[发明专利]一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置及其控制方法

说明书

本发明涉及一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置及其控制方法，其特征在于：包括自适应射流混合器（1）、层流阻火燃烧头（2）、火焰冷却装置（3）、引火及火焰感知装置（4）；自适应射流混合器（1）下端与层流阻火燃烧头（2）上端固定连接，层流阻火燃烧头（2）下端与火焰冷却装置（3）连接；引火及火焰感知装置（4）位于火焰冷却装置（3）下方。本发明中自适应射流混合器可以实现天然气与助燃风在1:5调节比下的混合均匀性和混合比的稳定性，并实现层流燃烧技术耦合水冷燃烧技术，实现层流水冷超低氮燃烧。

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置实现天然气能源高效燃烧超低氮排放。

背景技术

随着我国经济社会的发展，原有的能源发展模式已经不能满足社会发展需求，节能环保的能源利用形式是目前的发展的方向。国家长期能源发展战略计划在2030以前压缩煤炭在一次能源消费占比重降低至50%以下。数据显示：从 2006 年到2015 年，全球煤炭和石油消费比重下降约 2.3 个百分点，而天然气比重提高约1个百分点。2015年我国的天然气消费量高达1931亿立方米，“十二五”期间年均增长约12.4%，累计消费天然气约 8300亿立方米，是“十一五”消费量的2倍。2015年天然气在一次能源消费中的比重从2010年的4.4%提高到5.9%，提高了1.5个百分点。“十三五”规划明确将天然气在我国一次能源消费中的比重提高到10%，也就是2020年天然气的消费比重较2015 年接近翻一倍，逐步将天然气发展成为我国的主体能源之一，是国家重点推广的一次能源。

在一次能源应用中燃气锅炉是天然气能源利用的重要设备，天然气本身是一种清洁能源，但在能源转换过程中燃烧产生NOx，燃气锅炉在燃烧时会产生氮氧化物。氮氧化物进入大气环境后，会对环境和人体健康造成严重危害：（1）对人体的致毒作用，氮氧化物在一定浓度范围内时，具有强烈的刺激性，根据EPA 报道指出，短时间处于高浓度的NO₂中会诱发呼吸系统疾病，会增加5-12岁儿童呼吸道疾病的风险。EPA认为，长时间处于 NO₂中会引发肺部感染，并且在肺部形成病变。（2）对植物的损害作用NO₂影响农作物发育，抑制豌豆、西红柿生长，柑橘减产。（3）与碳氢化合物结合，在光照条件下，氮氧化物会反应形成光化学烟雾。（4）氮氧化物也是酸雨、酸雾形成的主要原因，NO 和NO₂会与周围空气中的水分形成NO₃-和H⁺，导致金属表面严重腐蚀。（5）NOx 参与臭氧层的破坏。通过研究燃气锅炉低氮燃烧技术，有效改善燃气锅炉燃烧过程中释放的氮氧化物情况，可以有效提高人们生存环境的质量，减少环境对人们身体健康造成的威胁。

发明内容

本发明设计了一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置及其控制方法，其解决的技术问题是现有天然气燃烧装置在燃烧过程中产生大量NOx，且燃烧不充分，运行不稳定问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：包括自适应射流混合器、层流阻火燃烧头、火焰冷却装置、引火及火焰感知装置；自适应射流混合器下端与层流阻火燃烧头上端固定连接，层流阻火燃烧头下端与火焰冷却装置连接；引火及火焰感知装置位于火焰冷却装置下方。

优选地，所述自适应射流混合器其由渐缩管、等径的喉管、渐扩管构成一个局部速度突变通道，助燃风通过渐缩管后流通截面积减小速度增大，在喉管处达到最大，经渐扩管后流通截面积增加流速减小，在此速度突变情况下，在喉管入口处形成负压区，燃气经喉管上混合器燃气环形阵列喷嘴被负压吸入与助燃风混合，可实现低燃气压力被动混合。