[发明专利]降低氮氧化物排放的燃烧器、燃气锅炉及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气锅炉技术领域，尤其涉及一种降低氮氧化物排放的燃烧器、燃气锅炉及控制方法。

背景技术

天然气作为锅炉燃料的一种，与燃煤、燃油相比，其燃烧过程产生的粉尘、二氧化硫等污染物显著降低，虽然氮氧化物的排放量也有所降低，但是排放量依然在同一数量级。氮氧化物包含一氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮等，其对环境的损害作用极大，是形成酸雨、光化学烟雾的主要来源之一。日益严格的环保法规要求通过技术升级以减少氮氧化物等污染物的排放。传统的燃气锅炉设备中采用的燃烧技术都是以有焰燃烧为基础的，虽然这些技术已经较为成熟，但是有焰燃烧方式有其本自身无法根除的弊端。在有焰燃烧方式下，燃烧会产生明显的火焰面，化学反应集中发生在狭窄的火焰锋面区域，使得这个火焰面的温度相对较高，炉膛内温度分布不均匀，温度梯度大，而温度太高，不但生成大量的氮氧化物，而且二氧化碳和水蒸汽会大量热解吸热，排烟中不完全燃烧产物增加。目前，国内开展了低氮燃烧器的研究，包含分级燃烧、烟气外循环燃烧、带搅拌器的常温空气无焰燃烧等多种方式，但也存在成本增加、结构和控制系统复杂、降低氮氧化物潜力有限等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种降低氮氧化物排放的燃烧器、燃气锅炉及控制方法，在保证燃气锅炉燃烧效率和锅炉性能的前提下，以较低成本大幅度降低氮氧化物排放，而且由于装置结构简单，也适用于煤改气锅炉改造，从而实现减排的目的。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种降低燃气锅炉氮氧化物排放的装置。该装置包括：燃烧器本体，由其前壁面、筒形辐射壁及后壁面围成燃烧室；烟气出口通道，设置于燃烧器本体的前壁面或后壁面，与燃烧室相连通；至少一主空气喷嘴，设置于燃烧器本体的前壁面或后壁面，其前端朝向燃烧室，后端与主空气供应管路相连通；以及至少一主燃料喷嘴，设置于燃烧器本体的前壁面或后壁面，其前端朝向燃烧室，后端与主燃料供应管路相连通；其中，主燃料喷嘴与燃烧室中心轴线的距离L₁不同于主空气喷嘴与燃烧室中心轴线的距离L₂。

优选地，本发明燃烧器中，主燃料喷嘴位于前壁面和后壁面其中之一，主空气喷嘴位于前壁面和后壁面其中另一。

优选地，本发明燃烧器中，烟气出口通道位于前壁面的中心位置；主空气喷嘴位于前壁面上，烟气出口通道的径向外围；主燃料喷嘴位于后壁面上。

优选地，本发明燃烧器中，该燃烧器包括三个或三个以上的主空气喷嘴，其沿燃烧器本体中心轴线径向外围的圆周均匀布置；和/或该燃烧器包括三个或三个以上的主燃料喷嘴，其沿燃烧器本体中心轴线径向外围的圆周均匀布置。

优选地，本发明燃烧器中，主空气喷嘴和主燃料喷嘴的数目相等，且相互对应的主空气喷嘴和主燃料喷嘴在垂直于燃烧室中心轴线的一平面上投影的连线通过燃烧室中心轴线。

优选地，本发明燃烧器中，主空气喷嘴与燃烧室中心轴线的距离L₂满足：R₁/2≤L₂≤5R₁/6，且其与所在壁面边缘的距离不小于20mm，其中，R₁为其所在壁面的半径。

优选地，本发明燃烧器中，主燃料喷嘴与燃烧室中心轴线的距离L₁满足：L₁≥20mm。

优选地，本发明燃烧器中，烟气出口通道的出口面积为主空气喷嘴面积的2～4倍；主燃料喷嘴的出口面积为主空气喷嘴的出口面积的0.1～1倍。

优选地，本发明燃烧器还包括：辅助燃料喷嘴，其前端朝向燃烧室，后端与辅助燃料供应管路相连通；以及辅助空气喷嘴，其前端朝向燃烧室，后端与辅助空气供应管路相连通。

优选地，本发明燃烧器中，辅助空气喷嘴和辅助燃料喷嘴呈同轴射流结构布置；辅助燃料喷嘴设置于燃烧器本体的后壁面的中心位置，辅助空气喷嘴套设于辅助燃料喷嘴的径向外围。

优选地，本发明燃烧器中，辅助燃料喷嘴的前端整体上封闭，且朝向燃烧室方向，沿与燃烧室中心轴线呈夹角θ₁开设若干个辅助燃料进孔，夹角θ₁满足：30°≤θ₁≤60°。