CN106196051A - 一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，采用了旋流掺混板的结构，由燃烧器喷口、空气管路，燃气管路、旋流掺混板、中心喷管构成。空气管路与燃烧器喷口采用焊接连接，引导混合气进入燃烧室内进行燃烧。燃料由燃气管路进入燃烧器，在旋流掺混板处分流，一部分在旋流掺混板中和空气充分混合，再在旋流掺混板出气面板处形成旋流，喷射出燃烧器；另一部分燃料直接进入中心喷管喷出，和旋流掺混板喷射出的混合气进行掺混并喷射出燃烧器。本发明采用的旋流掺混板结构能使燃料与空气充分混合；旋流掺混板自带旋流功能，既能增强掺混，又能保持火焰稳定，还可以构造不同形态的火焰，有利于提高燃烧效率，稳定燃烧，降低排放污染。

Description

一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器

技术领域

本发明涉及一种旋流燃烧器，特别涉及一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器。

背景技术

随着社会的发展，人们对于能源的高效利用以及环保的要求越来越高。而当今燃烧作为人类获得热能与动力的主要形式之一，对于能源的高效利用以及环保至关重要。

工业炉作为最重要的应用燃烧的热能动力设备之一，它使用面广，包括工业用冶金、建筑、化工、以及余热利用等方面。我国工业炉总量巨大，而且工业炉耗能量多、效率偏低，排放污染物量大，不仅消耗大量的煤，同时向大气中排放大量固体颗粒物以及气体污染物。而液化气等气体燃料是一种高效、优质、清洁的气体燃料，在工业炉或其他热能设备上面具有很好的前景。因此，设计一种燃烧效率高，污染物排放低的气态燃料燃烧器，对于经济效益以及环境效益都有十分重要的作用。

目前采用带旋流的气态燃料预混燃烧器数量较少，而旋流燃烧器能够有效强化燃料与空气的混合以及高温燃烧产物和未燃燃料在下流流场中的混合过程，并且其形成的回流区可以作为稳定的点火源，不仅可以改善火焰形态和温度分布，提高燃烧效率，也可以降低污染，保证系统的安全运行。预混燃烧可以提高燃烧效率，有效的增强当地的火焰强度，如果是贫预混燃烧还可以降低NOx等其他污染物的排放量。与此同时，预混燃烧也可以使的燃烧在一个比较大的当量比范围内进行。

综上所述，本发明立足于工程实际应用，设计了一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，在燃料和空气进行充分的预混后，通过旋流掺混板形成旋流，可以形成回流区稳定火焰。同时也通过良好的掺混效果，提高了燃烧效率，降低了污染物的排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有旋流燃烧器燃烧范围小、不稳定、污染物排放高等缺点，提供一种能提供稳定燃烧、低污染的旋流燃烧器，采用旋流掺混板结构充分发挥预燃级对于点火以及火焰稳定的优点，且旋流掺混板能够加强燃料与空气的混合过程，混合气再进入燃烧室进行燃烧，可以有效的提高燃烧效率、降低排放污染；带旋流的旋流掺混板形成主燃级和预燃级结构，预燃级火焰对主燃级混和气起到点燃作用，同时可以有效地解决主燃级点火问题，保持火焰稳定。

本发明采用的技术方案为：一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，采用了旋流掺混板的结构，由燃烧器喷口、空气管路，燃气管路、旋流掺混板、中心喷管、点火电极构成。旋流掺混板包括进气面板、出气面板以及多孔掺混管。空气管路通过焊接或者螺纹连接与燃烧器喷口连接，用于引导混合气进入燃烧室内进行燃烧。燃料由燃气管路进入燃烧器，在旋流掺混板处分流，分别进入旋流掺混板和中心喷管。一部分燃料在旋流掺混板内部与空气充分混合，得到的混合气在旋流掺混板出气面板处形成旋流，随后喷射出燃烧器进行燃烧；剩余的燃料由燃气管路直接进入中心喷管喷出，和旋流掺混板喷射出的混合气进行掺混并喷射出燃烧器，进入燃烧室进行燃烧；点火电极通过旋流掺混板，伸入到下游不远处流场中。本燃烧器依靠点火电极点燃旋流掺混板的内环多孔掺混管喷射出的混合气以及由中心喷管喷射出的燃料，之后通过旋流掺混板内环多孔掺混管的火焰引燃旋流掺混板外环多孔掺混管的可燃混合气，从而实现燃烧器的启动，开始加热，燃烧过程均在燃烧室中进行。

