色無味、高度危害的有毒氣體。由于高爐煤氣、炭黑尾氣等著火溫度比焦爐煤氣高，著火濃度范圍窄，一旦出現(xiàn)壓力波動會使得燃燒器脫火，造成爐內(nèi)熄火，煤氣外泄，為此就會釀成重大安全事故。
[0007]鑒于此，企業(yè)期望獲得一種技術(shù)方案能夠解決高爐煤氣燃燒穩(wěn)定性差、易熄火的問題。同時，該技術(shù)方案還能夠有效地降低氮氧化物的排放?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種低熱值高效低氮燃燒器。采用該燃燒器后，燃氣著火速度快、著火穩(wěn)定性好。另外，通過該燃燒器能夠?qū)崿F(xiàn)燃氣的充分燃燒，且燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，不易發(fā)生脫火和回火情況。此外，該燃燒器的NOx的去除率高，NO x的排放量少。
[0009]根據(jù)上述實用新型目的，本實用新型提出了一種低熱值高效低氮燃燒器，該高效低氮燃燒器在其徑向方向上具有從內(nèi)向外依次排布的中心管道、中間環(huán)形管道和外圈環(huán)形管道，其中，中心管道的內(nèi)部靠近其出口處設(shè)有旋流器，中間環(huán)形管道的內(nèi)部靠近其出口處設(shè)有第一旋流葉輪，外圈環(huán)形管道包括沿徑向方向從內(nèi)向外依次排布的至少第一外圈環(huán)形管道和第二外圈環(huán)形管道，該至少第一外圈環(huán)形管道和第二外圈環(huán)形管道的內(nèi)部靠近其出口處分別對應(yīng)設(shè)有第二旋流葉輪和第三旋流葉輪。
[0010]較之于利用單一通道進氣后點燃并燃燒燃氣，本實用新型的高效低氮燃燒器是通過設(shè)置多層通道通入燃氣和/或其他氣體點燃并燃燒。具體地，多層通道包括中心管道、中間環(huán)形管道和外圈環(huán)形管道，它們沿著高效低氮燃燒器的徑向方向從內(nèi)至外依次排布。也就是說，中心管道設(shè)置于中間環(huán)形管道內(nèi)，且中間環(huán)形管道設(shè)置于外圈環(huán)形管道內(nèi)?？梢詫⑷細夂?或其他氣體(例如，具有較高溫度的燃燒空氣)分別通入不同的管道內(nèi)，使得通入后的燃氣能夠快速、及時地被點燃，又由于通入的其他氣體能夠與燃氣在爐內(nèi)形成良好的空氣動力場，以此穩(wěn)定燃氣的燃燒狀態(tài)，避免爐內(nèi)出現(xiàn)回火或脫火情況。同時，通入的其他氣體還可以有利于燃氣中的未燃盡氣體在高溫環(huán)境中燃燒而避免生成大量的熱力型Ν0χΟ
[0011]再者，外圈環(huán)形管道也包括有沿徑向方向從內(nèi)向外依次排布的多層環(huán)形管道。外圈環(huán)形管道的管道層數(shù)并不進行嚴格限制。
[0012]另外，在中心管道的內(nèi)部靠近其出口處設(shè)有旋流器有助于形成強烈的旋轉(zhuǎn)擾動，以此在爐內(nèi)形成更適合于燃燒的空氣動力場，燃燒氣流的擾動性增強，爐內(nèi)燃氣充分燃燒，燃燒狀態(tài)更為穩(wěn)定。在中心管道的內(nèi)部設(shè)置了旋流器的情況下，由于燃氣和空氣的混合度加強，燃燒強度增大，在爐內(nèi)的燃燒火炬變短，因此，在具備相同燃燒負荷的前提下可以相應(yīng)地縮小爐膛的尺寸。與此同時，較小的爐膛尺寸又進一步地提高了燃燒器的燃燒效率和鍋爐的熱效率。
[0013]此外，在中間環(huán)形管道的內(nèi)部設(shè)置有第一旋流葉輪，并且在外圈環(huán)形管道中的第一外圈環(huán)形管道和第二外圈環(huán)形管道的內(nèi)部分別設(shè)置第二旋流葉輪和第三旋流葉輪的目的也是在于加強燃氣和其他氣體的混合，提高燃燒氣流的擾動性，以在爐內(nèi)形成利于持續(xù)燃燒的空氣動力場，從而實現(xiàn)燃氣的快速點燃，且持續(xù)、穩(wěn)定、充分的燃燒。
[0014]需要說明的是，本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器對于燃氣種類的適應(yīng)能力強，例如，燃氣可以是一氧化碳或烴類氣體。
[0015]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述外圈環(huán)形管道還包括設(shè)于第二外圈環(huán)形管道外圍的第三外圈環(huán)形管道，在第三外圈環(huán)形管道的內(nèi)部靠近其出口處對應(yīng)設(shè)有第四旋流葉輪。
