一种大功率纯氨低氮燃烧器的制作方法

本发明涉及一种纯氨燃烧器，特别是一种大功率纯氨低氮燃烧器。

背景技术：

1、随着经济的发展和社会的进步，国家对能源的需求日益增长，但过多的使用化石燃料会带来环境污染和温室效应等问题，因此发掘一种零碳燃料在锅炉中进行掺烧是一条极具潜力的碳减排路线，对“双碳”目标的实现具有重要意义。

2、从行业发展现状来看，氨是一种目前最有望规模化替代化石燃料的新型零碳燃料，其具有以下优点：

3、1）氨具有较高的能量密度，其体积能量密度比氢气更高。

4、2）氨容易液化，常温下氨加压到1.03mpa即可液化，而氢需要加压到70mpa，在运输上更具有成本优势。

5、3）氨的储存和运输的配套基础设施已经较为完善，可支撑工业应用。

6、4）氨的爆炸极限为15-28%，而氢气的爆炸极限为4-75%，氨具有更好的安全性，其在运输过程中不易着火爆炸。

7、但氨热值不高，自燃温度相对较高为650℃，着火性能不佳；现有的氨燃料燃烧器存在氨燃料与空气混合不充分，不易稳定燃烧，且氨燃烧有氮氧化物排放超标的风险，如果燃烧组织不当，极易导致氮氧化物排放超标。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种大功率纯氨低氮燃烧器，它可实现氨燃料与空气的良好混合及合理的分区分层燃烧，从而实现燃料多重分级及配风多重分级，并通过多级高温烟气自卷吸回流区稳燃，在实现氨燃料稳定燃烧、高燃尽率的同时，达到低nox排放的效果。

2、为了达到上述目的，本发明的一种大功率纯氨低氮燃烧器，包括风箱、从内至外依次设置的一级配风风道、二级配风风道、三级配风风道及四级配风通道，一级配风风道中设有点火装置，四级配风通道内设有切向旋流器；其特征在于：在一级配风风道前端外固连有中心旋流盘，在中心旋流盘外侧的二级配风风道内设有数个环形排列的一级氨燃料喷口，一级氨燃料喷口均通过连接管与一级氨燃料配气环相连；在三级配风风道前端设有烟气卷吸板，烟气卷吸板设有数个通孔，数支二级管式氨燃料喷枪的前端穿过烟气卷吸板，二级管式氨燃料喷枪均与二级氨燃料配气环相连；在四级配风通道内设有数支三级氨燃料喷枪，三级管式氨燃料喷枪均与三级氨燃料配气环相连；各级氨燃料配气环均位于风箱外，各级氨燃料配气环均与各自的燃料输送管道相连，各输送管道上均设有系统切断阀和调节阀。

3、本发明使用时，一级配风风道、二级配风风道、三级配风风道、四级配风通道通过风箱进行配风，中心旋流盘固定在二级配风风道内，大尺度中心旋流盘可卷吸高温烟气回流形成一级高温回流区，有利于一级环形氨燃料着火和稳燃；三级配风风道前端布置有高温烟气卷吸板，其特有的通孔结构形成主级负压区，促进高温烟气回流形成二级回流区，为二级氨燃料提供更好的燃烧温度条件；四级配风通道入口布置有配风的切向旋流器，可用于调节四级配风风量和旋流强度，同时四级旋流风在离开燃烧器喷口后向四周扩张，在三级氨燃料喷入处形成一个副级负压区，从而形成三级回流区，回流的高温烟气可以提供足够的热量使三级氨燃料稳定着火；一级、二级、三级高温烟气回流区的叠加效应，配合一级环形氨燃料喷口、二级管式氨燃料喷枪、三级氨燃料喷枪在周向上分三环布置，有效加强了燃料和空气的混合，形成多层环形火焰，从而实现燃料多重分级及配风多重分级，并通过多级高温烟气自卷吸回流区稳燃，使得各级氨燃料喷入炉内后能更迅速地着火并持续燃烧、燃尽，有利于氨燃料充分燃烧、整体燃烧效率得到提升，并防止由于热量集中形成温度偏差较大的燃烧场，加上回流的高温烟气还降低了燃烧初期的燃烧尖峰温度，同时热解nh3产生的h等还原性介质强化了氮氧化物在燃烧初期的还原，达到降低nox的目的；燃烧器配风分为一级风、二级风、三级风和四级风四股，实现了燃烧器空气多重分级，可使得整体燃烧过程免于在当量比条件下进行，进一步抑制nox的生成，达到减少氮氧化物排放的目的；一级氨燃料、二级氨燃料、三级氨燃料配置有各自的氨燃料配气环、燃料输送管道、系统切断阀及调节阀，用于实现各级氨燃料喷射装置的配气、输送、精准调控和切断；

