CN107559827B - 一种超低氮燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低氮燃气燃烧器，包括一级燃气集箱、二级燃气集环、炉体、点火器和两端开口的风道，风道的出口穿过炉体的炉墙进入炉膛；风道至少包括从内向外依次套设的中心风道、一次风道和二次风道，一级燃气集箱和二级燃气集环均连接燃气母管；其中，一级燃气集箱连接中心喷枪和若干个一级燃气喷枪，一级燃气喷枪均匀分布在中心喷枪的四周，中心喷枪和一级燃气喷枪均伸入中心风道中；二级燃气集环上均匀连接若干个二级燃气喷枪，二级燃气喷枪均伸入二次风道中；点火器设置在中心喷枪中且点火端伸出至中心喷枪的出口端外。本发明采用双集箱和管群式供应方式，实现燃料的周向分级，改善了空气/燃气混合情况，燃烧均衡，降低NOx生成。

Description

一种超低氮燃气燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧器领域，具体涉及一种超低氮燃气燃烧器。

背景技术

随着经济的高速发展，能源的消耗迅速增长，燃料燃烧造成的污染日趋严重。城市能源开始走向天然气时代，特别是“西气东输”工程的实施，标志着中国城市燃气的天然气时代已经来临。经过对油、煤、和天然气在燃烧过程中排放物的比较，发现天然气比其它燃料的气体排放量都少很多，唯有NOx的排放量在一个数量级上。随着天然气工业的迅速发展，天然气燃烧后产生的氮氧化物的污染不容忽视。因此，开发超低氮燃气燃烧器对中国的环境保护事业意义重大。

常用的低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质燃烧、无焰燃烧等，其中全预混燃烧、多孔介质燃烧、无焰燃烧不适用于大功率燃烧器，分级燃烧、部分预混燃烧、烟气再循环等技术则成为大功率燃烧器努力的方向。

由于燃烧温度在当量比为1的情况下达到最高，分级燃烧技术是实现贫燃或者富燃燃烧，其燃烧温度比当量比为1的燃烧温度要低，因此能合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生成的效果，但如何实现良好的空气/燃气分级是一个难点。

烟气再循环通过将烟气的燃烧产物及中间体加入到燃烧区域内，从而降低了燃烧温度，同时加入的烟气降低了氧气的分压，可以减弱热力型NOx的生成。研究表明，外部烟气再循环能够减少70％的NOx生成。烟气再循环的问题在于外部烟气再循环占地空间大、投资较高，而内部烟气再循环降低氮氧化物排放的效果较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种超低氮燃气燃烧器，能够实现均衡燃烧，降低NOx生成。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括一级燃气集箱、二级燃气集环、炉体、点火器和两端开口的风道，风道的出口穿过炉体的炉墙进入炉膛；风道至少包括从内向外依次套设的中心风道、一次风道和二次风道，一级燃气集箱和二级燃气集环均连接燃气母管；

其中，一级燃气集箱连接中心喷枪和若干个一级燃气喷枪，一级燃气喷枪均匀分布在中心喷枪的四周，中心喷枪和一级燃气喷枪均伸入中心风道中；二级燃气集环上均匀连接若干个二级燃气喷枪，二级燃气喷枪均伸入二次风道中；点火器设置在中心喷枪中且点火端伸出至中心喷枪的出口端外。

进一步地，中心风道、一次风道和二次风道均包括相连通的水平段风道和蜗壳段风道，其中，水平段风道的轴线垂直于和蜗壳段风道所在平面；一级燃气集箱、二级燃气集环、中心喷枪和水平段风道均同心设置。

