[发明专利]一种非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃气锅炉加热器件技术领域，特别是一种以高热值燃气为燃料的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置。

背景技术

NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的元凶之一。随着我国对环保治理力度的加大和节能减排政策的深入,对于工业燃气锅炉NOx排放量的限制也日趋严格，已出台了一系列限定锅炉大气污染物浓度排放限值、监测和监控要求的标准，2017年北京地区关于新建燃气锅炉NOx排放必须降低到30mg/Nm³以下就是一例。为此，业界正在锅炉燃气燃烧器的低氮燃烧技术方面进行大量探索和创新。

目前初见成效并较多应用的降氮型燃气燃烧器主要有两种：

其一是较早推出的扩散燃烧式燃烧器，又称“非预混燃烧器”，其特点是将助燃空气与燃气在燃烧器内未经混合的情况下分别送入炉膛，由于助燃空气与燃气不在燃烧器内部混合，所以这种非预混燃烧器工作时需要配用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术进行降氮，虽然具有本身结构简单、制造方便，燃烧稳定、安全性高和调节方便等优点，但由于必须同时配用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术才能有效地降低锅炉NOx的排放量，不仅增加了设置成本，而且还会导致带来增加燃烧的不稳定性；

其二是近几年研发的全预混型表面燃烧式燃烧器，又称“全预混燃烧器”，其特点是将助燃空气与燃气先在燃烧器喉口前的金属圆筒内全面混合成均匀混合气，然后使均匀混合气仅在金属圆筒表面进行充分且高效燃烧，而不是在金属圆筒内燃烧，且由于燃烧热量均匀，燃烧室内不会出现极度高温，因而NOx排放量较非预混燃烧器要少，可不采用烟气再循环等低氮燃烧辅助技术。其不足之处在于工作适用面不广，现有的全预混燃烧器仅适用于燃气和助燃空气需要量较少、出力低于4t/h的锅炉上，才能实现有效控制混合程度和确保安全运行，对于出力大于4t/h的锅炉，由于燃气和助燃空气的需要量大，助燃空气和燃气万一在预混段机头的金属网内混合不均匀或者发生堵塞金属网情况时，容易引发爆燃，因而导致大功率全预混燃烧器的事故率较高，存在安全隐患。此外，现有的全预混燃烧器运行时对配风要求比较严格，当所述的均匀混合气中的氧含量低于6%时容易发生回火爆燃，高于9%时容易发生脱火，而当长期运行于高氧含量均匀混合气状态下时，其中过量的助燃空气会带走燃烧时所产生的热量，导致产生锅炉热量损耗，降低热效率。所以，从工作适用性、工作状态可控性，运行安全性及稳定性角度考虑，均欠理想，因而目前市场上应用较多的仍然是较先问世的扩散燃烧式燃烧器，即非预混燃烧器。

由上可见，超低氮燃烧技术目前仅处于不断探索的创新阶段，技术还不太成熟、效果也欠理想。而燃气锅炉实现NOx超低氮排放是目前面临的客观形势需求，而该需求的实现还须从降低低氮燃烧器NOx的初始排放入手，对燃烧器结构进行更新换代式创新设计，使之能从理论和实践的结合上确保降低NOx的初始排放量，使使用这种燃烧器的锅炉切实满足日趋严苛的环保要求。

发明内容

本发明的目的是要克服现有低氮燃烧器的缺点，从变革现有大功率燃气燃烧器的传统燃烧方式入手，提供一种能兼顾达到设备运行安全稳定和超低氮排放双重目的的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置。

本发明的非预混燃烧和预混燃烧相结合的新型超低氮燃烧装置，主体包含有燃烧器外壳、空气通道、燃气通道和喷射机头，其特征在于：所用的燃气区分为非预混用燃气和预混用燃气两种，新型超低氮燃烧装置中还包含设置有烟气/空气混合气进口段、预混混合器、非预混用燃气进气口和预混用燃气进口，其中：

所述的烟气/空气混合气进口段的前端与所述的预混混合器的尾端相衔接、并与预混混合器、空气通道和喷射机头按气流方向同轴依次设置；

所述的燃气通道主体设置在空气通道内，由进气端口、出气端口和中间管道构成，其进气端口固定伸置在空气通道的壁体外表面上，充任所述的非预混用燃气进气口，其出气端口位于所述的喷射机头的尾端轴心位置上；

所述的烟气/空气混合气进口段具有将已经混合均匀的再循环烟气和助燃空气的混合气输向预混混合器的功能；

所述的预混混合器的腔壁上固定设置有所述的预混用燃气进气口，其尾端与所述的烟气/空气混合气进口段的前端相衔接，其前端与所述的空气通道的尾端相衔接，具有接收来自所述的烟气/空气混合气进口段的混合气和来自所述的预混用燃气进气口的预混用燃气、并将两者充分混合构成内含有预混用燃气、循环烟气和助燃空气组分的综合混合气，再通过空气通道2将所述的综合混合气输向喷射机头内的功能；