一種可實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鍋爐、窯爐等燃燒設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于液體、氣體以及煤粉類粉狀燃料，可實(shí)現(xiàn)燃料低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]不論是鍋爐還是各種窯爐，燃料的燃燒基本都是在爐膛內(nèi)完成的。傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐(或窯爐)為了確保燃料的燃盡率，燃料都是經(jīng)燃燒器同步配風(fēng)后被點(diǎn)燃，并在高溫富氧的環(huán)境下燃燒，導(dǎo)致了氮氧化物的大量生成。由于很多鍋爐、窯爐都沒(méi)有尾氣除NOx設(shè)施，導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的霧霾環(huán)境。
[0003]盡管發(fā)電站的大型煤粉鍋爐，通常采用濃淡燃燒技術(shù)，以降低氮氧化物的產(chǎn)生，但是對(duì)于碩大的爐膛而言，由于濃相與淡相的間隔太小，實(shí)際效果往往不是很好；同時(shí)為了防止CO腐蝕水冷壁，燃燒過(guò)程中不允許爐膛內(nèi)的CO濃度太高，因此爐膛內(nèi)難以形成較強(qiáng)的氮氧化物還原氛圍，導(dǎo)致尾氣脫硝的負(fù)擔(dān)和成本都較高。
[0004]為了降低燃料燃燒過(guò)程中的氮排放，一些傳統(tǒng)燃燒設(shè)備通常采取降低火焰溫度的控制措施，這樣又導(dǎo)致了燃料燃盡率的下降和熱效率的降低，以及火焰穩(wěn)定性變差等新問(wèn)題。另外，很多煤粉鍋爐負(fù)荷下降到40%就要投入油槍穩(wěn)燃，導(dǎo)致成本大幅提高。綜上所述，火焰順向燃燒、同步配風(fēng)的傳統(tǒng)爐膛燃燒方式，不能提供強(qiáng)烈的NOx還原氛圍，因此不能在燃料的燃燒階段大幅降低NOx ;很多大型煤粉鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，都存在著因噴油穩(wěn)燃而產(chǎn)生的高額費(fèi)用等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種采用逆程燃燒、多次配風(fēng)的爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒控制方法，解決現(xiàn)有爐膛結(jié)構(gòu)燃料燃燒過(guò)程中，在氮排放與燃料燃盡率之間存在的矛盾，可在保證燃料燃盡率的同時(shí)，降低燃料燃燒過(guò)程中的氮排放。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了一種可實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)，所述爐膛為U字形結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在爐膛上的火焰入口和火焰出口，所述火焰入口位于爐膛開口側(cè)上方的中心位置，所述火焰入口處設(shè)置有燃燒器，所述火焰出口與火焰入口同處爐膛的開口端，所述爐膛底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口，所述旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口提供以爐膛軸線為中心的旋轉(zhuǎn)風(fēng)。
[0007]進(jìn)一步地，所述火焰出口位于爐膛內(nèi)壁外沿的周邊區(qū)域。
[0008]進(jìn)一步地，所述火焰入口與火焰出口之間設(shè)置有燃盡風(fēng)出口。
[0009]進(jìn)一步地，所述爐膛內(nèi)壁為筒形或類似圓形的多邊形，其底部為球面或平面。
[0010]更進(jìn)一步地，所述爐膛采用立式、臥式、倒置式或傾斜式結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明中還提供了一種燃燒控制方法，包括，
[0012]I)燃燒器將燃料與一部分空氣混合后點(diǎn)燃，形成噴入爐膛且欠氧燃燒的細(xì)長(zhǎng)中心火焰；
[0013]2)所述中心火焰到達(dá)爐膛底部時(shí)，與旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口噴出的旋轉(zhuǎn)風(fēng)匯合后形成沿著爐膛內(nèi)壁且與中心火焰逆向運(yùn)動(dòng)的螺旋外環(huán)火焰；
[0014]3)所述外環(huán)火焰到達(dá)火焰出口之前，與所述燃盡風(fēng)出口噴出的燃盡風(fēng)相混合，在實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)燃料的充分燃燒之后，高溫?zé)煔鈴幕鹧娉隹谂懦鰻t膛。
[0015]本發(fā)明所具有的有益效果:
[0016]I)爐膛中內(nèi)外火焰逆向運(yùn)動(dòng)的燃燒方式，增加了燃料在高溫環(huán)境下的氧化還原反應(yīng)時(shí)間，可以明顯提高燃料的燃盡率。同時(shí)，回流的高溫外焰大大提升了火焰入口的高溫場(chǎng)，因此具有低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的良好穩(wěn)燃作用，從而大大節(jié)省了煤粉類鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)所需的噴油穩(wěn)燃費(fèi)用。
