本發(fā)明屬于熱能與動力工程技術領域，涉及一種設有SOFA的高溫煙氣回流預燃式低NOx燃燒器。

背景技術：

NO_x是造成近年來大規(guī)模霧霾的元兇之一，此外NO_x還會誘發(fā)光化學煙霧、酸雨等一系列環(huán)境問題，而燃煤鍋爐又是我國NO_x排放的最主要來源之一，經過多年的努力粉塵和SOx污染治理取得了很大的成效，但是NO_x排放控制還相對落后。依據環(huán)保部的最新數據，2012年全國全年氮氧化物排放總量2337.8萬噸，火電排放約占35％～40％，給我們的環(huán)境帶來嚴重的威脅。因此國家制定了越來越嚴格的措施控制NO_x的排放。最新的《火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011》NO_x排放標準比歐美都嚴格，燃煤鍋爐的NO_x排放量要小于100mg/m³。

目前氮氧化物的控制方法主要有煙氣脫硝和燃燒脫硝兩大類。目前常用的煙氣脫硝方法主要包括選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法。燃燒脫硝技術則包括低NOx燃燒器、空氣分級燃燒和煙氣再循環(huán)等方法。煤粉燃燒裝置是火電生產的主要設備，因此，如何提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性，同時降低NOx的排放是煤粉燃燒裝置研究的重點。煤粉低溫預燃技術是近幾年發(fā)展起來的低NOx燃燒技術，煤粉進入燃燒器前，先流入一個還原性氣氛的預燃室。在預燃室內由于高溫條件，一次風內攜帶的煤粉直接在預燃室內燃燒，燃料中的氮有機化合物受熱首先熱解為氰化氫(HCN)、氨(NH₃)和CN等中間產物。由于預燃室內空氣中氧氣含量非常有限，氧氣優(yōu)先與中間產物(HCN、NH₃和CN)反應生成H₂O、N₂和CO₂，降低助燃空氣的氧濃度同時降低氮氧化物的生成。此外分級配風布置技術，使進入爐膛的混合氣中的氧氣比例小，保證煤粉在低氧環(huán)境中燃燒，降低火焰溫度，不僅可以降低燃料型NOx生成而且會減少熱力型NOx的生成，在局部形成還原性氣氛，有效降低NOx的排放。燃燒器二次風旋轉射流對氣流的擾動以及煤粉的混合有很大作用，可以穩(wěn)定燃燒，而且旋轉射流形成的回流區(qū)一方面從回流區(qū)回流高溫煙氣；另一方面旋轉射流也從射流的外邊界卷吸周圍高溫煙氣，從而提高煤粉著火、燃燒的穩(wěn)定性，通過高速射流卷吸大量煙氣，使煤粉在低氧環(huán)境中燃燒，降低火焰溫度峰值，減少熱力型NOx生成。通過一次風煤粉濃淡分離以及穩(wěn)焰齒也有助于降低NOx生成量以及提高燃燒穩(wěn)定性。

SOFA風是遠距離燃盡風(Separated Over Fire Air)的簡稱，是爐膛中距離主燃區(qū)有一定距離的燃盡風。因為為了降低NOx的生成，一般主燃燒區(qū)是處于微缺氧環(huán)境下(即還原性氣氛)燃燒的，過量空氣系數是小于1的，所以可燃物(C，CO等)并不能完全燃盡，因此需要在爐膛中距離主燃燒區(qū)一定距離的地方配置SOFA風，以使可燃物在后期進一步燃盡，而且因為距離較遠所以未燃盡煙氣到達此處時，溫度有所降低也會抑制NOx的生成。本發(fā)明將SOFA風引入該低NOx燃燒器，使得該燃燒器在通過分級配風、旋轉射流和煤粉預燃來降低NOx排放、穩(wěn)定燃燒的同時能夠使可燃物在后期進一步燃盡，降低飛灰并進一步降低NOx。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種設有SOFA的高溫煙氣回流預燃式低NOx燃燒器。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種設有SOFA的高溫煙氣回流預燃式低NOx燃燒器，包括預燃室，預燃室的入口一側設置中芯管，中芯管外依次套設有一次風套筒、直流內二次風套筒以及旋流內二次風套筒；油槍和高能點火裝置由中芯管的末端伸入，并由前端伸出至預燃室內；預燃室上設置有外二次風和SOFA風套筒，預燃室的側壁上開設有若干外二次風噴口，預燃室殼體外側設置若干SOFA風直流噴口；一次風套筒的入口與一次風入口相連通；直流內二次風套筒的入口與直流內二次風通道相連通，出口與預燃室相連通；旋流內二次風套筒的入口與旋流內二次風通道相連通，出口與預燃室相連通。