进一步地，中心喷枪的出口端伸出至中心风道外，且中心喷枪的出口端外侧布置稳焰盘。

进一步地，一级燃气喷枪的出口端位于中心风道内，一级燃气喷枪的出口端和中心风道的出口端之间形成部分预混段。

进一步地，一级燃气喷枪的出口设置有V型喷嘴，V型喷嘴的侧壁上对称开设有两个喷孔，其中一个喷孔朝向中心喷枪，另一个喷孔朝向中心风道的侧壁。

进一步地，二级燃气喷枪的出口设置有能够拆卸的梯型喷嘴，梯型喷嘴包括轴向喷口、朝向点火器的内部喷口和朝向炉墙的外部喷口。

进一步地，沿气流方向，二级燃气喷枪的喷口位置在中心喷枪出口后侧。

进一步地，二次风道的出口端靠近中心风道的侧壁内侧面上设置有斜台，形成沿气流方向的渐缩喷口；二次风道的出口端靠近炉墙的侧壁上开设进风缝隙，开设进风缝隙的侧壁末端连接导流板，导流板朝炉墙倾斜设置。

进一步地，在二次风道外侧，炉墙上设置斜坡，形成渐扩式喇叭口；炉墙和二次风道之间设置石棉垫片。

进一步地，风道的入口端均设置有用于调整进风量的调风板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过采用与燃气母管相连的一级燃气集箱和二级燃气集环，一级燃气集箱连接中心喷枪和一级燃气喷枪，二级燃气集环连接二级燃气喷枪，形成双集箱和管群式供应方式，燃气由燃气母管送入一级燃气集箱和二级燃气集环，再分配到各个燃气喷枪管内，由若干根燃气喷枪管流出与空气混合，实现了燃料的周向分级，通过与中心风道、一次风道和二次风道相配合，本发明能够分级供应燃烧所需的空气与燃气，改善了空气/燃气混合情况，达到燃烧均衡的目的，合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生成的效果。

进一步地，本发明通过设置蜗壳段风道，使空气在蜗壳内流动产生旋流，有利于形成回流区，实现火焰稳定，同时可以改善与燃料的混合，提高燃烧效率。

进一步地，本发明通过设置部分预混段，空气/燃气可以在部分预混段内发生混合，从而达到部分预混的目的。

进一步地，本发明通过设置V型喷嘴，内侧喷口配合中心喷枪形成主火焰，外侧喷口与一次风道吹出的一次风在外围助燃，内外喷口间形成中心烟气回流区，从而使高温低速的燃烧产物和中间体对未反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化燃烧、稳定火焰。同时，烟气回流使得炉内温度分布更加均匀，降低最高燃烧温度、缩小高温区，抑制热力型NOx的形成

进一步地，本发明通过设置能够拆卸的梯型喷嘴，可根据不同要求更换不同的型号，以及决定开放的数量；且梯型喷嘴的内部喷口喷向中心火焰起到助燃目的，外部喷口喷向炉墙，与炉墙配合形成烟气边角回流。

进一步地，本发明通过将二级燃气喷枪的喷口设置在中心喷枪出口后侧，既能实现燃料轴向的分级燃烧，又能延长二次燃料与中心火焰的接触时间，可在一定程度上降低快速型NOx的形成。

进一步地，本发明通过形成渐缩喷口，使其成为一个引射器，二次风道吹出的二次风风速在该处加快，形成一个负压区；并设置进风缝隙和导流板，边角回流烟气在引射器所形成的负压区动力驱动下，沿导流板经进风缝隙流进二次风出口，并与之混合，实现烟气外循环的效果，实现贫氧控制燃烧温度，降低热力型NOx生成量；同时，本发明烟气循环在炉墙内部完成，不占用多余空间。

进一步地，本发明通过设置渐扩式喇叭口，增大边角回流区，同时导流循环烟气进入负压区。

进一步地，本发明通过设置调风板，可以调整各风道进风量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的一级燃气集箱结构示意图。