[0017]2)采用不同燃燒階段長(zhǎng)距離多次配風(fēng)的方式，可以在燃燒初期大幅還原NOx，在燃燒中后期降低火焰溫度減少高溫型NOx的生成，從而實(shí)現(xiàn)了既節(jié)能又環(huán)保的大目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明爐膛結(jié)構(gòu)示意圖及燃料在爐膛內(nèi)的燃燒過(guò)程示意圖。
[0019]圖中:1、爐膛，2、火焰入口，3、火焰出口，4、燃燒器，5、旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口，6、燃盡風(fēng)出口，7、中心火焰，8、外環(huán)火焰。
【具體實(shí)施方式】
[0020]鍋爐及窯爐的氮排放都是燃料在爐膛內(nèi)燃燒的過(guò)程中產(chǎn)生的，如能實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)燃料的低氮燃燒，就可大大減輕尾氣脫硝的負(fù)擔(dān)和成本。下面結(jié)合附圖1，對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明如下:
[0021]圖1所示的可實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)，所述爐膛為U字形結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在爐膛上的火焰入口和火焰出口，所述火焰入口位于爐膛開口側(cè)上方的中心位置，所述火焰入口處設(shè)置有燃燒器，所述火焰出口與火焰入口同處爐膛的開口端，所述火焰出口位于爐膛內(nèi)壁外沿的周邊區(qū)域，所述爐膛底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口，所述旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口提供以爐膛軸線為中心的旋轉(zhuǎn)風(fēng)。所述火焰入口和火焰出口之間還設(shè)置有燃盡風(fēng)出口。
[0022]本發(fā)明中，所述爐膛內(nèi)壁為筒形或類似圓形的多邊形，所述爐膛底部為球面或平面。
[0023]本發(fā)明中，所述爐膛采用立式、臥式、倒置式或傾斜式結(jié)構(gòu)。
[0024]本發(fā)明中還提供了一種燃燒控制方法，包括，
[0025]I)燃燒器將燃料與一部分空氣混合后點(diǎn)燃，形成噴入爐膛且欠氧燃燒的細(xì)長(zhǎng)中心火焰；
[0026]2)所述中心火焰到達(dá)爐膛底部時(shí)，與旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口噴出的旋轉(zhuǎn)風(fēng)匯合后形成沿著爐膛內(nèi)壁且與中心火焰逆向運(yùn)動(dòng)的螺旋外環(huán)火焰；
[0027]3)所述外環(huán)火焰到達(dá)火焰出口之前，與所述燃盡風(fēng)出口噴出的燃盡風(fēng)相混合，在實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)燃料的充分燃燒之后，高溫?zé)煔鈴幕鹧娉隹谂懦鰻t膛。
[0028]本發(fā)明中燃料在爐膛內(nèi)的燃燒過(guò)程中，火焰分為中心火焰與外環(huán)火焰，且中心火焰與外環(huán)火焰互為逆向運(yùn)動(dòng)，增加了燃料在高溫環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，使燃料可以充分燃盡，并可提高低負(fù)荷火焰的穩(wěn)燃效果；同時(shí)采用長(zhǎng)距離多次配風(fēng)的爐膛火焰燃燒方式，可以有效還原燃料型的NOx，并抑制高溫型和快速型NOx的生成。
[0029]本發(fā)明中燃料在爐膛內(nèi)燃燒的整個(gè)過(guò)程如圖1所示，其燃燒控制過(guò)程和原理具體描述如下:
[0030]1、燃燒器將燃料與一部分空氣混合后點(diǎn)燃，并以細(xì)長(zhǎng)欠氧燃燒的火焰形式噴向爐膛底部，由于燃燒初期長(zhǎng)距離的嚴(yán)重缺氧，形成了燃料型氮氧化物的極強(qiáng)還原氛圍；
[0031]2、火焰到達(dá)爐膛底部時(shí)與旋轉(zhuǎn)風(fēng)相匯合，在旋轉(zhuǎn)風(fēng)的作用下，形成沿著爐膛內(nèi)壁螺旋返回的外環(huán)火焰，由于爐膛內(nèi)壁能夠大量吸收火焰的輻射熱，從而降低了外環(huán)火焰的溫度，可以有效地減少高溫型和快速型氮氧化物的生成；
[0032]3、火焰逆向返回到火焰出口時(shí)，再配以燃盡風(fēng)出口提供的燃盡風(fēng)，可以確保燃料的充分燃燒，進(jìn)一步提高燃料的燃盡率。
[0033]如上所述，由于燃料在爐膛內(nèi)高溫區(qū)有著足夠的行進(jìn)距離與氧化還原反應(yīng)時(shí)間，因此可以在較低空氣過(guò)剩系數(shù)的情況下充分燃盡；通過(guò)長(zhǎng)距離不同燃燒階段的多次配風(fēng)，從而大幅度減少了氮排放；由于折返回流的火焰明顯地提高了爐膛入口的環(huán)境溫度，有效提高了低負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)燃效果，也有利于均衡爐內(nèi)溫度、并提高熱效率。因此，本發(fā)明所述的爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒控制方法，不僅化解了傳統(tǒng)爐膛無(wú)法解決的熱效率與氮排放的矛盾，可以實(shí)現(xiàn)既節(jié)能又環(huán)保的目標(biāo)，同時(shí)明顯改善了燃燒系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，大幅減輕了尾氣脫硝的負(fù)擔(dān)和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)的噴油費(fèi)用。
