本发明专利技术公开了一种低NOx的全氧燃烧装置及其燃烧方法和应用，该全氧燃烧装置包括：至少两支或多支燃料喷管，燃料喷管在水平位置间隔布置；与燃料喷管一一对应的第一氧气喷管，第一氧气喷管直径大于燃料喷管的直径，氧气经燃料喷管与第一氧气喷管之间形成的环形缝隙喷出；位于燃料喷管下方水平或周边布置的两支或多支第二氧气喷管，第二氧气喷管间隔布置；以及至少一只或者两支第三氧气喷管，第三氧气喷管位于燃料喷管和第二氧气喷管的左侧和/或右侧。本发明专利技术的全氧燃烧装置可有效提高燃烧效率和燃尽率，提高火焰发射率、降低火焰温度，减少NOx排放，达到降低能耗和污染，改善产品质量，提高窑炉寿命的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种玻璃、有色金属冶炼、钢铁等高温炉窑的全氧燃烧装置和燃烧方法，尤其涉及一种低NOx的全氧燃烧装置及其实现低NOx排放的燃烧方法和应用。
技术介绍
玻璃、有色金属冶炼、钢铁、锅炉、石化等行业存在大量高温火焰窑炉，高温火焰窑炉由于使用各种化石燃料，燃烧产生大量的污染物。天然气是一种相对清洁的燃料，以天然气替代煤、重油或其它燃料，虽然可以在一定程度上降低SO2和重金属、H2S、氟化物等其它污染物的排放水平，但NOx排放浓度仍然相对较高。NOx是形成大气污染以及雾霾的重要污染源之一，也是环保控制的主要污染物。在高温燃烧过程中，NOx的生成有自身的机理。基于NOx在燃烧过程中形成机理的研究，国内外研究、开发了众多的低NOx燃烧器、燃烧装置和燃烧方法。如专利CN201534816U披露一种燃烧天然气的全氧喷枪，设置有呈矩形的氧气和天然气混合通道，纯氧气通道设置在氧气和天然气混合通道的下方，形成扁平火焰。该专利技术氧气分级有限，火焰峰值温度高，难以将NOx降低。专利CN102252324A披露一种燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，主要应用在锅炉，利用磨煤机及制粉系统将常规细度的煤粉从上层燃烧器送入炉内进行再燃脱硝，最后利用燃尽风(OFA)进行燃尽，实现燃煤锅炉底NOx的清洁燃烧方法。该专利实现了以空气为氧化剂多点分级供入，但主要应用与锅炉，难以应用于常规的玻璃、冶炼等工业炉窑。专利CN101381196披露了一种玻璃熔窑全氧燃烧燃料分级加入装置，设置主燃料管，并在主燃料罐左右两侧设置两根副燃料管，该装置可以通过调整主燃烧器与两根副燃料管之间使用的燃料量，来调节火焰的长度、覆盖面积。此外，专利CN102635856A披露了一种石油焦粉全氧燃烧器，包括有内外管，已石油焦粉为燃料与氧气混合进行燃烧，使焦粉充分燃烧、提高焦粉利用率。以及美国专利US005575637A披露了一种适合玻璃窑炉的扁平火焰燃烧器，氧气和天然气在喇叭形预混燃烧室进行层流式流动、混合及燃烧，形成火焰覆盖面大，火焰明亮的天然气全氧燃烧方法。但上述专利使氧气和天然气以大致相同速度流出，且控制流速大小，从而呈现层流，延长了氧气和天然气的混合时间，控制火焰长度和亮度，在一定程度上降低了NOx排放浓度，没有实现氧气和燃料的分级，NOx浓度难以进一步降低。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的上述问题，提出一种低NOx、超低NOx排放浓度的全氧燃烧装置及其燃烧方法和应用，本专利技术装置通过将燃料和氧气的分级喷入，形成明亮的、辐射性能高、火焰覆盖面广，在整个燃烧空间形成弥散式燃烧，显著降低现有全氧燃烧装置和NOx排放浓度，改善亮度并提高火焰辐射能力，降低能耗，改善产品质量，提高窑炉寿命。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一个方面是提供一种低NOx的全氧燃烧装置，包括：至少两支或多支燃料喷管，所述燃料喷管在水平位置间隔布置，以形成燃料分级供入；与所述燃料喷管一一对应的第一氧气喷管，所述第一氧气喷管直径大于所述燃料喷管的直径，氧气经所述燃料喷管与所述第一氧气喷管之间形成的环形缝隙喷出；位于所述燃料喷管下方水平或周边布置的两支或多支第二氧气喷管，所述第二氧气喷管间隔布置；以及至少一只或者两支第三氧气喷管，所述第三氧气喷管位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左侧和/或右侧。进一步地，当所述第三氧气喷管仅为一支时，位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左侧或者右侧，或当所述第三氧气喷管为两支时，位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左右两侧；此外，所述第三氧气喷管可为两者以上分别位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左侧和/或者右侧位置。使用本装置时，可以合适分配氧气在第一、第二及第三喷管之间的百分比例，以及燃料和/或氧气的流量喷射方式，可有效提高燃烧效率和燃尽率，提高火焰发射率、降低火焰温度，减少NOx排放，达到降低能耗和污染，改善产品质量，提高窑炉寿命的目的。进一步地，所述燃料喷管的燃料喷口位于高温工作面之内，所述燃料喷口与所述高温工作面之间形成燃料与所述第一氧气喷管的氧气预先混合、初步点火及稳燃的预燃室，所述预燃室的长度为所述燃料喷管的燃料喷口直径的1到10倍，优选为2-8倍；更优选为4-6倍。进一步地，所述高温工作面由耐高温烧嘴砖砌成。进一步地，所述燃料喷管、第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管均铺设与所述高温工作面内；所述燃料喷管位于所述第一氧气喷管内。进一步地，所述燃料喷管、第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管的燃料喷口为圆形喷口。