一种燃气锅炉整体燃料分级提供技术及其低氮燃气锅炉的制作方法

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，特别是一种有利于提高燃气利用率和降低锅炉nox排放量的燃气锅炉整体燃料分级提供技术及其低氮燃气锅炉。

背景技术

随着人们环保意识的增强，锅炉排放烟气对社会环境带来的污染状况日趋受到重视。目前环保部门已提出了新建天然气锅炉nox排放量低于30mg/nm³环保标准要求，而对于已经投入运行的燃气锅炉必须加以改造实现达标排放的规定。

目前我国正在运行的燃气锅炉燃烧时所需要的全部燃气均由设置在燃气燃烧器喉口内的若干燃气喷枪统一提供，所需的助燃空气由设置在燃气燃烧器喉口内的助燃风通道统一提供，燃气和助燃空气在燃烧器喉口附近的炉膛前部区域混合、进行高速燃烧、产生大量热量和高温烟气，然后随着烟气流逐步向炉膛中后部方向推进、进行扩散式继续燃烧。这种统一在炉膛前部集中提供燃气、逐步向前推进自然燃烧的传统工作模式比较原始，其缺点在于：在炉膛前部区域起始燃烧阶段的热负荷过于集中，致使炉膛内火焰分布不均，容易在炉膛内产生诸多容易生成大量nox氮氧化物的局部高温点，故很难实现锅炉的超低氮排放要求；另外，燃气燃料中所含的ch4/co/h2等均是工业常用的还原剂，在一定条件下具有还原nox的功能，而在这种原始燃烧的工作模式中不具备加以利用的条件，故不仅存在资源浪费，而且又无助于燃气锅炉的低nox生成量；此外，由于燃气集中于烟气上游起始燃烧段区域先进行相对比较集中的快速燃烧，然后随烟气流方向向炉膛中后部扩散、缓慢燃烧，对于诸如中心回燃锅炉、铸铁锅炉、直燃机等炉膛构式非规则、烟气流通不畅的炉型，更容易产生火焰分布不均的情况，因而更易导致nox生成量和co浓度居高不下的情况，甚至还容易引发锅炉燃烧时震动大的问题。因此，采用这种燃料一步到位、集中供给的传统工作模式，总体上存在方法欠科学合理，燃气燃料的利用率不高和采用这种传统工作模式的燃气锅炉很难达到低nox排放量标准要求。所以，很有必要从创新改进着手，进一步探索更科学合理、能从根本上解决锅炉的低氮燃烧问题的新颖工作模式，以解决目前普遍存在的燃气锅炉很难满足环保低氮排放的一大难题。

技术实现要素：

本发明的目的是要克服现有采用整体燃料集中在炉膛前部统一供给工作模式的燃气锅炉所存在的不足，提供一种结构相对合理且科学、工作模式新颖、并能充分利用燃气组分特性、有利于抑制nox生成量和确保满足低nox排放量环保指标要求的燃气锅炉整体燃料分级提供技术及其低氮燃气锅炉。

本发明的燃气锅炉整体燃料分级提供技术，其特征在于：将锅炉工作过程中所需用的燃气整体区分为所占份额较大的主供燃气和所占份额较小的后供燃气两部分，将燃气喷枪区分为设置在燃气燃烧器喉口腔内的主供式燃气喷枪和设置在炉体中部外围墙面上的若干后供式燃气喷枪，并使燃气沿炉内烟气流方向按需按序分级向炉内提供，其中：

所述的主供燃气作为炉膛主燃区内起始燃烧阶段中的燃气供给量，在主燃区内创建了一个燃气量相对较少、助燃空气相对充足的燃烧环境，可降低燃气在起始燃烧阶段中的集中燃烧速度，避免热负荷的过于集中，从而有效减少起始燃烧阶段nox的生成量；

所述的后供燃气作为炉膛再燃区内继续燃烧阶段的燃气供给量，在再燃区内创建了一个有新燃料通入、烟气温相对较高、氧含量相对较低的燃烧环境，能确保炉膛内来自上游的混合烟气在燃气不断补充的情况下稳定且均匀地继续进行有利于抑制nox生成量的正常燃烧，同时后供燃气中所含的ch4/h2/co等还原性物质组分和高温低氧情况下后供燃气中的原有组分裂解为ch4/h2/co等还原性物质对烟气流中原已生成的nox进行还原反应，从而抑制锅炉燃烧过程中nox的总生成量，确保采用燃气分级提供技术的燃气锅炉能充分满足目前行业低nox排放的环保指标要求。