4、作为本发明的进一步改进，所述各一级氨燃料喷口、二级管式氨燃料喷枪及三级管式氨燃料喷枪均在圆周上均布；可使燃烧火焰更加均匀，避免局部高温区域的产生，能有效控制氮氧化物的生成，并可实现燃料与空气的充分混合；

5、作为本发明的进一步改进，所述相邻两一级氨燃料喷口的轴向分别向径向内侧和径向外侧倾斜；可实现氨燃料的角度分级燃烧，降低氮氧化物，同时向径向内侧倾斜的喷口对着点火装置，易实现点火，向径向外侧倾斜的喷口在外喷时更易引燃外圈的燃料，实现燃料的关联投运；

6、作为本发明的进一步改进，所述四级配风通道的前端及各三级管式氨燃料喷枪的前端均向径向外侧倾斜；可提高分区燃烧的效果；

7、作为本发明的进一步改进，所述烟气卷吸板的数个通孔在径向分层、同层均布排列，各二级管式氨燃料喷枪在径向均位于两层通孔之间；可各二级管式氨燃料喷枪内、外侧形成二级回流区，为二级氨燃料提供更好的燃烧温度条件；

8、作为本发明的进一步改进，风箱与配风系统管道相连，配风系统管道上设有系统调节阀；在运行中可调节各燃烧器的风量，以实现最佳的燃烧工况；

9、综上所述，本发明可实现氨燃料与空气的良好混合及合理的分区分层燃烧，在形成独立层火焰、保证燃烧过程稳定的同时，又达到了低nox排放和高效率燃尽的目的。

技术特征：

1.一种大功率纯氨低氮燃烧器，包括风箱、从内至外依次设置的一级配风风道、二级配风风道、三级配风风道及四级配风通道，一级配风风道中设有点火装置，四级配风通道内设有切向旋流器；其特征在于：在一级配风风道前端外固连有中心旋流盘，在中心旋流盘外侧的二级配风风道内设有数个环形排列的一级氨燃料喷口，一级氨燃料喷口均通过连接管与一级氨燃料配气环相连；在三级配风风道前端设有烟气卷吸板，烟气卷吸板设有数个通孔，数支二级管式氨燃料喷枪的前端穿过烟气卷吸板，二级管式氨燃料喷枪均与二级氨燃料配气环相连；在四级配风通道内设有数支三级氨燃料喷枪，三级管式氨燃料喷枪均与三级氨燃料配气环相连；各级氨燃料配气环均位于风箱外，各级氨燃料配气环均与各自的燃料输送管道相连，各输送管道上均设有系统切断阀和调节阀。

2.如权利要求1所述的一种大功率纯氨低氮燃烧器，其特征在于：所述各一级氨燃料喷口、二级管式氨燃料喷枪及三级管式氨燃料喷枪均在圆周上均布。

3.如权利要求1或2 所述的一种大功率纯氨低氮燃烧器置，其特征在于：所述相邻两一级氨燃料喷口的轴向分别向径向内侧和径向外侧倾斜。

4.如权利要求3所述的一种大功率纯氨低氮燃烧器，其特征在于：所述四级配风通道的前端及各三级管式氨燃料喷枪的前端均向径向外侧倾斜。

5.如权利要求4所述的一种大功率纯氨低氮燃烧器，其特征在于：所述烟气卷吸板的数个通孔在径向分层、同层均布排列，各二级管式氨燃料喷枪在径向均位于两层通孔之间。

6.如权利要求5所述的一种大功率纯氨低氮燃烧器，其特征在于：风箱与配风系统管道相连，配风系统管道上设有系统调节阀。

技术总结本发明公开了一种大功率纯氨低氮燃烧器，包括风箱、一级配风风道、二级配风风道、三级配风风道及四级配风通道，一级配风风道中设有点火装置，四级配风通道内设有切向旋流器；在一级配风风道前端外固连有中心旋流盘，在二级配风风道内设有数个环形排列的一级氨燃料喷口，一级氨燃料喷口均通过连接管与一级氨燃料配气环相连；在三级配风风道前端设有带数个通孔的烟气卷吸板，数支二级管式氨燃料喷枪的前端穿过烟气卷吸板；在四级配风通道内设有数支三级氨燃料喷枪，各级管式氨燃料喷枪均与各自的氨燃料配气环相连；各级氨燃料配气环的输送管道上均设有系统切断阀和调节阀；本发明可实现燃料多重分级及配风多重分级，并通过多级高温烟气自卷吸回流区稳燃，在实现氨燃料稳定燃烧的同时，达到低NOx排放的效果。技术研发人员：王杜佳,杨章宁,王勇,魏艳娜,冉燊铭,韦耿,唐潇,莫春鸿,李维成受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12