一种兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置及燃烧系统的制作方法

1.本实用新型涉及锅炉燃烧设备，具体地指一种兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置及燃烧系统。


背景技术：

2.兰炭尾气是煤化工行业的兰炭炉在生产兰炭过程中产生的尾气，每生产一吨兰炭会同时产生尾气700立方左右。为将大量兰炭尾气进行余热回收，目前工业上常用的方法是建设以兰炭尾气为燃料的燃气锅炉，将兰炭尾气的热能转换为蒸汽，用于发电或供热，此方法既能余热回收利用，又能保护环境。
3.兰炭尾气的主要成分是n2，h2，co，ch4等，还含有焦油、粉尘，硫化物等杂质，其主要其特点是惰性气体n2含量较大(可高达50％)，热值较低(约为1500～2000kcal/nm3)。目前，兰炭尾气锅炉燃烧装置的配风为全旋流，即配风出口气流全部属于强旋转气流，兰炭尾气和空气混合强烈，燃烧后热负荷集中，易产生局部高温点，产生了较多的氮氧化物。同时，由于燃烧装置布置型式和控制手段简单，燃烧处于一种富氧状态，进一步升高了氮氧化物的排放浓度。因此，现有燃烧装置及燃烧系统难以满足日趋严格的环保标准。
4.因此，需要开发出一种结构简单、燃烧稳定、降低氮氧化物产生的兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置及燃烧系统。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、燃烧稳定、降低氮氧化物产生的兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置及燃烧系统。
6.本实用新型的技术方案为：一种兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置，其特征在于，包括同轴设置的中心风管、燃气管、热风管、文丘里喷嘴，所述文丘里喷嘴后端通向炉膛水冷壁且其内径轴向朝后均匀收缩，
7.所述中心风管、热风管均为内径均一的直管，所述燃气管贴合中心风管外壁设置，所述燃气管包括直管段以及直管段后方的锥管段，所述锥管段内径轴向朝后均匀收缩，所述热风管贴合燃气管的直管段外壁设置，所述热风管后端与文丘里喷嘴同轴密封连接，所述文丘里喷嘴将锥管段周向包围且文丘里喷嘴与锥管段间同轴设有分隔管，所述文丘里喷嘴内壁与分隔管外壁间形成外直流风道，所述分隔管内壁与锥管段外壁间形成内旋流风道，所述内旋流风道内设有配风器；
8.所述中心风管上设有用于输送热风的第一进风机构，所述燃气管上设有用于输送兰炭尾气的第二进风机构，所述热风管上设有用于输送热风的第三进风机构。
9.优选的，所述分隔管内径轴向朝后均匀收缩，所述文丘里喷嘴、分隔管、锥管段轴向朝后收缩形成的锥面间互相平行。
10.优选的，所述分隔管外壁间隔设置多个连接耳，所述连接耳与文丘里喷嘴内壁焊接。
11.优选的，所述中心风管前端、燃气管前端、热风管前端朝后依次设置，所述中心风管前端内部设有点火机构，所述燃气管前端、热风管前端均沿径向封闭。
12.优选的，所述中心风管后端、燃气管后端、文丘里喷嘴后端轴向对齐。
13.优选的，所述第一进风机构包括径向连接于中心风管上第一管道，所述第一管道上设有第一风门机构用于调节进风量。
14.优选的，所述第二进风机构包括径向连接于燃气管的直管段上第二管道。
15.优选的，第三进风机构包括径向连接于热风管上第三管道，所述第三管道上设有第二风门机构用于调节进风量。
16.优选的，所述文丘里喷嘴后端连接有第一密封装置，所述第一密封装置设有内孔与文丘里喷嘴同轴对接且所述内孔从与文丘里喷嘴连接处起其直径轴向朝后均匀扩大，所述第一密封装置固定于炉膛水冷壁上，所述第一密封装置内还设有火检装置用于检测文丘里喷嘴的着火状况。