基于本发明燃气分级提供技术构筑的整体燃料分级提供式低氮燃气锅炉，主体包括锅炉炉体，锅炉炉膛，燃气燃烧器、助燃风通道和燃气喷枪，锅炉炉体包含有前墙、后墙和左右侧墙,特征在于：所述的锅炉炉膛腔内沿烟气流方向依次区分设置有位于烟气流方向上游的主燃区、位于烟气流方向中游的再燃区和位于烟气流方向下游的燃烬区；所述的燃气喷枪包括有主供式燃气喷枪和后供式燃气喷枪；所述的燃气燃烧器设置在与主燃区设置位相对应的锅炉炉体的腔壁上，其喉口的腔内设置有所述的助燃风通道和主供式燃气喷枪；所述的锅炉炉体的前墙、后墙和左右侧墙与再燃区设置位相对应的腔壁上分别按需设置有数个后供式燃气喷枪的喷头设置孔；所述的锅炉炉体与再燃区设置位相对应的外侧墙面上设置有后供式燃气输送管道；所述的后供式燃气喷枪按需设置有数支，每支上按需并列设置有数个燃气喷头；所述的后供式燃气喷枪通过其燃气喷头和所述的喷头设置孔固设在锅炉炉体的前墙、后墙和左右侧墙的外侧墙面上，并与所述的后供式燃气输送管道气路相连。

工作时，锅炉燃烧时所需燃气的大部分作为主供燃气，通过所述的主供式燃气喷枪送入主燃区，其余小部分作为后供燃气，通过所述的后供式燃气输送管道由所述的后供式燃气喷枪经燃气喷头喷射入再燃区，锅炉燃烧时所需的助燃空气全部由所述的助燃风通道送入主燃区，并与所述的主供燃气在主燃区内相混合，在氧量充足、燃气相对不足量的环境中进行快速燃烧、释放热量并产生氧含量相对较低的高温烟气，同时也不可避免地生成一定量的nox，生成的nox随同烟气流向炉膛中部区域扩散，但由于主供燃气量的减少，相应也减小了主燃区内的燃烧热负荷，故也相应减少了起始燃烧阶段中nox的生成量；在主燃区内燃烧产生的高温低含氧量烟气随气流方向流至炉膛中部再燃区、与后供燃气相遇，后供燃气在烟气温相对较高、但氧含量相对较低的环境中燃烧，产生ch4/h2/co等还原性中间产物，同时后供燃气中所含的ch4/h2/co等还原性物质组分和高温低氧情况下后供燃气中的原有组分裂解为ch4/h2/co等具有还原性的中间产物对烟气流中原已生成的nox进行还原反应，进而在抑制自身燃烧过程中nox的生成量的同时还将高温烟气原含有的nox还原成n2，从而在总体上有效降低了燃气锅炉的nox排放量。

基于上述构思的本发明燃气锅炉整体燃料分级提供技术及其低氮燃气锅炉，由于采用了将燃料按需分级按序提供的方式，在主燃区内提供锅炉燃烧所需的大部分燃气，将其余的小部分燃气改在再燃区内提供，为主燃区创造了氧含量充足、但燃气量相对不充足的燃烧环境，有效减小了主燃区21内的燃烧热负荷，而过量的助燃空气也同时起到了降低火焰温度的作用，也相应抑制了起始燃烧阶段中nox的生成量；同时，在再燃区创造了一个烟气温相对较高、但氧含量较低，而有新燃料通入的燃烧环境，在确保再燃区内正常的低氮燃烧的同时，后供燃气中所含的ch4/h2/co等还原性物质组分和高温低氧情况下后供燃气中的原有组分裂解为ch4/h2/co等还原性物质对烟气流中原已生成的nox进行还原反应，将nox还原成n2，从而极大地减少了锅炉燃烧过程中nox的总生成量，确保采用本发明技术方案的燃气锅炉能满足低氮排放标准的要求。由上可见，本发明的燃料分级提供技术改变了传统的锅炉供料及燃烧的工作模式，降氮成效显著，明显具有科学合理性，而采用本发明燃料分级提供技术构筑的燃气锅炉结构简单、工作可靠且稳定，从理论与实践的结合上切实解决了传统燃气锅炉长期以来所存在的很难达到环保废气排放标准的一大难题，为环保部门排忧解难作出了实质性贡献。

