一种超低氮燃烧器喷口、燃烧器和锅炉的制作方法

本发明涉及燃气锅炉领域，特别是涉及一种超低氮燃烧器喷口、燃烧器和锅炉。

背景技术：

由于天然气具有单位热值高、供应可靠、价格低等优点，常常被用作燃料使用，有较广的应用范围。天然气的主要成份为ch4，具有较快的燃烧速度和较高的理论燃烧温度，燃烧时容易造成较高的nox排放。理论研究表明，控制天然气燃烧后nox排放量的关键是控制其高温型nox的产生。因此，降低天然气燃烧的温度，防止局部高温区的产生，特别是控制燃料在大于1500℃温度域的停留时间，对天然气燃烧器nox的生成影响重大。

目前所使用的天然气低氮燃烧器主要以燃料分级，空气分级、烟气再循环等技术为主，各研究机构提出的结构和参数各有优劣，如上海华之邦能源科技有限公司的研究者们提出的《低nox燃气燃烧器》(专利申请公布号cn102721058a)、上海汉卓能源科技有限公司研究者提出的《用低氮氧化物燃气燃烧器及其燃烧方法》(专利申请公布号cn104595900a)。对于中小型锅炉，燃烧器数量少，燃料分级燃烧技术能获得更为均匀的燃烧器出口温度场，降低火焰峰值温度，从而获得更低的nox排放。但对于中大型锅炉尤其是电站锅炉，炉膛中心区域的火焰温度由多个燃烧器的共同决定，通过燃料分级技术很难再控制炉膛中心区域的火焰温度。大型电站锅炉采用多个燃烧器组织炉膛内燃烧，炉膛中心区域火焰由多个燃烧器共同汇聚形成，而燃烧器的燃料分级技术一般只能对本燃烧器的火焰初期温度控制有一定作用，因此采用燃料分级的燃烧器技术很难降低大型锅炉的nox排放。目前大型电站锅炉为了降低nox排放常采用全炉膛的烟气再循环技术和空气分级燃烧技术，其中烟气再循环技术降低天然气燃烧nox排放效果最为明显，但是抽取炉膛尾部烟气需增加风机和烟道等布置，成本较高，随着nox排放的指标日益严格，抽取的烟气量也需要增加，抽取烟气运行成本也随之升高。一方面采用高温烟气，风机等设备的可靠性不能得到有效保障。另一方面，为了追求nox的超低排放，燃料分级过度及烟气再循环量过大，导致燃烧脉动，最终导致炉膛振动，带来较大的运行安全问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的中大型锅炉炉膛中心区域的火焰温度由多个燃烧器的共同决定，现有燃烧器的高温烟气采用风机等设备抽取，可靠性不能得到有效保障，另外燃料分级过度及烟气再循环量过大，导致燃烧脉动，最终导致炉膛振动，带来较大的运行安全的问题，提供一种超低氮燃烧器喷口、燃烧器和锅炉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种超低氮燃烧器喷口，包括中心风筒，所述中心风筒外套设有一次风筒，所述一次风筒和所述中心风筒之间设有旋流盘，所述旋流盘能够随所述中心风筒轴向移动，所述一次风筒中设有若干个一次风天然气气枪，所述一次风筒外套设有二次风筒，所述二次风筒和所述一次风筒之间设有二次风孔板，所述二次风筒外套设有三次风筒，所述三次风筒上设有若干个三次风天然气气枪，所述旋流盘用于将一次风烟气旋流，形成中心回流区，所述二次风孔板用于延迟一次风与二次风的混合。

采用本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，利用所述旋流盘将一次风烟气旋流，形成中心回流区，进行烟气自卷吸燃烧；通过所述一次风天然气气枪和所述三次风天然气气枪可实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成；利用所述二次风孔板强化空气分级燃烧，并促进二次风对周围烟气的混合及卷吸，降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；同时所述旋流盘前后位置可调，不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整旋流盘位置避免燃烧脉动现象的产生；该超低氮燃烧器喷口结构简单，使用方便，效果良好。