本發(fā)明進一步的改進在于：

所述油槍和高能點火裝置的末端連接組合式氣動推進器，在需要點火時，組合式氣動推進器將油槍和高能點火裝置送至點火位置，在點火結束后，將油槍和高能點火裝置收縮回中芯管中。

所述中芯管的末端設置第一窺火裝置，預燃室后端側壁上設置紅外火焰檢測裝置和第二窺火裝置。

所述一次風套筒的出口處設置用于提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性的煤粉濃縮環(huán)和穩(wěn)焰齒。

所述直流內二次風通道和旋流內二次風通道的入口設置用于調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的進風比例的翻板閥；旋流內二次風通道的出口處設置切向旋流葉片。

所述翻板閥內設置有直流內二次風調節(jié)閥和旋流內二次風調節(jié)閥，通過調節(jié)直流內二次風調節(jié)閥和旋流內二次風調節(jié)閥的開度，調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的比例。

所述直流內二次風套筒的出口向外擴張角度α，20°≤α≤30°。

所述預燃室入口一側的內壁與水平方向的夾角為β，25°≤β≤35°。

所述外二次風噴口的軸向定位角為γ，25°≤γ≤35°，周向定位角為θ，25°≤θ≤35°，使噴出的外二次風圍繞預燃室出口軸線形成旋流外二次風。

所述預燃室殼體外側設置18個SOFA風直流噴口。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明采用煤粉低溫預燃技術，通過一次風攜帶煤粉進入預燃室，在預燃室還原性氣氛下進行預燃。燃料中的氮有機化合物受熱首先熱解為氰化氫(HCN)、氨(NH₃)和CN等中間產物。由于預燃室內空氣中氧氣含量非常有限，氧氣優(yōu)先與中間產物(HCN、NH₃和CN)反應生成H₂O、N₂和CO₂，降低助燃空氣的氧濃度同時降低氮氧化物的生成。一次風出口處的煤粉濃縮環(huán)可以實現(xiàn)煤粉濃淡分離，得到高濃度的煤粉氣流，高濃度煤粉氣流具有良好的著火和穩(wěn)燃性。提高煤粉濃度可以進一步降低NOx生成量。一次風出口處的穩(wěn)焰齒也能起到穩(wěn)定燃燒的作用。在分級送風方面，內二次風通過翻板閥分成兩股，即直流內二次風和旋流內二次風，補充了煤粉繼續(xù)燃燒所需要的空氣，并主要起擾動和混合作用，而且還可以通過調節(jié)旋流內二次風調節(jié)閥和直流內二次風調節(jié)閥的開度來控制兩股內二次風的比例，進而形成不同的內二次風旋流強度。外二次風通過18個斜置旋流孔噴出，旋流的外二次風對氣流的擾動以及煤粉的混合有很大作用，可以穩(wěn)定燃燒，而且旋轉射流形成的回流區(qū)一方面從回流區(qū)回流高溫煙氣；另一方面旋轉射流也從射流的外邊界卷吸周圍高溫煙氣，從而提高煤粉著火、燃燒的穩(wěn)定性，高溫煙氣較低的含氧量也有助于抑制NOx的生成。本燃燒裝置引入了SOFA風，SOFA風從預燃室殼體邊緣的18個SOFA風直流噴口噴出，使可燃物在后期進一步燃盡，降低飛灰并進一步降低NOx。本發(fā)明能夠有效降低NOx的排放，同時火焰穩(wěn)定性好，為火電企業(yè)降低NOx污染物排放做出貢獻。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；

