《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》是西安西熱鍋爐環保工程有限公司、西安熱工研究院有限公司於2013年12月5日申請的發明專利，該專利申請號為2013106552307，公布號為CN103727536A，公布日為2014年4月16日，發明人是李紅智、姚明宇、姬海民、徐黨旗、聶劍平、張廣才、趙治平。
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》包括燃燒器箱殼，以及設定在燃燒器箱殼後端的燃氣環形集箱；燃燒器箱殼內由外及內分別設定用於想爐膛通入助燃空氣的外風筒、內風筒以及中心風筒；中心風筒的外側套設有中心穩燃燃氣噴槍，二者以套管組合的形式安裝在燃燒器箱殼的中心；外風筒與燃燒器箱殼之間的環形空間內均勻且間隔分布有若干內強旋對沖燃氣噴槍和外弱旋對沖燃氣噴槍。該發明將燃氣和助燃空氣分為多級，中心燃氣與中心風配合，內強旋燃氣與強旋流風配合，外弱旋燃氣與外弱旋風配合，使得燃氣與助燃空氣充分混合，形成多股多層次火焰，提高燃燒效率，減少局部高溫火焰區域，從而大大降低熱力型氮氧化物的生成。
2021年6月24日，《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器
- 申請人：西安西熱鍋爐環保工程有限公司、西安熱工研究院有限公司
- 發明人：李紅智、姚明宇、姬海民、徐黨旗、聶劍平、張廣才、趙治平
- 申請號：2013106552307
- 申請日：2013年12月5日
- 公布號：CN103727536A
- 公布日：2014年4月16日
- 地址：陝西省西安市雁塔區雁翔路99號西安交大曲江校區西二樓317室
- 代理機構：西安通大專利代理有限責任公司
- 代理人：蔡和平
- Int. Cl.：F23D14/24、F23D14/58、F23D14/46
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
隨著《大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的實施，到2015年中國所有的電站鍋爐和工業鍋爐的NOx排放質量濃度控制標準降為100毫克/標準立方米，2013年12月前中國國內傳統的燃氣燃燒器幾乎不能滿足排放要求。通過改進燃燒器結構及製造工藝，使得燃料在燃燒的過程中產生的氮氧化物降低到100毫克/標準立方米以下，在不需要增加SCR或SNCR煙氣脫硝設備就可以直接達到最新的環保標準，從而大大降低環保改造成本。這種燃燒器稱作超低NOx燃氣燃燒器。
與燃煤燃燒主要以燃料型NOx不同的是，燃氣燃燒產生的氮氧化物主要為熱力型NOx，因此燃氣低氮燃燒技術與燃煤有很大不同。熱力型NOx的關鍵控制參數是爐膛溫度，故合理最佳化燃料與助燃空氣的混合過程，使得爐膛溫度更加均勻，避免局部高溫的出現是燃氣低氮燃燒的關鍵技術。
2013年12月前燃氣燃燒器一般採用分級分段燃燒、濃淡燃燒、煙氣再循環等低氮燃燒技術。這些技術雖然可以在一定程度上降低氮氧化物的生成，但由於這些技術都是從燃煤低氮燃燒技術借鑑過來的技術，沒有完全找到燃氣低氮燃燒技術的核心，燃氣和助燃空氣沒有達到充分的混合，爐膛內依然會有大量的局部高溫區產生，其溫度高於產生熱力型氮氧化物的溫度，因此氮氧化物無法降低到100毫克/標準立方米以下，無法滿足最新的環保標準，不能稱作超低NOx燃氣燃燒技術。
由於能源供給相對緊張，同時燃料價格波動很大，許多電廠和石化廠的鍋爐燃料變動很大，燃料成分及熱值極不穩定，同時，由於電廠調峰或石化廠蒸汽需求的變動很大，這就要求燃燒器有極強的燃料適應性和負荷適應性。2013年12月前的燃氣燃燒器在燃燒其設計燃料的情況下，燃燒效率和污染物排放都很不錯，但如果燃料有一定的偏差，其燃燒效率和污染物排放性能都急劇惡化。因此，一個好的超低氮燃燒器除了可以在燃燒設計燃料時達到非常好的燃燒效率和污染物排放標準，同時還應具有極高的調節性以適應燃料和負荷的變動。
發明內容
專利目的