优选地，所述一次风天然气气枪上设有顶孔和侧孔，所述顶孔和所述侧孔均用于喷射天然气，所述顶孔朝向所述一次风筒出口，所述侧孔朝向所述一次风筒内。

采用这种结构，所述一次风天然气气枪内部分燃气通过所述侧孔喷射入一次风烟气的卷吸混合区域，形成根部燃气的提前预混，促进燃烧器根部稳定燃烧，另一部分燃气通过所述顶孔喷射入二次风和烟气的卷吸混合区域，使燃气在低氧量下实现低温燃烧。

进一步优选地，所述一次风天然气气枪上设有挡块，所述挡块位于所述侧孔前方。

采用这种结构，所述挡块用于在所述一次风筒中为所述侧孔挡风，确保所述侧孔燃气的稳定着火燃烧。

进一步优选地，所述顶孔的喷射方向与所述中心风筒轴向夹角为α，α为5°-45°，所述顶孔的喷射方向远离所述中心风筒。

优选地，所述一次风天然气气枪包括3-8个，且均布于所述一次风筒环上。

优选地，所述三次风天然气气枪的喷射方向与所述中心风筒轴向夹角为β，β为5°-45°，所述三次风天然气气枪的喷射方向远离所述中心风筒，相邻两个所述三次风天然气气枪的β值不相同。

采用这种结构，所述三次风天然气气枪以不同的β角度喷射入炉膛，实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成。

优选地，所述三次风天然气气枪包括8-20个，且均布于所述三次风筒环上。

本发明还提供了一种超低氮燃烧器，包括如以上任一项所述的超低氮燃烧器喷口，还包括：

中心风组件，包括中心风调节风门和所述中心风筒，所述中心风调节风门用于调节中心风风量；

一次风组件，套设于所述中心风组件外，所述一次风组件包括一次风调节装置、所述一次风筒和所述旋流盘，所述一次风筒壁上设有一次风进风口；

二次风组件，套设于所述一次风组件外，所述二次风组件包括所述二次风筒和所述二次风孔板；

三次风组件，套设于所述二次风组件外，所述三次风组件包括三次风径向调节装置、文丘里型扩锥和所述三次风筒，所述三次风径向调节装置设于所述三次风筒进口，用于将通过所述三次风径向调节装置的风产生旋转，所述文丘里型扩锥设于所述三次风筒内，且位于三次风径向调节装置后方，用于整流、使得三次风出口气流更均匀；

天然气喷枪，包括所述一次风天然气气枪和所述三次风天然气气枪；

天然气配气环，包括一次风气枪配气环和三次风气枪配气环，所述一次风气枪配气环用于为所述一次风天然气气枪供气，所述三次风气枪配气环用于为所述三次风天然气气枪供气；

其中，所述中心风筒连接于所述旋流盘，调节所述中心风筒的前后位置能够调节所述旋流盘在所述一次风筒内的前后位置。

采用本发明所述的一种超低氮燃烧器，所述中心风组件用于点火初期供风，能够通过调节所述中心风调节风门从而调整心回流区的位置，控制着火点；通过选取合适的一次风速和一次风率来满足燃烧初期的要求，布置在所述一次风筒前端的所述旋流盘可形成中心回流区，用于卷吸烟气稳定燃烧，所述旋流盘位置可前后调节，这样不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整所述旋流盘位置避免燃烧脉动现象的产生；所述二次风孔板一方面可以延迟一次风与二次风的混合，进一步强化空气分级燃烧，另一方面所述二次风孔板可促进二次风对周围烟气的混合和卷吸，这样就可以降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；风通过所述三次风径向调节装置后产生旋转，在离开燃烧器喷口后向四周扩张，在中心处形成一个负压区，从而使高温烟气回流至此，回流的高温烟气可以提供足够的热量使燃料稳定着火，所述三次风筒里的所述文丘里型扩锥可以起到整流的作用，使得三次风出口气流更均匀，避免出现局部高温燃烧，最终实现低nox燃烧，通过调整三次风风门可调节三次风风量及其旋流强度，从而获得最佳的燃烧工况；该燃烧器结构简单，使用方便，效果良好。

