CN104990078B - 一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器，它包括：一中心燃气喷管，一同轴密封设置在中心燃气喷管外部的环路燃气喷管，两平行且对称设置在环路燃气喷管两侧的对称空气喷管，一设置在环路燃气喷管和对称空气喷管外部的环路空气喷管，以及一稳焰钝体；其中，环路空气喷管与环路燃气喷管呈同轴设置；稳焰钝体可拆卸地连接在中心燃气喷管、环路燃气喷管的前端；在稳焰钝体上设置有一与中心燃气喷管连通的中心燃气喷口、两个以上位于中心燃气喷口周围且与环路燃气喷管连通的周边燃气喷口，以及两个对称设置在中心燃气喷口两侧的空气喷口；两空气喷口与两对称空气喷管连通；在稳焰钝体的前端设置一环状突起，环状突起的外径与环路空气喷管的内径相等，环状突起与环路空气喷管的前端留有距离。

Description

一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，特别是关于一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器。
背景技术
无焰燃烧(MILD combustion,Flameless combustion)是一种新型的清洁燃烧技术。该技术在低氧浓度且温度高于燃料自燃点的燃炉内，通过控制燃料与氧化剂、高温烟气的快速混合而实现。与传统燃烧方式相比，无焰燃烧没有可见的火焰锋面，整个炉膛温度、亮度均匀，避免了大量NOx生成的同时提高了热辐射换热效率，燃烧稳定噪声极低，被国际燃烧界视为最有潜力的清洁燃烧技术之一。目前大气污染日趋严重，发展清洁燃烧技术尤为重要。已有研究表明NOx是PM2.5的成因之一，无焰燃烧技术从源头直接避免NOx的生成，可大幅度降低烟气后处理压力，提高能源利用的环境友好性。
目前，国内外已存在基于无焰燃烧技术的专利。建立无焰燃烧其中一个关键点是要将燃烧混合物在燃烧前预热至燃料自燃点以上，可通过炉外预热、蓄热体预热(中国专利申请号200910104757.4)、催化剂降低自燃点(中国专利申请号96199385.5)，以及炉内烟气混合预热等方式实现。其中，基于炉内烟气混合预热方式的燃烧器结构最为简单，造价最低而且最为有效。中国专利(申请号201410019516.0)提出一种直喷式燃气无焰燃烧器。该发明利用中间燃气管与周围多个空气管平行高速直喷的方式进行燃烧。高速射流能使得燃气和空气迅速与炉内高温烟气混合，形成高温低氧的无焰燃烧条件。但由于燃气和空气射流速度很高，且两种射流的距离较大，预热炉膛阶段容易产生火焰不稳定而导致熄火。中国专利(申请号201410020218.3)提出一种斜流式常温无焰燃烧器。该发明在预热炉膛阶段采取部分预混的燃烧方式，而无焰燃烧阶段采取斜流空气与直喷燃气的非预混燃烧方式。但由于缺乏稳焰装置，该发明在预热炉膛阶段无法以额定功率进行加热，只能逐步提高燃气和空气流量，以逐步加热的方式避免熄火问题。由于预热炉膛阶段采取部分预混的方式，会有回火发生爆炸的隐患。同时，该发明在无焰燃烧阶段利用斜流空气的方式增加空气与燃气的相遇时间以实现无焰燃烧，但高速斜流空气会冲刷炉膛壁面，长期运行可能会造成炉膛的冲蚀损坏。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种火焰稳定、基于非预混直喷式且使用安全的可快速实现无焰燃烧的燃烧器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器，其特征在于，它包括：一中心燃气喷管，一同轴密封设置在所述中心燃气喷管外部的环路燃气喷管，两平行且对称设置在所述环路燃气喷管两侧的对称空气喷管，一设置在所述环路燃气喷管和对称空气喷管外部的环路空气喷管，以及一稳焰钝体；其中，所述环路空气喷管与所述环路燃气喷管呈同轴设置；所述稳焰钝体可拆卸地连接在所述中心燃气喷管、环路燃气喷管的前端；在所述稳焰钝体上设置有一与所述中心燃气喷管连通的中心燃气喷口、两个以上位于所述中心燃气喷口周围且与所述环路燃气喷管连通的周边燃气喷口，以及两个对称设置在所述中心燃气喷口两侧的空气喷口；两所述空气喷口与两所述对称空气喷管连通；在所述稳焰钝体的前端设置一环状突起，所述环状突起的外径与所述环路空气喷管的内径相等，所述环状突起与所述环路空气喷管的前端留有距离。
两所述对称空气喷管的前端分别通过一螺纹接头连接一软管，两软管的前端分别通过另一螺纹接头连接所述稳焰钝体。
所述稳焰钝体与所述中心燃气喷管、环路燃气喷管采用螺纹或卡扣的方式连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置有一中心燃气喷管、一环路燃气喷管、两对称空气喷管和一环路空气喷管，并且在中心燃气喷管和环路燃气喷管的前端连接一前端设置有一环状突起的稳焰钝体，因此本发明可以在不同的燃烧阶段以开启、关闭一部分燃气喷管、空气喷管的方式改变燃气、空气出口截面从而改变燃气、空气的喷流速度，进而分别满足预热阶段和无焰燃烧阶段的燃烧条件，可见，本发明可以较为快捷地实现有焰燃烧与无焰燃烧的切换。2、本发明在整个燃烧过程中均可以以额定功率进行操作，能够大幅度提高预热炉膛的效率，能够减少25％以上的预热时间。3、本发明采取的是非预混直喷射流的燃烧方式，燃烧过程稳定，不会产生回火、熄火现象，操作过程安全性能够得到较大提升。4、本发明可以根据不同工况灵活更换关键部件以达到最佳的预热和燃烧效果。5、本发明结构简单、制造成本低、易于维护。本发明可广泛应用于无焰燃烧技术中。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的俯视示意图；
