一种超低氮氧化物的燃烧头及应用该燃烧头的燃烧装置的制作方法

本实用新型涉及一种燃烧设备，具体地说是超低氮氧化物燃烧燃烧头和应用该燃烧头的燃烧装置。
背景技术：
：近年来，以PM2.5为代表的大气污染问题已成为全国舆论及民众关注的焦点，空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身健康。为有效应对日益严峻的大气污染问题，李克强总理在《国务院大气污染防治十条措施》中提出“全面整治燃煤小锅炉”，以及“制定、修订重点行业排放标准”。环保部《环境空气细颗粒物污染防治技术政策》（试行）（征求意见稿）中提出“制定严格、完善的国家和地方工业污染物排放标准”、“对环境污染严重、污染物排放量大的地区，应在国家排放标准中规定特别排放限值或制定实施严格的地方排放标准”目前燃烧产生的大气污染物主要由烟尘、二氧化硫、氮氧化物三种。与烟尘、二氧化硫有所不同，目前气体燃气和液体燃气锅炉氮氧化物控制技术仍处于发展阶段，相对较为成熟的锅炉除尘、脱硫技术，低氮氧化物燃烧技术还不成熟，尤其现有的超低氮氧化物燃烧技术在实际应用过程中，还存在很对尚未解决的突出问题，如：表面燃烧技术的安全性问题和高空气过剩系数问题。烟气回燃技术（FGR）的冷凝水的问题，震动的问题，耗能大的问题，成本高的问题。这都是现有技术普遍存在的问题和亟待解决的问题。低氮氧化物燃烧技术现状分析技术路线全预混表面燃烧LNB+FGR分级复合燃烧安全性易回火、爆燃易脱火火焰稳定燃烧效率低（O2>8%）低（CO>50ppm）高（O2=3%CO=10PPm）锅炉效率低（下降2%）下降4‰无影响使用环境非常洁净洁净无要求燃料特性非常洁净一般无要求（适应油田伴生气）设备电耗增加5-8%增加15-20%无影响运行费高（金属纤维更换成本、滤网清洗）高（火焰检测器等零部件更换、电耗）低检修周期每月每月每年加热炉出力降低（8%）降低15%无影响技术实现要素：本实用新型针对
背景技术：
中提及的技术缺陷，一是提供了一种适用于超低氮氧化物的燃烧头，二是提供了应用这种燃烧头的燃烧装置。为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种超低氮氧化物燃烧的燃烧头，包括燃烧风筒、内燃气枪、外燃气枪、整流体、导流罩、整流罩、燃气外环、燃气内环；燃烧风筒的一端与风机通过连接件连接；燃烧风筒的中部外围套设有炉体连接法兰；燃烧风筒的中部外围配设有燃气内环管路和燃气外环管路，燃气内环管路与内燃气枪连通、燃气外环管路与外燃气枪连接；燃烧风筒的另一端与整流罩通过连接件连接，整流罩套设在整流体上游且用连接件连接；内燃气枪置于燃烧风筒、整流体内部，外燃气枪置于整流罩缩口外部，外燃气枪外部套设有导流罩，导流罩前端有导流叶片；内燃气枪和外燃气枪的出口端置于炉体连接法兰的近炉腔侧。作为优选方案：所述内燃气枪包括中心燃气枪和分支燃气枪，中心燃气枪前端外圆周上套装有稳焰盘，多个分支燃气枪以中心燃气枪为中心沿圆周方向均布于稳焰盘外径上；内燃气枪的外部套装有整流罩。作为优选方案：内燃气枪和外燃气枪在燃烧风筒内构成射流枪；其中：中心燃气枪构成一级射流枪、分支燃气枪构成二级射流枪、外燃气枪构成三级射流枪；一级射流枪和二级射流枪由燃气内环供气，三级射流枪由燃气外环供气，燃气内环和燃气外环分别与燃气供气系统通过管路相连。对于功率大于5000kw以上机型，在二级射流枪分度圆和三级射流枪分度圆之间再设置一圈辅助射流枪。