專利名稱：一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴及其應用，屬燃燒 氣體燃料的燃燒器領域。
背景技術：
生物質作為一種新能源越來越受到能源領域的廣泛重視，生物質 能的轉換技術主要包括直接燃燒、熱化學轉換和生物轉換，生物質熱 化學氣化是重要的能源轉換形式，是將生物質有機燃料在高溫下與汽 化劑作用而獲得合成氣，運行溫度控制在650~850°C，生物質氣化 后的可燃氣中包括N2、 02、 H2、 C02 、 CO、 CH4和CnHm等成分， 氣體熱值在4600 6300kJ/Nn^之間，熱值較低，生物質氣化氣單獨 燃燒火焰不穩(wěn)定，火焰剛性差。天然氣作為常規(guī)能源，是一種優(yōu)質的 氣體燃料，氣體熱值在33440 41800kJ/NmS之間，由于儲藏量小， 應合理利用有限資源。天然氣中CH4含量大，密度小，在燃燒時組 織火焰和燃燒技術上必須采用相應的措施，以保證充分發(fā)揮天然氣的 作用。
NOx作為一種大氣污染物，對人體的危害大，主要來自燃料燃 燒。NOx生成的條件是高溫和富氧，避開溫度過高和過?？諝庀禂?shù) 大在同一區(qū)域同時出現(xiàn)，可有效抑制NOx生成。
舒'鵬
本發(fā)明的技術原理
二次風技術指在主燃區(qū)頂層燃燒器的上部一段距離另設二次風
4噴口，使得部分二次風(通常為總二次風量的20%左右)通過此噴 口噴入爐膛。它的技術原理為將燃燒用的空氣分兩階段送入，首先將 總空氣量按一定比例從主燃區(qū)燃燒器送入爐膛，使燃燒在該區(qū)域處于
缺氧狀態(tài)，從而降低燃燒速度和燃燒溫度，生成CO;而且燃料中的
揮發(fā)分氮分解生成大量的HN、 HCN、 NH3及NH2等，它們或相互復 合生成N2或與已生成的NOx發(fā)生還原反應，因而抑制了 NOx的生 成。然后，將燃燒用空氣的剩余部分以二次風送入爐膛以使燃料進入 空氣過剩區(qū)域而燃盡。在該區(qū)域由于火焰溫度較低，所以也不會生成 大量的NOx，因而總的NOx生成量是下降的。
本發(fā)明把生物質氣(新能源)和天然氣(常規(guī)能源)利用結合起 來，在充分利用新能源的基礎上，提高燃料的發(fā)熱量，提高火焰的燃 燒能力和剛性，在規(guī)定的負荷變化范圍(調節(jié)比)內(nèi)保證火焰的穩(wěn)定， 既不脫火，也不回火；并能保證在規(guī)定的負荷條件下燃料的完全燃燒； 通過避免高溫和富氧區(qū)域集中，采用分次送空氣的方法，減少NOx 的生成和排放。
本發(fā)明的技術方案
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，主要由4根截面圓周上 呈均勻分布的一次空氣通道3、截面圓中心的1根生物質氣通道5、 耐火材料6、鋼結構件7和固定件8組成，耐火材料6和鋼結構件7 使得各通道的管路固定并成為一個整體，固定件8將燒嘴與爐墻1連 接，其特征在于還設置有分別與一次空氣通道3分布相同4根二次空 氣通道2和4根天然氣通道4， 一次空氣通道3、 二次空氣通道2、 天然氣通道4及生物質氣通道5在同一截面的圓半徑上，且在燒嘴中 天然氣通道4和生物質氣通道5相交成30度角， 一次空氣通道3和生物質氣通道5相交成65度角，二次空氣通道2最終與中心的生物 質氣通道5平行。
其中耐火材料6為由粗骨料、細骨料、高鋁細粉和礬土水泥組成 的耐火混凝土，生物質氣通道5、天然氣通道4、 一次空氣通道3及 二次空氣通道2預埋在耐火材料6中。
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴的使用方法，包括如下步
驟
(1) 、燒嘴與工業(yè)爐窯的連接