图3为本发明的二级燃气集环结构示意图。

图4为本发明的一级燃气喷枪结构示意图。

图5为本发明的二级燃气喷枪结构示意图。

其中：1-一级燃气集箱；2-二级燃气集环；3-风道；4-一级燃气喷枪；5-V型喷嘴；6-部分预混段；7-稳焰盘；8-中心喷枪；9-斜台；10-进风缝隙；11-导流板；12-炉墙；13-梯型喷嘴；14-中心风道；15-一次风道；16-二次风道；17-二级燃气喷枪；18-调风板；19-石棉垫片；20-点火器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参加图1至图5，本发明包括一级燃气集箱1、二级燃气集环2、炉体、点火器20和两端开口的风道3，风道3的出口穿过炉体的炉墙12进入炉膛；风道3至少包括从内向外依次套设的中心风道14、一次风道15和二次风道16，一级燃气集箱1和二级燃气集环2均连接燃气母管。

其中，参考图2，一级燃气集箱1连接中心喷枪8和若干个一级燃气喷枪4，一级燃气喷枪4均匀分布在中心喷枪8的四周，中心喷枪8和一级燃气喷枪4均伸入中心风道14中；参考图3，二级燃气集环2上均匀连接若干个二级燃气喷枪17，二级燃气喷枪17均伸入二次风道16中；点火器20设置在中心喷枪8中且点火端伸出至中心喷枪8的出口端外。通过一级燃气喷枪4和中心喷枪8输送中心燃气，通过二级燃气喷枪17输送二级燃气。

中心风道14、一次风道15和二次风道16均包括相连通的水平段风道和蜗壳段风道，其中，水平段风道的轴线垂直于和蜗壳段风道所在平面；一级燃气集箱1、二级燃气集环2、中心喷枪8和水平段风道均同心设置。

中心喷枪8的出口端伸出至中心风道14外，且中心喷枪8的出口端外侧布置稳焰盘7。一级燃气喷枪4的出口端位于中心风道14内，一级燃气喷枪4的出口端和中心风道14的出口端之间形成部分预混段6。

参见图4，一级燃气喷枪4的出口设置有V型喷嘴5，V型喷嘴5立体图为圆锥体，平面投影为V型，喷嘴轴线与中心喷枪8的中心线确定一平面，该平面与V型喷嘴5扇面两条相交线上各开一个喷孔，两喷孔对称分布，一个朝向中心喷枪8，另一个朝向中心风道14的侧壁。参见图5，二级燃气喷枪17的出口设置有能够拆卸的梯型喷嘴13，连接方式包括：螺纹联接、键联接、销联接等可拆卸机械连接方式；梯型喷嘴13包括轴向喷口、朝向点火器20的内部喷口和朝向炉墙12的外部喷口，内部喷口和外部喷口开设方式和V型喷嘴5上喷孔的开设方式相同。沿气流方向，二级燃气喷枪17的喷口位置在中心喷枪8出口后侧。

二次风道16的出口端靠近中心风道14的侧壁内侧面上设置有斜台9，形成沿气流方向的渐缩喷口；二次风道16的出口端靠近炉墙12的侧壁上开设进风缝隙10，开设进风缝隙10的侧壁末端连接导流板11，导流板11朝炉墙12倾斜设置。

在二次风道16外侧，炉墙12上设置斜坡，形成渐扩式喇叭口；炉墙12和二次风道16之间设置石棉垫片19。

风道3的入口端均设置有用于调整进风量的调风板18，可以调整各风道进风量。

本发明主要的工作过程及原理是：

本发明燃烧器采用燃气双集箱供应方式，且两级燃气管道均为管群式燃烧器，为中心燃气设置有一级燃气集箱1；为二次燃气设置二级燃气集环2；天然气由母管分别送入一级燃气集箱1和二级燃气集环2，再分配到中心喷枪8、各个一级燃气喷枪4和二级燃气喷枪17内。燃气由数根小管流出，空气从中心风道14或二次风道16中以较高速度流出后与燃气混合，改善了空气/燃气混合情况，一次风道15吹出的一次风起到助燃作用，达到燃烧均衡的目的。

