CN101067495A - 工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置 - Google Patents

工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及装置，由燃烧器稳焰盘、燃料枪和壳体组成，稳焰盘呈圆盘状、由同轴设置的内外筒及固定设置在内外筒之间、主体呈倾斜弧形状的流线型叶片组成，燃料枪由以与内外筒同心圆形式间隔排列、主体呈杆状、上带出气孔倾斜端面的主燃料枪和次燃料枪构成，壳体以与内外筒同心圆形式设置、通过加强筋互连成一体。由于将稳焰盘的叶片设置成有利于产生旋流风的倾斜弧形面的低阻力流线型，将燃料枪的出口端面设置成带出气孔的倾斜状、并使气体燃料以垂直于斜面方向、且与旋流风的流动方向相反、并以亚音速流速喷射，使二者对冲渗透、完全且充分的超混合，有利于炉膛燃烧温度均匀及燃料合理且充分燃烧和减少污染环境废气的生成量和排出量。

Description

工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置
技术领域
本发明涉及气体燃烧技术领域，特别是一种助燃空气通过燃烧器的稳焰盘后与气体燃料通过燃料枪后的二者充分混合、便于在炉膛中燃烧时能产生温度均匀和污染物少的技术效果的新颖工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置。
背景技术
工业锅炉和加热器工作时需要的热量可以通过燃烧器在炉膛中燃烧气体燃料和助燃空气的混合物来提供，为了确保炉膛中燃烧物温度均匀、无局部高温产生，以利于降低燃烧过程中氮氧化物和一氧化碳的生成量、减少污染和废气的排出量及提高气体燃料的利用率，因而气体进入炉膛时先合适地均相予混气体燃料和助燃空气使之燃烧时燃烧火焰面上的燃烧温度低于NOx生成温度。如果气体燃料与助燃空气混合不当，即由于气体燃料过量或由于助燃空气过量，都将会影响火焰传播速度，产生过多的一氧化碳气体，同时造成降低锅炉或加热器的热传导效率，从而导致气体燃料消耗的增加。因此，如何以合适的流量导入气体燃料和助燃空气、并使之处于超混合状态来增大可燃温合物的可燃极限是一项十分重要的工作，也是当前各国均在研究的课题。
在现有技术中，气体燃料和助燃空气的送入并使之混合找方法和装置有很多种，但较多采用的是助燃空气通过燃烧器的稳焰盘送出，气体燃料通过燃料枪送出。目前常用的稳焰盘的结构形式主要有二种，一种是由平板式叶片构成，这种结构形式的稳焰盘虽然送出的助燃空气能形成旋流风、并产生燃烧所需要的中心回流区，但由于助燃空气进入时的阻力较大，燃烧器的背部压力较高、使得助燃空气的进入量和助燃空气的旋流强度不匹配，即不能做到助燃空气的进入量大同时助燃空气的旋流强度也强。另一种是采用在圆形平板上开孔的结构形式(碗形结构)，这种结构形式的稳焰盘虽然因能形成中心局部负压而产生燃烧所需要的中心回流区，但不能形成旋流风，且阻力也较大，故也欠理想。燃烧器燃料枪的结构形式目前也主要有二种，一种为出气孔设置在燃料枪接近顶端的侧面上或顶端面上，另一种为出气孔设置在燃料枪斜面上，这二种燃料枪的结构形式的缺点是气体燃料的流向和通过稳焰盘送出助燃空气的流向不能很好交叉混合，同时燃料在经出口处时阻力较大、流速较低，因而不能产生较强的混合穿透力，故不利于气体燃料与助燃空气的充分混合。由上可见，现有技术中的燃烧器稳焰盘和燃料枪的结构欠合理、不能满足充分混合气体燃料与助燃空气的要求。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术中助燃空气与气体燃料不能充分混合及稳焰盘阻力过大和燃料枪出气口流速过低的不足之处，提供一种能有效降低稳焰盘的背压和提高燃料枪出气口流速、且有利于气体燃料与助燃空气充分混合的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置。
本发明的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法是：将稳焰盘的叶片设计成主体呈倾斜状、两侧面呈弧形的低阻力流线型，使通过的助燃空气量较多、形成的助燃空气旋流强度强，并能形成中心低压空气回流区，将燃料枪的出口端面设计成与稳焰盘相配的倾斜状、并在倾斜面上设置不同直径的出气孔、气体燃料以垂直于斜面方向、且以亚音速流速喷射，使气体燃料和助燃空气互相对冲渗透、混合，实现二者完全、且充分的超混合。