[0016]雖然外圈環(huán)形管道的管道層數(shù)并不進行嚴格限制，但就本實用新型的技術(shù)方案來說，以設(shè)置2-3層的外圈環(huán)形管道為宜。為此，在第二外圈環(huán)形管道外圍設(shè)置有第三外圈環(huán)形管道，并在第三外圈環(huán)形管道的內(nèi)部靠近其出口處對應(yīng)地設(shè)有第四旋流葉輪，采用這樣的設(shè)置方式的目的在于提高爐內(nèi)的燃氣和其他氣體的混合程度且增加爐內(nèi)的湍流程度，使得爐內(nèi)的溫度場和燃氣場的分布更為均勾，以改善爐內(nèi)的氣流溫度的分布和燃氣的分布，促使爐內(nèi)燃氣的燃燼，從而使得燃氣在有限的燃燒空間內(nèi)實現(xiàn)充分、穩(wěn)定的燃燒。
[0017]更進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述第一旋流葉輪的葉片旋向與外圈環(huán)形管道內(nèi)設(shè)置的旋流葉輪的葉片旋向相反，以增加燃氣和空氣的混合程度，加強氣流的擾動性，形成利于燃燒的良好空氣動力場，使得燃氣充分燃燒、燃燼。
[0018]當外圈環(huán)形管道包括第一外圈環(huán)形管道和第二外圈環(huán)形管道時，第一旋流葉輪的葉片旋向與分別設(shè)置于第一外圈環(huán)形管道和第二外圈環(huán)形管道內(nèi)的第二旋流葉輪和第三旋流葉輪的葉片旋向均相反。
[0019]當外圈環(huán)形管道包括第一外圈環(huán)形管道、第二外圈環(huán)形管道和第三外圈環(huán)形管道時，第一旋流葉輪的葉片旋向與分別設(shè)置于第一外圈環(huán)形管道、第二外圈環(huán)形管道和第三外圈環(huán)形管道內(nèi)的第二旋流葉輪、第三旋流葉輪和第四旋流葉輪的葉片旋向都相反。
[0020]更進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述各旋流葉輪的葉片與其各自切向方向的夾角的角度值在徑向從內(nèi)向外的方向上依次遞減。
[0021]各旋流葉輪的葉片與其各自切向方向的夾角的角度的依次遞減能夠有效防止燃燒過程中的氣流偏斜問題，使得燃氣和空氣混合度加強，從而增強燃燒強度，燃燒火炬變短，進而達到減小爐膛尺寸，并提高鍋爐效率的目的。
[0022]更進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述角度值依次遞減的幅度為5° -10°。
[0023]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述第一旋流葉輪的葉片與其切向方向的夾角的角度值為25° -55°。
[0024]將第一旋流葉輪的葉片與其切向方向的夾角的角度值設(shè)置為25° -55°可以在燃燒中心形成負壓回流區(qū)，保證高溫煙氣的及時回流，從而保證及時燃氣的著火，以及燃燒的穩(wěn)定性，進而避免出現(xiàn)解決回火和脫火現(xiàn)象。
[0025]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述中心管道、中間環(huán)形管道和外圈環(huán)形管道上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥，上述各流量調(diào)節(jié)閥與控制PLC連接。
[0026]在上述技術(shù)方案中，通入中心管道、中間環(huán)形管道和外圈環(huán)形管道內(nèi)的燃氣和/或其他氣體可以根據(jù)鍋爐的燃燒負荷和燃燒情況進行實時在線、及時自動調(diào)節(jié)，從而避免了燃氣和其他氣體的比例失調(diào)而導致燃氣未燃燼，大大避免了燃料中的未燃燼燃氣在高溫環(huán)境(高于1350°C時)中燃燒而生成大量的熱力型N0X，以從源頭上抑制熱力型^^^的生成，從而大幅度地降低鍋爐的放量。
[0027]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述中心管道的入口與鍋爐熱風管道連接。
[0028]基于上述技術(shù)方案，中心管道內(nèi)通入的是燃燒空氣。具有高強度的旋流且?guī)в幸欢囟鹊娜紵諝庑纬芍行呢搲?，有助于通入的燃氣被迅速地點燃，并穩(wěn)定地燃燒。
[0029]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述中間環(huán)形管道的入口與燃氣管道連接。
[0030]基于上述技術(shù)方案，向中間環(huán)形管道通入的是燃氣。
[0031]進一步地，在本實用新型所述的低熱值高效低氮燃燒器中，上述第一外圈環(huán)形管道的入口與鍋爐熱風管道連接，第二外圈環(huán)形管道的入口與鍋爐熱風管道和再循環(huán)煙氣管道連接。
[0032]基于上述技術(shù)方案，向第一外圈環(huán)形管道通入的是燃燒空氣，具有高強度的旋流且?guī)?