一种燃气锅炉及其低氮燃烧方法与流程

本发明涉及一种燃气锅炉及其低氮燃烧方法，属于能源技术领域。

背景技术：

在我国，环境问题日益严峻，雾霾作为其中最具代表的环境污染难题，备受关注。研究发现，氮氧化物(nox)是导致雾霾的最主要污染物之一，控制nox排放已经成为控制雾霾问题的重中之重。随着我国能源结构的调整，天然气在能源消费结构中所占的比例正在逐步增加，天然气燃烧后烟气主要污染物为nox，因此天然气燃烧排放nox的问题越来越受到关注。

针对燃气锅炉等的污染物排放问题，国家制定了更为严格的环保标准。其中，2015年北京市环境保护局、北京市质量技术监督局发布了《锅炉大气污染物排放标准》，要求新建燃气锅炉的nox排放质量浓度严格控制在30mg/m³以下，这给燃气锅炉的设计带来了新的挑战。

目前，nox控制技术主要包括低nox燃烧器、燃料分级、空气分级、烟气再循环、选择性非催化还原和选择性催化还原等。由于污染物排放标准的日益严格，采用单一技术已经无法达到要求，需要两种或三种技术相结合，共同抑制nox的生成。对于燃气锅炉而言，选择低氮燃烧器、空气分级和烟气再循环技术相结合的方法，控制氮氧化物的生成，是目前较为经济和有效的技术选择。实际的工业热力锅炉中，燃料的成分常常会根据当地的情况选取，燃料的变化范围广，这对于低氮燃烧的设计和运行提出了挑战。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种燃气锅炉及其低氮燃烧方法，通过从烟道出口引出烟气分别回流到燃烧器和烟室降低过量空气系数，从而达到低氮燃烧降低初始氮氧化物排放的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

一种燃气锅炉，包括炉体、设置在所述炉体前端的低氮燃烧器，所述炉体内设置有燃烧室、烟道和烟室，所述锅炉还包括空气风机，所述空气风机出口设有一次风管和燃尽风管分别连接所述低氮燃烧器和烟室；所述烟道出口与所述空气风机之间连接有回烟管。

上述技术方案中，所述一次风管设有一次风调节阀；所述燃尽风管设有燃尽风调节阀。

上述技术方案中，所述回烟管设有再循环烟气调节阀。

上述技术方案中，所述燃烧室和烟道壁面选用水冷壁结构。

上述技术方案中，所述烟室被设置为温度为1100～1300℃。

一种燃气锅炉的低氮燃烧方法，包括：

使空气通过空气风机供给，分别通过一次风管作为一次风进入低氮燃烧器和通过燃尽风管作为燃尽风进入烟室；

使燃气通过燃气管道送入低氮燃烧器，与一次风混合进入到燃气锅炉炉体内，并在燃烧室内进行低氮不完全燃烧，产生不完全燃烧烟气；

使不完全燃烧烟气经过燃烧室壁面换热降温后进入烟室中与燃尽风进行完全燃烧，产生高温热烟气；

使高温热烟气经过烟道换热降温后，一部分烟气作为回流烟气从烟道出口通过回烟管进入空气风机，其余烟气排放到大气中；

使回流烟气与空气在空气风机混合成为混合空气，降低空气中的氧浓度，分别作为混合一次风从一次风管进入低氮燃烧器对燃气形成低氮燃烧和作为混合燃尽风进入烟室对不完全燃烧烟气进行低氮燃烧。

所述方法还包括：使高温热烟气经过烟道换热降温后的一部分烟气进入回流管作为回流烟气，通过再循环烟气调节阀调节进入空气风机的回流烟气量，并通过一次风调节阀调节烟气与空气的混合空气量，从而调节进入空气风机的烟气量与空气量的比例，使得进入燃烧室的混合一次风的过量空气系数为0.8～0.95。

