一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器的制作方法

1.本发明涉及一种超低氮燃烧器，尤其是一种适用于氢气/天然气的超低氮燃烧器。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，环境问题越来越受到人们的重视。全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果。"碳"就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。"碳"耗用得多，导致地球暖化的元凶"二氧化碳"也制造得多。随着人类的活动，全球变暖也在改变(影响)着人们的生活方式，带来越来越多的问题。
3.根据加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见，全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通、绿色生活、绿色消费，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，统筹推进高质量发展和高水平保护，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。
4.在此背景下，超低氮燃烧器不仅要承担低氮排放的要求，还要承担低碳排放的要求。这就需要超低氮燃烧器能够使用氢气作为燃料，但是由于氢气供应的不稳定性，因此开发一种既能满足天然气(或者其它气体)作为燃料的工况下使用，又能满足氢气作为燃料的工况下使用的超低氮燃烧器成为当下急需要求。按照gb/t41664-2022《低nox燃油燃气燃烧器评价方法与试验规则》的内容，对于nox≤30mg/nm3的燃烧器为1级低nox燃烧器(最高级别)，如何进一步降低nox排放，达到低碳目标，是本领域内急需解决的一大问题。
5.目前使用的超低氮燃烧器一般仅适用天然气(或者其它燃气)这一种燃料，当加入第二种燃料时，就无法满足多燃料切换的工况，或者无法同时满足在使用两种燃料、不同负荷下的低氮排放要求，因此继续开发一种新型双燃料的超低氮燃烧器是科研人员努力的方向。