其中，所述的旋流掺混板可以但不限于不锈钢结构，分为进气面板、出气面板、多孔掺混管(5)。一部分燃料从燃气管路进入旋流掺混板与空气充分混合。进、出气面板内径攻有螺纹，可以与中心喷管以及燃气管道相互连接，也可以进行焊接。进气及出气面板上沿径向排布1—10环，每环布置4—20个直径介于4—20mm的孔。每个进、出气面板的孔之间，按在轴向和展向呈一定角度插入长度4—40mm、壁厚0.5—4mm的多孔掺混管并进行焊接，也可进行螺纹连接。

其中，所述的旋流掺混板中采用的多孔掺混管的周向均布有2—10个1—10mm的小孔，用于燃气进入多孔掺混管和空气进行充分混合。

其中，所述的旋流掺混板中的多孔掺混管与轴向呈-60—60°夹角，与展向呈-60—60°夹角，用于形成旋流。旋流掺混板内层的一或多环多孔掺混管为一旋向，当作预燃级；外层的一或多环多孔掺混管可以与预燃级为相同的旋向，也可以为相反的旋向，当作主燃级。内层和外层之间可以选出一或多环多孔掺混管采用与轴向夹角为0°的布置，以将主、预燃级气流分开。主、预燃级的每层多孔掺混管的旋向以及角度都可以按需求进行调整。

其中，所述的旋流掺混板的主燃级旋流数为0.4—1，预燃级旋流数为0.1—0.9，通过不同的旋流数组合得到满足不同需求的火焰。点火电极通过点燃预燃级混合气，引燃主燃级混合气，从而实现整个范围内的燃烧，实现燃烧器的启动，大大提高了点火性能。

其中，所述的中心喷管沿周向均布4—30个直径0.1—3mm的小孔，与轴向呈30—150°夹角，可以与旋流掺混板喷射出的混合气进行混合，形成当量比偏高的一系列点，稳定火焰，具有很宽的工作范围。

其中，所述的燃烧器喷口，既可以呈收缩形，也可以呈扩张形，夹角与轴向呈—60至90°之间，引导混合气进入燃烧室，影响掺混以及火焰形态。燃烧器喷口与空气管路可以但不限于焊接或螺纹连接。

本发明的工作原理：利用旋流掺混板的结构，即能让空气与燃料在其中的多孔掺混管中充分混合，其分层的旋流也可以形成主燃级和预燃级的结构，达到良好的旋流以及掺混效果。燃气管路中的燃料一部分进入中心喷管，在中心喷管的周向方向上均布有诸多与轴向成角度的小孔，燃气从中喷射出，和来自旋流掺混板的混合气进行混合，可以增强掺混，形成一系列当量比偏高的点，可以形成稳定的值班火焰，使得燃烧器稳定工作。燃气管路中的另一部分燃料进入旋流掺混板，在旋流掺混板内部与空气进行充分掺混。旋流掺混板内部的多孔掺混管在轴向与展向呈一定的角度，从而使得喷射出的混合气形成旋流。通过调整旋流掺混板不同径向处的多孔掺混管的角度以及旋向，形成不同旋流数的主燃级和预燃级结构，具有以下优点：一是旋流可以增强燃料与空气的掺混，提高燃烧效率；二是通过预燃级稳定的火焰，点燃主燃级火焰，从而使整个区域内的混合气点燃，从而稳定燃烧；三是通过设计旋流掺混板不同径向处的多孔混合管的角度以及旋向，可以组合出不同的旋流数，从而得到对燃烧器下游的流场控制的更加精细，达到我们想要的火焰结构以及形状。

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

(1)采用了旋流掺混板结构，压损较小，并能够使空气和燃气进行充分混合，当采用总体当量比偏小时，可以在保证充分燃烧的同时，降低火焰温度，从而降低了污染物的排放。

(2)采用了旋流掺混板结构，具有以下优点：一是旋流可以增强燃料与空气的掺混，提高燃烧效率；二是通过预燃级稳定的火焰，点燃主燃级火焰，从而使整个区域内的混合气点燃，从而稳定燃烧；三是通过设计旋流掺混板不同径向处的多孔混合管的角度以及旋向，可以组合出不同的旋流数，从而得到对燃烧器下游的流场控制的更加精细，达到我们想要的火焰结构以及形状。可以实现火焰稳定、更易点火以及实现低排放。