17.本实用新型还提供一种燃烧系统，包括以上任一所述兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置和燃尽风燃烧器，所述燃尽风燃烧器位于兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置的上方，所述燃尽风燃烧器包括燃尽风风道、燃尽风喷口、调节风门，所述燃尽风喷口同轴连接于燃尽风风道后端且其内径轴向朝后均匀收缩，所述燃尽风喷口后端同轴连接有第二密封装置，所述第二密封装置固定于炉膛水冷壁上，所述调节风门设置于燃尽风风道前端用于控制进风量。
18.本实用新型的有益效果为：
19.1.兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置在文丘里喷嘴内设置分隔管，将文丘里喷嘴与燃烧管间形成外直流风道、内旋流风道，再加上燃烧管和中心风管，因此气体由内至外依次为中心风、直流兰炭尾气、旋流热风、直流热风，燃烧初期燃料与内旋流风道出来的旋转热风强烈混合稳定燃烧，待燃烧稳定后再与外直流风道出来的直流热风汇合，使总旋流强度下降，延缓燃烧进程，以防止燃烧热量大量集中无法释放出去，减少热力型氮氧化物的产生。
20.2.兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置可通过第一风门机构、第二风门机构调节至最适宜的风量配比，在保证稳定燃烧的同时大量减少氮氧化物的排放。
21.3.燃烧系统采用空气分级，设置有燃尽风燃烧器，燃烧时先将大部分热风喷入兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置，其余热风延迟喷入燃尽区，减少热力型氮氧化物的产生。
22.4.燃尽风燃烧器可通过调节风门调节至最适宜的风量配比，减少氮氧化物的排放。燃烧系统具有结构紧凑、燃烧稳定、调节比大、火焰铺展性好、燃烧效率高、燃烧易于控制、低氮效果好等优点。
附图说明
23.图1为兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置结构示意图(轴向剖视图)
24.图2为图1中a处放大图
25.图3为燃烧系统结构示意图
26.其中：1-中心风管2-燃气管3-热风管4-文丘里喷嘴5-分隔管 6-外直流风道7-旋流风道8-配风器9-第一管道10-第二管道11
‑ꢀ
第三管道12-第一风门机构13-第二风门机构14-第一密封装置 15-炉膛水冷壁16-火检装置21-直管段22-锥管段31-燃尽风风道 32-燃尽风喷口33-调节风门34-第二密封装置。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
28.如图1-2所示，本实用新型提供的一种兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置，包括同轴设置的中心风管1、燃气管2、热风管3、文丘里喷嘴4，中心风管1、燃气管2、热风管3依次由内向外设置，文丘里喷嘴4后端通向炉膛水冷壁15且其内径轴向朝后均匀收缩，本实施例中轴向同前后向，为图1-3中左右向，本实施例中气体流向为从前至后方向，同图1-3中从左至右方向。
29.中心风管1、热风管3均为内径均一的直管，燃气管2贴合中心风管1外壁设置，燃气管2包括直管段21以及直管段21后方的锥管段22，锥管段22内径轴向朝后均匀收缩，热风管3贴合燃气管2的直管段21外壁设置，热风管3后端与文丘里喷嘴4同轴密封连接，文丘里喷嘴4将锥管段22周向包围且文丘里喷嘴4与锥管段22间同轴设有分隔管5，文丘里喷嘴4内壁与分隔管5外壁间形成外直流风道6，分隔管5内壁与锥管段22外壁间形成内旋流风道7，内旋流风道7内设有配风器8。分隔管5内径轴向朝后均匀收缩，文丘里喷嘴4、分隔管5、锥管段22轴向朝后收缩形成的锥面间互相平行。分隔管5外壁间隔设置多个连接耳(图中未画出)，连接耳与文丘里喷嘴4内壁焊接。
30.中心风管1上设有用于输送热风的第一进风机构，燃气管2上设有用于输送兰炭尾气的第二进风机构，热风管3上设有用于输送热风的第三进风机构。第一进风机构包括径向连接于中心风管1上第一管道9，第一管道9上设有第一风门机构12用于调节进风量。
