燃水煤浆低 NOx 燃烧器及燃烧方法 【技术领域】
本发明涉及一种燃烧器， 特别是一种燃水煤浆低 NOx 燃烧器及燃烧方法。背景技术 能源与环境是我国国民经济发展的重大问题， 能源产业又是我国国民经济发展中 的支柱产业之一。 “贫油富煤” 是我国的国情， 石油的储量已经迫使我们不能把它仅仅作为 燃料而烧掉。但是， 当前国内还有大量的燃油发电厂和燃油工业锅炉和燃油生活锅炉在消 耗大量的石油资源， 必须寻求一种洁净的代油燃料以解决我国石油严重缺乏的状况。水煤 浆作为一种石油燃料的替代品具有价格便宜、 低污染、 技术成熟等优点， 但是水煤浆燃烧过 程中 NOx 排放污染问题也越来越受到人们的重视。然而， 由于目前燃烧器自身结构的缺陷， 导致现有燃水煤浆燃烧器 NOx 排放普遍较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是， 克服现有技术中的不足， 通过燃烧器结构方面的设 计来降低水煤浆燃烧过程中 NOx 排放， 进而提供一种燃水煤浆低 NOx 燃烧器。
水煤浆燃烧过程中 NOx 的来源主要是燃料型 NOx， 即水煤浆中所含的 N 元素在燃烧 过程中被氧化成的 NOx， 燃料 NOx 的生成量主要决定于燃烧过程中氧浓度的控制， 维持低氧 燃烧环境可以有效抑制 NOx 生成， 但如果供氧不足， 将影响燃烧效率， 造成能源浪费。经发 明人研究表明 ： 有水煤浆燃烧器之所以 NOx 排放浓度如此高其主要原因是燃烧过程中助燃 风与燃料混入过早， 水煤浆燃料中的 N 大部分转化成了 NOx。 如果整个燃烧过程中氧浓度都 控制在 3％～ 5％以下， 则 NOx 排放浓度可以控制到目前水煤浆燃烧器浓度的 80％甚至更 低。本发明的目的就是提供一种 NOx 排放低、 燃烧效率高的水煤浆专用燃烧器， 通过燃烧器 设计合理控制助燃风与水煤浆的混合， 实现 NOx 排放的控制， 将 NOx 排放浓度控制在 300mg/ 3 Nm 以下。
为解决技术问题， 本发明提供了一种燃水煤浆低 NOx 燃烧器， 包括由内至外依次 同轴心布置的水煤浆浆枪套管、 一次风风管和二次风风管 ； 所述二次风风管的外部， 还至少 有一个同轴心套设的控制 NOx 的助燃风 ( 以下简称 “NOx 风” ) 管。
本发明中， 所述各风管分别设置风门或调节装置， 用于控制风的流量。
本发明中， 所述各风管出口端的管壁间设填充耐火浇注料的间隔， 间隔上开设喷 口。
本发明中， 所述喷口的形状为环状， 或呈环形布置的间设的圆孔状。
本发明中， 所述喷口具有扩口， 各风管喷口具有不同的的扩口角度。
本发明进一步提供了一种基于前所述燃水煤浆低 NOx 燃烧器的水煤浆燃烧方法， 除一次风和二次风之外， 还使用至少一股 NOx 风 ； 所述一次风、 二次风和 NOx 风中， 既有直流 风又有旋流风。
本发明将原水煤浆燃烧器布局中的二次风管分成多层 ( 股 )， 并将各股风之间留有合理的间隙 ； 各层风入口可根据需要设置风门， 控制各层风量， 适应不同煤浆需要， 各层 风可根据需要采用旋流或直流， 旋流强度可以调节。直流风的作用是阻隔助燃风与水煤浆 的过早混合 ； 调节旋流强度可调整火焰长度， 保证燃烧效率 ； 各风出口扩角不同， 以合理控 制各层风的混合和火焰长度。通过以上措施有效控制助燃风与水煤浆的混合， 保证水煤浆 整个燃烧过程都在最佳氧浓度下进行， 在保证燃烧效率的前提下大幅降低 NOx 排放。
本发明的有益效果在于 ：