(3)本发明结构简单，装配方便，利于加工，而且旋流掺混板上多孔掺混管的旋流数可调，主、预燃级的旋流数可以根据实际需要进行设计，可以调整火焰的形状，适用于不同的燃烧设备，不仅可以用于燃烧液化气，也可以燃烧包括天然气在内广泛的气体燃料，具有很宽的燃料适应性。

附图说明

图1为本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器的结构示意图；

图2为本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器整体结构的正三轴测图；

图3为本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器中心喷管的示意图；

图4为本发明的旋流掺混板内部的多孔掺混管示意图；

图5为本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器内部结构示意图；

图6为本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器内部结构侧视图；

图7位本发明小管预混旋流低污染液化气燃烧器内部结构主视图。

图中：1为空气管路，2为旋流掺混板，3为出气面板，4为进气面板，5为多孔掺混管，6为燃气管路，7为中心喷管，8为点火电极，9为燃烧器喷口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

如图1所示，为本发明实施例所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，采用了旋流掺混板的结构，由燃烧器喷口9、空气管路1，燃气管路6、旋流掺混板2、中心喷管7、点火电极8构成。其中旋流掺混板2，包括进气面板4、出气面板3以及多孔掺混管5。空气管路1通过焊接或者螺纹连接与燃烧器喷口9连接，用于引导混合气进入燃烧室内进行燃烧。燃料由燃气管路6进入燃烧器，在旋流掺混板2处分流，分别进入旋流掺混板2和中心喷管7。一部分燃料在旋流掺混板2内部与空气充分混合，得到的混合气在旋流掺混板2出气面板3处形成旋流，随后喷射出燃烧器进行燃烧；剩余的燃料由燃气管路6直接进入中心喷管7喷出，和旋流掺混板2喷射出的混合气进行掺混并喷射出燃烧器，进入燃烧室进行燃烧；点火电极8通过旋流掺混板2，伸入到下游不远处流场中。本燃烧器依靠点火电极8点燃旋流掺混板2的内环多孔掺混管5喷射出的混合气以及由中心喷管喷7射出的燃料，之后通过旋流掺混板2内环多孔掺混管的火焰引燃旋流掺混板2外环多孔掺混管的可燃混合气，从而实现燃烧器的启动，开始加热，燃烧过程均在燃烧室中进行。

如图1所示，旋流掺混板2可以但不限于不锈钢结构，分为进气面板4、出气面板3、多孔掺混管5。一部分燃料从燃气管路6进入旋流掺混板2与空气充分混合。进、出气面板内径攻有螺纹，可以与中心喷管7以及燃气管道6相互连接，也可以进行焊接。进气及出气面板上沿径向排布1—10环，每环布置4—20个直径介于4—20mm的孔。每个进、出气面板的孔之间，按在轴向和展向呈一定角度插入长度4—40mm、壁厚0.5—4mm的多孔掺混管并进行焊接，也可进行螺纹连接。

如图2所示，燃烧器喷口9，既可以呈收缩形，也可以呈扩张形，夹角与轴向呈—60至90°之间，引导混合气进入燃烧室，影响掺混以及火焰形态。燃烧器喷口9与空气管路1可以但不限于焊接或螺纹连接。

如图3所示，中心喷管7沿周向均布4—30个直径0.1—3mm的小孔，与轴向呈30—150°夹角，可以与旋流掺混板2喷射出的混合气进行混合，形成当量比偏高的一系列点，稳定火焰，具有很宽的工作范围。

如图4所示，旋流掺混板2中采用的多孔掺混管5的周向均布有2—10个1—10mm的小孔，用于燃气进入多孔掺混管5和空气进行充分混合。

如图5、图6、图7所示，旋流掺混板2中的多孔掺混管5与轴向呈-60—60°夹角，与展向呈-60—60°夹角，用于形成旋流。旋流掺混板2内层的一或多环多孔掺混管5为一旋向，当作预燃级；外层的一或多环多孔掺混管5可以与预燃级为相同的旋向，也可以为相反的旋向，当作主燃级。内层和外层之间可以选出一或多环多孔掺混管5采用与轴向夹角为0°的布置，以将主、预燃级气流分开。主、预燃级的每层多孔掺混管5的旋向以及角度都可以按需求进行调整。

