CN107300171A - 一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，包括预混室、风机和中心回燃烧头，所述预混室具有文丘里结构，燃气和空气依次经预混室和风机，在预混室和风机内腔中经过两次混合后进入中心回燃烧头在金属纤维表面燃烧。本发明提供了基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，所述中心回燃烧头不仅具有与扩散式燃烧器类似的烟气流向，还能克服扩散式燃烧器高氮氧化物的缺陷，且不影响锅炉效率与出力。所述预混室设置于风机进风口，减少了风机出风口的混风结构，空气和燃气直接在风机叶轮搅拌下混合，同时采用零压阀，自动控制空燃比，简化了控制系统，提升了燃烧器的稳定性和安全性。

Description

一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器

技术领域

本发明涉及燃气燃烧器技术领域，特别涉及一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器。

背景技术

目前在锅炉制造企业内，对于中心回燃锅炉，其燃烧室末端为封闭结构，一般是采用扩散式燃烧头，扩散式燃烧头的火焰为第一回程；火焰燃尽后，烟气沿着燃烧室内壁折返回前烟箱，形成第二回程；之后，再进入烟管，形成第三回程，如图3所示。但是采用扩散式燃烧头，由于局部高温的存在会将空气中大量的氮气与氧气催化形成氮氧化物，氮氧化物的排放对大气有很严重的污染。近几年出现的金属纤维燃烧器是一种全预混式燃烧器，以特种金属纤维作为燃烧头，预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧头，在透气性均匀的金属纤维织物表面进行燃烧，使得燃烧十分稳定并且温度分布均匀，没有局部高温存在，因此抑制了NOx的生成。但是对于中心回燃锅炉来说，如果沿用标准金属纤维烧头，如图4所示，则由于炉膛的特殊结构，炉膛深处的阻力远大于前端阻力，因此标准的金属纤维燃烧头，火焰将只可能在前部燃烧，炉膛的绝大部分面积被浪费，直接使用该结构的烧头，无法解决中心回燃锅炉降低NO_X排放的要求。

全预混式金属纤维燃烧器一般采用后混结构，即在燃烧器风机出口设置混风结构，空气与燃气在风机后的混风结构中充分混合，这样的设计使得燃烧器整体结构偏大，成本高昂。为了防止后混燃烧器的回火，必须提升控制系统精度，达到对空气、燃气的精准控制，甚至需要安装防回火装置，使得整机结构复杂，控制难度提升。

发明内容

为了解决标准金属纤维燃烧头不能很好适应中心回燃锅炉以及后预混金属纤维燃烧器体积大、结构冗杂的问题，本发明提供了一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，所述中心回燃烧头不仅具有与扩散式燃烧器类似的烟气流向，还能克服扩散式燃烧器高氮氧化物的缺陷，且不影响锅炉效率与出力。所述燃烧器的预混室设置于风机进风口，减少了风机出风口的混风结构，空气和燃气直接在风机叶轮搅拌下混合，同时采用零压阀，自动控制空燃比，简化了控制系统，提升了燃烧器的稳定性和安全性。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，包括预混室、风机和中心回燃烧头，所述预混室具有文丘里结构，且所述预混室的出风口与风机的进风口连接，所述风机出风口与中心回燃烧头连接，燃气和空气依次经预混室和风机，在预混室和风机内腔中经过两次混合后进入中心回燃烧头在金属纤维表面燃烧。

