阅读说明：本技术 一种甲醇燃烧器及实现低氮氧化合物排放的方法 (Methanol burner and method for realizing low nitrogen oxide emission ) 是由 庄礼华 于 2019-04-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种甲醇燃烧器及实现低氮氧化合物排放的方法,属于气体燃烧设备技术领域。本甲醇燃烧器,包括燃烧器本体、调风器、电磁阀组件、甲醇泵组和燃烧器控制系统,调风器包括配风筒、点火甲醇供应管、运行甲醇供应管、点火喷嘴和运行喷嘴,点火甲醇供应管与点火喷嘴相连接,点火喷嘴设置于点火稳燃器上,点火稳燃器的前端设置有风环组件,运行甲醇供应管与运行喷嘴相连接且运行喷嘴的数量大于等于3个,配风筒内设置有稳焰盘并设置有间隙且运行喷嘴均卡设于稳焰盘上,配风筒的前端设置有喷头,喷头内壁与配风筒外壁之间具有间隙,喷头上周向开设有若干梯形缺口。本发明具有使甲醇燃烧器在不采用烟气外循环方式的条件下达氮化物排放小于50mg/Nm3的指标。(The invention provides a methanol burner and a method for realizing low nitrogen oxide emission, belonging to the technical field of gas combustion equipment. This methyl alcohol combustor, including the combustor body, the air register, solenoid valve subassembly, methyl alcohol pump package and combustor control system, the air register is including joining in marriage the dryer, ignition methyl alcohol supply pipe, operation methyl alcohol supply pipe, ignition nozzle and operation nozzle, ignition methyl alcohol supply pipe is connected with ignition nozzle, ignition nozzle sets up on ignition steady burner, ignition steady burner's front end is provided with the windlass subassembly, operation methyl alcohol supply pipe is connected with operation nozzle and the quantity more than or equal to 3 of operation nozzle, be provided with steady flame dish in the air register and be provided with gapped and operation nozzle and all block locate on steady flame dish, the front end of joining in marriage the dryer is provided with the shower nozzle, have the clearance between shower nozzle inner wall and the air register outer wall, a plurality of trapezoidal breachs have been seted up to circumference on the shower nozzle. The invention has the index that the emission of the nitride of the methanol burner is less than 50mg/Nm3 under the condition of not adopting a flue gas external circulation mode.)

一种甲醇燃烧器及实现低氮氧化合物排放的方法

技术领域

本发明属于气体燃烧设备技术领域，涉及一种甲醇燃烧器，特别涉及一种甲醇燃烧器及实现低氮氧化合物排放的方法。

背景技术

燃烧器是将燃料的化学能转换为热能的能量转换设备，由于各种燃料的化学、物理性质不同，所以每一种燃料都必须使用与其燃料特性相适用的燃烧器。燃烧器按照燃料类型可以划分为固体燃料燃烧器、液体燃料燃烧器和气体燃料燃烧器等几大类，燃烧器按照其燃烧产物氮化物的排放又可分为普通、低氮和超低氮燃烧器，低氮与超低氮燃烧器是指燃料燃烧过程中氮氧化合物排放量低于相应标准的燃烧器。本发明所描述的燃烧器是针对以甲醇为燃料、氮氧化物排放低于50mg/Nm3 的“低氮甲醇燃烧器”。

燃料的燃烧是燃料中的可燃成分和参与燃烧的空气中的氧气发生的氧化反应，在这个反应过程中燃烧空气被加热后释放出大量的热量，并生成二氧化碳、水和氮氧化物的排放。氮氧化物主要是由燃烧空气中的氮在高温下氧化生成的，燃烧过程中所产生的氮氧化物主要为NO和NO2，通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx，燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO，平均约占氮氧化合总量的95%，而NO2仅占到5%左右。

由于氮氧化物主要是由燃烧空气中的氮在高温下氧化生成的，目前普遍采用的降低燃烧器氮化物排放的方法如下：烟气外循环技术,烟气外循环技术是利用燃烧器风机的压头，把燃料燃烧后的烟气按照15~20%的比例吸入燃烧器、并与新鲜空气混合后再送入炉膛与燃料进行燃烧的配风方式。由于再循环烟气的含氧量低、热容量大，所以燃烧器加入烟气外循环以后，燃烧温度显著降低，氮氧化合物的排放随也之大幅度降低。虽然燃烧器采用增加烟气外循环的方式可以有效地降低氮氧化合物的排放，但是由于加入燃烧器的外部烟气量在低于燃烧空气总量的12%以下时很起到降低氮氧化合物排放的作用；而当烟气外循环量超过燃烧空气总量的15%时，许多燃烧器又会产生喘振和脱火现象，使燃烧器不能稳定运行。同时由于较多低温烟气进入炉膛进行循环加热容易产生大量的冷凝水，不但降低了锅炉效率，而且还造成了对锅炉和燃烧器的腐蚀。

