富氧低NOx煤粉燃烧器及其应用的制作方法
【专利摘要】一种富氧低NOx煤粉燃烧器及其应用，涉及一种水泥窑炉用的煤粉燃烧器。本发明的特点是在燃烧器的喷头装有缩放式喷嘴。该燃烧器利用缩放式喷嘴可以使外风风速达到超音速，并且通过该燃烧器为富氧气体。燃烧器喷射的气流速度愈高，N2和O2在火焰高温区滞留时间就很短，形成NOx的机率也减小；较低的一次风量使火焰高温区含氧量降低，其高速直流风能迅速均匀地分散煤粉到热气流中，这样既可以缩小燃烧器前端的超高温区，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量。通过富氧燃烧及旋流风控制，可形成富氧的氧化火焰区和富燃料的还原火焰区，进而在保证热力强度、高效燃烧的同时，实现了NOx的减排。
【专利说明】富氧低NOx煤粉燃烧器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于燃烧设备【技术领域】，涉及一种低NOx煤粉燃烧器，特别涉及一种用于水泥生产中能降低NOx排放量的煤粉燃烧器及其在水泥窑中的应用。
【背景技术】
[0002]富氧燃烧是近代燃烧的节能技术之一。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，加快燃烧速度、促进燃烧完全、提高火焰温度、减少燃烧后的烟气排放量、提高热量利用率和降低过量空气系数，具有优越的节能和环保性能，被发达国家称之为“资源创造性技术”。近些年的研究表明，富氧燃烧技术目前主要应用于工业锅炉和玻璃窑中，水泥行业采用的极少。
[0003]水泥预分解窑排放的废气中NOx含量超过越来越严格的国家排放标准，目前，水泥行业主要采用在分解炉出口喷入氨水或者尿素的SNCR技术降低NOx，实现达标排放，但成本较高，造成水泥生产成本增加。水泥窑采用低氮煤粉燃烧器，实现低NOx排放是节能减排的重要要求。现有的煤粉燃烧器其基本结构为普通四通道结构，包括用于供气的一次风管组以及以螺纹对接在该一次风管组前端的燃烧器喷头，燃烧器喷头最前端安装有多个直管喷嘴；其缺点为火焰的喷射推力不足，煤粉与空气混合不够充分，且存在火焰峰值温度，故NOx排放量较大，不符合节能减排的潮流趋势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是适应节能减排的潮流趋势，提供一种富氧低NOx煤粉燃烧器及其专用喷嘴，并进一步提供该富氧低NOx煤粉燃烧器在水泥生产中的应用。
[0005]首先，本发明提出一种富氧低NOx煤粉燃烧器的专用喷嘴，所述喷嘴为缩放式即有两段式变径设计的喷嘴。
[0006]所述喷嘴沿中轴线开有通孔，通孔的直径尺寸由内向外先渐渐缩小再渐渐扩大。较优的，渐缩部分的锥角为20±5°，渐扩部分32的锥角为10±2°。喷嘴的横截面形状为正六边形。
[0007]本发明进一步提供一种富氧低NOx煤粉燃烧器，包括四通道结构以螺纹对接的燃烧器喷头和一次风管组，以及同轴布置在最内层的油管，燃烧器喷头最前端安装多个喷嘴，所述喷嘴为上述结构的专用喷嘴。
[0008]所述富氧低NOx煤粉燃烧器中，燃烧器喷头由外至内同轴套装外喷管、外轴流风喷管、煤风喷管和内旋流风喷管，并分别与一次风管组由外至内同轴套设的各自带有进风管的外管、外轴流风管、煤风管和内旋流风管的四个环形通道对位，在内旋流风喷管与油管之间镶嵌中心风板，在外喷管与外轴流风喷管之间镶嵌喷嘴座板，所述喷嘴固定在喷嘴座板上。沿燃烧器喷头的周向可以设有14-20个喷嘴，喷嘴以螺纹形式固定在喷嘴座板上。
