一種超低氮燃燒器及其燃燒方法與流程
2023-09-16 12:15:30
本發明涉及一種燃氣燃燒器的技術領域，一種產生氮氧化物極低的燃燒技術，具體是一種超低氮燃燒器及其燃燒方法。主要應用於蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、工業窯爐等以燃氣為燃料的燃燒系統。
背景技術：
以燃氣為燃料的燃燒器是蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、工業窯爐的重要設備，它保證燃氣的穩定著火燃燒，並產生燃燒廢氣等過程。它的設計是否合理，操作方法是否得當，將直接影響著燃氣是否完全燃燒，是否產生儘量少的汙染廢氣，從而直接關係著生產過程的節能和環保效果。而燃燒器在燃燒運行過程中產生的氮氧化物廢氣，是燃氣燃燒器產生的主要廢氣，它對大氣環境有著較大的影響。目前，常用的低氮燃燒器降低產生氮氧化物的方法主要是通過加大助燃風流量、回流煙氣再循環加入到助燃風裡的方法，來稀釋助燃風中氧氣的比例，降低燃燒溫度，從而降低氮氧化物的產生。此種方法雖然在一定程度上降低了氮氧化物的產生，但是因助燃風溫度比較低，特別是在冬天，加大量的低溫助燃風會得不到充分的燃燒，未燃燒的助燃風會帶走爐膛的熱量，造成熱能的損失，降低了燃燒效率。因此，需要提出改進的燃氣燃燒器的技術方案，能在產生極低的氮氧化物的同時，提高燃氣的燃燒效率，獲得更好的節能環保的效果。
技術實現要素：
本發明為了解決上述技術問題，提出一種超低氮燃燒器及其燃燒方法，本發明採用新型的燃燒器結構，使回流煙氣經引風機引回到燃燒器，首先與燃氣混合，稀釋燃氣，使燃氣均勻降低熱值，再使回流煙氣和燃氣混合後的低熱值混合氣，與燃氣和助燃空氣混合後燃燒，從而降低火焰燃燒的溫度，從根本上減少氮氧化物的形成。而且，可以減少助燃空氣的混入量，減少冷空氣造成的熱量損失，實現超低氮氧化物，並且高效的燃燒效果，更加節能環保。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種超低氮燃燒器，設有燃氣管路、助燃風管路、回流煙氣管路、點火支路、燃燒器本體，所述燃氣管路、助燃風管路、回流煙氣管路、點火管路上設有閥門，助燃風管路上設有鼓風機，回流煙氣管路上設有引風機；所述燃燒器本體的燃燒口設置在爐膛內，燃燒器本體與所述燃氣管路、助燃風管路連通，所述點火支路與燃氣管路和助燃風管路連通，其特徵是：所述燃氣管路設有兩個燃氣入口：燃氣入口一和燃氣入口二，從燃氣入口一進入的燃氣直接通入燃燒器的燃燒口，從燃氣入口二進入的燃氣通入所述回流煙氣管路，形成燃氣與回流煙氣混合的低熱值的混合氣通入燃燒口；通入燃燒器燃燒口的燃氣、助燃風、回流煙氣與燃氣的混合氣三種氣體在燃燒器的燃燒口噴發燃燒。
本發明進一步完善和實施的補充方案是：
所述燃燒器本體內設有點火槍，其外端即離燃燒口遠的一端設有點火器，並與所述點火支路連通，其裡端即離燃燒口近的一端通到燃燒器本體的燃燒口。
所述燃燒器本體的外周設有一個延伸到燃燒口的主套筒，該主套筒的外壁設有所述燃氣進口一，在主套筒內、燃燒器本體外周設有數個均勻排列的燃氣支管，該燃氣支管的外端與所述燃氣進口一連通，其裡端通到所述燃燒口。
所述回流煙氣管路上靠近與主套筒連接的連通處，外周設有一個煙氣套筒，該煙氣套筒的外壁設有所述燃氣管路的燃氣進口二，在該煙氣套筒內煙氣管路的管壁上設有數個均勻排列的透孔，燃氣從所述燃氣進口二通入煙氣套筒，並透過所述透孔與煙氣管路裡的回流煙氣混合成燃氣與煙氣的混合氣，通入主套筒內；所述助燃風管路通過在燃燒器本體靠近外端處設置的進風口通入燃燒器本體。
在燃器本體內還設有管狀小火槍，該小火槍的外端連通的小火支路與所述燃氣管路連通，其裡端延伸到燃燒口，在其靠近燃燒口的裡端外周設有旋流片。
