CN108151019B - 一种燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃烧器，用于供给燃料的燃料管，其包括多个燃料支管，每个燃料支管均包括沿其内燃料的流动方向依次设置的支管本体和扩散部；和用于流通空气的助燃空气套筒，其套设于燃料管的外部，并与燃料管之间限定出助燃空气通道，助燃空气套筒包括沿其内空气的流动方向依次设置的进气段和扩散段；其中，多个燃料支管的扩散部均处于助燃空气套筒的扩散段内部，以使得经助燃空气套筒的扩散段喷出的空气与经燃料支管的扩散部喷出的燃料交叉混合。本发明解决了现有技术中的燃烧器的NOx排放量比较大的问题。

Description

一种燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器领域，特别是涉及一种燃烧器。

背景技术

NOx是一种重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾、光化学烟雾的重要因素。我国各地的环保标准都对NOx排放量进行了严格限制。在工业及民用锅炉领域，传统上常采用煤或石油作为燃料。但是，由于这些燃料本身特点的限制，实现低氮氧化物排放难度极大，需要进行尾气处理才能实现污染物排放达标。

近些年，以天然气作为燃料的燃气燃烧器得到了大力发展。相比于燃煤及燃油燃烧器，天然气燃烧器具有安全高效、操作简便、NOx等污染物排放低的优点。但是，未经优化设计的燃气燃烧器，其排出的NOx量仍然比较大，从而对环境的污染仍然比较严重。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种燃烧器，以解决现有技术中的燃烧器的NOx排放量比较大的问题。

特别地，本发明提供了一种燃烧器，其中，所述燃烧器包括：

用于供给燃料的燃料管，其包括多个燃料支管，每个所述燃料支管均包括沿其内燃料的流动方向依次设置的支管本体和扩散部；和

用于流通空气的助燃空气套筒，其套设于所述燃料管的外部，并与所述燃料管之间限定出助燃空气通道，所述助燃空气套筒包括沿其内空气的流动方向依次设置的进气段和扩散段；

其中，多个所述燃料支管的扩散部均处于所述助燃空气套筒的扩散段内部，以使得经所述助燃空气套筒的扩散段喷出的空气与经所述燃料支管的扩散部喷出的燃料交叉混合。

进一步地，所述助燃空气套筒的扩散段的扩散方向和扩散角度分别与所述燃料支管的扩散部的扩散方向和扩散角度相同；且

所述燃料管的轴线与所述助燃空气套筒的轴线相平行或重合。

进一步地，所述助燃空气套筒的扩散段的扩散角度和所述燃料支管的扩散部的扩散角度均为范围在10-90度之间的任一角度值。

进一步地，所述助燃空气套筒的扩散段的扩散角度和所述燃料支管的扩散部的扩散角度均为范围在20-80度之间的任一角度值。

进一步地，所述助燃空气套筒的扩散段的扩散角度和所述燃料支管的扩散部的扩散角度均为范围在30-70度之间的任一角度值。

进一步地，所述燃料支管的扩散部的管壁均匀设有多个外围燃料喷射孔，以通过所述多个外围燃料喷射孔使得所述燃料支管中的燃料喷出至所述助燃空气套筒的扩散段中，从而与所述助燃空气套筒的扩散段中的空气进行交叉混合。

进一步地，所述燃料管包括设于其前端的气室，且所述气室位于所述多个燃料支管的中央位置处；其中，所述气室包括多个燃料喷射孔，多个所述燃料喷射孔围绕所述气室的轴线呈圆弧形均匀分布于所述气室端部的侧壁处；

所述燃烧器还包括用于流通空气的内层助燃空气通道，其套设于所述燃料管前端；

其中，所述气室的具有所述多个燃料喷射孔的端部位于所述内层助燃空气通道的外部，以使得从所述内层助燃空气通道喷出的空气与所述多个燃料喷射孔喷出的燃料进行混合。

进一步地，多个所述支管本体的与所述燃料管连接的端部围绕所述燃料管的轴线呈圆弧形均匀分布于所述燃料管的外壁处；

且所述内层助燃空气通道位于多个所述支管本体所围绕的空间内。

进一步地，所述内层助燃空气通道的前端设有稳焰盘，所述支管本体通过所述稳焰盘与所述扩散部连接，且所述稳焰盘的靠近所述扩散部的位置处设有多个通孔，以在所述助燃空气通道中的空气通过所述多个通孔喷出时与从所述扩散部喷出的燃料进行混合；

其中，所述内层助燃空气通道的前端为所述内层助燃空气通道的靠近气室的端部。

进一步地，所述气室的具有所述多个燃料喷射孔的端部位于所述稳焰盘的外表面且向外凸起；并且

所述内层助燃空气通道的末端设有多个通气孔，所述内层助燃空气通道的前端为开孔结构，且所述稳焰盘上设有多个旋流孔，以在所述助燃空气通道的空气通过所述多个通气孔进入所述内层助燃空气通道后由所述多个旋流孔喷出，并与所述气室端部的燃料喷射孔喷出的燃料进行混合。