[0009]所述富氧低NOx煤粉燃烧器中，煤风喷管外壁向外的端部存在仰角，仰角的角度为 5。-10。。[0010]所述富氧低NOx煤粉燃烧器中，内旋流风喷管的向外的端部设有能够产生旋流的旋流槽，旋流槽的旋流角度为15° -45°。
[0011]本发明进一步提出所述富氧低NOx煤粉燃烧器在水泥生产中的应用，提供一种低NOx排放量水泥窑，在该水泥窑中，安装有所述富氧低NOx煤粉燃烧器。
[0012]本发明一次风米用氧气浓度为28%_60%的富氧空气,一次风量占入回转窑空气量的6%_10%。实现富氧条件下，NOx排放量降低。
[0013]采用以上设计，本发明提供的富氧低NOx煤粉燃烧器，该燃烧器采用缩放式喷嘴，可以使外风风速达到超音速，其高速直流风能迅速均匀地分散煤粉到热气流中，这样既可以缩小燃烧器前端的超高温区，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量。该燃烧器的内外风速度差较大，再通过富氧燃烧及旋流风控制，可形成富氧的氧化火焰区和富燃料的还原火焰区，进而在保证热力强度、高效燃烧的同时，实现了 NOx的减排。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1:为富氧低NOx煤粉燃烧器的整体结构示意图。
[0015]图2:为本发明燃烧器喷头部分结构示意图。
[0016]图3:为本发明燃烧器缩放式喷嘴的具体结构示意图。
[0017]图4:为本发明燃烧器煤风喷管端部的结构示意图。
[0018]图5:为本发明燃烧器内旋流风喷管端部旋流槽的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明为适应节能减排的要求，精心设计了一种用于水泥窑的富氧低NOx煤粉燃
[0020]本发明设计思想是:低NOx燃烧器，是将燃烧器内部或出口射流的空气分级，特点是控制每只燃烧器中燃料与空气的混合过程，使燃烧推迟，延长火焰行程，降低火焰温度峰，从而减少NOx生成量。燃烧器喷射的气流速度愈高，N2和O2在火焰高温区滞留时间就很短，形成NOx的机率也减小；较低的一次风量使火焰高温区含氧量降低，其高速直流风能迅速均匀地分散煤粉到热气流中，这样既可以缩小燃烧器前端的超高温区，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量。因此，设法使从燃烧器喷头喷出的内外风形成较大的速度差，再通过富氧燃烧及旋流风控制，可形成富氧的氧化火焰区和富燃料的还原火焰区，进而在保证热力强度、高效燃烧的同时，实现了 NOx的减排。
[0021]本发明基于以上设计思想提出一种富氧低NOx煤粉燃烧器，它包括同轴布置的油管、燃烧器喷头和一次风管组，油管位于燃烧器的最内层，燃烧器喷头与一次风管组之间采用螺纹连接。燃烧器喷头由外至内包括外喷管、外轴流风喷、煤风喷管和内旋流风喷管。上述喷头还包括中心风板、喷嘴座板和喷嘴，其中中心风板镶嵌在内旋流风喷管与油管之间，与内旋流风喷管采用螺纹连接；喷嘴座板镶嵌在外喷管与外轴流风喷管之间；喷嘴固定在喷嘴座板上，连接方式为螺纹连接。一次风管组由外之内包括外管、外轴流风管、煤风管和内旋流风管。上述一次风管组还包括外轴流风进风管、煤风进风管、内旋流风进风管和中心风进风管，其中外轴流风进风管位于外管上；煤风进风管位于外轴流风管上；内旋流风进风管位于煤风管上；中心风进风管位于内旋流风管上。