將生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴通過固定件8與工業(yè)爐窯 的爐墻1連接固定好燒嘴；
(2) 、燃料和空氣輸入管道的連接
將生物質氣化爐或生物質氣儲存罐通過管道與燒嘴的生物質 氣入口5連接；將天然氣管道或天然氣儲存罐通過管道與燒嘴的 天然氣入口4連接；將兩根空氣管道連接風機分別與一次空氣入 口3、 二次空氣入口2連接；這四根管道分別設置閥門和流量計；
(3) 、爐內(nèi)燃料的不完全燃燒
生物質氣從生物質氣通道5進入燒嘴，天然氣從天然氣通道 4進入燒嘴，生物質氣和天然氣的混合氣體沿著生物質氣管道5 繼續(xù)前進，與一次空氣3強制混合，混合后的氣體受到來自爐膛 的輻射熱量，當溫度達到65CTC后，天然氣與生物質氣及一次空 氣混合燃燒，在火焰噴出區(qū)域燃料不完全燃燒，形成還原性氣氛 區(qū)域即形成還原燃燒區(qū)9;
其中一次空氣的壓力控制為2000Pa左右，理論空氣需要量 根據(jù)氣體燃料的元素百份含量和過量空氣系數(shù)計算所得理論空氣需要量Q=4.986m3/h， 一次空氣的供給量為理論空氣需要量的
70%;
其中生物質氣的壓力為800Pa左右和流速為6m/s左右；生 物質氣的主要成分是N2、 02、 H2、 C02 、 CO、 CH4和CnHm， 各成分的體積比例分別為N2: 02: H2: C02 : CO: CH4: CnHm=51.86%:0.79%:12.15%:15.36%:18.08%:1.38%:0.38%;
其中天然氣的壓力為800Pa左右和流速為9m/s左右；
(4)、爐內(nèi)燃料的完全燃燒
一次空氣通入的同時也通入二次空氣，二次空氣的壓力控制
為2000Pa左右，其流量控制由理論空氣需要量決定，二次空氣 的通氣量為理論空氣需要量的30%,使不完全燃燒的燃料燃燒 干凈區(qū)域即形成氧化燃燒區(qū)10。
生物質氣和天然氣的混合燃燒可以避免了兩種燃料單獨燃燒的 缺點，使得混合燃料的熱值適中(單獨燃燒生物質氣熱值低，單獨燃 燒天然氣熱值高)，火焰剛性好，燃燒穩(wěn)定，并可以自動增碳，提高 火焰的輻射能力。
一次空氣，即燃燒混合氣體的空氣從一次空氣通道3進入，與可 燃氣體相遇，溫度達到著火點后助燃， 一次空氣的供給量不要太大， 一般為理論空氣需要量的70%，在火焰噴出區(qū)域燃料不完全燃燒， 燃料過量，形成還原性氣氛區(qū)域即還原燃燒區(qū)9，抑制NOx的生成 和排放，部分燃料沒有燃燒，如果直接進入煙道，會增加氣體不完全 燃燒損失，因此，在火焰的四周從二次空氣通道2通入二次空氣即燃 盡燃料所用的空氣，其目的是使未燃燒的燃料燃燒干凈區(qū)域即氧化燃 燒區(qū)10，提高燃料利用率，二次空氣流量有嚴格的規(guī)定，流量過小，
7不足以燃盡燃料，造成氣體不完全燃燒損失；流量過大，增加了氮氣 的體積，空氣中79%是氮氣，并不參與燃燒化學反應，白白在爐中 走了一趟，帶走了大量的熱量，提高了排煙損失，減小爐窯的效率。
通過一次空氣和二次空氣人為地設置還原區(qū)和氧化區(qū)，不同時滿 足NOx生成的條件(高溫和富氧)，有效減少NOx的生成和排放。 還原區(qū)域溫度高，但氧量不足，屬于欠氧燃燒；氧化區(qū)域氧量高，是 氧化性氣氛，但區(qū)域溫度較低。這種設計的燒嘴，混合氣燃燒后NOx 排放量可以減少30%左右。
生物質氣和天然氣以30度角混合，混合效果好；混合燃料與一 次空氣呈65度角噴入混合，混合效果好，增加了燃料氣體的擾動； 混合氣體與一次空氣混合后，達到著火點燃燒，形成還原性燃燒區(qū)域， 二次空氣與爐墻垂直噴入，在還原區(qū)域外圍形成氧化燃燒區(qū)域。
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴的應用