如图5、图6、图7所示，旋流掺混板2的主燃级旋流数为0.4—1，预燃级旋流数为0.1—0.9，通过不同的旋流数组合得到满足不同需求的火焰。点火电极通过点燃预燃级混合气，引燃主燃级混合气，从而实现整个范围内的燃烧，实现燃烧器的启动，大大提高了点火性能。

Claims (7)

1.一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：采用了旋流掺混板的结构，由燃烧器喷口(9)、空气管路(1)、燃气管路(6)、旋流掺混板(2)、中心喷管(7)、点火电极(8)构成；其中旋流掺混板(2)包括进气面板(4)、出气面板(3)以及多孔掺混管(5)；空气管路(1)通过焊接或者螺纹连接与燃烧器喷口(9)连接，用于引导混合气进入燃烧室内进行燃烧，燃料由燃气管路(6)进入燃烧器，在旋流掺混板(2)处分流，分别进入旋流掺混板(2)和中心喷管(7)，一部分燃料在旋流掺混板(2)内部与空气充分混合，得到的混合气在旋流掺混板(2)出气面板(3)处形成旋流，随后喷射出燃烧器进行燃烧；剩余的燃料由燃气管路(6)直接进入中心喷管(7)喷出，和旋流掺混板(2)喷射出的混合气进行掺混并喷射出燃烧器，进入燃烧室进行燃烧；点火电极(8)通过旋流掺混板(2)，伸入到下游不远处流场中，该燃烧器依靠点火电极(8)点燃旋流掺混板(2)的内环多孔掺混管(5)喷射出的混合气以及由中心喷管喷(7)射出的燃料，之后通过旋流掺混板(2)内环多孔掺混管的火焰引燃旋流掺混板外环多孔掺混管的可燃混合气，从而实现燃烧器的启动，开始加热，燃烧过程均在燃烧室中进行。

2.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的旋流掺混板(2)可以但不限于不锈钢结构，分为进气面板(4)、出气面板(3)、多孔掺混管(5)，一部分燃料从燃气管路(6)进入旋流掺混板(2)与空气充分混合，进、出气面板内径攻有螺纹，可以与中心喷管(7)以及燃气管道(6)相互连接，也可以进行焊接，进气及出气面板上沿径向排布1—10环，每环布置4—20个直径介于4—20mm的孔，每个进、出气面板的孔之间，按在轴向和展向呈一定角度插入长度4—40mm、壁厚0.5—4mm的多孔掺混管并进行焊接，也可进行螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的旋流掺混板(2)中采用的多孔掺混管(5)的周向均布有2—10个1—10mm的小孔，用于燃气进入多孔掺混管(5)和空气进行充分混合。

4.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的旋流掺混板(2)中的多孔掺混管(5)与轴向呈-60—60°夹角，与展向呈-60—60°夹角，用于形成旋流，旋流掺混板(2)内层的一或多环多孔掺混管(5)为一旋向，当作预燃级；外层的一或多环多孔掺混管(5)可以与预燃级为相同的旋向，也可以为相反的旋向，当作主燃级，内层和外层之间可以选出一或多环多孔掺混管(5)采用与轴向夹角为0°的布置，以将主、预燃级气流分开，主、预燃级的每层多孔掺混管(5)的旋向以及角度都可以按需求进行调整。

5.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的旋流掺混板(2)的主燃级旋流数为0.4—1，预燃级旋流数为0.1—0.9，通过不同的旋流数组合得到满足不同需求的火焰，点火电极通过点燃预燃级混合气，引燃主燃级混合气，从而实现整个范围内的燃烧，实现燃烧器的启动，大大提高了点火性能。

6.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的中心喷管(7)沿周向均布4—30个直径0.1—3mm的小孔，与轴向呈30—150°夹角，可以与旋流掺混板(2)喷射出的混合气进行混合，形成当量比偏高的一系列点，稳定火焰，具有很宽的工作范围。

7.根据权利要求1所述的一种小管预混旋流低污染液化气燃烧器，其特征在于：所述的燃烧器喷口(9)，既可以呈收缩形，也可以呈扩张形，夹角与轴向呈—60至90°之间，引导混合气进入燃烧室，影响掺混以及火焰形态，燃烧器喷口(9)与空气管路(1)可以但不限于焊接或螺纹连接。