一种多品位空气助燃超低氮燃烧器的制作方法

1.本实用新型涉及超低氮燃烧器技术领域，具体为一种多品位空气助燃超低氮燃烧器。


背景技术：

2.目前超低氮燃烧器的no
x
排放目标值都是低于30mg/nm3的，一般的技术路线多是采用烟气外循环技术。尤其是配套10吨锅炉以上的大型超低氮燃烧器。烟气外循环是将燃料燃烧后的烟气再次循环至燃烧器内部，将烟气与助燃空气混合后再与燃料混合助燃。由于燃烧后的烟气成分中只含有非常少的氧气量，一般只有3-4％左右。所以采用烟气外循环后助燃空气中的氧含量就由原来的20.9％降低到18％以下，有的甚至降低到17％以下才能达到理想的no
x
排放效果。显然采用烟气外循环助燃的介质总体积变大了，同时助然的介质中氧气体积百分比含量变小了。
3.采用这种烟气外循环的方法确实可以降低燃烧产生的no
x
，但也带来了一些负面影响，1、由于空气体积变大，在结构不变的情况下，空气速度变大，速度过大后会产生火焰脱火，燃烧不稳定；2、助燃空气中氧含量降低，燃料周边氧活性变低，同样带来的燃烧不稳定。这些都使燃烧器在运行过程中故障率明显增加。
4.所以解决燃烧稳定性是烟气外循环燃烧这种技术长期稳定运用不得不面对的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种多品位空气助燃超低氮燃烧器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多品位空气助燃超低氮燃烧器，包括观火孔、火焰监测孔、二次燃烧筒、壳体、二次燃烧头和中心燃烧头；二次燃烧筒的左侧与壳体相连接，二次燃烧头沿着壳体左侧的中心位置插入二次燃烧筒和壳体中，中心燃烧头沿着二次燃烧头左侧的中心位置插入，中心燃烧头一端与二次燃烧头的右侧相齐平；二次燃烧头包括分布在扩散盘外圈周边的若干二次燃料喷嘴、通过喷气管与二次燃料喷嘴连接的二次燃料通道、安装在二次燃料通道外侧的第一安装法兰和第一支撑架、贯穿于二次燃料通道内的中心空气筒以及与中心空气筒连接的中心燃烧筒，第一安装法兰外侧安装有观火孔和火焰监测孔；中心燃烧头包括安装在集气管上的第二支撑架、旋风盘和第二安装法兰以及与集气管一端连接的盘式燃料喷嘴。
7.优选的，中心空气筒一端位于二次燃料通道的外侧，中心空气筒和中心燃烧筒位于同一水平线上，中心燃烧筒一端位于扩散盘的中心处，第一安装法兰安装在壳体的外侧，第一支撑架位于壳体的内侧。
8.优选的，旋风盘与集气管滑动连接，第二支撑架位于旋风盘和第二安装法兰之间，第二安装法兰与中心空气筒的外侧边连接。
9.优选的，集气管沿着中心空气筒的中心处插入至中心燃烧筒内部，旋风盘和第二支撑架位于中心空气筒的内部。
10.优选的，喷气管均匀分布在二次燃料通道的外围，喷气管通过螺钉与二次燃料喷嘴连接，且二次燃料喷嘴位于中心燃烧筒的外侧。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.本方案采用独立的中心助燃空气通道和中心燃料通道，并且中心助燃空气和中心燃料通道可以单独控制，空气的助燃成分不随燃烧负荷的变化而变化，所以能始终保持燃烧的独立性，可以保证中心燃料的稳定燃烧不受外界烟气成分的影响。本方案采用中心明火直接点燃二次燃料的方式来稳焰，与传统的依靠高温烟气回流持续点燃的方式稳焰有明显的区别，稳焰效果也有明显的改善，既可以保持火焰绝对稳定，又可以保证达到优异的低nox排放。
附图说明
13.图1为本实用新型整体的结构示意图；
14.图2为本实用新型整体的结构剖面图；
15.图3为本实用新型壳体的结构左侧视图；
16.图4为本实用新型二次燃烧头的结构图；
17.图5为本实用新型二次燃烧头的结构右侧视图；
18.图6为本实用新型中心燃烧头的结构图。
19.图中：1、观火孔；2、火焰监测孔；3、二次燃烧筒；4、壳体；5、二次燃烧头；51、扩散盘；52、二次燃料喷嘴；53、中心燃烧筒；54、二次燃料通道；55、第一支撑架；56、第一安装法兰；57、中心空气筒；6、中心燃烧头；61、盘式燃料喷嘴；62、集气管；63、旋风盘；64、第二支撑架；65、第二安装法兰。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：一种多品位空气助燃超低氮燃烧
器，包括观火孔1、火焰监测孔2、二次燃烧筒3、壳体4、二次燃烧头5和中心燃烧头6；二次燃烧筒3的左侧与壳体4相连接，二次燃烧头5沿着壳体4左侧的中心位置插入二次燃烧筒3和壳体4中，中心燃烧头6沿着二次燃烧头5左侧的中心位置插入，中心燃烧头6一端与二次燃烧头5的右侧相齐平；二次燃烧头5包括分布在扩散盘51外圈周边的若干二次燃料喷嘴 52、通过喷气管与二次燃料喷嘴52连接的二次燃料通道54、安装在二次燃料通道54外侧的第一安装法兰56和第一支撑架55、贯穿于二次燃料通道54内的中心空气筒57以及与中心空气筒57连接的中心燃烧筒53，第一安装法兰 56外侧安装有观火孔1和火焰监测孔2；中心燃烧头6包括安装在集气管62 上的第二支撑架64、旋风盘63和第二安装法兰65以及与集气管62一端连接的盘式燃料喷嘴61。