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》的目的在於提供一種超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器，通過特殊的燃氣與助燃空氣噴口組合設計，使得氮氧化物排放低於100毫克/標準立方米，同時通過多級可調技術使得燃氣燃燒器具有足夠高的調節性以適應在不同的燃料供給和不同的負荷狀態下都能夠達到足夠高的燃燒效率和污染物排放標準。
技術方案
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》包括燃燒器箱殼，以及設定在燃燒器箱殼後端的燃氣環形集箱；燃燒器箱殼內由外及內分別設定用於向爐膛通入助燃空氣的外風筒、內風筒以及中心風筒；中心風筒的外側套設有中心穩燃燃氣噴槍，二者以套管組合的形式安裝在燃燒器箱殼的中心；外風筒與燃燒器箱殼之間的環形空間內均勻且間隔分布有若干內強旋對沖燃氣噴槍和外弱旋對沖燃氣噴槍。
所述的中心風筒、內風筒、外風筒以及燃燒器箱殼均為同心圓筒體並與鍋爐相連線。
所述的內風筒和外風筒的助燃空氣入口處分別設定有開度能夠調節的內風門和外風門。
所述的內風筒和外風筒之間設定有使流過內風筒與外風筒之間的助燃空氣產生旋流效果的旋流葉片，流過旋流葉片的助燃空氣形成旋流風的旋流風假想圓；燃氣環形集箱的後端安裝有旋流葉片調節裝置，旋流葉片調節裝置與旋流葉片之間設定有用於調節旋流葉片的角度的連桿。
所述的內強旋對沖燃氣噴槍的頭部安裝有內強旋燃氣槍頭，內強旋燃氣槍頭與水平方向成30°~60°切角，且內強旋燃氣槍頭上開有若干個內強旋燃氣噴口，燃氣噴射方向為內強旋燃氣槍頭端面的法向方向；若干只內強旋對沖燃氣噴槍沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個內強旋假想切圓，噴射出來的燃氣與內強旋假想切圓相切，並與內層的強旋流風形成強對沖配合。
所述的外弱旋對沖燃氣噴槍的頭部安裝有外弱旋燃氣槍頭，外弱旋燃氣槍頭與水平方向成5°~15°切角，且外弱旋燃氣槍頭上開有若干個外弱旋燃氣噴口，燃氣噴射方向為外弱旋燃氣槍頭端面的法向方向；若干只外弱旋對沖燃氣噴槍沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個外弱旋假想切圓，噴射出來的燃氣與外弱旋假想切圓相切，並與外層的弱旋流風形成弱對沖配合。
改善效果
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》分別通過設定內風筒和外風筒，並在內風筒和外風筒之間設定燃氣噴槍，將燃氣和助燃空氣分為多級，中心燃氣與中心風配合，內強旋燃氣與強旋流風配合，外弱旋燃氣與外弱旋風配合，使得燃氣與助燃空氣充分混合，形成多股多層次火焰，提高燃燒效率，減少局部高溫火焰區域，從而大大降低熱力型氮氧化物的生成。該發明通過燃料和助燃空氣的內外強弱旋流對沖超級混合以達到將氮氧化物降低到最低限度的目的。同時通過調節各級風量，旋流強度以及內外強弱燃氣噴槍的旋轉角度來達到高的負荷調節性、爐膛及燃料適應性。
進一步的，該發明通過設定旋流葉片，使流過內風筒與外風筒之間的助燃空氣產生旋流效果，強旋流形成中心的高溫煙氣回流區，從而配合中心燃氣與中心風，達到低負荷穩定燃燒的目的。
進一步的，該發明設定開度能夠調節的內外風門，通過調節各級風的流量，從而可以根據鍋爐負荷的大小合理配風，達到高的負荷調節性。
進一步的，該發明通過旋流葉片調節裝置可以調節旋流葉片的角度，從而可以調節旋流強度以改變火焰長度和火焰形狀，達到適應不同的爐膛容積。
進一步的，該發明通過內外強弱旋燃氣噴槍的切角及旋轉角度，以及與內外強弱風的合理組合設計，從而適應不同的燃料，達到高的燃料適應性。
附圖說明
圖1為《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》的整體結構示意圖；
圖2為該發明旋流風口及燃氣噴槍組合示意圖；
圖3為該發明內強旋燃氣噴槍噴口結構示意圖；
圖4為該發明外弱旋燃氣噴槍噴口結構示意圖。