进一步地，所述预燃室为垂直设置于所述高温工作面内的垂直通道，或以一定角度倾斜设置于所述高温工作面内的倾斜通道。具体地，位于燃烧装置中心线左右两侧的燃料喷管和第一氧气喷管与高温工作面形成的预燃室可以是垂直通道，或者所述预燃室在喷出口附近分别向左右两侧扩散一定角度，成扩展性喷射出去。进一步地，所述第二氧气喷管与所述燃料喷管中心线垂直距离为所述第二氧气喷管直径的1到50倍；优选1到40倍；优选1到30倍；更优选1到15倍。进一步地，所述第二氧气喷管之间的水平距离为所述第二氧气喷管直径的2-50倍；优选为3-20倍。进一步地，所述第三氧气喷管与最接近的所述燃料喷管的中心线之间的间距为所述燃料喷管内径的10-500倍；优选为20-300倍；优选为30-250倍；优选为50-200倍；优选为80-150倍；更优选为100-120倍。进一步地，所述燃料喷管、第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管上均设有流量调节、分配和/或切换装置；所述燃料喷管的燃料喷口处设有点火装置。本专利技术的第二个方面是提供一种低NOx的全氧燃烧装置的燃烧方法，包括：同时向所述燃料喷管中供入燃料，向所述第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管中供入氧气；通过调整第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管供入的氧气以及燃料的供入分配比例；或调整第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管的位置，使得燃料完全燃烧，实现燃料低NOx或超低NOx浓度排放；其中，燃料喷管喷口处的燃料流速为3～200m/s；所述第一氧气喷管、第二氧气喷管和/或第三氧气喷管中供入的氧气浓度为30-100％，流速为3～200m/s；向第一氧气喷管供入的氧气流速为燃料流速的0.1-1.5倍，氧气量占燃料全部燃烧所需氧气的2％-50％；向所述第二氧气喷管内供入的氧气占燃料全部燃烧所需氧气的0％-60％；和向所述第三氧气喷管内供入的氧气占燃料全部燃烧所需氧气的0％-80％。进一步地，所述的燃烧方法，包括：所述燃料喷管喷出的燃料、和/或第一氧气喷管、第二氧气喷管、第三氧气喷管喷出的氧气各自单独地整体呈大——低流量周期性波动喷射；或对于左右布置的所述燃料喷管和/或所述第一氧气喷管、第二氧气喷管、第三氧气喷管喷出的燃料和氧气呈左侧——右侧高流量与低流量周期性交替喷射。进一步地，所述第一氧气喷管、第二氧气喷管和/或第三氧气喷管中供入的氧气浓度为30-100％，流速为3～200m/s。进一步地，所述燃料的流速为50～100m/s；优选为65～95m/s；优选为70～90m/s；优选为75～85m/s；优选为80m/s。所述第一氧气喷管、第二氧气喷管和第三氧气喷管中供入本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，包括：至少两支或多支燃料喷管，所述燃料喷管在水平位置间隔布置；与所述燃料喷管一一对应的第一氧气喷管，所述第一氧气喷管直径大于所述燃料喷管的直径，氧气经所述燃料喷管与所述第一氧气喷管之间形成的环形缝隙喷出；位于所述燃料喷管下方水平或周边布置的两支或多支第二氧气喷管，所述第二氧气喷管间隔布置；以及至少一只或者两支第三氧气喷管，所述第三氧气喷管位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左侧和/或右侧。
【技术特征摘要】
1.一种低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，包括：至少两支或多支燃料喷管，所述燃料喷管在水平位置间隔布置；与所述燃料喷管一一对应的第一氧气喷管，所述第一氧气喷管直径大于所述燃料喷管的直径，氧气经所述燃料喷管与所述第一氧气喷管之间形成的环形缝隙喷出；位于所述燃料喷管下方水平或周边布置的两支或多支第二氧气喷管，所述第二氧气喷管间隔布置；以及至少一只或者两支第三氧气喷管，所述第三氧气喷管位于所述燃料喷管和所述第二氧气喷管的左侧和/或右侧。2.根据权利要求1所述的低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，所述燃料喷管的燃料喷口位于高温工作面之内，所述燃料喷口与所述高温工作面之间形成燃料与所述第一氧气喷管的氧气预先混合、初步点火及稳燃的预燃室，所述预燃室的长度为所述燃料喷管的燃料喷口直径的1到10倍。3.根据权利要求1所述的低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，所述预燃室为垂直设置于所述高温工作面内的垂直通道，或以一定角度倾斜设置于所述高温工作面内的倾斜通道。4.根据权利要求1所述的低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，所述第二氧气喷管与所述燃料喷管中心线垂直距离为所述第二氧气喷管直径的1到50倍。5.根据权利要求1所述的低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，所述第二氧气喷管之间的水平距离为所述第二氧气喷管直径的2-50倍。6.根据权利要求1所述的低NOx的全氧燃烧装置，其特征在于，所述第三氧气喷管与最接近的所述燃料喷管的中心线之间的间距为所述燃料喷管内径的10-500倍。7.一种如权利要求1-6任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘小兵，雷福林，陈瑞，
申请(专利权)人：翼特新能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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