中心燃气管道的中心喷枪8伸出中心风道14，一级燃气喷枪4出口在中心风道14内部，空气/燃气可以在部分预混段6内发生混合，从而达到部分预混的目的。中心燃气的一级燃气喷枪4出口采用V型喷嘴5，内侧喷口配合中心喷枪8形成主火焰，外侧喷口与一次风道15吹出的一次风在外围助燃，内外喷口间形成中心烟气回流区，从而使高温低速的燃烧产物和中间体对未反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化燃烧、稳定火焰。同时，烟气回流使得炉内温度分布更加均匀，降低最高燃烧温度、缩小高温区，抑制热力型NOx的形成。

二级然气喷枪17喷口位置在中心风后部，既能实现燃料轴向的分级燃烧，又能延长二次燃料与中心火焰的接触时间，可在一定程度上降低快速型NOx的形成。二级燃气喷枪17出口采用梯型喷嘴13，且该梯型喷嘴13可拆卸，因此可根据不同要求更换不同的型号，以及决定开放的数量，内部喷口喷向中心火焰起到助燃目的，外部喷口喷向炉墙12，与炉墙12配合形成烟气边角回流。

二次风道16出口设计成渐缩喷口，使其成为一个引射器，二次风道16吹出的二次风风速在该处加快，形成一个负压区，卷吸循环烟气加入二次风，从而实现烟气外循环的效果，实现贫氧控制燃烧温度，降低热力型NOx生成量。在二次风道16出口处设置有导流板11与进风缝隙10，边角回流烟气在引射器所形成的负压区动力驱动下，沿导流板11，经进风缝隙10流进二次风出口，并与之混合。

在二次风出口处将炉墙12开成喇叭口形式，从而增大边角回流区，同时导流循环烟气进入负压区。

本发明自内向外依次同心布置有中心燃气管群、中心风道14、一次风道15、二次风道16、二次燃气管道，在两级燃气管道入口处分别设有燃气集箱/环，一级燃气管道出口设置V型燃烧器，二级燃气管道出口设置有梯型燃烧器，二次风道16出口开有渐缩喷口形成引射器，并在二次风道16出口与梯型燃烧器间设置有导流板11与进风缝隙10。本发明采用空气/燃气部分预混、分级燃烧，结合烟气再循环的方式，减少热力型NOx与快速型NOx生成，达到超低氮氧化物排放的目的。本发明简化结构，改善氮氧化物排放水平，能够实现超低氮排放，对于节能减排具有重要意义，具体具有以下优势：

(1)分级燃烧：自内向外依次同心布置有中心喷枪8、一级燃气喷枪4、中心风道14、一次风道15、二次风道16和二级燃气喷枪17，分级供应燃烧所需的空气与燃气；具体地说，采用蜗壳式风道3结构，并将其由内而外依次划分为中心风道14、一次风道15与二次风道16。二级然气喷枪17喷口位置分布在中心风后部，既能延长二次燃料与中心火焰的接触时间，在一定程度上降低快速型NOx的形成，又能实现燃料轴向的分级燃烧。燃气采用双集箱、管群式供应方式，为中心燃气设置有一级燃气集箱1，为二次燃气设置二级燃气集环2，天然气由母管送入一级燃气集箱1和二级燃气集环2，再分配到各个燃气喷枪管内，燃气由数根小管流出与空气混合，实现了燃料的周向分级。一二级燃气管道分别采用V型喷嘴5与梯型喷嘴13，实现了燃料的径向分级。

(2)均衡燃烧：一级燃气喷枪4的出口在中心风道出口内部，空气/燃气可以在两个出口之间的部分预混段6内发生部分预混，改善空气/燃气混合情况，达到燃烧均衡的目的。燃烧器采用燃气双集箱、管群式供应方式，改善了空气/燃气混合情况。