其中，1為旋流葉片調節裝置；2為燃氣環形集箱；3為外弱旋對沖燃氣噴槍；4為燃燒器箱殼；5為旋流葉片；6為中心穩燃燃氣噴槍；7為中心風筒；8為內風筒；9為內強旋對沖燃氣噴槍；10為外風筒；11為外風門；12為內風門；13為內強旋假想切圓；14為外弱旋假想切圓；15為旋流風假想圓；16為內強旋燃氣槍頭；17為內強旋燃氣噴口；18為外弱旋燃氣槍頭；19為外弱旋燃氣噴口。
技術領域
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》屬於低氮清潔燃燒技術領域，具體涉及一種超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器。
權利要求
1.一種超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器，其特徵在於：包括燃燒器箱殼（4），以及設定在燃燒器箱殼（4）後端的燃氣環形集箱（2）；燃燒器箱殼（4）內由外及內分別設定用於向爐膛通入助燃空氣的外風筒（10）、內風筒（8）以及中心風筒（7）；中心風筒（7）的外側套設有中心穩燃燃氣噴槍（6），中心風筒（7）和中心穩燃燃氣噴槍（6）以套管組合的形式安裝在燃燒器箱殼（4）的中心；中心風筒（7）、內風筒（8）、外風筒（10）以及燃燒器箱殼（4）均為同心圓筒體並與鍋爐相連線；內風筒（8）和外風筒（10）的助燃空氣入口處分別設定有開度能夠調節的內風門（12）和外風門（11）；外風筒（10）與燃燒器箱殼（4）之間的環形空間內均勻且間隔分布有若干內強旋對沖燃氣噴槍（9）和外弱旋對沖燃氣噴槍（3）。
2.根據權利要求1所述的超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器，其特徵在於：所述的內風筒（8）和外風筒（10）之間設定有使流過內風筒（8）與外風筒（10）之間的助燃空氣產生旋流效果的旋流葉片（5），流過旋流葉片（5）的助燃空氣形成旋流風的旋流風假想圓（15）；燃氣環形集箱（2）的後端安裝有旋流葉片調節裝置（1），旋流葉片調節裝置（1）與旋流葉片（5）之間設定有用於調節旋流葉片（5）的角度的連桿。
3.根據權利要求2所述的超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器，其特徵在於：所述的內強旋對沖燃氣噴槍（9）的頭部安裝有內強旋燃氣槍頭（16），內強旋燃氣槍頭（16）與水平方向成30°~60°切角，且內強旋燃氣槍頭（16）上開有若干個內強旋燃氣噴口（17），燃氣噴射方向為內強旋燃氣槍頭（16）端面的法向方向；若干只內強旋對沖燃氣噴槍（9）沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個內強旋假想切圓（13），噴射出來的燃氣與內強旋假想切圓（13）相切，並與內層的強旋流風形成強對沖配合。
4.根據權利要求3所述的超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器，其特徵在於：所述的外弱旋對沖燃氣噴槍（3）的頭部安裝有外弱旋燃氣槍頭（18），外弱旋燃氣槍頭（18）與水平方向成5°~15°切角，且外弱旋燃氣槍頭（18）上開有若干個外弱旋燃氣噴口（19），燃氣噴射方向為外弱旋燃氣槍頭（18）端面的法向方向；若干只外弱旋對沖燃氣噴槍（3）沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個外弱旋假想切圓（14），噴射出來的燃氣與外弱旋假想切圓（14）相切，並與外層的弱旋流風形成弱對沖配合。
實施方式
參見圖1和圖2，《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》包括燃燒器箱殼4，以及設定在燃燒器箱殼4後端的燃氣環形集箱2；燃燒器箱殼4內由外及內分別設定用於向爐膛通入助燃空氣的外風筒10、內風筒8以及中心風筒7；中心風筒7的外側套設有中心穩燃燃氣噴槍6，二者以套管組合的形式安裝在燃燒器箱殼4的中心；中心風筒7、內風筒8、外風筒10以及燃燒器箱殼4均為同心圓筒體並與鍋爐相連線。內風筒8和外風筒10的助燃空氣入口處分別設定有開度能夠調節的內風門12和外風門11。內風筒8和外風筒10之間設定有使流過內風筒與外風筒之間的助燃空氣產生旋流效果的旋流葉片5，流過旋流葉片5的助燃空氣形成旋流風的旋流風假想圓15；燃氣環形集箱2的後端安裝有旋流葉片調節裝置1，旋流葉片調節裝置1與旋流葉片5之間設定有用於調節旋流葉片5的角度的連桿。外風筒10與燃燒器箱殼4之間的環形空間內均勻且間隔分布有若干內強旋對沖燃氣噴槍9和外弱旋對沖燃氣噴槍3。