进一步的，所述预混室在其入口与文丘里结构的喉部之间的侧壁上开设有支路管作为燃气入口，所述支路管上设置有燃气阀。

进一步的，所述燃气阀为零压阀，当零压阀靠近预混室一侧的空气压力为负压时，零压阀开启，所述零压阀的开启程度与预混室内的空气压力成反比。

进一步的，所述中心回燃烧头包括烧头本体，所述烧头本体前端内嵌燃烧结构，所述燃烧结构形成了中心回燃烧头的第一燃烧区，所述第一燃烧区的外表面铺设金属纤维网。

进一步的，所述第一燃烧区为前端开口的圆柱形或喇叭形结构。

进一步的，当所述第一燃烧区为喇叭形结构时，所述第一燃烧区的后端面积小于其前端面积。

进一步的，当所述第一燃烧区为喇叭形结构时，所述烧头本体的外表面铺设金属纤维网，形成中心回燃烧头的第二燃烧区。

进一步的，所述金属纤维网由铁铬铝合金材料制成且与烧头本体烧结成一个整体，所述金属纤维网的纤维直径为40-50μm。

进一步的，所述烧头本体内设置有点火针支架，所述点火针支架上平行坐落有点火针和火检棒，所述点火针和火检棒的一端位于第一燃烧区内。

进一步的，所述中心回燃烧头和风机之间设置有连接管，所述点火针和火检棒的另一端位于连接管内。

进一步的，还包括对进入预混室的空气进行过滤的空气过滤器，所述空气过滤器与预混室的进风口连接。

进一步的，所述风机为防爆风机。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的预混室采用文丘里结构，且设在风机之前，燃气进入预混室内与空气流经文丘里结构的过流断面时，两种流体流速增大，相互掺混，燃气和空气进入风机内腔后在风机叶轮的作用下再一次混合；本发明相对于后预混燃烧器减少了风机出口的混风结构，使得燃烧器整体体积缩小；

(2)由于采用了零压阀，燃气和空气的配比主要靠零压阀一侧的空气压力来调节，空气与燃气比例是自动调节的，因此控制程序简单，而且不用额外加装防回火装置即可避免回火情况的发生；

(3)本发明的中心回燃烧头通过在烧头本体的前端内嵌第一燃烧区，形成中心回燃结构，火焰分布在烧头内部，形成轴向火焰；所述第一燃烧区的外表面铺设有金属纤维网，空气与燃气的混合气体在金属纤维表面燃烧层中均匀透过，使得烧头燃烧十分稳定、温度分布均匀，没有局部高温存在，因此抑制了NOx的生成；本发明既具有传统金属纤维烧头的优点，也具有中心回燃烧头的优点，但同时又将两者弱化，适用于炉膛细长的普通锅炉和中心回燃锅炉。

附图说明

图1为本发明的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器的结构示意图；

图2为图1所示的前混燃烧器中预混室的结构示意图，箭头方向为气体通入方向；

图3为中心回燃锅炉配套扩散式燃烧头的燃烧示意图；

图4为中心回燃锅炉配套标准金属纤维燃烧头的燃烧示意图；

图5为本发明一实施例的中心回燃烧头的结构示意图；

图6为本发明另一实施例的中心回燃烧头的结构示意图；

图7为中心回燃锅炉配套本发明的中心回燃烧头的示意图。

附图标记说明：1—预混室；11—喉部；2—风机；3—中心回燃烧头；31—烧头本体；32—第一燃烧区；33—金属纤维网；34—第二燃烧区；4—支路管；5—零压阀；6—点火针；7—火检棒；8—连接管；81—法兰；9—空气过滤器。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明的实施方式，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，如图1所示，包括预混室1、风机2和中心回燃烧头3，所述预混室1具有文丘里结构，且设置于风机2进风口处，即所述预混室1的出风口与风机2的进风口连接，所述风机2出风口与中心回燃烧头3连接，燃气和空气依次经预混室1和风机2，在预混室1和风机2内腔中经过两次混合后进入中心回燃烧头3在金属纤维表面燃烧。

所述预混室1在其入口与文丘里结构的喉部11之间的侧壁上开设有支路管4作为燃气入口，所述支路管4上设置有燃气阀。

具体的，所述预混室1为具有文丘里结构的圆筒，结构如图2所示，文丘里效应的原理为流体受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速或流量增大的现象，其流量与过流断面成反比。而由伯努利定律可知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。如图2所示，空气进入预混室1入口，流经文丘里结构内部狭小的过流断面，在支路管4与预混室1连通的位置处形成负压，燃气阀接受到空气侧的负压信号，燃气阀打开，燃气经燃气入口进入预混室1内与空气流经内部过流断面时，两种流体流速增大，相互掺混，经预混室1出口进入风机2内腔中，在风机2叶轮的作用下进一步掺混，然后进入中心回燃烧头3在金属纤维表面燃烧。

在本发明实施例中，所述燃气阀为零压阀5，当零压阀5靠近预混室1一侧的空气压力为负压时，零压阀5开启，空气侧负压大，零压阀5开启程度大，空气侧负压小，零压阀5开启程度小，即所述零压阀5的开启程度与预混室1内的空气压力成反比。因此零压阀5对空燃比的控制是自适应的控制，控制程序简单，并可代替防回火保护装置，不用额外加装防回火装置即可避免回火情况的发生。