优选地，该超低氮燃烧器还包括位置调节装置，所述位置调节装置连接于所述一次风气枪配气环，所述位置调节装置用于调节所述一次风天然气气枪在所述一次风筒内的前后位置。

优选地，所述中心风筒内设有点火气枪，用于初始点火。

优选地，所述一次风进风口采用楔形进风的形式，可以使风量的调节更加灵敏。

本发明还提供了一种锅炉，包括如以上任一项所述的超低氮燃烧器，所述超低氮燃烧器包括固定罩壳，所述固定罩壳连接于所述超低氮燃烧器喷口外的所述三次风筒上，所述固定罩壳与锅炉水冷壁密封连接。

采用本发明所述的一种锅炉，具有烟气自卷吸燃烧技术，并结合燃料多层分级燃烧技术和燃烧器空气深度分级燃烧技术，以获得更低的炉内燃烧温度；这些燃烧技术的结合可充分降低燃烧的火焰峰值温度，从而降低锅炉的nox排放；通过大量的分析计算，该新型燃烧器比普通天然气燃烧器nox排放能够降低60％以上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，利用所述旋流盘将一次风烟气旋流，形成中心回流区，进行烟气自卷吸燃烧；通过所述一次风天然气气枪和所述三次风天然气气枪可实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成；利用所述二次风孔板强化空气分级燃烧，并促进二次风对周围烟气的混合及卷吸，降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；同时所述旋流盘前后位置可调，不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整旋流盘位置避免燃烧脉动现象的产生；该超低氮燃烧器喷口结构简单，使用方便，效果良好；

2、本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，所述一次风天然气气枪内部分燃气通过所述侧孔喷射入一次风烟气的卷吸混合区域，形成根部燃气的提前预混，促进燃烧器根部稳定燃烧，另一部分燃气通过所述顶孔喷射入二次风和烟气的卷吸混合区域，使燃气在低氧量下实现低温燃烧；

3、本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，所述挡块用于在所述一次风筒中为所述侧孔挡风，确保所述侧孔燃气的稳定着火燃烧；

4、本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，所述三次风天然气气枪以不同的β角度喷射入炉膛，实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成；

5本发明所述的一种超低氮燃烧器，所述中心风组件用于点火初期供风，能够通过调节所述中心风调节风门从而调整心回流区的位置，控制着火点；通过选取合适的一次风速和一次风率来满足燃烧初期的要求，布置在所述一次风筒前端的所述旋流盘可形成中心回流区，用于卷吸烟气稳定燃烧，所述旋流盘位置可前后调节，这样不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整所述旋流盘位置避免燃烧脉动现象的产生；所述二次风孔板一方面可以延迟一次风与二次风的混合，进一步强化空气分级燃烧，另一方面所述二次风孔板可促进二次风对周围烟气的混合和卷吸，这样就可以降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；风通过所述三次风径向调节装置后产生旋转，在离开燃烧器喷口后向四周扩张，在中心处形成一个负压区，从而使高温烟气回流至此，回流的高温烟气可以提供足够的热量使燃料稳定着火，所述三次风筒里的所述文丘里型扩锥可以起到整流的作用，使得三次风出口气流更均匀，避免出现局部高温燃烧，最终实现低nox燃烧，通过调整三次风风门可调节三次风风量及其旋流强度，从而获得最佳的燃烧工况；该燃烧器结构简单，使用方便，效果良好；

6、本发明所述的一种锅炉，具有烟气自卷吸燃烧技术，并结合燃料多层分级燃烧技术和燃烧器空气深度分级燃烧技术，以获得更低的炉内燃烧温度；这些燃烧技术的结合可充分降低燃烧的火焰峰值温度，从而降低锅炉的nox排放；通过大量的分析计算，该新型燃烧器比普通天然气燃烧器nox排放能够降低60％以上。

