[发明专利]分级无焰低氮燃烧头

说明书

分级无焰低氮燃烧头，属于工业燃烧器和锅炉技术领域。本发明包括风管、燃气管、连接法兰、点火装置和离子感应针；所述燃气管设置于风管内部，两者通过连接法兰连接；所述风管、燃气管之间还设有点火装置和离子感应针。本发明制备所得的分级无焰低氮燃烧头，燃烧时可以有效地将NOx与CO排放降低到10ppm以下，同时能够保持燃烧的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种低氮氧化物排放的燃烧装置，具体涉及一种分级无焰低氮燃烧头，属于工业燃烧器和锅炉技术领域。

背景技术

根据2014年全国燃气工业锅炉的检测统计分析结果，其中NOx排放质量浓度小于等于200mg/m³的锅炉仅占35%，中国特种设备检测研究院对在中国销售的37个不同型号燃烧器（含油气两用）的NOx排放检测发现，燃烧器在合理使用状态下的NOx排放浓度为54~184mg/m³，均值浓度为116 mg/m³。以上的工业锅炉燃烧器多采用传统的、强制送风、扩散式的燃烧方式，该类型燃烧器的主要目的是燃尽和安全，很少有对NOx排放做相应措施。

对燃烧头进行一些改进，例如增加一些与空气流动方向垂直的燃气喷嘴，欧美一些国家的燃烧器可以达到80mg/m³以下的NOx排放。

现今，对于一些地区30mg/m³以下NOx排放的环保要求，已经出现并被采用的主要技术路线包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质催化燃烧和无焰燃烧：

（1）燃料分级燃烧或空气分级燃烧：

空气分级燃烧（如图2所示）第一级是富燃料燃烧，在第二级加入过量空气，为贫燃燃烧，两级之间加入空气冷却以保证燃烧温度不至于太高。燃料分级燃烧（如图3所示）与空气分级燃烧正好相反，第一级为燃料稀相燃烧，而在第二级加入燃料使得当量比达到要求的数值。这两种方法最终将会使整个系统的过量空气系数保持一个定值。该技术系统较复杂，且也没有消除火焰的高温区域。

（2）贫燃预混燃烧技术：

预混燃烧是指在混合物点燃之前燃料与氧化剂在分子层面上完全混合，其工艺流程如图4所示。对于控制NOx的生成，这项技术的优点是可以通过当量比的完全控制实现对燃烧温度的控制，从而降低热力型NOx生成速率，在有些情况下，预混燃烧和部分预混燃烧可比非预混燃烧减少85%-90%的NOx生成。另外，完全预混还可以减少因过量空气系数不均匀性所导致的对NOx生成控制的降低。

若贫燃预混再加金属丝网燃烧头，形成表面燃烧，则火焰更为分散，NOx排放进一步降低。

但是，预混燃烧技术在安全性控制上仍存在未解决的技术难点：一是预混气体由于其高度可燃性可能会导致回火；二是过高的过量空气系数会导致排烟损失的增加，降低了锅炉热效率；三是金属丝网燃烧头容易被融化的细小灰尘粘附，维护周期短。现今的贫燃预混燃烧器功率一般不超过2MW。

（3）外部烟气再循环和内部烟气再循环技术：燃烧温度的降低可以通过在火焰区域加入烟气来实现，加入的烟气吸热从而降低了燃烧温度。通过将烟气的燃烧产物加入到燃烧区域内，不仅降低了燃烧温度，减少了NOx生成；同时加入的烟气降低了氧气的分压，这将减弱氧气与氮气生成热力型NOx的过程，从而减少NOx的生成。根据应用原理的不同，烟气再循环有两种应用方式，分别为外部烟气再循环与内部烟气再循环。

对于外部烟气再循环技术来说，烟气从锅炉的出口通过一个外部管道，重新加入到炉膛内。外部烟气再循环可以减少70%的NOx生成。外循环比例对NOx控制效果也有较大影响，随着外循环比例的增加NOx降低幅度也更加明显，但循环风机电耗也将增加。