[0034]最后應(yīng)說(shuō)明的是:
[0035]1、本發(fā)明燃燒過(guò)程中采用的多次配風(fēng)方式，不僅僅局限于上述實(shí)施例中所述的3次配風(fēng)形式，凡爐膛內(nèi)燃料的燃燒過(guò)程是以中心內(nèi)焰和外環(huán)火焰逆向運(yùn)動(dòng)，且長(zhǎng)距離多次配風(fēng)的燃燒方式，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
[0036]2、本發(fā)明附圖1僅標(biāo)示了鍋爐內(nèi)部爐膛的局部結(jié)構(gòu)，以及火焰在爐膛內(nèi)多次長(zhǎng)距離配風(fēng)的燃燒方式，而爐膛外部的水管(或火管)以及煙道附屬設(shè)施等可為任何結(jié)構(gòu)形式。
[0037]3、本發(fā)明的說(shuō)明書和附圖被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所做出的一些替換和變形也均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述爐膛為U字形結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在爐膛上的火焰入口和火焰出口，所述火焰入口位于爐膛開口側(cè)上方的中心位置，所述火焰入口處設(shè)置有燃燒器，所述火焰出口與火焰入口同處爐膛的開口端，所述爐膛底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口，所述旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口提供以爐膛軸線為中心的旋轉(zhuǎn)風(fēng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述火焰出口位于爐膛內(nèi)壁外沿的周邊區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述火焰入口和火焰出口之間設(shè)置有燃盡風(fēng)出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述爐膛內(nèi)壁為筒形或類似圓形的多邊形，其底部為球面或平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的爐膛結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述爐膛為立式、臥式、倒置式或傾斜式結(jié)構(gòu)。
6.采用權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述爐膛結(jié)構(gòu)的燃燒控制方法，其特征在于:包括， 1)燃燒器將燃料與一部分空氣混合后點(diǎn)燃，形成噴入爐膛內(nèi)且欠氧燃燒的細(xì)長(zhǎng)中心火焰； 2)所述中心火焰到達(dá)爐膛底部時(shí)，與旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口噴出的旋轉(zhuǎn)風(fēng)匯合后形成沿著爐膛內(nèi)壁且與中心火焰逆向運(yùn)動(dòng)的螺旋外環(huán)火焰； 3)所述外環(huán)火焰到達(dá)火焰出口之前，與所述燃盡風(fēng)出口噴出的燃盡風(fēng)相混合，在實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)燃料的充分燃燒之后，高溫?zé)煔鈴幕鹧娉隹谂懦鰻t膛。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實(shí)現(xiàn)低氮燃燒的爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒控制方法，所述爐膛為U字形結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在爐膛上的火焰入口和火焰出口，所述火焰入口位于爐膛開口側(cè)上方的中心位置，所述火焰入口處設(shè)置有燃燒器，所述火焰出口與火焰入口同處爐膛的開口端，所述爐膛底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口，所述旋轉(zhuǎn)風(fēng)出口提供以爐膛軸線為中心的旋轉(zhuǎn)風(fēng)。本發(fā)明通過(guò)采用雙向逆程燃燒、長(zhǎng)距離多次配風(fēng)的爐膛結(jié)構(gòu)及燃燒控制方法，解決了現(xiàn)有爐膛結(jié)構(gòu)燃料燃燒過(guò)程中，在氮排放與燃料燃盡率之間存在的矛盾，可在保證燃料燃盡率的同時(shí)降低氮排放。
【IPC分類】F23C7-02, F23N1-02, F23C3-00
【公開號(hào)】CN104654280
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510065151
【發(fā)明人】李延新, 黃曉亮
【申請(qǐng)人】懷來(lái)蒂吉博納科技有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月9日