预混燃烧技术是将燃料和燃烧空气在燃烧器的火焰筒内混合成均匀的燃料与空气的可燃混合气，可燃混合气在燃烧器火焰筒的金属编织物表面形成燃烧区，由于可燃气体稀薄，火焰短、甚至无火焰，且瞬间内燃烧完毕，所以燃烧温度低，氮氧化合物排放水平相应较低。为了达到降低氮化物排放的目的，采用预混燃烧方式时通常采用较大的过量空气系数，造成了燃烧效率的降低。预混燃烧方式目前存在的主要问题是：含尘颗粒的燃烧空气进入燃烧头后堵塞了金属编织物的表面造成回火或爆燃。目前预混燃烧方式多用于较小输出功率的燃气燃烧器，并不适用于任何以液体为燃料的燃烧器。

结构型低氮燃烧器，它和燃烧区域内的配风方式、燃烧温度等多种因素相关，其中燃烧温度越高、氮氧化物排放水平就越高，而燃烧温度又和燃烧器的配风方式、空气与燃料的混合形式等燃烧器的结构密切相关，因此，燃烧器在不采取烟气外循环等技术措施的条件下仅通过自身结构的优化来实现低氮化物排放的方式称为结构型低氮燃烧器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足用于解决以下技术问题：

1、找到甲醇燃烧器在没有烟气外循环条件氮氧化合物排放小于50mg/Nm3的有效方法；

2、确定甲醇燃烧器实现氮氧化和物排放小于50mg/Nm3的配风方式；

3、设计一种氮氧化和物排放小于50mg/Nm3的甲醇燃烧器调风器结构。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种甲醇燃烧器,包括燃烧器本体、调风器、电磁阀组件、甲醇泵组和燃烧器控制系统，所述的燃烧器本体包括鼓风机、进风装置和风门调节伺服电机，所述的电磁阀组件包括安全电磁阀和运行电磁阀，所述的甲醇泵组包括过滤器、甲醇泵、压力表和压力调节阀，所述的燃烧器控制系统由燃烧程序控制器、点火变压器、火焰检测器和空气压力开关与控制箱组成，其特征在于，所述的调风器包括配风筒、点火甲醇供应管、运行甲醇供应管、点火喷嘴和运行喷嘴，所述的点火甲醇供应管与点火喷嘴相连接，且点火喷嘴设置于点火稳燃器上，所述点火稳燃器的前端设置有风环组件，所述的运行甲醇供应管与运行喷嘴相连接且运行喷嘴的数量大于等于3个，所述的配风筒内设置有稳焰盘并设置有间隙且运行喷嘴均卡设于稳焰盘上，所述配风筒的前端设置有火焰筒，且火焰筒内壁与配风筒外壁之间具有间隙，所述的火焰筒上周向开设有若干梯形缺口。

本甲醇燃烧器的原理为：点火用甲醇由点火甲醇供应管进入点火喷嘴，燃烧器负荷调节用甲醇由运行甲醇供应管进入运行喷嘴后喷入炉膛，助燃空气是由配风筒一端进入，一小部分空气经点火稳燃器后形成旋转的一次风与点火喷嘴喷出的甲醇混合形成点火火炬，第二部分空气经风环组件后形成直流的内二次风，第三部分空气经过稳焰盘形成旋流的二次风与从运行喷嘴喷出的甲醇进行混合后形成主火炬，其余的助燃空气将从配风筒与稳焰盘之间的间隙以直流三次风的形式喷入炉内。

在上述的一种甲醇燃烧器中，每个所述的运行喷嘴上具有大、小两个喷射口，可以将甲醇燃烧器的一个大火焰分割成了若干个小火焰。

在上述的一种甲醇燃烧器中，所述的运行甲醇供应管上设置有分配器，用于调节燃烧器负荷。

与现有技术相比，本低氮氧化合物排放的甲醇燃烧器中具有以下优点：

1、分级燃烧技术，将空气与燃料进行分级燃烧，由于分级燃烧火焰温度较低，所以抑制了热力型氮氧化物的生成。

2、火焰分割技术，把运行喷嘴上的一个大火焰分割成了两个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，所以对抑制了热力型氮氧化合物的产生起到了特别显著的作用。

3、通过风环组件产生的直流风有效地分割了中心的点火火焰和外层运行火焰，避免了两组火焰相交后的剧烈燃烧，因而抑制了中心火焰产生氮氧化合物。

4、烟气内循环技术，由于直流风的速度高于旋流风使之产生压差，炉内烟气在负压的作用下形成了烟气的回流，回流的烟气降低了火焰温度，减少了氮氧化合物的生成条件。

5、通过梯形缺口使炉内的高温烟气吸入火焰筒内与直流风混合后再与甲醇燃料进行混合，射入火焰筒的烟气含氧量低，在不增加供风含氧量的条件下，通过增加的空气流量降低了氧与燃料的反应强度，起到了降低火焰温度的作用，起到了有效降低氮氧化合物排放的目的。