如圖3所示，內強旋對沖燃氣噴槍9的頭部安裝有內強旋燃氣槍頭16，內強旋燃氣槍頭16與水平方向成30°~60°切角，且內強旋燃氣槍頭16上開有若干個內強旋燃氣噴口17，燃氣噴射方向為內強旋燃氣槍頭16端面的法向方向；若干只內強旋對沖燃氣噴槍9沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個內強旋假想切圓13，噴射出來的燃氣與內強旋假想切圓13相切，並與內層的強旋流風形成強對沖配合。
如圖4所示，外弱旋對沖燃氣噴槍3的頭部安裝有外弱旋燃氣槍頭18，外弱旋燃氣槍頭18與水平方向成5°~15°切角，且外弱旋燃氣槍頭18上開有若干個外弱旋燃氣噴口19，燃氣噴射方向為外弱旋燃氣槍頭18端面的法向方向；若干只外弱旋對沖燃氣噴槍3沿圓周方向布置，其噴射出來的燃氣形成一個外弱旋假想切圓14，噴射出來的燃氣與外弱旋假想切圓14相切，並與外層的弱旋流風形成弱對沖配合。
該發明燃燒器中心風筒7、內風筒8、外風筒10和燃燒器箱殼4為同心圓筒體並與鍋爐相連線，助燃空氣被分為多級送入爐膛，每級的風量通過內風門12和外風門11的開度大小來調節以適應鍋爐不同負荷的要求，內風門和外風門安裝在助燃空氣入口處，其開度的大小可以調節多級助燃空氣流量的相對大小，起到保證燃燒器穩燃與降低氮氧化物的雙重作用。旋流葉片5安裝在內風筒8和外風筒10之間，使得流過內風筒與外風筒之間的助燃空氣產生旋流的效果，旋流葉片的角度可以通過連線在旋流葉片後的旋流葉片調節裝置1來調節，從而調節旋流風的旋流強度，進而控制火焰長度和火焰形狀，以適應不同大小的爐膛。內強旋燃氣噴槍9外弱旋燃氣噴槍3從燃氣環形集箱2引出沿圓周方向間隔布置在外風筒10和燃燒器箱殼4之間。布置數量並不局限於圖2中的8隻，而是由燃燒器功率決定，功率越大，數量越多。內強旋燃氣槍頭16焊接在內強旋燃氣噴槍9的頭部，內強旋燃氣槍頭16端面上開有若干個燃氣小孔組成內強旋燃氣噴口17，槍頭成30°~60°大切角設計，燃氣噴射方向為端面的法向方向。多隻內強旋燃氣噴槍組合沿圓周方向布置，使得噴射出來的燃氣形成一個假想切圓，該切圓與強旋流風形成強對沖配合，以達到燃氣與空氣的超級混合效果。外弱旋燃氣槍頭18焊接在外弱旋燃氣噴槍3的頭部，外弱旋燃氣牽頭18端面上開有若干個燃氣噴口19，槍頭成5°~15°小切角設計，燃氣噴射方向為端面法向方向。多隻外弱旋燃氣噴槍組合沿圓周方向布置，使得噴射出來的燃氣形成一個假想切圓，該切圓與最外層的弱旋流風形成弱對沖配合，在保證燃氣達到超混合效果的同時，保證火焰有足夠的剛性。中心風筒7和中心燃氣噴槍6以套管組合的形式安裝在燃燒器最中心。燃氣速度遠低於外圍強弱旋流對沖燃料槍，與回流的熱煙氣組合保證燃燒器在降低氮氧化物生成量的同時實現低負荷穩燃。
《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》通過燃料和助燃空氣的內外強弱旋流對沖超級混合以達到將氮氧化物降低到最低限度的目的。同時通過調節各級風量，旋流強度以及內外強弱燃氣噴槍的旋轉角度來達到高的負荷調節性、爐膛及燃料適應性。該發明為電站鍋爐、石化鋼鐵行業工業鍋爐和加熱爐等燃氣鍋爐爐內脫銷改造及燃煤或燃油鍋爐改燃氣鍋爐改造工程提供了一種經濟環保的技術路線，在不增加任何煙氣脫銷設備的情況下，可以通過燃燒器改造直接將氮氧化物降低到100毫克/標準立方米以下，滿足最新的環保標準要求。該發明為電站鍋爐、石化、鋼鐵行業工業鍋爐和加熱爐等燃氣鍋爐爐內脫銷改造及燃煤或燃油鍋爐改燃氣鍋爐改造工程提供了一種經濟環保的技術路線，在不增加任何煙氣脫銷設備的情況下，可以通過燃燒器低氮燃燒改造直接滿足最新的環保標準要求。
專利榮譽
2021年6月24日，《超低氮多級可調強弱旋流對沖氣體燃燒器》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
