CN107191934A - 一种非预混烧嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非预混烧嘴，包括喷嘴本体和主燃烧区，所述喷嘴本体为中心对称体结构，其上设有三组空气喷口单元和两组燃料喷口单元，所述三组空气喷口单元均布在喷嘴本体的圆周方向上，并按喷嘴本体的竖直对称面对称布置，所述两组燃料喷口单元对称设置在中心组空气喷口单元的两侧，并设置在喷嘴本体的水平对称面的上方。本发明的一种非预混烧嘴，采用非对称扩散燃烧方式，实现上下两层区域欠氧燃烧和过氧燃烧的有机结合，并辅助以气体回流控制，控制主燃区气体回流，大幅度降低燃烧区局部反应物浓度和最高温度，并有效扩大燃烧反应区域，增大火焰覆盖面，大幅改善加热区域的温度均匀性，显著降低氮氧化物等污染物排放指标。

Description

一种非预混烧嘴
技术领域
本发明属于燃烧器领域，涉及一种非预混烧嘴。
背景技术
冶金加热炉上使用的侧烧嘴大多采用空气对燃料的同轴包裹结构，先是采用旋转的一次空气，来强化空气和燃料的扩散混合强度，以确保燃烧的稳定性，并提高能力调解能力，然后再利用外围的二次空气拉长火焰，并实现分级燃烧，以降低氮氧化物的排放。
这种结构的燃烧器在能力调解比方面确实有比较大的优势，但旋转的一次空气在确保燃烧稳定性的同时，也在一定程度上增加了燃烧反应的局部高温区，空气对燃料的同轴包裹结构也火焰的铺展面，导致火焰分布太过集中，对加热区的温度均匀性不利，而且也限制了NOx的进一步降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非预混烧嘴。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种非预混烧嘴，包括喷嘴本体和主燃烧区，所述喷嘴本体为中心对称体结构，其上设有三组空气喷口单元和两组燃料喷口单元，所述三组空气喷口单元均布在喷嘴本体的圆周方向上，并按喷嘴本体的竖直对称面对称布置，所述两组燃料喷口单元对称设置在中心组空气喷口单元的两侧，并设置在喷嘴本体的水平对称面的上方。
进一步，每组空气喷口单元的空气喷口数量至少为1个，每个空气喷口设置为圆柱形。
进一步，每组燃料喷口单元的燃料喷口数量为1个，每个燃料喷口设置为圆柱形。
进一步，燃料喷口单元的分布圆周的大小不大于空气喷口单元的分布圆周大小。
进一步，所述空气喷口单元喷出的空气为热空气，空气温度不低于400℃。
进一步，所述燃料喷口流速和空气喷口流速均不低于60m/s，且两者之间相差不大于20％。
进一步，还包括设置在喷嘴本体和主燃烧区之间的气体回流控制区。
进一步，所述气体回流控制区为喇叭形圆台结构，且由烧嘴本体向主燃烧区扩张，扩张角度为30°～120°。
本发明的有益效果在于：本发明的一种非预混烧嘴，取消了旋转空气结构或助燃空气对燃料的同轴均匀包裹结构，采用非对称扩散燃烧方式，实现上下两层区域欠氧燃烧和过氧燃烧的有机结合，并辅助以气体回流控制，控制主燃区气体回流，大幅度降低燃烧区局部反应物浓度和最高温度，并有效扩大燃烧反应区域，增大火焰覆盖面，大幅改善加热区域的温度均匀性，显著降低氮氧化物等污染物排放指标。本发明可广泛应用于冶金、机械、化工等行业以气体为燃料的热工设备上，尤其是对烧嘴能力条件比要求不高的脉冲燃烧控制系统上。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明一种非预混烧嘴的结构示意图；
图2为图1的左视图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示本发明一种非预混烧嘴，包括喷嘴本体1和主燃烧区2，所述喷嘴本体1为中心对称体结构，其上设有三组空气喷口单元5和两组燃料喷口单元4，所述三组空气喷口单元5均布在喷嘴本体1的圆周方向上，并按喷嘴本体1的竖直对称面对称布置，包括中间组空气喷口单元和设置在5-1两侧的空气喷口单元5-2和5-3，所述两组燃料喷口单元4包括4-1和4-2，对称设置在中心组空气喷口单元5-1的两侧，并设置在喷嘴本体的水平对称面的上方。其中4-1设置在5-1与5-3之间，4-2设置在5-1与5-2之间。优选地，燃料喷口单元4的分布圆周的大小不大于空气喷口单元的5分布圆周大小。
本实施例中，为了控制流股的稳定性以及燃烧过程的局部反应强度，空气和燃料的喷出工况速度不低于60m/s，且两者之间相差不超过20％；使用的空气为热空气，空气温度不低于400℃。