附图说明

图1是本发明所述超低氮燃烧器喷口的结构示意图；

图2是本发明所述超低氮燃烧器的结构示意图；

图3是本发明所述一次风天然气气枪的结构示意图；

图4是本发明所述三次风天然气气枪的结构示意图。

图中标记：1-中心风组件，10-中心风筒，2-一次风组件，20-一次风筒，21-旋流盘，22-一次风天然气气枪，221-顶孔，222-侧孔，223-挡块，23-一次风调节装置，24-一次风进风口，3-二次风组件，30-二次风筒，31-二次风孔板，4-三次风组件，40-三次风筒，41-三次风天然气气枪，42-三次风径向调节装置，43-文丘里型扩锥，5-一次风气枪配气环，6-三次风气枪配气环，7-位置调节装置，8-固定罩壳。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1至4所示，本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，包括中心风筒10、一次风筒20、二次风筒30和三次风筒40。

所述中心风筒10外套设所述一次风筒20，所述一次风筒20和所述中心风筒10之间设有旋流盘21，所述旋流盘21能够随所述中心风筒10轴向移动，所述旋流盘21用于将一次风烟气旋流，形成中心回流区。

所述一次风筒20中设有若干个一次风天然气气枪22，所述一次风天然气气枪22上设有一个顶孔221和两个间隔设置的侧孔222，所述一次风天然气气枪22喷口流量占总燃气量的5％-30％；所述顶孔221和所述侧孔222均用于喷射天然气，所述顶孔221朝向所述一次风筒20出口，所述侧孔222朝向所述一次风筒20内，所述一次风天然气气枪22上设有挡块223，所述挡块223位于所述侧孔222前方；所述顶孔221的喷射方向与所述中心风筒10轴向夹角为α，α为5°-45°，所述顶孔221的喷射方向远离所述中心风筒10，本实施例中，α具体为30°；所述一次风天然气气枪22包括3-8个，且均布于所述一次风筒20环上，本实施例中所述一次风天然气气枪22具体为3个。

所述一次风筒20外套设所述二次风筒30，所述二次风筒30和所述一次风筒20之间设有二次风孔板31，所述二次风孔板31用于延迟一次风与二次风的混合。

所述二次风筒30外套设所述三次风筒40，所述三次风筒40上设有若干个三次风天然气气枪41，所述三次风天然气气枪41的喷射方向与所述中心风筒10轴向夹角为β，β为5°-45°，所述三次风天然气气枪41的喷射方向远离所述中心风筒10，相邻两个所述三次风天然气气枪41的β值不相同，具体地，本实施例中，每相邻两个所述三次风天然气气枪41中的一个β为10°、另一个为15°，这样以不同的角度喷射入炉膛，实现燃料的多层分级燃烧；所述三次风天然气气枪41包括8-20个，且均布于所述三次风筒40环上，本实施例中所述三次风天然气气枪41具体为18个。

本发明所述的一种超低氮燃烧器喷口，利用所述旋流盘21将一次风烟气旋流，形成中心回流区，进行烟气自卷吸燃烧；通过所述一次风天然气气枪22和所述三次风天然气气枪41可实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成；利用所述二次风孔板31强化空气分级燃烧，并促进二次风对周围烟气的混合及卷吸，降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；同时所述旋流盘21前后位置可调，不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整旋流盘位置避免燃烧脉动现象的产生；所述一次风天然气气枪22内部分燃气通过所述侧孔222喷射入一次风烟气的卷吸混合区域，形成根部燃气的提前预混，促进燃烧器根部稳定燃烧，另一部分燃气通过所述顶孔221以角度α喷射入二次风和烟气的卷吸混合区域，使燃气在低氧量下实现低温燃烧；所述挡块223用于在所述一次风筒20中为所述侧孔222挡风，确保所述侧孔222燃气的稳定着火燃烧；所述三次风天然气气枪41以不同的β角度喷射入炉膛，实现燃料的多层分级燃烧，最大幅度降低nox的生成；该超低氮燃烧器喷口结构简单，使用方便，效果良好。