附图说明

图1是本发明实施例的基本结构示意图；

图2是本发明实施例中前墙结构示意图；

图3是本发明实施例中左右侧墙结构示意图；

图4是本发明实施例中燃气燃烧器结构示意图。

图中：

1.锅炉炉体11.前墙12.后墙13.左右侧墙

2.锅炉炉膛21.主燃区22.再燃区23.燃烬区

3.燃气燃烧器31.喉口4.助燃风通道5.燃气喷枪

51.主供式燃气喷枪52.后供式燃气喷枪6.喷头设置孔

7.后供式燃气输送管道。

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。

在图1、图2、图3和图4中，本发明的整体燃料分级提供式低氮燃气锅炉，主体包括锅炉炉体1，锅炉炉膛2，燃气燃烧器3、助燃风通道4和燃气喷枪5，锅炉炉体1包含有前墙11、后墙12和左右侧墙13,特征在于：所述的锅炉炉膛2腔内沿烟气流方向依次区分设置有位于烟气流方向上游的主燃区21、位于烟气流方向中游的再燃区22和位于烟气流方向下游的燃烬区23；所述的燃气喷枪5包括有主供式燃气喷枪51和后供式燃气喷枪52；所述的燃气燃烧器3设置在与主燃区21设置位相对应的锅炉炉体1的腔壁上，其喉口31的腔内设置有所述的助燃风通道4和主供式燃气喷枪51；所述的锅炉炉体1的前墙11、后墙12和左右侧墙13与再燃区22设置位相对应的腔壁上分别按需设置有数个后供式燃气喷枪52的喷头设置孔6；所述的锅炉炉体1与再燃区22设置位相对应的外侧墙面上设置有后供式燃气输送管道7；所述的后供式燃气喷枪52按需设置有数支，每支上按需并列设置有数个燃气喷头；所述的后供式燃气喷枪52通过其燃气喷头和所述的喷头设置孔6固设在锅炉炉体1的前墙11、后墙12和左右侧墙13的外侧墙面上，并与所述的后供式燃气输送管道7气路相连。

工作时，锅炉燃烧时所需燃气的大部分作为主供燃气，通过所述的主供式燃气喷枪51送入主燃区21，其余小部分作为后供燃气，通过所述的后供式燃气输送管道7经所述的后供式燃气喷枪52由燃气喷头喷射入再燃区22，锅炉燃烧时所需的助燃空气全部由所述的助燃风通道4送入主燃区21，并与所述的主供燃气在主燃区21内相混合，在氧量充足、燃气相对不足量的环境中进行快速燃烧、释放热量并产生氧含量相对较低的高温烟气，同时也不可避免地生成一定量的nox，生成的nox随同烟气流向炉膛中部区域扩散，但由于主供燃气量的减少，相应也减小了主燃区21内的燃烧热负荷，故也相应减少了起始燃烧阶段中nox的生成量；在主燃区21内燃烧产生的高温低含氧量烟气随气流方向流至炉膛中部再燃区22、与后供燃气相遇，后供燃气在烟气温相对较高、但氧含量相对较低的环境中燃烧，产生ch4/h2/co等还原性中间产物，同时后供燃气中所含的ch4/h2/co等还原性物质组分和高温低氧情况下后供燃气中的原有组分裂解为ch4/h2/co等具有还原性的中间产物对烟气流中原已生成的nox进行还原反应，进而在抑制自身燃烧过程中nox的生成量的同时还将高温烟气原含有的nox还原成n2，从而在总体上有效降低了燃气锅炉的nox排放量。

此外，本发明的燃料分级提供技术不仅适用于本实施例所示的π型燃气锅炉，也同样适用于d型等其他型式的锅炉。