一种应用所述燃烧头的超低氮氧化物燃烧装置，包括燃烧头、燃气供给系统、助燃风供给系统、点火系统、安全与控制系统、负荷调节系统；燃烧头包括燃烧风筒、内燃气枪、外燃气枪、整流体、导流罩、整流罩、燃气外环、燃气内环；燃烧风筒的一端与风机通过连接件连接；燃烧风筒的中部外围套设有炉体连接法兰；燃烧风筒的中部外围配设有燃气内环管路和燃气外环管路，燃气内环管路与内燃气枪连通、燃气外环管路与外燃气枪连接；燃烧风筒的另一端与整流罩通过连接件连接，整流罩套设在整流体上游且用连接件连接；内燃气枪置于燃烧风筒、整流体内部，外燃气枪置于整流罩缩口外部，外燃气枪外部套设有导流罩，导流罩前端有导流叶片；内燃气枪和外燃气枪的出口端置于炉体连接法兰的近炉腔侧；供风系统包括风机、电机、风门；风机与电机连接，风门置于风机入风口底部；供风系统用于为燃烧供给空气助燃；点火系统包括点火器、点火枪、点火电极；点火器安装在风机出口风筒上；点火枪和点火电极设置于燃烧风筒内部，其点火端置于稳焰盘后；燃气供给系统包括调节阀、燃气主管路、主燃气阀、点火阀；燃气主管路分别与燃气内环管路和燃气外环管路连接，燃气主管路和点火管路上分别配设有主燃气阀和点火阀；燃气内环管路和燃气外环管路上分别设有外环调节阀及阀门执行器、内环调节阀和阀门执行器；安全与控制系统包括控制箱、电眼、低压开关、检漏开关、高压开关、风压开关；控制箱设置在设备整体的外侧，与各个开关和电器件之间通过电线连接；电眼置于燃烧风筒的后部或风机出风筒上；低压开关、检漏开关、高压开关分设于燃气主管道上，风压开关设置于风机的出风筒上；调节系统包括风门执行器、外环阀门执行器、内环阀门执行器；风门执行器安装在风机上。作为优选方案：燃气供给系统中，燃气主管路上设置两只串联的主燃气阀，在主燃气阀的上游设置低压开关，在两只主燃气阀之间设置检漏开关，在两只主燃气阀下游设置高压开关；在高压开关的下游，将管路分为两路支管路，分别连接所述燃烧头中的燃气内环管路和燃气外环管路的接口上，在两路支管路上分别设置带阀门执行器的燃气流量的调节阀。作为优选方案：所述的点火系统中，点火器和点火电极分别安装在靠近所述燃烧头上，还布置在所述燃烧头内部的中心燃气射流枪上；点火器和点火电极之间用高压电线连接。作为优选方案：所述的供风系统中，在风机的进口或出口位置设置调节风量的风门，在风机的出口管路上设置风压开关，风机和所述燃烧头之间用金属管道连接。采用上述技术方案和依据上述装置，可实现直燃式超低氮燃烧，其技术性能优良，结构简单、经济性好；实现超低排放的同时，实现现场工艺简单，运行安全性高，投资少、无运行费用，燃烧效率高，输出功率宽的新技术和装置。附图说明图1为本实用新型中燃气、空气和燃烧产物的分流路径示意图。图2为本实用新型中射流分布示意图。图3为本实用新型空气分级、燃气分级、燃烧产物分级示意图。图4为本实用新型钟燃烧头内部结构示意图。图5为本实用新型的整体结构主意图。图6为本实用新型的整体结构侧视图。图7为本实用新型的整体结构俯视图。图8为本实用新型各部件的连接框图。图9为本实用新型中燃气径向分级示意图。图中：1控制箱，2风机，3电机，4点火器，5调节阀，6电眼，7点火枪，8点火电极，9内燃气枪，10外燃气枪，11整流体，12风门，13主燃气阀，14点火阀，15燃气管路，16低压开关，17检漏开关，18高压开关，19导流罩，20整流罩，21燃气外环管路，22外环阀门执行器，23燃气内环管路，24内环阀门执行器，25风门执行器，26风压开关，27电眼，28炉体连接法兰，29中心燃气枪，30分支燃气枪，31稳焰盘。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。参见附图1-9，本实用新型是综合运用了燃气和空气自身的能量，通过多次射流引射烟气形成燃气和烟气的充分混合，空气和烟气的充分混合，进而有效的降低燃气整体热值和空气含氧量，再通过燃气分级、空气分级的综合运用实现安全可靠的超低氮燃烧效果。该技术不需要从外部引入烟气进行回燃，也不需要在风机处将燃气和空气预先混合，而直接将燃气通过燃烧头喷入炉膛进行燃烧就可以实现超低NOx排放的直接燃烧技术。直燃式超低NOx排放燃烧装置，是按照多级射流复合燃烧技术设计开发的燃烧装置。燃气通过一级射流掺混空气，形成预混火焰，通过大量的空气冷却火焰可快速的降低一级燃气燃烧火焰温度，同时稳定二级和三级燃气燃烧，二级燃气射流在三级射流引射通道上喷出，二级射流自身会卷吸一部分烟气进行燃气的预混，形成燃气热值降低，同时二级燃气所形成的火焰又在卷吸的烟气通道中燃烧，形成低热值低氧燃烧，降低二级燃气燃烧的火焰温度。