CN107575869A - 一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，包括设置在筒体底部的一级进料口，一级进料口通过一级燃料管道与一级燃烧喷嘴连通，一级燃料管道上部设置有内外套管，内外套管焊接一、二级叶片，内套管中心设置有高压点火器；二级叶片外周设置有陶瓷罩子，二级进风口的风路上设置有二级燃烧喷嘴，一级叶片和二级叶片采用旋向相反的螺旋叶片，二级喷嘴叶片采用旋流叶片，使得助燃气体的相对运动产生的湍流，由于燃料与助燃气体间歇喷出，易于均匀混合，因而燃烧充分，无需很多过剩助燃气体，过剩助燃气体系数显著下降。因此，使用本设计可以大幅度提高燃烧温度、热量利用率和热效率，抑制NOx的生成，有利于环境保护，明显降低鼓风机的电力消耗。
Description
技术领域
本发明涉及清洁能源在锅炉燃烧设备领域的使用，特别是基于不同燃烧方式的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器。
技术背景
我国目前仍然是农业大国，从事农业生产的人口相较于发达国家较多，而大量的秸秆未经处理的焚烧以及养殖场的废水废料的不合法排放会使得环境污染加剧，不符合国家绿色环保的能源战略。而新型生物质能源代替传统的化石能源的趋势日益显著，传统燃烧器的主要燃料为一次化石能源，其不可再生性不符合国家可持续发展的方针。传统燃烧器面临着燃烧温度过高的问题，其局部高温不仅会损坏喷嘴，也会导致大量的热力型NOx排放，污染环境。结构设计不合理也会导致燃气和空气的混合不均匀，燃料的低效率燃烧，火焰不稳定，调节性能差而且燃烧温度不均匀等问题。
随着国家对环境保护的日益重视，NOx生成量的高低已成为衡量燃烧器燃烧性能的重要指标之一。根据燃料和燃烧条件不同，在燃烧过程中生成的NOx主要分为三种，即燃料型NOx、热力型NOx和快速型NOx。气体燃料燃烧过程中生成的NOx主要是燃料型NOx和热力型NOx，因此，对于燃烧气体燃料控制NOx生成主要是控制热力型NOx和燃料型NOx的生成，或将已生成的NOx还原。温度对热力型NOx的生成具有决定性作用，不同的燃烧器在燃烧室内产生不同的热强度分布，不同的热强度分布产生不同的温度分布，因此设计一款新型燃烧器，使其既能满足燃料着火和燃烧的需要，又能减少NOx的生成成为实现低NOx排放的关键。
通常所有类型的工业燃气炉窑均是采用单级燃烧器，同目前使用的低NOx燃烧器相比，这种简单的单级燃烧器会产生很高的NOx排放，无法满足当前环保标准的要求。另外，当前一些工程上实际使用的低NOx燃烧器也难以满足日益严格的环保标准，这些都要求我们设计出更高水平的低NOx燃烧器。
目前使用的低NOx燃烧技术主要有三种:第一种是空气分级，它使助燃空气分流以建立贫氧的第一燃烧区，从而减少NOx的生成，在第二燃烧区将剩余的部分空气引入，从而完成整个燃烧过程；第二种是燃料分级，助燃空气一次全部引入第一燃烧区，但在第一燃烧区只供应部分燃料，进行贫燃料燃烧以降低火焰温度减少NOx生成，剩余燃料被引入第二燃烧区，利用第一燃烧区过剩的氧进行燃烧。第三种是烟气再循环，利用助燃空气或燃料气流产生的低压区促使接近于惰性的烟气回流到燃烧气流中，降低局部燃烧温度及形成局部还原性气氛，减少NOx生成。此三方法虽然能一定程度上降低NOx的生成，但是当燃烧器出口气流混合不完全均匀时会存在局部高温现象，且火焰的稳定性不好，从而对降低NOx的生成受到很大的限制。
因此，发明一种能克服当前燃气燃烧器因燃气与助燃空气炉膛内混合不均而产生的局部高温且能提高火焰稳定性，从而达到降低NOx生成的燃烧器具有很重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于生物质气化气的节能型低NOx燃烧器，以生物质沼气为燃料，以两种不同燃烧方式为基础，采用两级燃烧，能克服燃烧器因燃气与助燃空气炉膛内混合不均而产生的局部高温，同时提高燃烧器的火焰稳定性，降低NOx生成。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，包括设置在筒体C底部的一级进料口10，一级进料口10通过一级燃料管道7与一级燃烧喷嘴13连通，筒体C侧面设置有一级进风口8，一级燃料管道7上部设置有内外套管，内套管A内焊接有一级叶片11，外套管B外焊接有二级叶片12，内套管A中心设置有高压点火器6，高压点火器6固定在筒体C的底部中心位置；所述的二级叶片12外周设置有陶瓷罩子D,陶瓷罩子D侧面设置有二级进风口3以及二级进料口4，二级进风口3的风路上设置有二级燃烧喷嘴1，二级燃烧喷嘴1周向布置二级喷嘴叶片2。
