低氮氧化物燃烧器是应用最广泛的燃烧器之一，该类燃烧器的关键 技术是抑制NOx的生成，该技术既可以应用于一些低氮氧化物燃烧器改 造项目，也可以应用于新设计的项目。但这些设备通常只能减少 30％-50％的NOx排放量，因此在没有提出极地的排放情况下，这些燃烧 器经济实用。目前市场上尽管有大量的低氮氧化物燃烧器(大多数燃烧 器是制造商自己开发的设备)，但这些燃烧器都是基于有限数量的NOx 控制概念。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种空气燃气分 级燃烧超低氮氧化物燃烧器，其可以与其他控制技术(包括再燃、烟气 处理等)相结合，以实现更低的NOx排放水准，同时可以减少其投资和 运营成本。
这种空气燃气分级燃烧超低氮氧化物燃烧器，包括固定设置在锅炉 炉壁上的燃烧器主体，所述燃烧器主体的中部为一次风通道，在一次风 通道外设置有二次风通道；在一次风通道的中心固定设置有主燃料通道， 在燃烧器主体后部一侧还设置有分别与一次风通道和二次风通道连接的 助燃风箱；所述助燃风箱与一次风通道之间设置有一次风调节风门，助 燃风箱与二次风通道之间设置有二次风调节风门；所述主燃料通道伸入 至炉内一端设置有一次风旋流片和主燃料喷头；所述二次风通道的外侧 还设置有二次燃料通道，在二次燃料通道伸向炉内的一端设置有二次燃 料喷头；在二次风通道内设置有二次风旋流片。
进一步，上述助燃风箱还设置有鼓风机，所述鼓风机将空气引入到 助燃风箱，空气通过助燃风箱后再通过一次风调节风门和二次风调节风 门分别进入一次风通道和二次风通道；通过一次风通道的一次风在喷出 时通过一次风旋流片；通过二次风通道的二次风会通过二次风旋流片。
进一步，上述主燃料喷头是由带喷射角度的耐高温合金钢III级锻 件制作，主燃料喷头喷射向锅炉炉膛的夹角为：30°-90°。
进一步，上述二次燃料喷头是由带斜孔的环形锻件构成，所述环形 锻件的厚度是开孔孔径的四倍，斜孔的开孔数量为6-36个，斜孔喷射向 锅炉炉膛的夹角为90°-150°。
进一步，上述一次风通道和二次风通道构成分级风道；所述助燃风 箱和分级风道通过风箱连接杆连接。
进一步，上述二次风道和二次燃料通道通过二次风连接杆连接；所 述二次燃料通道的前端通过二次燃料连接杆与锅炉炉膛连接。
进一步，上述一次风旋流片焊接在主燃料通道外侧靠近一次燃料喷 头的一端；所述二次风旋流片焊接在一次风通道外侧靠中部位置；所述 二次燃料喷头焊接在二次风通道外侧靠近二次风出口的一端。
本发明中，助燃风通过鼓风机进行强制供风，能够提供较高的风箱 压头，这将有利于一次风和二次风在通过各自的旋流片后的混合，并同 时增强了其湍动能，此外，一次风和二次风的流量可以通过各自的调节 风门进行适当调节，操作方便。燃料气分级进入燃烧器而不进行强制旋 流设计，目的是在管道内使燃料气流动较为缓和，降低危险，而在喷口 处设计了燃料气带角度的喷射结构，该结构能够使燃料气和空气进行充 分的混合燃烧，使燃料气利用效率达到最大，同时燃料气在在出口处由 于压阻的增大而防止回火的发生。空气和燃料同时进行分级，中心主火 焰使用了较高的空气流量和较低的燃料气流量使得火焰温度得到显著的 降低，二次燃烧火焰使用了较低的空气流量和较高的燃料气流量同样达 到了降低火焰温度的效果，然而分级配合后，燃料气和空气最终达到了 比例燃烧，将燃料气和空气中的氧气耗尽，同时降低了火焰燃烧温度， 火焰最高温度800℃，氮氧化物排放5ppm。
其中：1为主燃料入口；2为一次风调节风门；3为风箱连接杆；4 为助燃风箱；5为二次风调节风门；6为二次燃料入口；7为二次燃料喷 头；8为一次燃料喷头；9为一次风旋流片；10为锅炉炉壁；11为二次 燃料连接杆；12为二次风连接杆；13为二次风旋流片；14为主燃料通 道；15为主燃料通道固定块；16为分级风道；17为一次风通道；18为 二次风通道；19为第一二次风对接法兰；20为第二二次风对接法兰；21 为二次风通道；22为锅炉炉体对接法兰；23为二次燃料对接法兰；24 为二次燃料通道。
