一种低氮燃气锅炉及其低氮燃烧方法

1.本发明涉及燃气锅炉技术领域，具体涉及一种低氮燃烧燃气锅炉及其低氮燃烧方法。


背景技术：

2.氮氧化物是雾霾中pm2.5形成的重要前体物，国家环保标准中对燃气锅炉燃烧尾气中氮氧化物的排放允许的浓度也越来越低。燃气锅炉尾气的氮氧化物控制主要有两种方式：一是通过改善燃烧技术，使燃烧过程产生尽量少的氮氧化物，以满足排放限值的要求；二是对燃烧尾气进行后处理，通过催化选择还原等技术和设备使氮氧化物的浓度降低到排放限值。
3.传统的燃气锅炉燃烧器大多采用扩散火焰燃烧的方式，存在燃料燃烧不完全、燃料利用率低、热效率低、nox和co排放浓度高等问题。当前发展的低氮火焰燃烧技术主要包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、贫燃预混燃烧技术和全预混表面燃烧技术等。其中全预混表面燃烧降低氮氧化物效果最好，但存在运行维护成本高、安全风险大等问题。
4.相比于火焰燃烧，无焰燃烧可以让燃烧更加均匀稳定地进行，避免局部高温，减少氮氧化物的生成。无焰燃烧包括高温空气燃烧和催化燃烧两种。高温空气燃烧利用高温空气加热燃气使其超过自燃温度，从而使无焰燃烧在一个相对宽广的区域发生，避免局部高温并有效降低nox排放。催化燃烧是燃料混合气在催化剂表面进行的完全氧化反应，反应场所可根据催化剂形状调控，具有燃烧效率高、燃烧温度低、燃烧过程稳定可控等优点。
5.目前在燃气锅炉等设备中使用的催化燃烧技术，如专利号为jp09254970、名称为组合式动力发生设备的日本专利，在锅炉的炉体内设置催化燃烧装置实现催化燃烧；专利号为 kr1020010058836a、名称为一种用于燃气锅炉的催化燃烧器的韩国专利，燃烧单元通过金属纤维和载体上设有催化剂实现气相燃烧反应和催化化学反应；专利号为201711005587.5、名称为燃气热水器以及专利号为201711018017.x、名称为燃气热水器的中国专利，在热水器壳体内设置预热燃烧器和催化燃烧器。
6.上述采用催化无焰燃烧技术加热的锅炉或热水器，其燃烧器与换热系统是独立存在或部分结合的，对催化燃烧器的过热保护不足，影响使用寿命。


技术实现要素：

7.为解决燃气锅炉低氮燃烧存在的上述问题，本发明提供了一种低氮燃气锅炉。
8.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
9.一种低氮燃气锅炉，包括进气系统、燃烧系统、换热系统、监测系统和电控系统，其特征在于：所述进气系统包括风机2、燃气比例阀3和燃气喷头6，所述燃烧系统包括点火针7、火焰燃烧器8和催化燃烧器9，所述换热系统包括催化燃烧器冷却机构13和余热交换器15；火焰燃烧器安装在所述低氮燃气锅炉炉体12的底部，与进气系统密封连接；燃烧器冷却
机构13设置于炉体12内壁和炉体中心；催化燃烧器9固定安装在冷却机构13上；余热交换器15设置于炉体12内部的上部，炉体12顶部设置集烟罩18和烟道19。
10.火焰燃烧器8为整体式多孔介质，如泡沫或蜂窝结构的多孔金属或多孔陶瓷。
11.催化燃烧器9为多孔泡沫结构陶瓷材料负载的催化剂。
12.所述换热系统中催化燃烧器冷却机构13是内部连通的金属管件或金属夹套式结构，冷却机构13和余热交换器15通过允许水流流通的金属管件连接，在冷却机构13一端设置冷却水接口16，在余热交换器15一端设置另一冷却水接口17。
13.所述的低氮燃气锅炉的低氮燃烧方法，开启风机2进行前吹扫后，再开启点火针，然后通入燃气和空气的混合气，经过火焰燃烧器8后混合气被点燃，燃烧后的高温气体加热催化燃烧器9到650摄氏度以上后，关闭点火针，减小燃气进气量使火焰熄灭，然后再加大燃气，使燃气和空气的混合气在催化燃烧器9上进行低氮完全燃烧。
附图说明
14.图1是本发明低氮燃气锅炉的结构示意图。
15.图中：1、电控系统，2、风机，3、燃气阀，4、燃气进口，5、空气进口，6、燃气喷头，7、点火针，8、火焰燃烧器，9、催化燃烧器，10、火焰感应针，11、温度探头，12、炉体， 13、冷却机构，14、燃烧腔，15、余热换热器，16、冷却水进口，17、冷却水出口，18、集烟罩，19、烟道。
具体实施方式
16.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。
17.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。
18.如图1所示，一种低氮燃气锅炉，包括进气系统、燃烧系统、换热系统、监测系统和电控系统。进气系统和电控系统1设置于圆筒形炉体12下方，所述进气系统包括风机2、燃气阀3和燃气喷头6，燃气进口4连接燃气阀3，风机2的空气进口为5；燃烧系统、换热系统、监测系统设置于炉体12内部，所述燃烧系统包括点火针7、火焰燃烧器8和催化燃烧器9，所述换热系统包括催化燃烧器冷却机构13和余热交换器15，所述检测系统包括火焰感应针10和温度探头11，火焰感应针10深入燃烧腔14中，温度探头11设置于催化燃烧器9内部，火焰燃烧器8为整体式蜂窝陶瓷，设置于炉体12的底部，与进气系统密封连接，点火针7设置于火焰燃烧器8的上部，燃烧器冷却机构13由金属管件螺旋围成，设置于炉体12内壁和炉体中心，炉体中心的冷却机构13为金属管件螺旋围成的带锥度的圆筒，炉体内壁和中心的冷却机构二者相连的平面上以金属管通过留有间隙的蚊香圆结构连接，冷却机构13围成一个上部留有空隙的燃烧腔14，催化燃烧器9为多孔泡沫结构陶瓷材料负载的催化剂，固定安装在冷却机构13的内表面上，余热交换器15是翅片式换热器，设置于炉体12内部的上部，在冷却机构13底部设置冷却水进口16，在余热交换器15末端设置冷却水出口17，余热交换器15与集烟罩18留有间隙，集烟罩18上设置烟道19。
19.低氮燃烧过程为，开启风机2进行前吹扫后，再开启点火针7，然后由电控系统1控制燃气阀3和风机2通入合适比例的燃气和空气的混合气，经过火焰燃烧器8后混合气被点
火针7点燃，燃烧后的高温气体加热催化燃烧器9到650摄氏度以上后，关闭点火针，期间火焰信号和温度信号分别由监测系统的火焰感应针10和温度探头11监测并反馈给电控系统1，调节燃气阀3减小燃气进气量使火焰熄灭，然后再加大燃气，使燃气和空气的混合气在催化燃烧器9上进行低氮完全燃烧。燃烧后的高温气体穿过上部的催化燃烧器9和冷却机构13的空隙，经过预热换热器15换热后，经集烟罩18收集后从烟道19排空。