所述燃氣管路上的閥門為總管路上的總手動閥和總電磁閥，還有設置在所述燃氣進口一上的燃氣手動閥一和燃氣電磁閥一，設置在燃氣進口二上的燃氣手動閥二和燃氣電磁閥二，總管路上還設有壓力變送器、控制燃氣和助燃風比例的空燃比例閥、燃氣過濾器、穩壓器、、燃氣放散器、阻火器；所述點火支路上設有點火手動閥和點火電磁閥，小火支路上設有小火手動閥和小火電磁閥；所述助燃風管路上的鼓風機設有鼓風變頻器，回流煙氣管路上的引風機設有引風變頻器；另外還設有PLC控制器、操作面板和控制鼓風機和引風機的風機控制櫃，所述PLC控制器與燃氣管路上的所述燃氣電磁閥一、燃氣電磁閥二、壓力變送器、點火電磁閥、小火電磁閥、鼓風變頻器、引風變頻器、風機控制櫃進行控制連接，並與所述燃氣管路上的壓力變送器進行獲取壓力數據的連接，所述操作面板與PLC控制器進行操作控制連接；
在燃燒器本體的外端設有檢測小火槍火焰的離子火焰檢測器和檢測燃燒口主火火焰的紫外火檢測器，在爐膛排放到大氣裡的煙氣出口設有氮氧化物檢測器，還設有燃氣洩漏檢測器，所述離子火焰檢測器、紫外火檢測器、氮氧化物檢測器和燃氣洩漏檢測器均與PLC控制器進行獲取檢測數據連接；另外還設有PLC控制器控制的用助燃風吹掃爐膛的吹掃管路和點火失敗時、運行中主火或小火熄滅時、燃氣壓力值低於或高於設定值時、燃氣洩漏時由PLC控制器自動啟動的聲訊報警器；還設有操作人員觀火的觀火口；
上述的超低氮燃燒器的低氮燃燒方法，其特徵是具有以下步驟：
1)開機：PLC控制器、操作面板和風機控制柜上電，在操作面板上將燃燒器運行設定到小火槍運行的小火檔位，助燃風機變頻器設定值為8－12％，啟動助燃風機運行；
2)開啟燃氣總管路：調節燃氣壓力18－22KPa，打開燃氣管路的總手動閥，燃氣通過燃氣過濾器、穩壓閥後進入到燃氣總管內；
3)啟動小火槍點火過程：打開點火電磁閥，點火管路通入燃氣，點燃點火槍，點火槍著火；打開小火電磁閥，小火管路通入天然氣，點火槍點燃小火槍，小火槍運行，點火槍息滅；
4)點火過程成功：小火槍開始運行後，離子火焰檢測器檢測到小火槍點著後，PLC控制器打開燃氣進口一和燃氣進口二的電磁閥，燃氣、燃氣與回流煙氣的混合氣和助燃風都進入燃燒器的燃燒口，被運行的小火槍點燃，即主火開始燃燒運行；紫外火檢測器檢測到主火運行後，視為點火成功，點火過程結束，轉入步驟6)；
5)點火失敗：點火過程中如果離子火焰檢測器沒有檢測到小火槍運行信號，或者是小火槍運行信號有，但紫外火檢測器未檢測到主火運行信號，即視為點火失敗；PLC控制器控制關閉所有電磁閥，切斷天然氣供應，並啟動聲光報警器報警；然後返回步驟3)，重新啟動小火槍點火過程；如果小火槍運行信號有，則返回步驟4)；
6)正常運行：點火成功後，在小火檔位運行10－20分鐘，通過操作面板將燃燒器運行設定到大火檔位，即助燃風機變頻器調到70－100％，燃氣管路上的空燃比例閥根據恆定的空燃比例值自動調整燃氣和助氣風的壓力；啟動回流煙氣管路，在操作面板上將回流煙氣引風機運行設定到5－10％位置，即回流煙氣引風機變頻器設定值為5－10％，啟動回流煙氣引風機；燃燒器進入正常運行；在運行過程中如果根據鍋爐出水溫度的需要，或者最終排放廢氣中氮氧化物含量需要調整時，可以對負荷，對燃氣、助燃風和燃氣與回流煙氣的混合比例、壓力進行調整，在操作面板上，在0％-100％的範圍內調整助燃風鼓風機的鼓風變頻器數值；還可以對回流煙氣引風機的引風變頻器的數值在0％-100％範圍內進行調整，實現對負荷和排放氮氧化物含量的無極調節；
7)停車步驟：
(1)正常停車：
在操作面板上點擊熄火按鈕，PLC控制器控制自動關閉燃氣管路上電磁閥，並進行爐膛吹掃運行後停止鼓風機和引風機的運行，實現正常停車；