圖2為圖1A-A方向的剖面圖；

圖3為圖1的右視圖；

圖4為圖1的俯視圖。

圖中標記：1-高能點火裝置，2-油槍，3-組合式氣動推進器，4-第一窺火裝置，5-中芯管，6-一次風套筒，7-直流內二次風通道，8-旋流內二次風通道，9-翻板閥，10-紅外火焰監(jiān)測裝置，11-第二窺火裝置，12-外二次風和SOFA風入口，13-預燃室殼體，14-預燃室，15-外二次風噴口，16-SOFA風直流噴口，17-穩(wěn)焰齒，18-直流內二次風擴口，19-煤粉濃縮環(huán)，20-直流內二次風套筒，21-旋流內二次風套筒，22-切向旋流葉片，23-一次風入口，24-旋流內二次風調節(jié)閥，25-直流內二次風調節(jié)閥。

【具體實施方式】

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參見圖1-圖4，本發(fā)明由點火系統(tǒng)(高能點火裝置1，油槍2，組合式氣動推進器3)、中芯管5、一次風套筒6、穩(wěn)焰齒17、煤粉濃縮環(huán)19、直流內二次風通道7、旋流內二次風通道8、直流內二次風套筒20、旋流內二次風套筒21、翻板閥9、紅外火焰監(jiān)測裝置10、窺火裝置、預燃室殼體、預燃室14、外二次風噴口15、SOFA風直流噴口16等構成。

本發(fā)明包括預燃室14，預燃室14的入口一側設置中芯管5，中芯管5外依次套設有一次風套筒6、直流內二次風套筒20以及旋流內二次風套筒21；油槍2和高能點火裝置1由中芯管5的末端伸入，并由前端伸出至預燃室14內；預燃室14上設置有外二次風和SOFA風套筒，預燃室14的側壁上開設有若干外二次風噴口15，預燃室14殼體外側設置若干SOFA風直流噴口16；一次風套筒6的入口與一次風入口23相連通；直流內二次風套筒20的入口與直流內二次風通道7相連通，出口與預燃室14相連通；旋流內二次風套筒21的入口與旋流內二次風通道8相連通，出口與預燃室14相連通。

油槍2和高能點火裝置1的末端連接組合式氣動推進器3，在需要點火時，組合式氣動推進器3將油槍2和高能點火裝置1送至點火位置，在點火結束后，將油槍2和高能點火裝置1收縮回中芯管5中。中芯管5的末端設置第一窺火裝置4，預燃室14后端側壁上設置紅外火焰檢測裝置10和第二窺火裝置11。

一次風套筒6的出口處設置用于提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性的煤粉濃縮環(huán)19和穩(wěn)焰齒17。直流內二次風通道7和旋流內二次風通道8的入口設置用于調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的進風比例的翻板閥9；旋流內二次風通道8的出口處設置切向旋流葉片22。翻板閥9內設置有直流內二次風調節(jié)閥25和旋流內二次風調節(jié)閥24，通過調節(jié)直流內二次風調節(jié)閥25和旋流內二次風調節(jié)閥24的開度，調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的比例。

直流內二次風套筒20的出口向外擴張角度α，20°≤α≤30°。預燃室入口一側的內壁與水平方向的夾角為β，25°≤β≤35°。外二次風噴口15的軸向定位角為γ，25°≤γ≤35°，周向定位角為θ，25°≤θ≤35°，使噴出的外二次風匯集在預燃室14出口軸線附近。預燃室14殼體外側設置18個SOFA風直流噴口16。

