燃气分级分段配置燃烧装置及其燃气分级分段配置方法与流程

本发明涉及一种燃气分级分段配置燃烧装置，尤其涉及一种高热值燃气燃烧装置的燃气和空气分级分段配置方法，产生的火焰能与各种锅炉炉膛匹配，达到NO_x超低排放目的，属于工业锅炉降排技术领域。

背景技术：

北京市为治理严重的环境污染和雾霾天气，将于2017年实施最严格的大气污染排放标准，新建燃气锅炉NOx排放降低须到30mg/Nm³以下。采用传统的燃烧器结构，仅采用低氮燃烧的方法，难以达到30mg/Nm³的超低排放。为减少燃气锅炉脱硝成本，北京市最最严格排放标准的实施，必将带来燃烧器的技术革新。

现今，天然气低排放燃烧器采用不外乎两种技术路线：一是预混式金属表面燃烧器，即燃烧器喉口出口连接有一个圆筒形金属筒，该筒上有无数毫米级的小孔，而天然气与空气在该筒内混合，混合气在该筒外燃烧，由于燃气与空气预混，容易发生回火甚至爆燃，安全性不佳；现在市场上以扩散式低氮燃烧器（非预混）加烟气再循环的技术居多，但是由于燃烧器本体的低氮效果不足，故存在着所需要的烟气量较大才能有效降低NOx等问题，并且一旦烟气量较大时，燃烧器系统容易震动。

由于市场上的锅炉门类复杂，燃烧室也大小不一，特别是小吨位锅炉多数是火管锅炉，燃烧室尤其小，增加了降排放的难度，针对30mg/Nm³以下的排放要求，需要突破以往燃气分级等技术，即需寻求新的燃气和空气分级配置方法，耦合各种低氮燃烧技术，尽可能降低火焰平均温度和峰值温度，以减少NOx的生成，实现小于30mg/Nm³的超低氮排放。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种燃气分级分段配置燃烧装置，燃气和空气分级分段配置，耦合浓淡燃烧技术，一方面使工业锅炉中火焰尽可能充满炉膛空间，降低火焰平均温度和峰值温度，另一方面燃料进行浓淡燃烧，在二者的作用下，有效降低NOx的初始排放浓度。

本发明的技术方案是：一种燃气分级分段配置燃烧装置，包括置于所述燃烧装置的中轴线位置的燃烧器、喉口和所述燃烧装置外围的耐火材料层，其特征在于：所述燃烧器、喉口、外燃气枪、内环筒、外环筒和耐火材料层，从里向外依次同轴对称设置：所述喉口外缘端部与内环筒端部之间置有与中轴线垂直的外燃气枪固定板，所述外燃气枪枪头贯穿并外露所述外燃气枪固定板；所述内环筒与所述外环筒之间为助燃空气通道；所述外环筒外壁与所述耐火材料层内壁贴合相连。

进一步的，所述外燃气枪枪头数量为多个，相互同向分组设置，所述分组设置是指多个外燃气枪枪头分成1～6组，每一组数量为2～100根，各组均以装置的轴心为圆心、沿相同半径的圆弧线均布间隔设置，不同组分别绕不同半径的圆弧线均布间隔设置。

上述燃气分级分段配置燃烧装置的燃气和空气分级分段配置方法，其特征在于：

1、外燃气枪设置，10%～90%燃气量从设置在扩散式喉口的外围的外燃气枪喷口喷出，减少燃烧器区域的燃气量，增大气体燃料的分布区域，大大增加火焰在炉膛中的充满度，降低了火焰平均温度和峰值温度，减少热力型NOx的生产，有效降低了NOx的排放浓度。

2、燃烧器区域采取整体浓淡燃烧的形式，在燃烧器区域增加燃料的布置，减少助燃风的设置，形成浓燃烧，造成局部缺氧的目的，未充分燃烧将会生成CO或者HCN等物质，CO等物质形成还原性气氛，在高温下还原生成的NOx，降低NOx的排放浓度；在燃烧器外缘区域内，通以足量的空气，未充分燃烧产生的CO在燃烧后期富氧区域继续燃烧保证燃烧充分，使CO的排放为零。