基于本发明方法的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合装置主要由燃烧器稳焰盘、燃烧器燃料枪和壳体组成，燃烧器稳焰盘主体呈圆盘状、由内筒、外筒和叶片组成，内、外筒为同心圆筒、相互之间通过叶片固定相连，叶片主体呈倾斜弧形状、与内筒和外筒相交接的出口处呈与直径间夹角α为20-50°的倾斜状；燃烧器燃料枪由主燃料枪和次燃料枪构成，以与内筒和外筒同心圆的形式间隔排列，其中主燃料枪的出口端面设置呈与轴线垂直平面间的夹角β为5-35°的倾斜状、倾斜面上设置有数个出气孔，次燃料枪的顶端面设置呈与轴线垂直平面间的夹角γ为35-70°的倾斜状、倾斜面上设置有数个出气孔；  壳体以与内筒和外筒同心圆的形式设置在最外圆、通过后部加强筋与前板固定相连并呈一整体。此外，主燃料枪的出口斜面朝向中间轴心的一侧安装、与稳焰盘中送出的旋流状助燃空气的流动方向相反；次燃料枪的顶端斜面朝向壳体内壁一侧、与稳焰盘中送出的旋流状助燃空气经壳体内壁反射后形成的回转状旋流风的流动方向相反。
工作时，助燃空气经稳焰盘的流线状弧形叶片后形成中心低压空气区域、内层为高速旋流风和外层为近壳体内壁附近的回转旋流风，气体燃料通过主燃料枪和次燃料枪倾斜端面上的出气孔以垂直于倾斜端面的方向和亚音速流速喷射，具有不同的穿透深度，且其流向与经稳焰盘后送出的旋流风及回转状旋流风的流动方向相反，使气体燃料形成多股细流且不同的穿透深度与助燃空气反向对冲，有利于达到充分混合。
基于上述构思，本发明工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置，由于稳焰盘的叶片采用流线性设计，便于工作时便于形成强的旋流风，且能降低稳焰盘的阻力损失；由于燃料枪由多根主，次燃料枪组成，出口端面采用斜面设计且安装设置朝向与助燃空气的流动方向相反，使得助燃空气与气体燃料形成对冲，有利于充分混合；由于气体燃料出口的流速采用亚音速设计，形成与助燃空气有较大的速差，同时具有不同的穿透深度，有利于与助燃空气的充分且全面地混合。综上所述，本发明工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法及其装置与现有的同类技术相比，具有结构合理、方法可行且可靠，气体燃料和助燃空气在超混合的状态下进入炉膛并充分燃烧，有利于确保炉膛中燃烧温度均匀、无局部高温产生及降低燃烧过程中氮氧化物和一氧化碳的生成量、减少污染和废气的排出量及提高气体燃料的利用率，因而具有十分明显的技术先进性、显著的经济性和很强的实用性。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构示意图；
图2是本发明实施例的主燃料枪出口端面结构示意图；
图3是本发明实施例的次燃料枪出口端面结构示意图；
图4是本发明实施例的稳焰盘结构示意图。
图中：
1.稳焰盘    2.燃料枪     3.壳体        4.内筒        5.外筒
6.叶片      7.边沿       8.主燃料枪    9.次燃料枪    10.出口端面
11.出气孔   12.出口端面  13.出气孔
具体实施方式
下面结合附图及典型实施例对本发明作进一步说明。
在图1、图2、图3和图4中，本发明的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合装置主要由燃烧器稳焰盘1、燃烧器燃料枪2和壳体3组成，特征在于燃烧器稳焰盘1的主体呈圆盘状、由内筒4、外筒5和叶片6组成，内筒4和外筒5处同轴设置状态、相互之间通过叶片6固定相连，所述的叶片6主体呈倾斜弧形状、与内筒4和外筒5相交接的出口处的边沿7设置呈与直径间夹角α为20-50°的倾斜状；燃烧器燃料枪2由以与内筒4和外筒5同心圆的形式间隔排列、主体呈杆状的主燃料枪8和次燃料枪9构成，其中主燃料枪8的出口端面10设置呈与轴线垂直平面间的夹角β为5-35°的倾斜状、上面设置有一个较大出气孔11，次燃料枪9的出口端面12设置呈与轴线垂直平面间的夹角γ为35-70°的倾斜状、上面设置有6个较小出气孔13；壳体3以与内筒8和外筒9同心圆的形式设置、通过后部加强筋与外筒9固定相连、设置呈一体。此外，在安装状态下，所述的主燃料枪8的出口端面10朝向中间轴心一侧、与稳焰盘1中送出的旋流状助燃空气的流动方向相反；所述的次燃料枪9的出口端面12朝向壳体3内壁一侧、与稳焰盘1中送出的旋流状助燃空气经壳体3内壁反射后形成的回转状旋流风的流动方向相反。