(1) 将助燃风分多层 ( 股 ) 送入燃烧室， 控制助燃风与水煤浆的混合， 从而实现水 煤浆整个燃烧过程的氧浓度的控制 ；
(2) 各股助燃风间根据水煤浆燃烧特性设有间隙， 延缓助燃风与水煤浆火焰的混 合；
(3) 部分助燃风采用直流布置， 起到阻隔外侧助燃风与火焰混合的效果 ；
(4) 燃烧器各喷口扩口角度不同， 以合理控制各层风的混合和火焰长度。 附图说明
图 1 为低 NOx 水煤浆燃烧器实例结构图。1 三次风风门 ； 2 一次风风门 ； 3 二次风旋流强度调节装置 ； 4 水煤浆浆枪套管 ； 5一 次风风管 ； 6 二次风风管 ； 7 三次风风管。 具体实施方式
下面结合附图 1， 对本发明的具体实施方式加以阐述。
传统燃烧器中， 助燃空气通常分成 “一次风” 和 “二次风” 两部分。本发明中， 水煤 浆低 NOx 燃烧器将 “二次风” 再分为两股， 分别叫作 “二次风” 和 “三次风” 。
本实施例中， 燃水煤浆低 NOx 燃烧器包括水煤浆浆枪套管 4， 一次风风管 5、 二次风 风管 6、 三次风风管 7 采取从内至外的同心圆套管结构布置， 在一次风风管 5 内布置有点火 油枪套管和点火器套管， 用以布置自动点火时使用的油枪和电火花点火枪。而助燃空气则 从传统的分成两部分， 变成分成三部分经燃烧器喷口投入。其中 ： 一次风为旋流， 旋流强度 固定， 通过调节风门风量可调 ； 二次风旋流可调， 调节方式采用现有可调旋流结构 ； 三次风 为直流， 通过调节风门风量可调。为延缓三次风与主气流混合， 控制 NOx 生成， 三次风与二 次风间距拉开， 设置间距为 100mm 左右。一次风、 二次风、 三次风各风管的喷口出口均设计 成扩口形状， 一次风扩口角度要大于二次风， 三次风为直流风， 在二次风喷口与三次风喷口 之间设计一个圆环间隔， 用耐火材料填充， 以延缓三次风与煤浆的混合， 控制 NOx 生成。
本燃烧器三次风的风量占到总风量的 40％左右。水煤浆通过本燃烧器燃烧时， 一 次风保证燃烧初期燃烧用风供应， 一次风的风量比率低于 20％， 保证着火初期氧量略低于 挥发份燃烧需氧量， 有效抑制挥发份 NOx 生成 ； 由于一次风扩口较大， 二次风与主气流混合 被推迟， 二次风在焦炭开始燃烧时才逐步与主气流混合， 由于三次风还未混入， 此时火焰区 域过量空气系数仅 0.8 左右， 焦炭周围氧浓度仍维持较低值， 一般不超过 5％， 焦炭 NOx 的生 成得到充分抑制 ； 由于三次风和二次风间留有间隔， 三次风与主气流的混合延后， 当三次风 与主气流混合时， 焦炭 70％～ 80％已经燃尽， 三次风混入后主要用于未燃尽碳的燃尽。由 于在三次风混入前燃烧过程均处于欠氧条件， NOx 生成量很少， 三次风混入后燃烧气氛改为富氧， 但大部分焦炭已燃尽， 所以 NOx 生成量也不会太多， 从而实现了燃烧过程中 NOx 的抑 制。如果将三次风再分成多股逐级送入， 则 NOx 抑制效果更佳。
以上所述， 仅是本发明的实施案例而已， 并非对本发明做任何形式上的限制， 虽然 本发明已以较佳实施案例揭示如上， 然而并非用以限定本发明， 任何熟悉本专业的技术人 员， 在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更 动或修饰为等同变化的等效实施案例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发 明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属本发明技术 方案范围内。