本發(fā)明的原理：

本發(fā)明利用旋流外二次風形成的回流區(qū)卷席進預燃室的高溫煙氣對預燃室內煤粉進行預熱，一方面有利于穩(wěn)定燃燒，另一方面使煤粉在預燃室內部分燃燒及熱解，燃料中的氮有機化合物受熱首先熱解為氰化氫等中間產物，并在低氧條件下與氧氣反應生成N₂，有效降低NOx的生成量?；亓鬟M預燃室的高溫煙氣的氧氣含量比較低，進一步降低了預燃室內的氧含量，抑制了NOx的生成。

為了保證預燃室內的低氧環(huán)境，要求：

(一次風量(煤粉)+內二次風量)/煤粉燃燒所需理論計算總風量＜0.2

也就是說預熱室內總的過?？諝庀禂狄∮?.2。

由于預燃室內空氣消耗系數＜0.2，預熱室內的氧氣幾乎被煤粉燃燒消耗盡。因此輸送煤粉、未燃燒的揮發(fā)分等進入爐膛的混合氣體中幾乎不含有氧氣，利于組織煤粉在爐膛內高溫低氧燃燒，進一步減少NOx污染物的排放。

為了獲得較好的脫硝效率，在該設有SOFA(遠方燃盡風)的高溫煙氣回流預燃式低NOx燃燒器所應用的鍋爐中，要通過合理設計外二次風噴口直徑大小和SOFA風直流噴口直徑大小，來調節(jié)旋流外二次風和SOFA風的比例，進而使得主燃區(qū)的空氣消耗系數＜1.0，燃燼區(qū)的空氣消耗系數＞1.0。

為了提高自動化水平和監(jiān)測燃燒的穩(wěn)定器，該燃燒裝置配備有高能點火裝置、油槍和紅外火焰監(jiān)測裝置。為了延長油槍和高能點火裝置的使用壽命，配備組合式氣動推進器。在需要點火時，推進器向前運行把油槍和高能點火器送到點火位置。但點火結束后，推進器向后運行，將油槍和高能點火器收縮回中芯管，避免高溫沖刷、腐蝕和結焦污染。

為了提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性，在一次風出口處設置穩(wěn)焰齒；在一次風煤粉氣流外圍設置內二次風；內二次風又通過翻板閥分為直流內二次風和旋流內二次風；直流內二次風出口擴張一定角度α，要求α角度范圍在20～30度。

為了保證燃燒效果，要求預燃室內弧度β角度范圍在25～35度；要求旋流外二次風噴口的定位角度γ角度范圍在25～35度；要求旋流外二次風噴口的定位角度θ角度范圍在25～35度。

為了提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性，在旋流內二次風通道內設置有若干切向旋流葉片，靠切向旋流葉片產生的旋流內二次風，不僅可以加強擾動和混合，還可以在預燃室內形成回流區(qū)，進而提高煤粉燃燒的穩(wěn)定性；通過調節(jié)內二次風翻板閥，可以調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的比例，進而可以根據煤種的不同來調節(jié)內二次風的旋流強度以及回流區(qū)的大??；在一次風套管內設置煤粉濃縮環(huán)。當煤粉氣流與濃縮環(huán)撞擊時，由于慣性作用，煤粉被分離為內濃外淡型氣流。煤粉噴入預熱室后為中心濃，兩側淡的氣流。

外二次風由18個斜置旋流孔噴出，形成回流區(qū)。其中斜置旋流孔接近預燃室出口處，其噴出的外二次風圍繞預燃室出口軸線形成旋流外二次風，可以保證預燃室內過量空氣系數不因此增加，進而保證預燃室的低氧環(huán)境，進一步減少NOx污染物的排放。

SOFA風由18個處于預燃室殼體外圍的SOFA風直流噴口噴出，補充燃燒后期需要的氧氣，使可燃物在后期進一步燃盡，降低飛灰，并且噴入SOFA風也降低了燃燒溫度，所以進一步降低NOx。