实施例2

如图1至4所示，本发明所述的一种超低氮燃烧器，包括如实施例1所述的超低氮燃烧器喷口，还包括：

中心风组件1，包括中心风调节风门和所述中心风筒10，所述中心风调节风门用于调节中心风风量，所述中心风筒10内设有点火气枪，用于初始点火；

一次风组件2，套设于所述中心风组件1外，所述一次风组件2包括一次风调节装置23、所述一次风筒20和所述旋流盘21，所述一次风筒20壁上设有一次风进风口24，其中所述一次风天然气气枪22在所述一次风筒20内的前后位置可调，所述一次风进风口24采用楔形进风的形式，可以使风量的调节更加灵敏；

二次风组件3，套设于所述一次风组件2外，所述二次风组件3包括所述二次风筒30和所述二次风孔板31；

三次风组件4，套设于所述二次风组件3外，所述三次风组件4包括三次风径向调节装置42、文丘里型扩锥43和所述三次风筒40，所述三次风径向调节装置42设于所述三次风筒40进口，用于将通过所述三次风径向调节装置42的风产生旋转，所述文丘里型扩锥43设于所述三次风筒40内，且位于三次风径向调节装置42后方，用于整流、使得三次风出口气流更均匀；

天然气喷枪，包括所述一次风天然气气枪22和所述三次风天然气气枪41；

天然气配气环，包括一次风气枪配气环5和三次风气枪配气环6，所述一次风气枪配气环5用于为所述一次风天然气气枪22供气，所述三次风气枪配气环6用于为所述三次风天然气气枪41供气；

位置调节装置7，连接于所述一次风气枪配气环5，所述位置调节装置7用于调节所述一次风天然气气枪22在所述一次风筒20内的前后位置；

其中，所述中心风筒10连接于所述旋流盘21，调节所述中心风筒10的前后位置能够调节所述旋流盘21在所述一次风筒20内的前后位置。

本发明所述的一种超低氮燃烧器，所述中心风组件1用于点火初期供风，能够通过调节所述中心风调节风门从而调整心回流区的位置，控制着火点；通过选取合适的一次风速和一次风率来满足燃烧初期的要求，布置在所述一次风筒20前端的所述旋流盘21可形成中心回流区，用于卷吸烟气稳定燃烧，所述旋流盘21位置可前后调节，这样不仅可以保证燃料和风的最佳混合，而且能够通过调整所述旋流盘21位置避免燃烧脉动现象的产生；所述二次风孔板31一方面可以延迟一次风与二次风的混合，进一步强化空气分级燃烧，另一方面所述二次风孔板31可促进二次风对周围烟气的混合和卷吸，这样就可以降低燃烧火焰温度，进一步降低nox排放；风通过所述三次风径向调节装置42后产生旋转，在离开燃烧器喷口后向四周扩张，在中心处形成一个负压区，从而使高温烟气回流至此，回流的高温烟气可以提供足够的热量使燃料稳定着火，所述三次风筒40里的所述文丘里型扩锥43可以起到整流的作用，使得三次风出口气流更均匀，避免出现局部高温燃烧，最终实现低nox燃烧，通过调整三次风风门可调节三次风风量及其旋流强度，从而获得最佳的燃烧工况；该燃烧器结构简单，使用方便，效果良好。

实施例3

如图1至4所示，本发明所述的一种锅炉，包括如实施例2所述的超低氮燃烧器，所述超低氮燃烧器包括固定罩壳8，所述固定罩壳8连接于所述超低氮燃烧器喷口外的所述三次风筒40上，所述固定罩壳8与锅炉水冷壁密封连接。

本发明所述的一种锅炉，具有烟气自卷吸燃烧技术，并结合燃料多层分级燃烧技术和燃烧器空气深度分级燃烧技术，以获得更低的炉内燃烧温度；这些燃烧技术的结合可充分降低燃烧的火焰峰值温度，从而降低锅炉的nox排放；通过大量的分析计算，该新型燃烧器比普通天然气燃烧器nox排放能够降低60％以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。