[0022]燃烧器喷头的周向设有14-20个喷嘴，所述喷嘴为缩放式喷嘴，所述喷嘴的横截面形状为正六边形，喷嘴沿中轴线开有通孔，所述通孔的直径尺寸先渐渐缩小再渐渐扩大，渐缩部分的锥角为20±5°，渐扩部分的锥角为10±2°，达到提升气体速度的作用。所述喷嘴与所述燃烧器喷头采用螺纹连接。煤风喷管的端部存在仰角，角度为5° -10°。内旋流风喷管的端部存在能够产生旋流的旋流槽，旋流槽的旋流角度为15° -45°。
[0023]下面结合附图详细说明。
[0024]如图1所示，本发明是一种富氧低NOx煤粉燃烧器，包括对接的燃烧器喷头100和一次风管组200，以及与一次风管组和燃烧器喷头同轴布置的油管16，油管16位于燃烧器的最内层，燃烧器喷头与一次风管组之间采用螺纹连接。
[0025]一次风管组200有四个环形通道，由外至内外管8、外轴流风管10、煤风管12和内旋流风管14同轴套装依次设置在该四个环形通道上；上述一次风管组200还包括外轴流风进风管9、煤风进风管11、内旋流风进风管13和中心风进风管15，其中外轴流风进风管9位于外管8上，煤风进风管11位于外轴流风管10上，内旋流风进风管13位于煤风管12上，中心风进风管15位于内旋流风管14上。
[0026]如图2所示，燃烧器喷头100由外至内同轴套装外喷管4、外轴流风喷管5、煤风喷管6和内旋流风喷管7，并分别与一次风管组的四个环形通道对位。上述喷头还包括中心风板1、喷嘴座板2和喷嘴3，其中中心风板I镶嵌在内旋流风喷管7与油管16之间，与内旋流风喷管7采用螺纹连接；喷嘴座板2镶嵌在外喷管4与外轴流风喷管5之间；喷嘴3固定在喷嘴座板2上，连接方式为螺纹连接。
[0027]燃烧器喷头100的周向设有14-20个喷嘴3，所述喷嘴3为缩放式喷嘴，参见图3所示，喷嘴3的横截面形状为正六边形，喷嘴3沿中轴线开有通孔，所述通孔的直径尺寸由内向外(图3中为从右向左)先渐渐缩小再渐渐扩大，渐缩部分31的锥角为20±5°，渐扩部分32的锥角为10±2°，通过两段式变径设计达到提升气体速度的作用。
[0028]参见图4所示，煤风喷管6外壁向外(图4中左侧为外)的端部存在仰角，角度为5° -10°。参见图5所示，内旋流风喷管7的向外(图5中左侧为外)的端部设有能够产生旋流的旋流槽71，旋流槽71的旋流角度为15° -45°。
[0029]本发明燃烧器的工作过程如下:富氧一次风分别通过外管8、外轴流风管10、煤风管12和内旋流风管14以不同的风速和不同的流量进入一次风管组200 (由外轴流风管10进入燃烧器的气体携带有煤粉)，再由一次风管组200进入喷头100中。通过外轴流风进风管9进入燃烧器外管8的富氧一次风经过14-20个缩放式喷嘴3喷出燃烧器时速度升高，达到超音速，形成外轴流风；通过煤风进风管11进入燃烧器的携带有煤粉的富氧一次风，经过外轴流风喷管5内壁与煤风喷管6外壁通道喷出燃烧器的时候，由于煤风喷管6外壁头部具有5° -10°仰角会使一次风喷出时煤粉被扬起；通过内旋流风进风管13进入燃烧器的富氧一次风，经过煤风喷管6内壁和端部带有螺旋槽的内旋流风喷管7外壁形成的通道喷出燃烧器的时候，会产生旋流，形成旋流风；通过中心风进风管15进入燃烧器的富氧一次风，经过中心风板I喷出燃烧器形成中心风。由于外轴流风喷出后的速度很大，就会与内旋流风形成较大的速度差。燃烧器喷射的气流速度愈高，一次风中携带的N2和O2在火焰高温区滞留时间就很短，形成NOx的机率也减小；从缩放式喷嘴3喷出的高速直流风能迅速均匀地分散煤粉到热气流中，这样既可以缩小燃烧器前端的超高温区，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量；再通过富氧燃烧及旋流风控制，可形成富氧的氧化火焰区和富燃料的还原火焰区，进而在保证热力强度、高效燃烧的同时，实现了 NOx的减排。利用这些特点，在水泥窑中安装富氧低NOx煤粉燃烧器，将大大降低水泥生产中NOx的排放量。