所述的筒体C外侧设置有消音罩5。
所述的一级叶片11和二级叶片12是方向相反设置的螺旋叶片，所述的二级喷嘴叶片2采用旋流叶片。
所述的一级进风口8上设置有一级进风口挡板9，一级进风口挡板9与水平线的夹角为0～90度。
所述一级进料口10上方设有稳定板14。
所述的一级燃烧喷嘴13采用锥形设计。
所述的二级燃烧喷嘴1采用高压预混式喷嘴。
所述的高压点火器6、一级燃料管道7、一级进风口8、一级进风口挡板9、一级进料口10、一级叶片11和一级燃烧喷嘴13构成第一级燃烧；所述的二级燃烧喷嘴1、二级喷嘴叶片2、二级进风口3、二级进料口4、二级叶片12构成第二级燃烧器；第一级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的为20％，第二级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的80％。
本发明具有以下效益:
1、一级叶片11和二级叶片12采用旋向相反的螺旋叶片，二级喷嘴叶片2采用旋流叶片，使得助燃气体的相对运动产生的湍流，由于燃料与助燃气体相间喷出，易于均匀混合，因而燃烧充分，无需很多过剩助燃气体，过剩助燃气体系数显著下降。因此，使用本设计可以大幅度提高燃烧温度、热量利用率和热效率，抑制NOx的生成，有利于环境保护，明显降低鼓风机的电力消耗。
(2)本发明两级喷嘴根据其不同燃烧特性采用不同的喷射方式：一级燃烧器喷嘴采用锥形设计，扩散式喷嘴，二级燃烧器采用高压预混式喷嘴，起到了各司其职的作用，提高了整个燃烧器的效率；燃料方面使用生物质沼气燃料，燃烧无污染的同时解决环境问题。
本发明有效的结合我国的能源问题以及环境问题来进行设计，能切合节能环保两个大的主旨，能广泛的使用到农业生中，节能的同时减少燃烧废气排放。
附图说明
图1为本发明的正视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明一级燃烧喷嘴13结构图,其中图3a为主视图，图3b为俯视图。
图4为本发明二级燃烧喷嘴1结构图，其中图4a为主视图，图4b为俯视图。
图5为本发明中二级燃烧喷嘴1流速分布图。
图6为整个燃烧器流速分布。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做详细叙述。
参照图1、图2，一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，包括设置在筒体C底部的一级进料口10，一级进料口10通过一级燃料管道7与一级燃烧喷嘴13连通，筒体C侧面设置有一级进风口8，一级燃料管道7上部设置有内外套管，内套管A内焊接有一级叶片11，外套管B外焊接有二级叶片12，内套管A中心设置有高压点火器6，高压点火器6固定在筒体C的底部中心位置；所述的二级叶片12外周设置有陶瓷罩子D,陶瓷罩子D侧面设置有二级进风口3以及二级进料口4，参照图4，二级进风口3的风路上设置有二级燃烧喷嘴1，二级燃烧喷嘴1周向布置二级喷嘴叶片2。
所述的筒体C外侧设置有消音罩5。
所述的一级叶片11和二级叶片12是方向相反设置的螺旋叶片，所述的二级喷嘴叶片2采用旋流叶片。
所述的一级进风口8上设置有一级进风口挡板9。所述一级进风口挡板9与水平线的夹角为0～90度，可根据锅炉负荷调节大小。
所述一级进料口10上方设有稳定板14，起到了稳定导管的作用
参照图3，所述的一级燃烧喷嘴13采用锥形设计。
参照图4，所述的二级燃烧喷嘴1采用高压预混式喷嘴。
所述的高压点火器6、一级燃料管道7、一级进风口8、一级进风口挡板9、一级进料口10、一级叶片11和一级燃烧喷嘴13构成第一级燃烧；所述的二级燃烧喷嘴1、二级喷嘴叶片2、二级进风口3、二级进料口4、二级叶片12构成第二级燃烧器；第一级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的为20％，第二级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的80％。
参照图1，本实施例整个燃烧器的规格为500×350mm，第一级燃烧器进料管直径为15mm；第一级燃烧器火孔直径为5mm。