(2)故障停車：
當超低氮燃燒器在運行過程中，天然氣壓力低於或高於設定值或者小火槍滅火、主火焰熄滅、燃氣洩漏時，PLC控制器控制自動啟動報警器報警，並自動關閉各電磁閥，切斷燃氣管路，關閉鼓風機和引風機，停止燃燒器運行，並進行吹掃，實現安全地故障停車。
本發明的超低氮燃燒器的技術原理是：影響氮氧化物NOx生成量的因素主要是火焰溫度，一般火焰溫度越高，NOx的生成越多，反之亦然。本發明的超低氮燃燒器採用煙氣回流方式，將燃氣摻混到回流煙氣中，從而改變燃氣的熱值，在合理的範圍內，熱值越低，燃燒溫度就越低，氮氧化物產生的量也就越低。同時，回流煙氣的摻混也降低了助燃風的吸入量，可以減少低溫空氣造成的熱量流失，起到節能的效果，在冬天效果更為明顯。通過長時間大量的實驗，我們得出了煙氣回流量/天然氣熱值與燃燒溫度的對應關係，對指導更合理地運用燃氣摻混回流煙氣後燃燒，降低排放廢氣中的氮氧化物的工藝方法有重要的價植。
通過控制煙氣回流量從而控制燃燒火焰溫度在1000℃—1200℃之間，在該溫度下天然氣燃燒僅產生微量的NOx，排放濃度可降至30毫克/立方米以下。另外煙氣回流使得對流換熱量增大，彌補了溫度降低引起的輻射換熱量的減少，鍋爐熱效率保持基本不變。
根據鍋爐的規格，我公司還設計了相匹配的低氮燃燒器，對理解和實施本發明的創新技術有較高的實用價值。
本發明的有益效果：
1、通過實現燃氣和回流煙氣的合理均勻混合，實現燃氣熱值的控制，合理降低爐膛火焰的溫度，從源頭上控制熱力型氮氧化物的產生，大大提高了燃氣爐的熱效率和節能環保優點；
2、本發明的燃燒器的結構設計合理，操作簡便，特別是自動控制程度高，大大降低了運行成本和勞動強度。
3、本發明的操作完全智能化，設置了完備的各項指標的檢測功能、控制功能和報警功能，運行安全係數非常高，能充分保障生產運行的安全。
附圖說明
圖1是本發明的整體結構示意圖；
圖2是本發明的燃燒器的外形結構示意圖；
圖3是本發明的燃燒器的剖視結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行說明：實施例1：
一種超低氮燃燒器，設有燃氣管路1、助燃風管路21、回流煙氣管路23、點火支路20、燃燒器本體14，所述燃氣管路、助燃風管路、回流煙氣管路、點火管路上設有閥門，助燃風管路上設有鼓風機22，回流煙氣管路上設有引風機24；所述燃燒器本體的燃燒口設置在爐膛13內，燃燒器本體與所述燃氣管路、助燃風管路連通，所述點火支路與燃氣管路和助燃風管路連通，其特徵是：所述燃氣管路設有兩個燃氣入口：燃氣入口一和燃氣入口二，從燃氣入口一進入的燃氣直接通入燃燒器的燃燒口，從燃氣入口二進入的燃氣通入所述回流煙氣管路，形成燃氣與回流煙氣混合的低熱值的混合氣通入燃燒口；通入燃燒器燃燒口的燃氣、助燃風、回流煙氣與燃氣的混合氣三種氣體在燃燒器的燃燒口噴發燃燒。
所述燃燒器本體內設有點火槍34，其外端即離燃燒口遠的一端設有點火器，並與所述點火支路連通，其裡端即離燃燒口近的一端通到燃燒器本體的燃燒口。
所述燃燒器本體的外周設有一個延伸到燃燒口的主套筒32，該主套筒的外壁設有所述燃氣進口一30，在主套筒內、燃燒器本體外周設有12個均勻排列的燃氣支管38，該燃氣支管的外端與所述燃氣進口一連通，其裡端通到所述燃燒口。
所述回流煙氣管路上靠近與主套筒連接的連通處350mm的位置，外周設有一個煙氣套筒15，該煙氣套筒的外壁設有所述燃氣管路的燃氣進口二31，在該煙氣套筒內煙氣管路的管壁上設有16個均勻排列的透孔，燃氣從所述燃氣進口二通入煙氣套筒，並透過所述透孔與煙氣管路裡的回流煙氣混合成燃氣與煙氣的混合氣，通入主套筒內；所述助燃風管路通過在燃燒器本體靠近外端處設置的進風口16通入燃燒器本體。