Claims (4)

1.一种工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合装置，由燃烧器稳焰盘(1)、燃烧器燃料枪(2)和壳体(3)组成，其特征在于：
a.燃烧器稳焰盘(1)的主体呈圆盘状、由内筒(4)、外筒(5)和叶片(6)组成，内筒(4)和外筒(5)处同轴设置状态、通过主体呈倾斜弧形状、与内筒(4)和外筒(5)相交接的出口处的边沿(7)设置呈与直径间的夹角α为20-50°倾斜状的叶片(6)固定相连；
b.燃烧器燃料枪(2)由以与内筒(4)和外筒(5)同心圆的形式间隔排列、主体呈杆状的主燃料枪(8)和次燃料枪(9)构成，主燃料枪(8)的出口端面(10)设置呈与轴线垂直平面间的夹角β为5-35°的倾斜状、上面设置有出气孔(11)，次燃料枪(9)的出口端面(12)设置呈与轴线垂直平面间的夹角γ为35-70°的倾斜状、上面设置有出气孔(13)；
c.壳体(3)以与内筒(8)和外筒(9)同心圆的形式设置、通过加强筋与外筒(9)固定相连成一体。
2.根据权利要求1所述的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合装置，其特征在于所述的主燃料枪(8)的出口端面(10)在安装状态下朝向中间轴心一侧、与稳焰盘(1)中送出的旋流状助燃空气的流动方向相反。
3.根据权利要求1所述的工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合装置，其特征在于所述的次燃料枪(9)的出口端面(12)在安装状态下朝向壳体(3)内壁一侧、与稳焰盘(1)中送出的旋流状助燃空气经壳体(3)内壁反射后形成的回转状旋流风的流动方向相反。
4.一种工业燃烧器气体燃料和助燃空气的超混合方法，其特征在于将稳焰盘的叶片设计成主体呈倾斜状、两侧面呈弧形的低阻力流线型，使通过的助燃空气量较多、形成的助燃空气旋流强度强，并能形成中心低压空气回流区，将燃料枪的出口端面设计成与稳焰盘相配的倾斜状、并在倾斜面上设置不同直径的出气孔、气体燃料以垂直于斜面方向、且以亚音速流速喷射，使气体燃料和助燃空气互相对冲渗透、混合，实现二者完全、且充分的超混合。
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