在根据本发明的一实施例中，如图5所示，所述中心回燃烧头3包括烧头本体31，所述烧头本体31前端内嵌燃烧结构，所述燃烧结构形成了中心回燃烧头3的第一燃烧区32，所述第一燃烧区32为前端开口的圆柱形结构，所述第一燃烧区32的外表面铺设致密的金属纤维网33，所述金属纤维网33由耐热材料铁铬铝合金制成且与烧头本体31烧结成一个整体，所述金属纤维网33的纤维直径为40-50μm。

在本实施例中，所述烧头本体31的外表面未铺设金属纤维网33，火焰只在圆柱形燃烧区内部燃烧，火焰为轴向火焰，适合短炉膛；且热能分布更均匀，但具有一定的热滞后性。另外，本实施例铺设的金属纤维网为致密结构，致密的金属纤维网33结构对燃气和空气的质量要求更高，燃烧压力更大，可以喷射的距离更长。

在根据本发明的另一实施例中，如图6所示，所述第一燃烧区32为前端开口的喇叭形结构，所述第一燃烧区32的后端面积小于前端面积，所述第一燃烧区32的外表面铺设有非致密的金属纤维网33；所述烧头本体31的外表面也铺设细密金属纤维网33，形成第二燃烧区34。图1所示的前混燃烧器采用的即是图6的中心回燃烧头3结构。

在本实施例中，所述烧头本体31的外表面也铺设金属纤维网33，在烧头本体31外表面形成中心回燃烧头3的第二燃烧区34，火焰在烧头本体31内外同时燃烧，在烧头本体31外燃烧形成类似标准金属纤维烧头的径向火焰，在烧头本体31内燃烧形成轴向火焰，适合长炉膛，因为当采用长炉膛时，径向火焰可以冲刷前炉膛，轴向火焰可以冲刷后炉膛，且热能分布的均匀性较上一实施例稍差，但无热滞后性。另外，本实施例铺设的金属纤维网为细密结构，细密结构的网格密度较致密结构低，细密的金属纤维网33结构对燃气和空气的质量要求较圆柱形低，燃烧压力小，但是由于其自身的喇叭形结构，也能保证其喷射距离可以满足需要。

传统的金属纤维烧头，火焰在金属纤维表面燃烧，如图4所示，则由于炉膛的特殊结构，炉膛深处的阻力远大于前端阻力，因此标准的金属纤维燃烧头，火焰将只可能在前部燃烧，炉膛的绝大部分面积被浪费，直接使用该结构的烧头，无法解决中心回燃锅炉低NO_X排放的要求。本发明的中心回燃烧头3通过在烧头本体31的前端内嵌第一燃烧区32，形成中心回燃结构，在烧头内部建立轴向火焰后，再由风压送至燃烧室，形成与普通扩散式燃烧器类似的烟气流向，完全适合中心回燃锅炉的低NOx改造，且不影响锅炉效率和出力，如图7所示。

所述烧头本体内设置有点火针支架，所述点火针支架上平行坐落有点火针6和火检棒7，所述点火针6和火检棒7的一端位于所述第一燃烧区32内，所述点火针支架上还焊接有地极。所述中心回燃烧头3和风机2之间设置有连接管8，所述点火针6和火检棒7的另一端位于连接管8内。

具体的，为了安放点火针6和火检棒7的另一端，在中心回燃烧头3和风机2之间设置了一端连接管8，该结构进一步加强了空气和燃气的混合。所述连接管8两端通过法兰81与中心回燃烧头3和风机2连接，所述连接管8和中心回燃烧头3连接的法兰81还可与锅炉喉口连接，且此处的法兰81上开设有点火针孔和火检棒孔，位于连接管8内的所述点火针6和火检棒7分别穿过点火针孔和火检棒孔后，再穿过盲区内设置的点火针支架，深入燃烧区，形成两点固定的模式。所述点火针孔与火检棒孔的上部开有观火孔，所述观火孔用来观察燃烧区的火焰状态，根据火焰燃烧状态控制风机2的转速。