本發(fā)明的一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴可應用于冶金、 化工、機械及建材等領域的工業(yè)爐窯。
本發(fā)明的技術效果
生物質氣化氣熱值較低，燃燒不穩(wěn)定，天然氣輔助燃燒可以使火 焰具有一定的方向、外形和剛性，合理組織燃燒；但由于混合燃料燃 燒會形成局部區(qū)域高溫和空氣混合不均造成的局部富氧燃燒，使得 NOx的排放量較高，通過本發(fā)明的一種生物質氣天然氣混燒低NOx 燒嘴的一次空氣和二次空氣人為地設置還原區(qū)和氧化區(qū)，不同時滿足 NOx生成的條件(高溫和富氧)，有效減少NOx的生成和排放。還原 區(qū)域溫度高，但氧量不足，屬于欠氧燃燒；氧化區(qū)域氧量高，是氧化 性氣氛，但區(qū)域溫度較低。這種設計的燒嘴，混合氣燃燒后NOx排放量可以減少30%左右，從而降低了對大氣的污染。


圖1、主剖視圖 圖2、俯剖視圖 圖3、左視圖
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明進行闡述，但并不限制本發(fā)明。 實施例l
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴
本實施例借助工業(yè)爐窯原有燒嘴拆除留下的位置，用新燒嘴代 替原來燒嘴，燒嘴外燃料和空氣管路比原來的配置復雜些。保留原燒 嘴的氣體燃料管道，通生物質氣，再平行接一條氣體燃料管道，通天 然氣；保留原來的空氣管道通一次空氣，再平行接一條空氣管道，通 二次空氣；即分別增加了一條氣體燃料管ii和空氣管道。
取下工業(yè)爐窯的原常規(guī)燒嘴，在爐墻上留下的位置可以放置生 物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴由 耐火混凝土和鋼結構組成，整體性強。生物質氣天然氣混燒低NOx 燒嘴與周圍爐墻用耐火混凝土澆筑為一體，并且用預設固定件固定。
生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴的排列布置要根據(jù)工業(yè)爐窯的 溫度場、壓力場和加熱制度而定，可以分布在側墻和端墻上，可以錯 位布置和平行布置。
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴的應用
一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴還停留在實驗室階段，當混合氣體(熱值為24000 kJ/Nm3)的流速為15m/s時，過量空氣系 數(shù)為1.1時，不設置二次空氣與設置二次空氣的NOx排放濃度分別 為356ppm和247ppm左右。
權利要求
1、一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，主要由4根截面圓周上呈均勻分布的一次空氣通道(3)、截面圓中心的1根生物質氣通道(5)、耐火材料(6)、鋼結構件(7)和固定件(8)組成，耐火材料(6)和鋼結構件(7)使得各通道的管路固定并成為一個整體，固定件(8)將燒嘴與爐墻(1)連接，其特征在于還設置有分別與一次空氣通道(3)分布相同的4根二次空氣通道(2)和4根天然氣通道(4)，一次空氣通道(3)、二次空氣通道(2)、天然氣通道(4)及生物質氣通道(5)在同一截面的圓半徑上，且在燒嘴中天然氣通道(4)和生物質氣通道(5)相交成30度角，一次空氣通道(3)和生物質氣通道(5)相交成65度角，二次空氣通道(2)最終與中心的生物質氣通道(5)平行。