三级射流燃气全部在四次射流的烟气循环通道上，形成燃气热值的大幅降低和燃烧环境的低氧燃烧，降低三级燃气燃烧的火焰温度。助燃空气通过稳焰盘进行二级空气分配，一级空气主要实现稳定燃烧的局部紊流火焰，二级空气为主燃空气。本实用新型所公开的这种燃烧方法为多级复合射流低温燃烧，燃烧头内采用燃气多级射流、空气多级射流的形式，形成多级引射来巻吸烟气，通过不同的通道、不同的分配比例、不同的速度和梯度，按规律将燃气、空气和烟气组织在一起，最后通过燃烧头将混合气流直接喷入炉膛进行燃烧。混合气体喷入炉膛进行燃烧之前，在燃烧头内实现多级预混和多级燃烧；所述燃烧头内设置多个气体通道，各通道由中心燃气枪、整流罩、整流体、导流罩、分支燃气枪和外燃气枪构成。中心燃气枪和分支燃气枪组成内燃气枪，置于燃烧头内部中央，中心燃气枪所在通道为第一通道；中心燃气枪外围套装整流罩，中心燃气枪与整流罩之间为第二通道；第二通道端口正对着整流体中央的为第三通道；第二通道的壁面沿圆周方向设置的若干窗口为第四通道；外燃气枪端口正对着整流体外环为第五通道；分支燃气枪置于第一通道和第二通道之间；整流罩和整流体之间的空隙为第六通道。射流形成方法：中心燃气枪在第一通道内喷出燃气形成一次射流；第二通道内的助燃空气、第一通道内喷出的中心火焰、第四通道进入第二通道的烟气混合后形成二次射流；第二通道喷出的火焰、第六通道巻吸进的烟气混合后形成三次射流；外燃气枪喷出燃气形成四次射流；外燃气枪喷出的燃气、第五通道内卷席进的烟气混合后形成五次射流。其中：一次射流预混助燃空气1.0-3.0；二次射流预混烟气，预混系数为0.3-1.0；三次射流预混烟气，预混系数0.4-0.5；四次射流预混烟气，预混系数0.4-1.0；五次射流为自由射流。燃气和助燃用的空气均采用多级射流的形式与烟气混合。燃气分级方法燃气按照流动方向分三级：中心燃气枪为一级燃气、分支燃气枪为二级燃气、外燃气枪为三级燃气，各级燃气按照（1-4）：（1-4）（2-8）的体积流量比进行分配；燃气按照燃烧头径向分四级：中心燃气枪壁面上的通孔由内向外喷射的燃气为一级；分支燃气枪壁面上分设有正反方向的喷孔，且分别向内向外喷射的燃气为二级和三级；外燃气枪向整流体内喷射的燃气为四级；各级燃气按照（1-4）：（1-4）：（1-4）：（3-12）的体积流量比进行分配。空气分级方法空气跟随燃气流动方向：由第二通道流进，流经稳焰盘的空气为一级空气、经稳焰盘外流过的空气为二级空气，各级空气按照（1-4）：（1-6）的体积流量比进行分配；空气按照整个燃烧头径向分三级：第四通道、第六通道和第五通道卷吸进的空气分别为一级、二级和三级，各级空气按照1:2:2的体积流量比进行分配。应用于超低氮氧化物燃烧的燃烧头，包括燃烧风筒、内燃气枪、外燃气枪、整流体、导流罩、整流罩、燃气外环、燃气内环；燃烧风筒的一端与风机通过连接件连接；燃烧风筒的中部外围套设有炉体连接法兰；燃烧风筒的中部外围配设有燃气内环管路和燃气外环管路，燃气内环管路与内燃气枪连通、燃气外环管路与外燃气枪连接；燃烧风筒的另一端与整流罩通过连接件连接，整流罩套设在整流体外面且用连接件连接；内燃气枪置于燃烧风筒、整流体内部，外燃气枪置于整流罩外部，外燃气枪外部套设有导流罩，导流罩前端有导流叶片；内燃气枪和外燃气枪的出口端置于炉体连接法兰的近炉腔侧。内燃气枪包括中心燃气枪和分支燃气枪，中心燃气枪外圆周上套装有稳焰盘，多个分支燃气枪以中心燃气枪为中心沿圆周方向均布于稳焰盘外径上；内燃气枪的外部套装有整流罩。内燃气枪和外燃气枪在燃烧风筒内构成射流枪；其中：中心燃气枪构成一级射流枪、分支燃气枪构成二级射流枪、外燃气枪构成三级射流枪；一级射流枪和二级射流枪由燃气内环供气，三级射流枪由燃气外环供气，燃气内环和燃气外环分别与燃气供气系统通过管路相连。