CN103742913A - 一种直喷式燃气无焰燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直喷式燃气无焰燃烧器，该燃烧器包括：一水平布置的内燃气管，一同轴套在所述内燃气管外部的外燃气管，一安装在所述内燃气管和外燃气管的出口端的燃气喷嘴，若干个设置在所述外燃气管周围的空气管，若干个分别安装在每一所述空气管出口端的空气喷嘴，以及一平行设置在所述外燃气管一侧的点火针；其中，所述内燃气管和外燃气管之间存在环空，所述燃气喷嘴的中心设置一与所述内燃气管相通的中心火孔，在所述中心火孔周围设置多个与所述环空相通的周边火孔，所述点火针的尾部靠近所述燃气喷嘴。本发明结构简单，无需预热空气、内置搅拌反应器和设置蓄热体，即可在炉膛中实现无焰燃烧。

Description

一种直喷式燃气无焰燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧装置，特别是关于一种直喷式燃气无焰燃烧器。
背景技术
全球约80%的能源来自化石燃料的燃烧过程。众所周知，在化石燃料的燃烧过程中将产生大量的污染物，如氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SOX）、粉尘颗粒物和二氧化碳（CO2）等。其中，NOX和SOX是形成酸雨的罪魁祸首。此外，NOX与其他污染物在一定条件下还将产生光化学烟雾污染，对人类生存环境产生巨大的威胁。因此，开发低NOX燃烧技术已成为国内外学界的重点研究问题。目前研究较多的低NOX燃烧技术主要包括贫燃料预混分级燃烧（富态-急冷-贫燃）、催化燃烧、无焰或低氧稀释燃烧技术等。其中，无焰燃烧（Flameless Combustion）技术是一种将反应物稀释之后再在低氧条件下的容积式燃烧模式。实现无焰燃烧后，炉内不存在局部高温区，炉内温度场非常均匀，无明显火焰锋面，炉内辐射换热效率高（总换热效率比传统燃烧方式提高30%以上），NOX排放量显著下降（比传统燃烧方式降低70%以上），燃烧稳定性好，不存在熄火问题，并且燃烧过程中噪音低。该技术自上世纪90年代面世以来，一直受到国内外燃烧研究者和燃烧设备生产厂商的关注，且被国际燃烧界誉为本世纪最有发展前途的燃烧技术之一。
目前，国内外已存在一些基于无焰燃烧技术的专利。例如，中国专利（申请号96199385.5）提出一种无焰燃烧器。该发明在燃烧室内设置催化表面降低燃料的自燃温度，并将燃料和助燃空气预热至高于燃料经降低之后的自燃温度以上，从而在整个燃烧炉膛内实现无焰燃烧，且温度分布均匀。中国专利（申请号200910104757.4）设计了一种无焰燃烧蓄热式平焰烧嘴。该发明利用位于喷嘴本体中的蓄热体预热助燃空气从而实现炉内无焰燃烧，降低NOX排放量。中国专利（申请号201210019166.9）提出一种无焰燃烧装置。该装置利用位于不同位置的多股射流形成较强的烟气回流，进而稀释反应物而实现炉内无焰燃烧。国际专利（Flameless combustor，US005899269A）提供了一种采用无焰燃烧技术的燃烧室装置。该装置在燃烧室内设置套管以实现无焰燃烧，且该装置仅能应用于气体燃料。
目前现有的无焰燃烧装置主要采用预热空气、内置搅拌反应器、蓄热体或者使用催化剂等方式，尽管在降低NOX排放量方面效果好，但是其结构复杂，设备制造成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，无需预热空气、内置搅拌反应器和设置蓄热体，即可在炉膛中实现无焰燃烧的直喷式燃气无焰燃烧器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：一水平布置的内燃气管，一同轴套在所述内燃气管外部的外燃气管，一安装在所述内燃气管和外燃气管的出口端的燃气喷嘴，若干个设置在所述外燃气管周围的空气管，若干个分别安装在每一所述空气管出口端的空气喷嘴，以及一平行设置在所述外燃气管一侧的点火针；其中，所述内燃气管和外燃气管之间存在环空，所述燃气喷嘴的中心设置一与所述内燃气管相通的中心火孔，在所述中心火孔周围设置多个与所述环空相通的周边火孔，所述点火针的尾部靠近所述燃气喷嘴。