2、 如權利要求l所述的一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，其特征 在于其耐火材料(6)為由粗骨料、細骨料、高鋁細粉和礬土水泥組成 的耐火混凝土，生物質氣通道(5)、天然氣通道(4)、 一次空氣通道(3)及二次空氣通道(2)預埋在耐火材料(6)中。
3、 一種如權利要求l所述的一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，其 特征在于其使用方法包括如下步驟-(1) 、燒嘴與工業(yè)爐窯的連接將生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴通過固定件(8)與工業(yè) 爐窯的爐墻(1)連接固定好燒嘴；(2) 、燃料和空氣輸入管道的連接將生物質氣化爐或生物質氣儲存罐通過管道與燒嘴的生物質 氣入口 (5)連接；將天然氣管道或天然氣儲存罐通過管道與燒嘴 的天然氣入口 (4)連接；將兩根空氣管道連接風機分別與一次空 氣入口 (3)、 二次空氣入口 (2)連接；這四根管道分別設置閥門和流量計；(3) 、爐內(nèi)燃料的不完全燃燒生物質氣從生物質氣通道(5)進入燒嘴，天然氣從天然氣 通道(4)進入燒嘴，生物質氣和天然氣的混合氣體沿著生物質 氣管道(5)繼續(xù)前進，與一次空氣(3)強制混合，混合后的氣 體受到來自爐膛的輻射熱量，當溫度達到65(TC后，天然氣與生 物質氣及一次空氣混合燃燒，在火焰噴出區(qū)域燃料不完全燃燒， 形成還原性氣氛區(qū)域即形成還原燃燒區(qū)(9);其中一次空氣的壓力控制為2000Pa左右，理論空氣需要量 根據(jù)氣體燃料的元素百份含量和過量空氣系數(shù)計算所得 Q=4.986m3/h， 一次空氣的供給量為理論空氣需要量的70%;其中生物質氣的壓力為800Pa左右和流速為6m/s左右；生物質氣的主要成分是N2、 02、 H2、 C02、 CO、 CH4和CJ"lm，各成分的體積比例分別為N2: 02: H2: C02 : CO: CH4: (^^=51.86%:0.79%:12.15%:15.36%:化.08%:1.38%:0.38%;其中天然氣的壓力為800Pa左右和流速為9m/s左右；(4) 、爐內(nèi)燃料的完全燃燒一次空氣通入的同時也通入二次空氣，二次空氣的壓力控制為2000Pa左右，其流量控制由理論空氣需要量決定，二次空氣 的通氣量為理論空氣需要量的30%，使不完全燃燒的燃料燃燒 干凈區(qū)域即形成氧化燃燒區(qū)(10)。
4、 一種如權利要求l所述的一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴，其 特征在于可用于冶金、化工、機械及建材領域的工業(yè)爐窯。
全文摘要
本發(fā)明公開一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴及其應用，屬燃燒氣體燃料的燃燒器領域。主要由一次空氣通道、生物質氣通道、耐火材料、鋼結構件和固定件組成，耐火材料和鋼結構件使得各通道的管路固定并成為一個整體，固定件將燒嘴與爐墻連接，其特征在于還設置有二次空氣通道和天然氣通道，在燒嘴中同一圓半徑上的天然氣通道和生物質氣通道相交成30度角，一次空氣通道和生物質氣通道相交成65度角，二次空氣通道最終與中心的生物質氣通道平行。本發(fā)明的一種生物質氣天然氣混燒低NOx燒嘴通過采用分次送空氣的方法，NOx排放量減少30％左右，有效降低了大氣污染，可應用于冶金、化工、機械、建材等領域的工業(yè)爐窯。
文檔編號F23D14/02GK101581449SQ20091005379
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權日2009年6月25日
發(fā)明者王清成 申請人:上海應用技術學院