技术实现要素：

6.技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用方便、能达到低碳和低氮的双目标的用于氢气/天然气的超低氮燃烧器。
7.技术方案：本发明的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，包括氢气集气室、氢气外层气枪、氢气内层气枪、天然气集气室、天然气中心气枪、天然气中层气枪、天然气外层气枪及稳燃罩；所述氢气集气室右侧端部的外圆周上交替均布有与氢气集气室相连通的多个氢气外层气枪和多个氢气内层气枪，所述多个氢气外层气枪和多个氢气内层气枪的外圆周上套装有天然气集气室，天然气集气室右侧端面圆周上设有均布在多个氢气外层气枪和多个氢气内层气枪外围的多个天然气外层气枪，多个氢气外层气枪和多个氢气内层气枪的中部设有与天然气集气室相连通的天然气中心气枪，天然气中心气枪的中部设有与天然气中心气枪相连通呈圆周排列的多个天然气中层气枪，多个天然气中层气枪的前部设有前端呈弧形的稳燃罩，所述氢气外层气枪的燃气喷嘴为多孔结构，多孔结构沿燃烧器喷口径按
一定角度喷射，所述氢气外层气枪的燃气喷嘴倾斜布置，沿稳燃罩叶片旋转方向，按圆周切向的一定角度喷射；氢气集气室和天然气集气室分别进气互不干扰，两种气体单独运行工况下，稳定燃烧并保证nox的超低排放。
8.所述的多个氢气外层气枪数量为4～8支，且圆周均布。
9.所述的多个氢气内层气枪数量为4～8支，且圆周均布。
10.所述的氢气外层气枪的多孔结构燃气喷嘴喷射的角度为15～60
°
。
11.所述的氢气外层气枪的燃气喷嘴沿稳燃罩叶片旋转方向，按圆周切向喷射的角度为15～45
°
。
12.所述的多个的天然气中层气枪)数量为4～8支，且圆周均布。
13.所述的多个天然气外层气枪数量为6～16支，且圆周均布。
14.有益效果：为达到低碳和低氮的双目标，进一步降低nox排放，优化燃烧器结构，达到低碳目标；本发明采用氢气气枪组件、天然气气枪组件、稳燃罩组件，通过两套燃气管路、保证天然气稳定燃烧，同时氢气或者氢气+天然气的稳定燃烧，并保证相互不增加nox的排放；两个组件互不干扰，并保证任何一种气体单独运行工况下，稳定燃烧并保证nox的超低排放。利用燃料分级、浓淡燃烧、少量烟气外循环(fgr)等措施降低中心火焰的温度，保证燃烧器稳定燃烧的同时，既实现了两种燃料的自由切换，又降低了热力型氮氧化物(nox)的排放值，使nox≤30mg/m3(3％o2@fgr)。按照gb/t41664-2022的内容，对于nox≤30mg/nm3的燃烧器为1级低nox燃烧器(最高级别)，本发明氢气/天然气的超低氮燃烧器可将nox的排放最低≤15mg/nm3，实现超低nox排放，同时能减少二氧化碳的排放，达到减碳、低碳的目标。
附图说明
15.图1是本发明的超低氮燃烧器剖面结构示意图。
16.图2是本发明的超低氮燃烧器立体结构示意图。
17.图3是本发明的超低氮燃烧器的烟气外循环示意图。
18.图中：1-包括氢气集气室，2-氢气外层气枪，3-氢气内层气枪，4-天然气集气室(，5-天然气中心气枪，6-天然气中层气枪，7-天然气外层气枪，8-稳燃罩。
具体实施方式
19.下面结合附图中对本发明的一个实施例作进一步的描述：
20.如图1图2所示，本发明的用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，主要由氢气集气室(1)、氢气外层气枪(2)、氢气内层气枪(3)、天然气集气室(4)、天然气中心气枪(5)、天然气中层气枪(6)、天然气外层气枪(7)及稳燃罩(8)构成；所述氢气集气室(1)右侧端部的外圆周上交替均布有与氢气集气室(1)相连通的多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)，所述的多个氢气外层气枪(2)数量为4～8支，且圆周均布；所述的多个氢气内层气枪(3)数量为4～8支，且圆周均布。所述多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)的外圆周上套装有天然气集气室(4)，天然气集气室(4)右侧端面圆周上设有均布在多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)外围的多个天然气外层气枪(7)，多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)的中部设有与天然气集气室(4)相连通的天然气中心气枪(5)，所述的多个天然气外层气枪(7)数量为6～16支，且圆周均布。天然气中心气枪(5)的中部设有与
天然气中心气枪(5)相连通呈圆周排列的多个天然气中层气枪(6)，多个天然气中层气枪(6)的前部设有前端呈弧形的稳燃罩(8)，所述的多个的天然气中层气枪(6)数量为4～8支，且圆周均布。所述氢气外层气枪(2)的燃气喷嘴为多孔结构，多孔结构沿燃烧器喷口径按一定角度喷射，氢气外层气枪(2)的多孔结构燃气喷嘴喷射的角度为15～60
°
。所述氢气外层气枪(3)的燃气喷嘴倾斜布置，沿稳燃罩(8)叶片旋转方向，按圆周切向的一定角度喷射；氢气外层气枪(3)的燃气喷嘴沿稳燃罩(8)叶片旋转方向，按圆周切向喷射的角度为15～45
°
。上述氢气集气室(1)、氢气外层气枪(2)和氢气内层气枪(3)是一个组件；而天然气集气室(4)、天然气中心气枪(5)、天然气中层气枪(6)、天然气外层气枪(7)及稳燃罩(8)是一个组件。氢气内层气枪(3)和天然气中层气枪(6)圆周交错布置；氢气外层气枪(2)、氢气内层气枪(3)、天然气中层气枪(6)和天然气外层气枪(7)都圆周均布，天然气外层气枪(7)数量控制在6～16支；氢气集气室(1)和天然气集气室(4)分别进气互不干扰，两种气体单独运行工况下，稳定燃烧并保证nox的超低排放。
21.用于氢气/天然气的超低氮燃烧器的工作原理：
22.1)燃料分级
23.根据低氮燃烧原理，在燃烧中已生成的no遇到烃根chi、未完全燃烧产物co、h2、c以及cnhm时，会发生no的还原反应。
24.利用这一原理，将燃料深度分为2/3级。第一级燃料喷入主燃烧区，主燃烧区α》》1，利用过量的助燃空气，将主燃烧区域平均温度控制在1500度以下，严格控制热力型nox的生成量。第二级燃料从主燃烧区域的外围喷射进入主燃烧区域的中后部，形成二级燃烧区。在二级燃烧区域，二级燃料与氧浓度低于12％的烟气混合燃烧，相对高浓度的chi和co对主燃烧区生成的微量nox进行还原反映，可使nox的排放浓度进一步降低。
25.2)浓淡燃烧
26.浓淡燃烧原理其一：在火焰区使的一部分燃料作为浓燃烧(相比较淡燃烧，燃料偏多)，另一部分燃料作为淡燃烧，把一个火焰分成多个小火焰，由于小火焰散热面积大，火焰温度较低，能明显降低燃烧所产生的热力型nox。另外，小火焰缩短了气体在火焰中的停留时间，对热力型nox和快速性nox都有明显的抑制作用
27.浓淡燃烧原理其二：部分第一级燃料与一级助燃空气旋流混合，形成浓相区(中心回流区)，可以稳定燃烧。另一部分燃料与二级助燃空气(稳燃罩外层风)直流混合，形成淡相燃烧区，淡相燃烧区富余大量助燃空气，从而降低主燃烧区域的温度。
28.3)烟气外循环
29.如图3所示，将锅炉尾部烟气利用烟气再循环风机或助燃风机抽吸送入燃烧器风箱，在燃烧器风箱内与助燃空气充分混合，降低助燃空气的氧浓度。另外外循环烟气进入燃烧区，能够显著降低火焰温度、燃烧区的燃料浓度和氧气浓度，从而显著减少热力型nox和快速性nox的生成。由于采用燃烧分级和浓淡燃烧的技术，将主燃烧区域平均温度控制在1400度以下，并将火焰分割为多股小火焰，使火焰更加发散，已经可以有效降低火焰区温度，严格控制了热力型nox和快速性nox的生成。因此在使用少量的烟气外循环的工况下，又能进一步降低火焰温度，同时热力型nox和快速性nox的生成量也会进一步降低。
30.通过对燃料分级、浓淡燃烧、烟气外循环等低氮技术的深度融合，氢气/天然气的超低氮燃烧器可保证烟气nox排放值小于30mg/nm3(3.0％o2含量)。目前该技术已经通过试
验和项目的验证，达到预期效果。