图3是本发明的右视图；
图4是本发明稳焰钝体采用多路燃气喷口和两路空气喷口的结构示意图；
图5是本发明稳焰钝体采用三路燃气喷口和窄距两路空气喷口的结构示意图；
图6是本发明在预热有焰燃烧阶段的燃烧原理示意图；
图7是本发明在无焰燃烧阶段的燃烧原理示意图。
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1～3所示，本发明包括一中心燃气喷管1，在中心燃气喷管1的外部同轴密封设置一环路燃气喷管2，在环路燃气喷管2的外部同轴设置一环路空气喷管3，在环路燃气喷管2的两侧平行对称设置两对称空气喷管4，两对称空气喷管4位于环路空气喷管3的内壁与环路燃气喷管2的外壁之间。中心燃气喷管1和环路燃气喷管2的前端共同连接一稳焰钝体5，稳焰钝体5以可拆卸的方式与中心燃气喷管1、环路燃气喷管2连接，例如螺纹连接、卡扣连接等方式。在稳焰钝体5上设置有一中心燃气喷口51、两个以上周边燃气喷口52和两个空气喷口53，其中，中心燃气喷口51与中心燃气喷管1连通，周边燃气喷口52与环路燃气喷管2连通，两空气喷口53与两对称空气喷管4连通。在稳焰钝体5的前端设置一环状突起54，环状突起54的外径与环路空气喷管3的内径相等，并且环状突起54与环路空气喷管3的前端留有距离以供环路空气喷管3中的空气喷出。
上述实施例中，两对称空气喷管4前端分别通过一螺纹接头6连接一软管7，两软管7的前端分别通过另一螺纹接头6连接稳焰钝体5。
上述实施例中，稳焰钝体5上的周边燃气喷口52可以是两个，也可以是四个(如图4所示)；空气喷口53可以采用宽距，也可以采用窄距(如图5所示)。
本发明的使用过程如下：
首先应以有焰燃烧的方式将炉膛加热至燃气自燃点以上。此时燃气分别从中心燃气喷管1和环路燃气喷管2进入，空气/氧化剂分别从对称空气喷管4环路空气喷管3入，经过稳焰钝体5进入炉膛产生火焰进行燃烧。由于预热阶段燃气和空气的出口截面积较大，气体的速度均较低，加之稳焰钝体5的外沿处形成了回流(如图6左所示)，即使燃烧器此时以额定功率加热炉膛也不会产生熄火的问题。此外，环形突起54能将火焰从一般的集中火焰燃烧变为分散火焰燃烧，此时明亮的火焰分布于在炉膛空间内，有利于整体的炉膛壁面温度的提高。待炉膛壁面温度升至燃气自燃点以上时，关闭环路燃气喷管2和环路空气喷管3。由于燃气和空气供给量不变而出口截面面积变小，此时中心燃气喷管1和对称空气喷管4中的气流速度和流量都会大幅度提高，使得气体经稳焰钝体5高速喷出，从而气体能与炉内高温烟气快速混合，产生能发生无焰燃烧的条件，在炉膛内实现无焰燃烧。若要从无焰燃烧切换至有焰燃烧，只需重新打开环路燃气喷管2和环路空气喷管3即可，切换过程稳定而便捷。
本发明在使用过程中，也可以改变使用方式，在环路燃气喷管2和对称空气喷管4中通入燃气，而在中心燃气喷管1和环路空气喷管3中通入空气，在这样的使用方法下也可以完成上述燃烧过程。
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和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器，其特征在于，它包括：
一中心燃气喷管，
一同轴密封设置在所述中心燃气喷管外部的环路燃气喷管，
两平行且对称设置在所述环路燃气喷管两侧的对称空气喷管，
一设置在所述环路燃气喷管和对称空气喷管外部的环路空气喷管，以及
一稳焰钝体；
其中，所述环路空气喷管与所述环路燃气喷管呈同轴设置；所述稳焰钝体可拆卸地连接在所述中心燃气喷管、环路燃气喷管的前端；在所述稳焰钝体上设置有一与所述中心燃气喷管连通的中心燃气喷口、两个以上位于所述中心燃气喷口周围且与所述环路燃气喷管连通的周边燃气喷口，以及两个对称设置在所述中心燃气喷口两侧的空气喷口；两所述空气喷口与两所述对称空气喷管连通；在所述稳焰钝体的前端设置一环状突起，所述环状突起的外径与所述环路空气喷管的内径相等，所述环状突起与所述环路空气喷管的前端留有距离。
2.如权利要求1所述的一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器，其特征在于，两所述对称空气喷管的前端分别通过一螺纹接头连接一软管，两软管的前端分别通过另一螺纹接头连接所述稳焰钝体。
3.如权利要求1或2所述的一种可快速实现无焰燃烧的燃烧器，其特征在于，所述稳焰钝体与所述中心燃气喷管、环路燃气喷管采用螺纹或卡扣的方式连接。
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