(3)中心烟气回流：中心燃气的周围管道出口采用V型喷嘴5，内侧喷口配合中心喷枪8形成主火焰，外侧喷口与一次风在外围助燃，内外喷口间形成中心烟气回流区，从而使高温低速的燃烧产物和中间体对未反应的空气和燃料进行预热、稀释，能够有效地强化燃烧、稳定火焰。同时，烟气回流使得炉内温度分布更加均匀，降低最高燃烧温度、缩小高温区，抑制热力型NOx的形成。

(4)烟气再循环：二级燃气喷枪17出口采用梯型喷嘴13，内部喷口喷向中心火焰起到助燃目的，外部喷口喷向炉墙12，与炉墙12配合形成烟气边角回流区。同时将二次风道16出口设计成渐缩喷口，使其成为一个引射器，二次风风速在该处加快，形成一个负压区，卷吸烟气边角回流区的循环烟气沿导流板11、经进风缝隙10流进二次风出口，并与之混合，从而以烟气内循环的方式实现烟气外循环的效果，实现贫氧控制燃烧温度，降低热力型NOx生成量。

Claims (6)

1.一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：包括一级燃气集箱(1)、二级燃气集环(2)、炉体、点火器(20)和两端开口的风道(3)，风道(3)的出口穿过炉体的炉墙(12)进入炉膛；风道(3)至少包括从内向外依次套设的中心风道(14)、一次风道(15)和二次风道(16)，一级燃气集箱(1)和二级燃气集环(2)均连接燃气母管；

其中，一级燃气集箱(1)连接中心喷枪(8)和若干个一级燃气喷枪(4)，一级燃气喷枪(4)均匀分布在中心喷枪(8)的四周，中心喷枪(8)和一级燃气喷枪(4)均伸入中心风道(14)中；二级燃气集环(2)上均匀连接若干个二级燃气喷枪(17)，二级燃气喷枪(17)均伸入二次风道(16)中；点火器(20)设置在中心喷枪(8)中且点火端伸出至中心喷枪(8)的出口端外；

中心喷枪(8)的出口端伸出至中心风道(14)外；

一级燃气喷枪(4)的出口端位于中心风道(14)内，一级燃气喷枪(4)的出口端和中心风道(14)的出口端之间形成部分预混段(6)；

沿气流方向，二级燃气喷枪(17)的喷口位置在中心喷枪(8)出口后侧；

一级燃气喷枪(4)的出口设置有V型喷嘴(5)，V型喷嘴(5)的侧壁上对称开设有两个喷孔，其中一个喷孔朝向中心喷枪(8)，另一个喷孔朝向中心风道(14)的侧壁；

二级燃气喷枪(17)的出口设置有能够拆卸的梯型喷嘴(13)，梯型喷嘴(13)包括轴向喷口、朝向点火器(20)的内部喷口和朝向炉墙(12)的外部喷口。

2.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：中心风道(14)、一次风道(15)和二次风道(16)均包括相连通的水平段风道和蜗壳段风道，其中，水平段风道的轴线垂直于和蜗壳段风道所在平面；一级燃气集箱(1)、二级燃气集环(2)、中心喷枪(8)和水平段风道均同心设置。

3.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：中心喷枪(8)的出口端外侧布置稳焰盘(7)。

4.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：二次风道(16)的出口端靠近中心风道(14)的侧壁内侧面上设置有斜台(9)，形成沿气流方向的渐缩喷口；二次风道(16)的出口端靠近炉墙(12)的侧壁上开设进风缝隙(10)，开设进风缝隙(10)的侧壁末端连接导流板(11)，导流板(11)朝炉墙(12)倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：在二次风道(16)外侧，炉墙(12)上设置斜坡，形成渐扩式喇叭口；炉墙(12)和二次风道(16)之间设置石棉垫片(19)。

6.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于：风道(3)的入口端均设置有用于调整进风量的调风板(18)。

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