作为本实施例的进一步改进，喷嘴本体1和主燃烧区2之间设有气体回流控制区3。所述气体回流控制区3为喇叭形圆台结构，且由烧嘴本体向主燃烧区扩张，扩张角度为30°～120°。所述气体回流控制区域3为主燃烧区2到烧嘴本体1的过渡区域，通过扩张角的大小控制从主燃烧区回流到空气或燃料喷出口位置的气体回流量，避免过量燃烧废气回流到喷出位置，破坏出口流股的稳定性，尤其是破坏燃料流股的稳定性。
作为本实施例的进一步改进，每组空气喷口单元的空气喷口数量至少为1个，每个空气喷口设置为圆柱形。本实施例每组空气喷口单元的空气喷口数量为两个，也对称于竖直对称面布置。本实施例，每组燃料喷口单元的燃料喷口数量为1个，每个燃料喷口设置为圆柱形。
本实施例中，空气和燃料从烧嘴本体1喷出，经过气体回流控制区3后再进入主燃烧区2，在喷射流动过程中扩散并发生燃烧反应；以所述烧嘴本体1的水平对称面为界，其上面部分区域内，占比总量1/3的空气与燃料先发生欠氧反应，下面部分区域内，占比总量2/3的空气与燃料先发生过氧反应，欠氧燃烧反应和过氧燃烧反应，都有助于大幅度降低燃烧反应温度，降低局部高温，以降低氮氧化物排放；上面部分过剩的燃料与下面部分过剩的空气再在后续继续进行燃烧反应，显著拉长火焰，增大火焰区域。
本实施例中，燃料喷口单元4不再集中布置在反应区中的中心，而是分散布置在烧嘴本体垂直对称面的两侧，大幅增加了火焰铺展面的宽度，增大火焰覆盖面积，降低反应区反应物浓度，提高反应区温度均匀性，降低氮氧化物排放。
本实施例中，空气流股分布在燃料流股的上下两侧，可把燃料流股约束在中间，避免燃烧不完全的情况。
本实施例中，所述的三组空气喷口单元在圆周方向上均匀布置，每组空气喷口单元之间，以及空气喷口和燃料喷口之间，都留出了气体回流区域；在空气和燃料的高速喷出的动量带动作用下，主燃烧区的燃烧废气可以回流到空气流股或燃料流股周围，然后再跟随空气流股或燃料流股一起流动，并相互扩散混合。
本实施例中，所述燃料喷口单元4为单个圆柱形喷口，所述空气喷口单元5为不少于一个的圆柱形喷口；采用圆柱形喷口结构，一方面便于加工，另一方面形成的圆柱形流股稳定性更好，流动过程中动量衰减慢，可以更好地带动流股周围的气体跟随扰动，并控制燃料或空气的扩散速度，从而进一步降低参与燃烧反应的局部浓度，控制反应温度，并拉长火焰，提高整个区域温度均匀性，降低氮氧化物排放。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种非预混烧嘴，其特征在于：包括喷嘴本体和主燃烧区，所述喷嘴本体为中心对称体结构，其上设有三组空气喷口单元和两组燃料喷口单元，所述三组空气喷口单元均布在喷嘴本体的圆周方向上，并按喷嘴本体的竖直对称面对称布置，所述两组燃料喷口单元对称设置在中心组空气喷口单元的两侧，并设置在喷嘴本体的水平对称面的上方。
2.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：每组空气喷口单元的空气喷口数量至少为1个，每个空气喷口设置为圆柱形。
3.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：每组燃料喷口单元的燃料喷口数量为1个，每个燃料喷口设置为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：燃料喷口单元的分布圆周的大小不大于空气喷口单元的分布圆周大小。
5.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：所述空气喷口单元喷出的空气为热空气，空气温度不低于400℃。
6.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：所述燃料喷口流速和空气喷口流速均不低于60m/s，且两者之间相差不大于20％。
7.根据权利要求1所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：还包括设置在喷嘴本体和主燃烧区之间的气体回流控制区。
8.根据权利要求7所述的一种非预混烧嘴，其特征在于：所述气体回流控制区为喇叭形圆台结构，且由烧嘴本体向主燃烧区扩张，扩张角度为30°～120°。
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