在实际设计使用过程中，根据设备的规模，可以增加外燃气枪的圈数，对于功率大于5000kw以上机型，在二级射流枪分度圆和三级射流枪分度圆之间再设置一圈辅助射流枪，即燃气按照燃烧头径向分五级：中心燃气枪壁面上的通孔由内向外喷射为一级；分支燃气枪壁面上分设有正反方向的喷孔，分别向内向外喷射为二级和三级；外燃气枪向整流体内喷射为四级；外燃气枪内侧设置的辅助燃气枪向流体内喷射的燃气为五级；各级燃气按照（1-3）：（1-3）：（1-3）：（1-3）：（3-11）的体积流量比进行分配。应用上述燃烧头的超低氮氧化物燃烧装置，包括燃烧头、燃气供给系统、助燃风供给系统、点火系统、安全与控制系统、负荷调节系统。燃烧头与上述结构相同。稳焰盘后设置点火枪（大于2000KW以上设置），点火枪上安装有打火电极和离子探针。在一级燃气射流枪和二级燃气射流枪外侧设置整流罩，在整流罩的外侧设置三级燃气射流枪。其中一级和二级射流枪由燃气内环供气，三级射流枪由燃气外环供气，内环和外环分别与燃气供给系统的两路支管路相连。供风系统包括风机、电机、风门；风机与电机连接，风门置于风机底部；供风系统用于为燃烧风筒供给空气助燃。供风系统中，在风机的进口或出口位置设置调节风量的风门，在风机的出口管路上设置风压开关，风机和所述燃烧头之间用金属管道连接。点火系统包括点火器、点火枪、点火电极；点火器安装在风机出风筒上；点火枪和点火电机设置于燃烧风筒内部，其点火端置于炉体连接法兰的近炉腔侧；点火器和点火电极分别安装在靠近所述燃烧头上，还布置在所述燃烧头内部的中心燃气射流枪上；点火器和点火电极之间用高压电线连接。对于大于等于2000kW的直燃式超低氮氧化物（NOx）燃烧装置（直燃式超低NOx排放燃烧装置），设置独立的燃气点火管路，点火燃气管路上设置1-2只点火安全切断阀（点火阀），管路下游终端设置点火枪，在点火枪体上设置有圆盘状多孔稳焰器和高压的点火电极，安装固定在中心燃气射流枪上。燃气供给系统种，燃气主管路上设置两只串联的主燃气阀，在主燃气阀的上游设置低压开关，在两只主燃气阀之间设置检漏开关，在两只主燃气阀下游设置高压开关；在高压开关的下游，将管路分为两路支管路，分别连接所述燃烧头中的燃气内环管路和燃气外环管路的接口上，在两路支管路上分别设置带阀门执行器的燃气流量的调节阀。安全与控制系统包括控制箱、电眼、低压开关、检漏开关、高压开关、风压开关；控制箱设置在设备整体的外侧（在实际安装时，也可与整体设备分开单独设置），与各个开关和电器件之间通过线路电性连接；电眼置于燃烧风筒的中部；低压开关、检漏开关、高压开关分设于燃气主管道上，风压开关设置于风机的出风筒上。安全与控制系统设置控制箱，控制箱内安装系统控制器和电气元件，控制箱实现点火前吹扫、熄火后吹扫，运行全时火检、风气连锁、自动顺序点火、助燃风机启动、系统联锁、安全切断、报警、负荷调节等功能信号的输入、输出和逻辑运算。控制箱与外围各部件通过电线和电缆连接。调节系统包括风门执行器、外环阀门执行器、内环阀门执行器；风门执行器安装在风机上。调节系统设置2-4套执行器，分别安装在燃气管路的燃气流量调节阀、风门调节器上，接受控制箱的输出调节信号，执行开关动作，同时将开关动作的幅度和状态反馈输出给控制箱内的控制器进行逻辑运算，与控制箱电线和电缆连接。整个燃烧的过程是：燃烧风筒一端与风机通过法兰连接；燃烧风筒中部设有炉体连接法兰，与炉体相连，燃烧风筒中部设置燃气内环和燃气外环分别在风筒内侧和外侧。燃气内环内燃气枪相连，燃气外环与外燃气枪）相连；燃烧风筒另一端与整流罩相连，整流罩与整流体相连，内燃气枪置于燃烧风筒整流罩整流体内，内燃气枪分为中心燃气枪和分支燃气枪，每只枪头设置燃气喷孔和预混喷头，中心燃气枪喷口在整流罩内布置，分支燃气枪喷口在整流体内布置。外燃气枪中，每只枪头设置燃气喷孔和预混喷头，外燃气枪外侧设置导流罩，导流罩前端有导流叶片。燃气外环和燃气内环进口处均设置调节阀通过外环阀门执行器和内环阀门执行器，根据控制系统发出的信号进行实时的调节。当前第1页1 2 3