本发明的积极效果是：提供了一种新型的燃气分级分段配置燃烧装置及其燃气和空气分级分段配置方法，10%～90%的燃气从外气枪中喷出，外燃气枪布置在喉口外侧，从而最大限度利用了锅炉炉膛空间，降低了火焰平均温度和峰值温度，使得炉膛内各个部分的热负荷均匀，从而减少NOx的生成；设置外层助燃空气通道，形成燃烧器区域整体浓淡燃烧，进一步减少NOx的生成，从而达到小于30mg/Nm³的超低NOx排放，并且无CO产生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一组外燃气枪实施例的结构示意图；

图2是图1的A向结构示意图；

图3是二组外燃气枪实施例的结构示意图；

图4是图3的A向结构示意图。

图中：1.燃烧器；2.喉口；3.内环筒；4.外层助燃空气通道；5.外环筒；6.外燃气枪；7. 外燃气枪固定板；8.耐火材料层。

具体实施方式

图1～图4为一种燃气分级分段配置燃烧装置结构示意图，图1是一组外燃气枪实施例的结构示意图（一组，六根外燃气枪），图3是二组外燃气枪实施例的结构示意图（二组，内层布置6根外燃气枪，外层布置10根外燃气枪）；由图示可见，一种燃气分级分段配置燃烧装置，包括置于所述燃烧装置的中轴线位置的燃烧器1、喉口2和所述燃烧装置外围的耐火材料层8，其特征在于：所述燃烧器1、喉口2、外燃气枪6、内环筒3、外环筒5和耐火材料层8，从里向外依次同轴对称设置：所述喉口2外缘端部与内环筒3端部之间置有与中轴线垂直的外燃气枪固定板7，所述外燃气枪6枪头贯穿并外露所述外燃气枪固定板7；所述内环筒3与所述外环筒5之间为助燃空气通道4；所述外环筒5外壁与所述耐火材料层8内壁贴合相连。

进一步的，所述外燃气枪6枪头数量为多个，相互同向分组设置，所述分组设置是指多个外燃气枪6枪头分成1～6组，每一组数量为2～100根，各组均以装置的轴心为圆心、沿相同半径的圆弧线均布间隔设置，不同组多个外燃气枪6枪头分别绕不同半径的圆弧线均布间隔设置，外燃气枪6通过外燃气枪固定板7固定。外层助燃空气通道4设置在外燃气枪6的外侧边缘处，由空气通道内环筒3和空气通道外环筒5构成，通以外层助燃空气。空气通道外环筒5之外是耐火材料层8。

外燃气枪固定板7为耐火材质，其内边缘连接喉口2，外边缘连接空气通道外环筒5。外燃气枪固定板7上置有外燃气枪定位孔，外燃气枪6穿出外燃气枪固定板7上的外燃气枪定位孔至炉膛，外燃气枪6的端面上置有若干个燃气喷孔，将燃气喷入炉膛内进行燃烧，以此扩大燃料的覆盖范围，降低燃烧区域的中心温度，减少NOx的生成。

工作时，燃烧器1中的燃气先被点燃燃烧，由于燃气量相对较多，进行浓燃烧，燃料能分裂出具有强还原性的CO、H₂、HCN等物质，抑制并降低NOx的生成；燃烧产生的高温混合烟气扩散至燃烧器1的外围，引燃外燃气枪6喷射出的燃气；由于外燃气枪6未设置在燃烧器1内部，即外燃气枪6喷射出来的燃气和从喉口2扩散出来的空气初期混合不佳，但在后期在外层空气的作用下能均匀混合，从而扩大火焰区域。

外层燃气进行淡燃烧，燃料完全燃烧，CO的排放为零。且外燃气的布置，使燃气能在整个炉膛内尽可能大的空间中进行燃烧，降低了火焰平均温度和峰值温度，降低了NOx的排放。

本发明在喉口外侧设置外燃气枪，从而最大限度利用了锅炉炉膛空间，降低了火焰平均温度和峰值温度，使得炉膛内各个部分的热负荷均匀，从而减少NOx的生成；设置外层助燃空气通道，形成燃烧器区域整体浓淡燃烧，进一步减少NOx的生成，从而达到小于30mg/Nm³的超低NOx排放，并且无CO产生。