技术特征：
1.一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：包括氢气集气室(1)、氢气外层气枪(2)、氢气内层气枪(3)、天然气集气室(4)、天然气中心气枪(5)、天然气中层气枪(6)、天然气外层气枪(7)及稳燃罩(8)；所述氢气集气室(1)右侧端部的外圆周上交替均布有与氢气集气室(1)相连通的多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)，所述多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)的外圆周上套装有天然气集气室(4)，天然气集气室(4)右侧端面圆周上设有均布在多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)外围的多个天然气外层气枪(7)，多个氢气外层气枪(2)和多个氢气内层气枪(3)的中部设有与天然气集气室(4)相连通的天然气中心气枪(5)，天然气中心气枪(5)的中部设有与天然气中心气枪(5)相连通呈圆周排列的多个天然气中层气枪(6)，多个天然气中层气枪(6)的前部设有前端呈弧形的稳燃罩(8)，所述氢气外层气枪(2)的燃气喷嘴为多孔结构，多孔结构沿燃烧器喷口径按一定角度喷射，所述氢气外层气枪(3)的燃气喷嘴倾斜布置，沿稳燃罩(8)叶片旋转方向，按圆周切向的一定角度喷射；氢气集气室(1)和天然气集气室(4)分别进气互不干扰，两种气体单独运行工况下，稳定燃烧并保证nox的超低排放。2.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的多个氢气外层气枪(2)数量为4～8支，且圆周均布。3.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的多个氢气内层气枪(3)数量为4～8支，且圆周均布。4.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的氢气外层气枪(2)的多孔结构燃气喷嘴喷射的角度为15～60
°
。5.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的氢气外层气枪(3)的燃气喷嘴沿稳燃罩(8)叶片旋转方向，按圆周切向喷射的角度为15～45
°
。6.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的多个的天然气中层气枪(6)数量为4～8支，且圆周均布。7.根据权利要求1所述的一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，其特征在于：所述的多个天然气外层气枪(7)数量为6～16支，且圆周均布。

技术总结
本发明公开了一种用于氢气/天然气的超低氮燃烧器，包括氢气集气室、氢气外层气枪、氢气内层气枪、天然气集气室、天然气中心气枪、天然气中层气枪、天然气外层气枪及稳燃罩；氢气集气室上有氢气外层气枪和氢气内层气枪，氢气外层气枪和氢气内层气枪上套装有天然气集气室，天然气集气室上设有天然气外层气枪，氢气外层气枪和氢气内层气枪设有天然气中心气枪，天然气中心气枪设有天然气中层气枪，天然气中层气枪设有稳燃罩，氢气集气室和天然气集气室分别进气互不干扰，通过两套燃气管路、利用燃料分级、浓淡燃烧、少量烟气外循环(FGR)措施降低中心火焰温度，保证燃烧器稳定燃烧的同时，两种气体单独运行工况下，稳定燃烧并保证NOx的超低排放。低排放。低排放。


技术研发人员：贾刚建 朱红胜 任子康 尹建树 梁龙 于田磊
受保护的技术使用者：徐州燃烧控制研究院有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/21