所述空气管在所述外燃气管周围呈对称设置，所述空气喷嘴与所述空气管通过螺纹连接，各所述空气喷嘴均与所述燃气喷嘴的外端面平齐。
所述空气喷嘴与所述空气管连接端的进风通道采用渐缩结构。
每一所述空气喷嘴彼此独立，每一所述空气管尾部均设置控制所述空气管开启或关闭的阀门。
通过所述内燃气管或外燃气管从所述燃气喷嘴喷出的燃气，是甲烷、氢气、丙烷、液化石油气中的一种或几种。
通过所述空气管或内、外燃气管进入炉膛的气体，是N2或CO2与空气或燃气混合后的气体。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明结构简单，无需预热空气、内置搅拌反应器和蓄热体，也无需使用催化剂，不仅易于实现，而且制造成本低。2、本发明的空气喷嘴和空气管之间采用螺纹连接，不仅可以方便地拆卸空气喷嘴，方便维修，还能够根据实际需要灵活地更换不同直径的空气喷嘴，使本发明的燃烧器具有通用性。3、本发明的燃气喷嘴设计为螺纹件，可方便地拆卸、维修或者更换为其它类型燃气喷嘴（如更换其周边小火孔数量、中心火孔直径），具有通用性。4、本发明设置内、外两层燃气管，使得燃气的气路可分为两路，其中一路经过外燃气管由燃气喷嘴上的周边火孔喷出，起到预热炉膛的作用；另一路经过内燃气管由燃气喷嘴上的中心火孔喷出，以实现炉内无焰燃烧，相对于多股燃气射流，其结构简单。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1沿A-A向剖视图；
图3是图1沿B-B向剖视图；
图4是图1沿C-C向剖视图；
图5是本发明的燃气喷嘴结构示意图；
图6是本发明的空气喷嘴与空气管连接示意图；
图6（a）是空气喷嘴结构示意图；
图6（b）是空气管结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1～5所示，本发明包括水平布置的内燃气管1和同轴套在内燃气管1外部的外燃气管2，且内燃气管1和外燃气管2之间存在环空。在内燃气管1和外燃气管2的出口端安装一圆形的燃气喷嘴3，燃气喷嘴3的中心设置一与内燃气管1相通的中心火孔4，在中心火孔周围设置多个与环空相通的周边火孔5。在外燃气管2的周围对称设置四个空气管6（仅以此为例，并不限于此），在每个空气管6的出口端分别安装一空气喷嘴7，且各空气喷嘴7均与燃气喷嘴3的外端面平齐。在外燃气管2的一侧平行设置一点火针8，点火针8的尾部靠近燃气喷嘴3。本发明所述的燃烧器通过一固定法兰9与炉膛连接。
上述实施例中，燃烧器与炉膛之间也可以采用其它连接方式。
在一个优选的实施例中，如图6所示，空气喷嘴7和空气管6采用螺纹连接，不仅可方便地拆卸空气喷嘴7以进行维修，同时还可灵活地更换为出口直径不同的空气喷嘴，而无需改变燃烧器的主体结构。
在一个优选的实施例中，如图6所示，空气喷嘴7与空气管6连接端的进风通道采用渐缩结构，该设计可以减小空气的进风阻力。
在一个优选的实施例中，燃气喷嘴3与内燃气管1、外燃气管2通过螺纹连接，便于拆卸维护或者更换为其它类型的燃气喷嘴3，如更换为具有不同数量的周边火孔5的燃气喷嘴3或者具有不同直径的中心火孔4的燃气喷嘴3。
在一个优选的实施例中，四个空气喷嘴7彼此独立，进而可通过空气管6尾部的阀门（图中未示出）控制关闭或开启，以形成对称或非对称的空气喷嘴结构。
本发明所使用的燃气可以是甲烷、氢气、丙烷、LPG（液化石油气）及其它低热值可燃气体中的一种或几种，燃气可通过内燃气管1或者外燃气管2从燃气喷嘴3上的对应火孔喷出。