参见图1和图2，本发明的空气燃气分级燃烧超低氮氧化物燃烧器， 包括固定设置在锅炉炉壁10上的燃烧器主体，燃烧器主体的中部为一次 风通道17，在一次风通道17外设置有二次风通道18；在一次风通道17 的中心固定设置有主燃料通道14，在燃烧器主体后部一侧还设置有分别 与一次风通道17和二次风通道18连接的助燃风箱4；助燃风箱4与一 次风通道17之间设置有一次风调节风门2，助燃风箱4与二次风通道18 之间设置有二次风调节风门5；主燃料通道14伸入至炉内一端设置有一 次风旋流片9和主燃料喷头8；二次风通道18的外侧还设置有二次燃料 通道24，在二次燃料通道24伸向炉内的一端设置有二次燃料喷头7；在 二次风通道18内设置有二次风旋流片13。一次风通道17和二次风通道 18构成分级风道16。助燃风箱4还设置有鼓风机。本发明的燃烧器在一 次风旋流片9位置设计有高能点火器。
鼓风机将环境温度的空气引入到助燃风箱4，空气在通过助燃风箱4 时会通过一次风调节风门2和二次风调节风门5。助燃风在通过了一次 风调节风门2后进入一次风通道17，在通过二次风调节风门5后进入二 次风通道18。一次风在喷出燃烧器时会通过一次风旋流片9，一次风旋 流片9主要作用是将其均布和增强与一次燃料的混合。二次风在通过二 次风通道18时会通过二次风旋流片13，二次风旋流片13的主要作用是 将二次风均布和增强其湍动能。主燃料气通过主燃料入口1后进入主燃 料通道14，主燃料气最后进入主燃料喷头8。二次燃料通过二次燃料入 口6进入到二次燃料通道24，二次燃料最后由二次燃料喷头7喷射而出， 风箱连接杆3将助燃风箱4和分级风道16进行连接。二次风连接杆12 将二次风道18和二次燃料通道24进行连接。二次燃料连接杆11将二次 燃料通道24和锅炉炉膛进行连接，其中在锅炉炉膛开口处设置有锅炉炉 体对接法兰22，二次燃料通道24的下端也为二次燃料对接法兰23，两 者通过螺栓和对接法兰紧密连接。一次风旋流片9焊接在主燃料通道14 外侧靠一次燃料喷头8一端，二次风旋流片13焊接在一次风通道17外 侧靠中部位置。二次燃料喷头7焊接在二次风通道21外侧靠近二次风出 口一端。
在本发明的最佳实施例中，要求一次风旋流片9和二次风旋流片13 旋向保持一致，旋流片个数为6-36个。主燃料通道14采用一个不锈钢 管，直径为Φ5-Φ22。主燃料喷头8是由一种带喷射角度的耐高温合金 钢III级锻件制作，喷射向锅炉炉膛的夹角为：30°-90°。二次燃料喷头7 是由带斜孔的环形锻件构成，该环形件结构厚度是开孔孔径的4倍，开 孔直径为3mm-6mm，开孔数量为6个-36个，斜孔喷射向锅炉炉膛的夹 角为90°-150°。形成二次风通道18为两段管筒，如图2所示，两段管筒 在连接处设置有相互配合对接的二次风对接法兰一19和二次风对接法 兰二20，通过紧固螺栓连接为一体。并且，主燃料通道14的上部设置 有用以固定主燃料通道14的主燃料通道固定块15，主燃料通道14由主 燃料通道固定块15中心的开孔穿过，主燃料通道固定块15将一次风通 道17的上端封住然后通过风箱连接杆3固定。
特别指出，本发明的最佳实施例中，主燃料流量占比总燃料为： 30％-40％，其余为二次燃料流量；一次风流量占比总风量为：80％-90％， 其余为二次风流量。
点火器点火时，先打开助燃风机，助燃风机开度约为总开度的 30％-35％，助燃空气将被引入到助燃风箱，此时完全关闭助燃风二次风 调节风门，再完全打开一次风调节风门，然后开启高能点火装置，开始 点火，与此同时，主燃料入口通入总燃料气的30％-40％进行点火，点火 成功后增大助燃风机到满负荷，同时逐步开启二次风调节风门，二次风 调节风门的开度较小，使得二次风流量约为空气总量的10％-20％，一次 风量为总空气量的80％-90％，此时的主火焰温度已经得到了急剧的下 降，等到火焰稳定后，大约3-5分钟，开启二次燃料，二次燃料气流量 约为总流量的60％-70％，在通入二次燃料气的同时，二次燃烧火焰将被 点着。一次燃烧为富氧燃烧，二次燃烧为贫氧燃烧，火焰温度得到了明 显的降低，燃烧过程得到了控制并使之延长，火焰呈现细长平稳温度较 低等特征。燃烧中，热力型和快速型的氮氧化物得到了控制和极度降低， 最终达到了超低氮氧化物排放的要求，实测NOx5ppm。
综上所述，本发明的燃烧器将助燃空气和燃料气进行分级燃烧，能 够确保分级进入的助燃空气和燃料充分混合，燃烧充分，使燃料的利用 效率达到最高。此外，燃料气流量和助燃空气流量可以进行控制和调节， 确保空气和燃料气进行比例燃烧。最终烟气中的氮氧化物排放量达到超 低排放标准。
钟北京，徐旭常;燃烧过程中NO_x形成的数学模拟[J];燃烧科学与技术;1995年02期低氮燃烧器生产。
