[发明专利]低氮氧化物锅炉

说明书

本发明涉及一种燃用气体燃料的锅炉，特别是适合于降低燃烧时排放的氮氧化物（以下简称为（“NOx”）浓度的锅炉。

NOx是产生光化学烟尘的原因，因而近年来关于限制NOx排放量的法规逐年严格起来，目的在于降低NOx排放量的技术开发工作正在大量进行。燃烧时产生公害成分少的锅炉燃料，有液化天然气（LNG）等。这种含氮少的气体燃料燃烧时产生的NOx是，燃烧用空气中的氮在高温环境中被氧化而生成的高温NOx高温NOx的生成，受温度的影响很大，随着火焰温度的升高而增加。火焰温度依燃料与燃烧用空气的温合比，即空气过剩比（空气量/理论空气量）的大小而异，在最佳的空气量（理论空气量）下使燃料完全燃烧时，火焰温度最高。

在普通的燃用气体燃料的锅炉中，大多使用扩散燃烧。这种燃烧方法是，将燃料与燃烧用空气用不同的喷嘴分别喷入炉内，使两者在炉内混合而形成火焰的一种方法，其特征在于火焰稳定性好。但是，这种方法的缺点是，在燃料与空气的混合过程中，必然存在一个空气过剩比接近1的范围，在此范围内火焰温度升高，NOx成生量增大。

为了通过降低火焰温度来达到减少NOx的生成量的目的，已开发成功的方法有，稀薄气体燃烧、二级燃烧、废气再循环等燃烧方法。二级燃烧和废气再循环法对于降低NOx的效果虽好，但是容易排放未燃烧成分。为了防止这一缺陷须将炉膛加大。因此，这两种燃烧方法在经济方面都是不利的。而稀薄气体燃烧法是提高空气过剩比的燃烧方法。由于这种方法是增加过剩空气，从而燃气从锅炉排放到该系统外部的热量增加，降低了锅炉的热效率。

作为采用预混合火焰的锅炉的一例，有一种将空气不足的扩散火焰与空气过剩的预混合火焰相组合的二级燃烧方法（特公昭52-28251号）。这种方法虽然对降低NOx的效果较好，但是在空气比在1以下时扩散火焰的长度增大，炉膛须加大。另一个问题是，要想用在空气过剩下燃烧的燃气中的氧来燃烧从空气不足的扩散火焰排出的未燃烧的可燃性气体，就需要保证使两者混合所需的时间，这样，就会使锅炉变大。

如上所述，为降低火焰温度而开发的现有燃烧方法，使锅炉体积增大，经济上不合算。而为了使锅炉结构紧凑，即便采用短火焰的预混合火焰的情况下，如果在空气过剩比高的条件下进行燃烧时。则构成锅炉效率下降的一个原因。

本发明的目的在于：提供一种小型化的低NOx排放量的锅炉。本发明的另一个目的是，提供一种即使在空气过剩比为1左右的条件下进行燃烧，NOx的排放量仍少的锅炉。

本发明提出的锅炉。在炉内设有：喷烧器、传热管、蒸汽罐、废气管道、未燃烧成分燃烧装置。燃烧器用于燃烧气体燃料;传热管利用燃烧热对水进行加热以产生蒸汽;蒸汽罐与传热管连通，用于积蓄来自该传热管的蒸汽;废气管道用于排放燃气;未燃烧成分燃烧装置设置在排气管道的一部分结构内。

气体燃料燃烧用喷烧器上设有喷嘴，将气体燃料与空气加以预混合的混合气喷入炉内，还在喷嘴的喷口附近设有火焰稳定装置，它将混合气体为2股射流，并使射流之间产生循环流。

由于设有带火焰稳定装置的预混合喷烧器，从而能使火焰稳定，并能控制NOx的产生。此外，即使有了未燃烧成分，在废气管道内流动的过程中也会被燃烧，因此，能使整个锅炉实现低NOx排放。

由预混合喷烧器形成的火焰，与扩散燃烧的火焰相比，前者的火焰长度短，因此，不会使锅炉大型化。

向炉内喷射气体燃料与空气混合气的喷嘴，最好是设置整流器;其位置设在：燃料流路与燃烧用空气流路两条流路汇合成一个流路的区域，以及燃料与空气混合气汇合成一股流路的区域内。燃料与空气混合气最好以直流方式喷入炉内。

作为火焰稳定器，最好是设置一块与所喷射的燃料与空气混合气主流方向不平行的平板。

作为气体燃料燃烧用喷烧器，非常希望设置两套喷管，一套是分别从不同的喷嘴喷射燃料和空气用的扩散火焰用喷管。另一套是喷射燃料与空气混合气的预混合火焰用喷管;在锅炉起动时形成扩散火焰，在锅炉负荷上升的同时，从预混合火焰用喷管喷射混合气。

作为火焰稳定器，最好是在喷嘴喷口处设置与混合气主流方向不平行的、面积小于喷嘴截面积的平板。由于配置了火焰稳定器，混合气的燃烧从喷射流的中部开始发展，而且在混合气开始燃烧之前，在混合气喷射流外围也有一部分燃气与混合气相混合。