第一级燃料器由下方进料口进料，通入5根进料管中，进料管上方设有一级燃烧喷嘴。
所述第一级燃烧器的数量为5个，且所述第一级燃烧器均匀分布在燃烧器内，中间采用高压点火装置6点火。
所述第二级燃烧器的数量为8个。
本发明的工作原理为：
燃料由整个燃烧器底部中通的一级进料口10进入一级燃料管道7内部，通过嵌在管道顶端的一级燃烧喷嘴(13)喷出，一级燃烧空气由一级进风口(8)经过进风挡板(9)进入燃烧器内，空气向上流动经过两级内外螺旋方向相反的一级叶片11和二级叶片12产生湍流空气与一级燃烧喷嘴(13)喷出的燃料结合，通过高压点火器6的点火进行燃烧；同时第二级燃烧器的燃料从二级进口4以及二级进风口3，最后从二级燃烧喷嘴1内喷出，从而使空气与燃气混合，遇到第一级燃烧器燃烧的火焰后被点燃，从而进行燃烧。
气体燃烧器头部或喷嘴是易损件，其必须按期更换。在二级燃烧器上设置一可拆式，与旋流器叶片连接的预混合喷嘴，叶片充分扰动助燃空气，助燃空气的流速几乎不变低。而且可以使喷嘴壳体内的流速分布更加均匀.其结果，可以进一步抑制回火的产生，大幅度提高燃烧温度、热量利用率和热效率，抑制NOx生成有利于环境保护，明显降低鼓风机的电力消耗。
借助于模拟计算求得在预混式喷嘴的区域内的温度分布。如图6所示本发明的装置的温度场相反是均质或均匀地分级。不发生过热或具有很差燃烧的区域。这导致燃料和空气充分并完全的燃烧，减少了热力型NOx的生成。第二级燃烧器经过理论分析和模拟结果如图5所示，由此可得燃烧的充分性和低NOx性，避免出现高温的情况。
Claims (8)
1.一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，包括设置在筒体(C)底部的一级进料口(10)，一级进料口(10)通过一级燃料管道(7)与一级燃烧喷嘴(13)连通，筒体(C)侧面设置有一级进风口(8)，一级燃料管道(7)上部设置有内外套管，内套管(A)内焊接有一级叶片(11)，外套管(B)外焊接有二级叶片(12)，内套管(A)中心设置有高压点火器(6)，高压点火器(6)固定在筒体(C)的底部中心位置；所述的二级叶片(12)外周设置有陶瓷罩子(D),陶瓷罩子(D)侧面设置有二级进风口(3)以及二级进料口(4)，二级进风口(3)的风路上设置有二级燃烧喷嘴(1)，二级燃烧喷嘴(1)周向布置二级喷嘴叶片(2)。
2.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的筒体(C)外侧设置有消音罩(5)。
3.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的一级叶片(11)和二级叶片(12)是方向相反设置的螺旋叶片，所述的二级喷嘴叶片(2)采用旋流叶片。
4.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的一级进风口(8)上设置有一级进风口挡板(9)，一级进风口挡板(9)与水平线的夹角为0～90度。
5.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述一级进料口(10)上方设有稳定板(14)。
6.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的一级燃烧喷嘴(13)采用锥形设计。
7.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的二级燃烧喷嘴(1)采用高压预混式喷嘴。
8.根据权利要求书1所述的一种适用于生物质沼气的节能型低NOx燃烧器，其特征在于，所述的高压点火器(6)、一级燃料管道(7)、一级进风口(8)、、一级进料口(10)、一级叶片(11)和一级燃烧喷嘴(13)构成第一级燃烧；所述的二级燃烧喷嘴(1)、二级喷嘴叶片(2)、二级进风口(3)、二级进料口(4)和二级叶片(12)构成第二级燃烧器；第一级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的为20％，第二级燃烧器的燃烧负荷占总燃料的80％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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