在燃器本體內還設有管狀小火槍35，該小火槍的外端連通的小火支路19與所述燃氣管路連通，其裡端延伸到燃燒口，在其靠近燃燒口的裡端外周設有旋流片37。
所述燃氣管路上的閥門為總管路上的總手動閥和總電磁閥5，還有設置在所述燃氣進口一上的燃氣手動閥一和燃氣電磁閥一10，設置在燃氣進口二上的燃氣手動閥二和燃氣電磁閥二11，總管路上還設有壓力變送器7、控制燃氣和助燃風比例的空燃比例閥6、燃氣過濾器3、穩壓器、4、燃氣放散器8、阻火器9；所述點火支路上設有點火手動閥和點火電磁閥17，小火支路上設有小火手動閥和小火電磁閥18；所述助燃風管路上的鼓風機設有鼓風變頻器22，回流煙氣管路上的引風機設有引風變頻器24；另外還設有PLC控制器、操作面板和控制鼓風機和引風機的風機控制櫃，所述PLC控制器與燃氣管路上的所述燃氣電磁閥一、燃氣電磁閥二、壓力變送器、點火電磁閥、小火電磁閥、鼓風變頻器、引風變頻器、風機控制櫃進行控制連接，並與所述燃氣管路上的壓力變送器進行獲取壓力數據的連接，所述操作面板與PLC控制器進行操作控制連接；
在燃燒器本體的外端設有檢測小火槍火焰的離子火焰檢測器和檢測燃燒口主火火焰的紫外火檢測器，在爐膛排放到大氣裡的煙氣出口設有氮氧化物檢測器，還設有燃氣洩漏檢測器，所述離子火焰檢測器、紫外火檢測器、氮氧化物檢測器和燃氣洩漏檢測器均與PLC控制器進行獲取檢測數據連接；另外還設有PLC控制器控制的用助燃風吹掃爐膛的吹掃管路和點火失敗時、運行中主火或小火熄滅時、燃氣壓力值低於或高於設定值時、燃氣洩漏時由PLC控制器自動啟動的聲訊報警器；還設有操作人員觀火的觀火口；
該超低氮燃燒器的低氮燃燒方法，有以下步驟：
1)開機：PLC控制器、操作面板和風機控制柜上電，在操作面板上將燃燒器運行設定到小火槍運行的小火檔位，助燃風機變頻器設定值為10％，啟動助燃風機運行；
2)開啟燃氣總管路：調節燃氣壓力10KPa，打開燃氣管路的總手動閥，燃氣通過燃氣過濾器、穩壓閥後進入到燃氣總管內；
3)啟動小火槍點火過程：打開點火電磁閥，點火管路通入燃氣，點燃點火槍，點火槍著火；打開小火電磁閥，小火管路通入天然氣，點火槍點燃小火槍，小火槍運行，點火槍息滅；
4)點火過程成功：小火槍開始運行後，離子火焰檢測器檢測到小火槍點著後，PLC控制器打開燃氣進口一和燃氣進口二的電磁閥，燃氣、燃氣與回流煙氣的混合氣和助燃風都進入燃燒器的燃燒口，被運行的小火槍點燃，即主火開始燃燒運行；紫外火檢測器檢測到主火運行後，視為點火成功，點火過程結束，轉入步驟6)；
5)正常運行：點火成功後，在小火檔位運行20分鐘，通過操作面板將燃燒器運行設定到大火檔位，即助燃風機變頻器調到80％，燃氣管路上的空燃比例閥根據恆定的空燃比例值自動調整燃氣和助氣風的壓力；啟動回流煙氣管路，在操作面板上將回流煙氣引風機運行設定到8％位置，即回流煙氣引風機變頻器設定值為8％，啟動回流煙氣引風機；燃燒器進入正常運行；在運行過程中根據鍋爐出水溫度提高的需要，對負荷進行了調整，在操作面板上，將助燃風鼓風機的鼓風變頻器數值和回流煙氣引風機的引風變頻器的數值進行了調整，分別從60％調到80％，使鍋爐出水溫度提高了10度。通過對對燃氣、助燃風和燃氣與回流煙氣的混合比例、壓力的調整，實現了氮氧化物排放量大大降低，降到了每立方米30mg以下。
6)停車步驟：
(1)正常停車：
在操作面板上點擊熄火按鈕，PLC控制器控制自動關閉燃氣管路上電磁閥，並進行爐膛吹掃運行後停止鼓風機和引風機的運行，實現了正常停車。
上述實施例運行了10個生產周期，初步統計，每個生產周期節約燃氣30％，節約電35％，節省運行操作人員60％，平均氮氧化物排放量減少60％。
應該指出，在不改變本專利的基本結構和基本方法的前提下，大同小異改變的技術方案也應屬於本專利的保護範圍，其產品也應屬於侵權產品。