所述方法还包括：使高温热烟气经过烟道换热降温后的一部分烟气进入回流管作为回流烟气，通过再循环烟气调节阀调节进入空气风机的回流烟气量，并分别通过一次风调节阀和燃尽风调节阀调节烟气与空气的混合空气量，从而调节混合一次风和混合燃尽风中的烟气量与空气量的比例，使得进入燃烧室和烟室的混合空气总体过量空气系数为1.1～1.3。

上述技术方案中，所述烟室温度为1100～1300℃。

本发明具有以下优点及有益效果：采用了烟气再循环技术，降低了燃烧室内氧浓度以及燃烧温度，从而达到降低热力型nox生成的效果；采用空气分级技术，保持燃烧室内过量空气系数为0.8～0.95，使得燃烧氛围为还原性气氛，令燃烧产生的nox被还原，达到降低nox排放的效果，同时不完全燃烧烟气经过水冷壁降温之后进入烟室中与燃尽风完全燃烧，烟室温度为1100～1300℃，降低了热力型nox的生成；将再循环烟气与空气量用一个风机控制，使系统装置结构得到简化。

附图说明

图1为本发明所涉及的卧式燃气锅炉示意图。

图中：1–炉体；2–低氮燃烧器；3–燃烧室；4–烟室；5–空气风机；6–一次风调节阀；7–燃尽风调节阀；8–再循环烟气调节阀；9–烟道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，一种燃气锅炉，包括炉体1、设置在炉体1前端的低氮燃烧器2，以及空气风机5。炉体1内设置有燃烧室3、烟道9和烟室4。燃烧室3和烟道9组成了三回程烟道，烟室4设置在燃烧室3末端。烟室4被设置为温度为1100～1300℃。燃烧室3和烟道9壁面选用水冷壁结构，使燃烧烟气在流动过程中与水冷壁内的工质进行换热。

空气风机5出口设有一次风管和燃尽风管分别连接低氮燃烧器2和烟室4，分别为低氮燃烧器2提供一次风，为烟室4提供燃尽风。一次风管设有一次风调节阀6，燃尽风管设有燃尽风调节阀7，分别调节一次风和燃尽风量。

燃气通过燃气管道与低氮燃烧器2相连，使燃气供入低氮燃烧器2。

烟道9出口与空气风机5之间连接有回烟管，回烟管设有再循环烟气调节阀8，用于调节从烟道出口回流的烟气量。

空气通过空气风机5抽取，分别通过一次风管作为一次风进入低氮燃烧器2和通过燃尽风管作为燃尽风进入烟室4。

使燃气通过燃气管道送入低氮燃烧器2，与一次风混合进入到燃气锅炉炉体1内，并在燃烧室3内进行低氮不完全燃烧，产生不完全燃烧烟气。

使不完全燃烧烟气经过燃烧室3壁面换热降温后进入烟室4中与燃尽风进行完全燃烧，产生高温热烟气。

使高温热烟气经过烟道9换热降温后，一部分烟气作为回流烟气从烟道出口通过回烟管进入空气风机5，其余烟气通过烟囱排放到大气中。

使回流烟气与空气在空气风机5混合成为混合空气，降低空气中的氧浓度，分别作为混合一次风从一次风管进入低氮燃烧器2对燃气形成低氮燃烧和作为混合燃尽风进入烟室4对不完全燃烧烟气进行低氮燃烧。

在这个过程中，使高温热烟气经过烟道换热降温后的一部分烟气进入回流管作为回流烟气，通过再循环烟气调节阀8调节进入空气风机5的回流烟气量，并通过一次风调节阀6调节烟气与空气的混合空气量，从而调节进入空气风机5的回流烟气量与空气量的比例，使得进入燃烧室3的混合一次风的过量空气系数为0.8～0.95。这是由于回流烟气量确定后，调节一次风调节阀6将使得通过空气风机5的空气侧送风量发生改变，从而改变一次风的过量空气系数。

在这个过程中，进一步通过燃尽风调节阀7调节回流烟气与空气的混合空气量，从而进一步改变混合燃尽风中的烟气量与空气量的比例，调节了燃尽风的过量空气系数，使得进入燃烧室3和烟室4的混合空气总体过量空气系数在1.1～1.3之间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。