24.进一步的，中心空气筒57一端位于二次燃料通道54的外侧，中心空气筒57和中心燃烧筒53位于同一水平线上，中心燃烧筒53一端位于扩散盘51 的中心处，第一安装法兰56安装在壳体4的外侧，第一支撑架55位于壳体4 的内侧。
25.第一支撑架55用于支撑二次燃烧头5，同时兼具调节二次燃烧头5与二次燃烧筒3同心度的作用，中心空气筒57焊接在二次燃料通道54的内壁处，可以使二次燃料形成密封的燃料通道，同时又形成了中心燃烧头6的空气通道，二次燃料通道54内部通入燃气，中心空气筒57一端通入中心助燃空气。
26.进一步的，旋风盘63与集气管62滑动连接，第二支撑架64位于旋风盘63和第二安装法兰65之间，第二安装法兰65与中心空气筒57的外侧边连接。
27.第二支撑架64起到支撑和调节中心燃烧头6和二次燃烧头5同心度的作用；旋风盘63在集气管62的直管上可以左右滑动，通过移动旋风盘63可以改变中心空气的旋流强度，从而改变中心火焰的燃烧直径；盘式燃料喷嘴61 外侧设计有径向分组式出气孔，使中心火焰不会过于集中。
28.进一步的，集气管62沿着中心空气筒57的中心处插入至中心燃烧筒53 内部，旋风盘63和第二支撑架64位于中心空气筒57的内部。
29.进一步的，喷气管均匀分布在二次燃料通道54的外围，喷气管通过螺钉与二次燃料喷嘴52连接，且二次燃料喷嘴52位于中心燃烧筒53的外侧，喷气管与二次燃料喷嘴52一一对应，二次燃料喷嘴52数量为17个，通过二次燃料喷嘴52喷出的燃料喷射方向可以沿喷嘴的圆周方向任意喷射。
30.工作原理：传统的二次燃烧头5采用烟气再循环技术，将燃烧后的废气通入燃烧器中，并与新鲜空气混合均匀后，再与燃料混合助燃。这样就形成了区别于纯空气助燃的另一种燃烧模式，这种烟气循环助燃模式受循环烟气的温度、压力、成分的影响较大，在锅炉负荷变化时，这些参数都在随时变化，所以火焰的燃烧状态也在不停地受影响，容易让火焰产生波动、稳定性较差。为了解决火焰稳定性的问题，本方案中二次燃烧头放弃传统的增加钝体、加强高温烟气回流不停引燃火焰的稳焰方式。
31.本方案在二次燃烧头5中不设置稳焰装置，只设置燃料、空气混合装置，将混合好的燃料通过二次燃料通道54、喷气管和二次燃料喷嘴52喷出，壳体 4的下方通入二次助燃空气(空气+fgr烟气)，该部分混合空气提供给二次燃料燃烧所需的氧气；中心燃烧头6通过集气管62通入中心燃料，通过盘式燃料喷嘴61上的出气孔将中心燃料喷出，向中心空气筒57一端通入中心助燃纯空气，该部分纯空气提供给中心燃料燃烧所需的氧气；依靠中心燃
料燃烧的火焰直接引燃二次燃料的方式来保证二次燃料的持续稳定燃烧，
32.本方案中设置有独立的中心助燃空气通道和中心燃料通道，并且中心助燃空气和中心燃料通道可以单独控制，空气的助燃成分不随燃烧负荷的变化而变化，所以能始终保持燃烧的独立性。火焰的稳定性也不受锅炉总体负荷的变化干扰，不受循环烟气的量的变化、温度的变化、压力的变化等外界因素的干扰。
33.二次燃烧头5占比90-95％的负荷，其低no
x
实现是靠烟气循环的量来控制，由于二次燃料的燃烧是依靠中心火焰持续点燃的，所以不用考虑二次燃料燃烧的稳定性受影响，所以烟气循环的量可以相对多一些，只要考虑烟气混合的均匀性即可实现低氮目标。
34.中心燃烧头虽然只占5-10％的负荷比例，但也要实现相对低氮，其低no
x
实现是靠结构来实现，中心火通过火焰切割分布，使中心火以多个小火焰的形态呈现，可以加强火焰的散热，避免局部高温区域的出现，从而减少no
x
的产生。
35.本方案设置两种不同模式的组合分级燃烧，两种燃烧模式采用不同的空气来助燃；
36.中心燃烧头的火焰采用纯空气助燃，不受外部烟气循环的影响，保证燃烧火焰的足够稳定性，就保障了燃烧器使用过程中的安全性；
37.中心燃烧头的燃料与空气采取常规配比方式，不受外部烟气的影响，可使过剩空气系数小于1.15，实现了高效低氧燃烧，燃烧完全，达到既有高燃烧效率，又减少co、no
x
等污染气体生成和排放；
38.二次燃烧头采用烟气再循环，可以较大地增加烟气量，最大烟气量可增大至25％的助燃空气量，从而形成较大的换热介质的流量，有效降低火焰峰值温度，减少热力型no
x
的产生；采用这种结构，二次燃烧头的流量可适应较宽的范围，总的负荷调节比可达到10∶1，更适合我国气种广泛(天然气、液化石油气、人工煤气)气源易波动的特殊国情，
39.二次燃烧头的火焰依附于中心燃烧头的火焰，二次燃烧头不单独设置稳焰装置，简化了大量的结构设计；
40.中心燃烧头和二次燃烧头互相独立控制，互相不受干扰，中心燃烧头以稳定火焰为主，二次燃烧头以降低no
x
产生量为主。
41.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。