附图说明

图1是本甲醇燃烧器中调风器的结构剖视图。

图2是本甲醇燃烧器的原理框图。

图中，1、配风筒；2、点火甲醇供应管；3、运行甲醇供应管；4、点火喷嘴；5、运行喷嘴；6、点火稳燃器；7、风环组件；8、稳焰盘；9、火焰筒；10、梯形缺口；11、分配器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2所示，本甲醇燃烧器的调风器包括配风筒1、点火甲醇供应管2、运行甲醇供应管3、点火喷嘴4和运行喷嘴5，点火甲醇供应管2与点火喷嘴4相连接，且点火喷嘴4设置于点火稳燃器6上，点火稳燃器6的前端设置有风环组件7，运行甲醇供应管3与运行喷嘴5相连接且运行喷嘴5的数量大于等于3个，配风筒1内设置有稳焰盘8并设置有间隙且运行喷嘴5均卡设于稳焰盘8上，配风筒1的前端设置有火焰筒9，且火焰筒9内壁与配风筒1外壁之间具有间隙，火焰筒9上周向开设有若干梯形缺口10，每个运行喷嘴5上具有大、小两个喷射口，运行甲醇供应管3上设置有分配器11。

为了实现甲醇燃烧器运行时的低氮氧化物排放，特别是在不增加燃气外循环装置就可以在额定输出功率范围内实现燃烧稳定和小于50mg/Nm3低氮氧化合物排放的低氮甲醇燃烧器，来自鼓风机的燃烧空气分一次、内二次、二次与三次风进入燃烧区域，其中一、内二次风与二、三次风之间通过风环组件7隔开，一次风保证点火燃料的完全燃烧，二、三次风为运行燃料提供配风，两个区域的配风比例由调风器结构和不同负荷时的供风量确定，这种两个独立的区域分别供给不同比例空气量的方法实现了燃烧空气的分级供应。

本发明的燃料甲醇分别由点火喷嘴4和运行喷嘴5喷入炉膛燃烧，其中运行喷嘴5又分为大、小两组喷嘴，由于风环组件7的分割作用使甲醇燃料以三段的方式供入了两个不同的区域，中心区域为富氧、贫燃料、低温燃烧，外层为欠氧、富燃料、低温燃烧，外层燃料在火焰前部未燃尽的部分将在火焰尾部与中心区域多余的氧量继续进行混合，虽然燃烧区域的总氧量没有增加，但是降低了整个燃烧过程产生过氧燃烧的条件，实现了燃料的分级燃烧。同时由于温度较分级燃烧的火焰低，所以抑制了热力型氮氧化物的生成。

传统燃烧器的燃料通常由大、小火两个喷嘴、或最多三个喷嘴喷入炉内，本发明的运行喷嘴5由大、小火两喷嘴组成，每组喷嘴的数量是3N个（N的数值由燃烧器的输出功率确定），由于本方案把一个大火焰分割成了2*3N个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，所以对抑制了热力型氮氧化合物的产生起到了特别显著的作用。

另一方面由于风环组件7产生的直流风有效地分割了中心的点火火焰和外层运行火焰，避免了两组火焰相交后的剧烈燃烧，因而抑制了中心火焰产生氮氧化合物。

本方案的一次风、二次风为旋流风，内二次风、三次风为直流风，由于直流风的速度高于旋流风，所以在一次风与内二次风，内二次风、三次风与二次风之间产生了压差，并在一次风和二次风喷出方向的前方产生了负压区，炉内烟气在负压的作用下形成了烟气的回流，回流的烟气降低了火焰温度，减少了氮氧化合物的生成条件。

本发明通过优化燃烧器的调风器结构，使甲醇燃烧器在不采用烟气外循环方式的条件下达氮化物排放小于50mg/Nm3的指标。本发明有别于其它低氮燃烧器的主要特征是：在不采用增加烟气外循环方法以甲醇为燃料时，燃烧器达到了小于50mg/Nm3氮氧化合物排放的燃烧器结构，并且配合相适应的锅炉炉膛，则可达到排放小于30mg/Nm3氮氧化合物。

由于本发明所描述的低氮甲醇燃烧器不采用烟气外循环方式，所以减少了现有甲醇燃烧器在有低氮化物排放要求时必须增加烟气外循环烟管和相应控制设备的投资，安装和使用也更加简单、方便，并且在运行中不会产生喘振和脱火的现象，运行稳定、燃烧效率高。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。