[0030]减排效果:富氧低NOx煤粉燃烧器在某1000t/d预分解窑应用情况如下:生料喂料量60t/h，煤收到基发热量5840kcal/kg，窑头喂煤量2.4t/h，分解炉喂煤量3.lt/h。回转窑转速3.9rpm,三次风温度950 °C，窑尾烟室温度1000°C，熟料κ η =0.90，SM=2.8，IM=L 7。富氧低NOx煤粉燃烧器净风中通入氧气浓度为30%的富氧空气，煤风风速16m/s，外轴流风风速300m/s，内旋流风风速95m/s，生料喂料量从60t/h提高到73t/h，窑尾烟室NOx含量从481ppm/m3降至350ppm/m3,降低30%,效果显著。
[0031]以上描述可见，本发明的特点是在燃烧器的喷头装有缩放式喷嘴。该燃烧器利用缩放式喷嘴可以使外风风速达到超音速，并且通过该燃烧器为富氧气体。燃烧器喷射的气流速度愈高，队和O2在火焰高温区滞留时间就很短，形成NOx的机率也减小；较低的一次风量使火焰高温区含氧量降低，其高速直流风能迅速均匀地分散煤粉到热气流中，这样既可以缩小燃烧器前端的超高温区，又能缩短煤粉和热气流在火焰高温区的停留时间，从而降低NOx生成量。通过富氧燃烧及旋流风控制,可形成富氧的氧化火焰区和富燃料的还原火焰区，进而在保证热力强度、高效燃烧的同时，实现了 NOx的减排。
【权利要求】
1.一种富氧低NOx煤粉燃烧器的专用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴为缩放式即有两段式变径设计的喷嘴。
2.根据权利要求1所述的专用喷嘴，其特征在于，所述喷嘴沿中轴线开有通孔，通孔的直径尺寸由内向外先渐渐缩小再渐渐扩大。
3.根据权利要求2所述的专用喷嘴，其特征在于:渐缩部分的锥角为20±5°，渐扩部分32的锥角为10±2°。
4.根据权利要求1或2或3所述的专用喷嘴，其特征在于:喷嘴的横截面形状为正六边形。
5.一种富氧低NOx煤粉燃烧器，包括四通道结构以螺纹对接的燃烧器喷头和一次风管组，以及同轴布置在最内层的油管，燃烧器喷头最前端安装多个喷嘴，其特征在于:所述喷嘴为权利要求1或2或3或4所述喷嘴。
6.根据权利要求5所述富氧低NOx煤粉燃烧器，其特征在于:燃烧器喷头由外至内同轴套装外喷管、外轴流风喷管、煤风喷管和内旋流风喷管，并分别与一次风管组由外至内同轴套设的各自带有进风管的外管、外轴流风管、煤风管和内旋流风管的四个环形通道对位，在内旋流风喷管与油管之间镶嵌中心风板，在外喷管与外轴流风喷管之间镶嵌喷嘴座板，所述喷嘴固定在喷嘴座板上。
7.根据权利要求5或6所述富氧低NOx煤粉燃烧器，其特征在于:沿燃烧器喷头的周向设有14-20个喷嘴，喷嘴以螺纹形式固定在喷嘴座板上。
8.根据权利要求5或6或7所述富氧低NOx煤粉燃烧器，其特征在于:煤风喷管外壁向外的端部存在仰角，仰角的角度为5° -10°。
9.根据权利要求5至8任一所述富氧低NOx煤粉燃烧器，其特征在于:内旋流风喷管的向外的端部设有能够产生旋流的旋流槽，旋流槽的旋流角度为15° -45°。
10.一种低NOx排放量水泥窑，其特征在于，安装有权利要求5至9任一所述富氧低NOx煤粉燃烧器。
【文档编号】F23D1/02GK103791495SQ201410064479
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】颜碧兰, 汪澜, 齐砚勇, 宋军华, 张坤悦 申请人:中国建筑材料科学研究总院