本发明所使用的气体，还可以是惰性气体N2或CO2与空气或燃气混合后的气体，如果将N2或CO2与空气混合，混合气体将通过空气管6进入炉膛；如果将N2或CO2与燃气混合，则混合气体将通过内、外燃气管7、6进入炉膛。由于反应物在进入炉膛之前就已经被稀释，将更有利于抑制燃料化学反应速率，增加燃烧体积，更有利于实现炉内无焰燃烧。
本发明在使用时，首先打开与外燃气管2连通的燃气气路，燃气经过外燃气管2由燃气喷嘴3上的周边火孔喷出后，被点火针8点燃，产生稳定火焰以加热炉膛，待炉膛内的温度高于燃气自燃温度后，切换燃气气路使燃气经过内燃气管1由燃气喷嘴3上的中心火孔4喷出，燃气发生自燃。在上述燃烧过程中，助燃空气始终经过空气管6由空气喷嘴7喷出，出流的高速空气可在行进过程中卷吸大量炉膛内的烟气，之后才与燃气混合，从而降低燃气的局部反应速率，并实现无焰燃烧。
在上述燃烧过程中，经由空气喷嘴7喷出流的助燃空气速度应达到60～100m/s，才能实现无焰燃烧所需的大尺度卷吸，进而保证在炉膛内顺利实现无焰燃烧。因此，本发明在实际应用中，应根据实际所需的助燃总风量和设计流速，调整空气喷嘴7内径，并在空气管6与空气喷嘴7连接处采用渐缩结构，以尽可能降低空气经空气管6进入空气喷嘴7时的局部阻力。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：
一水平布置的内燃气管，
一同轴套在所述内燃气管外部的外燃气管，
一安装在所述内燃气管和外燃气管的出口端的燃气喷嘴，
若干个设置在所述外燃气管周围的空气管，
若干个分别安装在每一所述空气管出口端的空气喷嘴，以及
一平行设置在所述外燃气管一侧的点火针；
其中，所述内燃气管和外燃气管之间存在环空，所述燃气喷嘴的中心设置一与所述内燃气管相通的中心火孔，在所述中心火孔周围设置多个与所述环空相通的周边火孔，所述点火针的尾部靠近所述燃气喷嘴。
2.如权利要求1所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，所述空气管在所述外燃气管周围呈对称设置，所述空气喷嘴与所述空气管通过螺纹连接，各所述空气喷嘴均与所述燃气喷嘴的外端面平齐。
3.如权利要求1所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，所述空气喷嘴与所述空气管连接端的进风通道采用渐缩结构。
4.如权利要求2所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，所述空气喷嘴与所述空气管连接端的进风通道采用渐缩结构。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，每一所述空气喷嘴彼此独立，每一所述空气管尾部均设置控制所述空气管开启或关闭的阀门。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，通过所述内燃气管或外燃气管从所述燃气喷嘴喷出的燃气，是甲烷、氢气、丙烷、液化石油气中的一种或几种。
7.如权利要求5所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，通过所述内燃气管或外燃气管从所述燃气喷嘴喷出的燃气，是甲烷、氢气、丙烷、液化石油气中的一种或几种。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，通过所述空气管或内、外燃气管进入炉膛的气体，是N2或CO2与空气或燃气混合后的气体。
9.如权利要求5所述的一种直喷式燃气无焰燃烧器，其特征在于，通过所述空气管或内、外燃气管进入炉膛的气体，是N2或CO2与空气或燃气混合后的气体。
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