31.第二进风机构包括径向连接于燃气管2的直管段21上第二管道10。第三进风机构包括径向连接于热风管3上第三管道11，第三管道11 上设有第二风门机构13用于调节进风量。
32.中心风管1的前端、燃气管2的前端、热风管3的前端朝后依次设置，第一管道9位于中心风管1上燃气管2前方，第二管道10 位于直管段21上热风管3前方。中心风管1前端内部设有点火机构(图中未画出)，燃气管2的前端、热风管3的前端均沿径向封闭。中心风管1后端、燃气管2后端、文丘里喷嘴4后端轴向对齐。
33.文丘里喷嘴4后端连接有第一密封装置14，第一密封装置14 设有内孔17与文丘里喷嘴4同轴对接且内孔17从与文丘里喷嘴4 后端连接处起其直径轴向朝后均匀扩大，第一密封装置14固定于炉膛水冷壁15上，第一密封装置14内还设有火检装置16用于检测文丘里喷嘴4的着火状况。
34.本实施例中，文丘里喷嘴4收缩角度为10
°
～15
°
(即母线与中心轴线夹角)，内孔17轴向朝后均匀扩大处的扩口角度为20
°
～45
°
。配风器8由多片轴向旋流叶片组成，旋流叶片数量为8-25 片，沿中心轴线均布，叶片的安装角与中心轴线的角度为25～70
°
。进入中心风管1的热风占兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置的配风比例为 5～10％，进入热风管3的兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置的配风比例为 90～95％。
35.本实施例中，兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置可根据锅炉蒸发量的大小，进行一层或多层布置在炉膛水冷壁15上，每层可布置2～4 台，每层的多个兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置对称分布于炉膛水冷壁 15水平两侧，两侧的配风器8其转动方向相反且均为向上转动时朝向每层中心处，从而提高炉膛两侧烟气的上升速度，减缓炉膛中部烟气的上升速度，从而使烟气在炉膛的分布和上升速度更趋均匀，以保证燃烧更充分，减少氮氧化物的生成。
36.如图3所示，本实施例还提供一种燃烧系统，包括上述兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置和燃尽风燃烧器，燃尽风燃烧器位于兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置的上方，燃尽风燃烧器包括燃尽风风道31、燃尽风喷口32、调节风门33，燃尽风喷口32同轴连接于燃尽风风道31 轴向后端且其内径轴向朝后均匀收缩，燃尽风喷口32后端周向与第二密封装置34连接，第二密封装置34固定于炉膛水冷壁15上，调节风门33设置于燃尽风风道31前端用于控制进风量。
37.燃烧系统中，燃尽风装置布置于兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置上方2～4m处，热风总管向燃尽风装置和兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置提供热风，进入燃尽风装置的风量约占热风总管提供总风量的 20％～40％，兰炭尾气锅炉低氮燃烧装置的外直流风道6流通面积约占热风总管流通面积的20～30％。
38.本燃烧系统的工作原理为：
39.热风总管提供的热风分为三个部分：中心风，二次风以及燃尽风。中心风进入中心风管1，二次风从第三管道11进入热风管3，燃尽风进入燃尽风风道31，兰炭尾气从第二管道10进入燃气管2，兰炭尾气和热风混合后喷入炉膛燃烧。由于文丘里喷嘴4与燃烧管 2的锥管段22间形成外直流风道6、内旋流风道7，因此二次风分成旋流热风、直流热风，燃烧初期燃料与内旋流风道7出来的旋转热风强烈混合稳定燃烧，待燃烧稳定后再与外直流风道6出来的直流热风汇合，使总的旋流强度下降，延缓燃烧进程，以防止燃烧热量大量集中无法释放出去，减少热力型氮氧化物的产生。