由于預熱室內的氧氣幾乎被煤粉燃燒消耗盡。因此輸送煤粉、炭煙、未燃燒的揮發(fā)分等進入爐膛的混合氣體中幾乎不含有氧氣，利于組織煤粉在爐膛內高溫低氧燃燒，進一步減少NOx污染物的排放。

一次風，內二次風、外二次風、SOFA風等采用分級配風，保證爐內主燃區(qū)為低氧環(huán)境，使進入爐膛的氰化氫等可以在低氧條件下與氧氣反應生成N₂、CO₂和H₂O，進一步降低NOx的生成量。

本發(fā)明的工作過程：

首先，將內二次風通過內二次風入口送入，內二次風分別進入直流內二次風通道7和旋流內二次風通道8，并分別通過直流內二次風套筒20和旋流內二次風套筒21進入預燃室14內，對預燃室進行1分鐘以上的吹掃。然后將組合式氣動推進器3向前運行，將高能點火裝置1和油槍2送入指定點火位置。高能點火裝置1工作，引燃油槍2。將內二次風通過內二次風入口送入，內二次風分別進入直流內二次風通道7和旋流內二次風通道8，并分別通過直流內二次風套筒20和旋流內二次風套筒21進入預燃室14內。旋流內二次風通道8里設置的若干切向旋流葉片22可以使該通道內的二次風產生旋轉，這股旋流內二次風可以在預燃室14前端產生回流區(qū)，有助于燃燒的穩(wěn)定。由一次風煤粉入口23送入煤粉和空氣的混合物，該混合物在一次風套筒6和中芯管5之間的環(huán)形通道內流動，由于慣性作用，在通過煤粉濃縮環(huán)19后被分離為中心濃、四周淡的煤粉氣流，待其進入預燃室14后，發(fā)生熱值，并被油槍2形成的火焰引燃。煤粉濃縮環(huán)19、穩(wěn)焰齒17和直流內二次風擴口18使煤粉穩(wěn)定燃燒。通過控制翻板閥9里的直流內二次風調節(jié)閥25和旋流內二次風調節(jié)閥24的開度，可以調節(jié)直流內二次風和旋流內二次風的比例，進而可以根據煤種的不同來調節(jié)內二次風的旋流強度以及回流區(qū)的大小。在一次風和內二次風產生的氧氣不充足的情況下，煤粉熱解產生的氰化氫等在低氧條件下與氧氣反應生成N₂、CO₂和H₂O，降低了NOx的生成量。外二次風通過設置在預燃室殼體13后半段的斜置的外二次風噴口15噴出，進而補充繼續(xù)燃燒所需要的氧氣，由于二次風噴口15是斜置的，所以外二次風是旋流射出的，旋流外二次風匯集在預燃室出口軸線附近，可以形成回流區(qū)，進而卷吸爐膛內的高溫煙氣穩(wěn)定燃燒，并降低氧含量，保持還原性氣氛，進一步降低了NOx的生成量。外二次風以及卷吸的高溫煙氣和未完全燃盡的燃料以及飛灰可燃物在預燃室的后半段均勻混合，然后送入爐膛燃燒。SOFA風由18個處于預燃室殼體13外圍的SOFA風直流噴口16噴入到爐膛，補充燃燒后期需要的氧氣，使可燃物在后期進一步燃盡，降低飛灰，并且噴入SOFA風也降低了燃燒溫度，所以進一步降低NOx的生成量。待預燃室14燃燒穩(wěn)定后，組合式氣動推進器3動作，將油槍2和高能點火裝置1縮回中芯管5內，以延長其使用壽命。同時紅外火焰監(jiān)測裝置10通過第二窺火裝置11實時監(jiān)測燃燒內的火焰狀態(tài)，當發(fā)生滅火時，發(fā)出警報，并及時停止煤粉的輸入，重新執(zhí)行吹掃和點火操作。

以上內容僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權利要求書的保護范圍之內。