如图1所示，所述燃烧器还包括对进入预混室1的空气进行过滤的空气过滤器9，所述空气过滤器9与预混室1的进风口连接。

具体的，由于空气中含有颗粒物等杂质，使得燃烧过程中由于空气中杂质的存在而堵塞金属纤维燃烧头，因此本发明设置了空气过滤器9，在空气进入预混室1之前先进行过滤。所述空气过滤器9整体为圆柱形，便于拆卸，内部为骨架，外部为金属丝网过滤芯，过滤芯采用层面折叠的结构，保证了空气与金属丝网过滤芯的充分接触；金属丝网过滤芯采用多层结构，过滤网眼为50-60目，这样既能保证空气充分过滤，又使过滤网眼不被空气中的大颗粒堵塞。

本发明由于采用前混式结构，所述风机2采用防爆风机，所述风机2的整个机身为全铝结构，风机2的电机主板为永磁材料制成，风机2叶轮为全铝结构，保证在任何有摩擦的情况下，风机2内不能出现电火花。

该基于中心回燃烧头3的金属纤维前混燃烧器工作时，司炉工操作控制面板，所述风机2启动，抽吸空气经过所述空气过滤器9对炉膛进行吹扫，吹扫完毕后，所述控制面板接通所述燃气阀的电信号，所述燃气阀组通电后，受到预混室1内风压影响，自动导通，燃气由所述燃气阀组进入预混室1内，与来自所述空气过滤器9的空气在预混室1截留断面上进行第一次混合，空燃混合气进入所述风机2内腔，在所述风机2叶轮的搅拌下进行第二次混合，形成完全混合气，完全混合气经连接管8进入所述中心回燃烧头3，在金属纤维网表面扩散均匀，所述控制系统发出点火命令，所述点火针6点火，完全混合气在金属纤维烧头表面燃烧，形成主火焰，所述火检棒7，检测到火焰，反馈给所述控制系统，所述控制系统确认点火成功，在正常运行中，所述控制系统通过调节所述风机2的频率来改变风机2转速，从而调节空气量，以达到调节大小火的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，包括预混室(1)、风机(2)和中心回燃烧头(3)，其特征在于，所述预混室(1)具有文丘里结构，且所述预混室(1)的出风口与风机(2)的进风口连接，所述风机(2)出风口与中心回燃烧头(3)连接，燃气和空气依次经预混室(1)和风机(2)，在预混室(1)和风机(2)内腔中经过两次混合后进入中心回燃烧头(3)在金属纤维表面燃烧。

2.根据权利要求1所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述预混室(1)在其入口与文丘里结构的喉部(11)之间的侧壁上开设有支路管(4)作为燃气入口，所述支路管(4)上设置有燃气阀。

3.根据权利要求2所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述燃气阀为零压阀(5)，当零压阀(5)靠近预混室(1)一侧的空气压力为负压时，零压阀(5)开启，所述零压阀(5)的开启程度与预混室(1)内的空气压力成反比。

4.根据权利要求1所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述中心回燃烧头(3)包括烧头本体(31)，所述烧头本体(31)前端内嵌燃烧结构，所述燃烧结构形成了中心回燃烧头(3)的第一燃烧区(32)，所述第一燃烧区(32)的外表面铺设金属纤维网(33)。

5.根据权利要求4所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述第一燃烧区(32)为前端开口的圆柱形或喇叭形结构。

6.根据权利要求5所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，当所述第一燃烧区(32)为喇叭形结构时，所述第一燃烧区(32)的后端面积小于其前端面积；所述烧头本体(31)的外表面也铺设金属纤维网(33)，形成中心回燃烧头(3)的第二燃烧区(34)。

7.根据权利要求4所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述烧头本体(31)内设置有点火针支架，所述点火针支架上平行坐落有点火针(6)和火检棒(7)，所述点火针(6)和火检棒(7)的一端位于第一燃烧区(32)内。

8.根据权利要求7所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述中心回燃烧头(3)和风机(2)之间设置有连接管(8)，所述点火针(6)和火检棒(7)的另一端位于连接管(8)内。

9.根据权利要求1所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，还包括对进入预混室(1)的空气进行过滤的空气过滤器(9)，所述空气过滤器(9)与预混室(1)的进风口连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基于中心回燃烧头的金属纤维前混燃烧器，其特征在于，所述风机(2)为防爆风机。