进一步地，所述多个旋流孔均为长方形结构，且其一条长边设有一与所述长边具有一倾斜角度的方向板，用于改变所述旋流孔喷出的空气的方向，以使所述旋流孔喷出的空气与所述气室端部的燃料喷射孔喷出的燃料进行充分混合。

进一步地，所述助燃空气通道还包括与所述扩散段连接的出气段，用于使所述助燃空气通道喷出的空气与所述燃料支管的扩散部喷出的燃料在所述出气段内进行充分混合，和/或使所述内层助燃空气通道喷出的空气与所述气室的多个燃料喷射孔喷出的燃料在所述出气段内进行充分混合。

本发明的有益效果可以为：

首先，本发明的燃烧器通过燃料管来供给燃料，通过助燃空气通道来流通空气，由于助燃空气通道(即助燃空气套筒)包括进气段和扩散段，且燃料管包括多个具有支管本体和扩散部的燃料支管，因此，当空气从进入段被流通至扩散段、且燃料从燃料支管的扩散部喷出时，由于扩散段相对于进入段具有扩散的趋势，而燃料支管的扩散部相对于支管本体也同样具有扩散的趋势，因此，空气和燃料分别被喷至助燃空气通道的扩散段时，空气和燃料的流速均得到一定的减小，由此，可以增大空气与燃料的混合时间，而此时，空气从助燃空气通道的扩散段被喷出时可以与从燃料支管扩散部喷出的燃料相交叉混合，如此，可以同时从混合时间和混合方向上使空气和燃料得到充分的混合，以提高空气和燃料的混合效果，而当混合气体的整体当量比确定时，空气和燃料的有效混合可以降低燃料的燃烧温度，如此，可以降低氮氧化物的排放量。从而可以解决现有技术中的燃烧器的NOx排放量比较大的问题。

其次，由于助燃空气套筒的扩散段的扩散方向和扩散角度分别与燃料支管的扩散部的扩散方向和扩散角度相同，而燃料支管的扩散部的管壁均匀设有多个外围燃料喷射孔，因此，空气从助燃空气通道的扩散段被喷出时，可以与燃料支管的扩散部喷出的燃料进行充分交叉混合，也就是说，通过助燃空气通道的扩散段和燃料支管的扩散部的倾斜设置，可以进一步提升空气与燃料的混合均匀度，从而可以进一步降低燃烧区的燃烧温度，以进一步降低氮氧化物的排放量。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的一种燃烧器的示意性结构图；

图2是图1中沿着A-A方向的示意性剖视图；

图3是根据本发明一个实施例的燃料管的示意性结构图；

图4是根据本发明另一个实施例的的示意性结构图；

图5是根据本发明一个实施例的燃烧装置的示意性结构图。

具体实施方式

燃烧器是使燃料与助燃空气以一定方式喷出混合进行燃烧的装置。而燃气燃烧器通过将天然气和空气进行混合并燃烧以达到释放热量的目的。而燃烧器一般会排出比较多的大气污染物NOx，所以需要对NOx排放量进行控制，以降低对大气的污染。一般，对NOx排放量进行控制的手段主要分为去除燃料所含有氮的燃烧前降低技术(如为了抑制燃料型氮氧化物的生成，降低燃料中的氮组分或者对燃烧区域的氧气浓度进行控制)、在燃烧后去除氮氧化物的燃烧后降低技术和燃烧过程中降低技术(如作为对燃烧过程中的燃烧温度、氧气浓度等的燃烧条件进行变更的低过量空气燃烧技术等等)。下面的实施例均可以天然气作为燃料供于燃烧器中与空气混合进行燃烧。

图1是根据本发明一个实施例的一种燃烧器的示意性结构图，以解决现有技术中的燃烧器的NOx排放量比较大的问题。结合图1和图2进行说明，燃烧器100可包括用于供给燃料的燃料管2，燃料管2可包括多个燃料支管。其中，多个燃料支管均可包括沿其内燃料的流动方向依次设置的支管本体23和扩散部22。燃烧器100还可包括用于流通空气的助燃空气套筒1，其套设于燃料管2的外部，并与燃料管2之间限定出助燃空气通道，其中，助燃空气套筒1可包括沿其内空气的流动方向依次设置的进气段11和扩散段12。其中，多个燃料支管的扩散部22均可处于助燃空气套筒1的扩散段12内部，以使得经助燃空气套筒1的扩散段12喷出的空气与经燃料支管的扩散部22喷出的燃料交叉混合。

本实施例的燃烧器100通过燃料管2来供给燃料，通过助燃空气套筒1来流通空气，由于助燃空气通道(即助燃空气套筒1)包括进气段11和扩散段12，且燃料管2包括包括多个具有支管本体和扩散部的燃料支管，因此，当空气从进入段11被流通至扩散段12、且燃料从燃料支管的扩散部22喷出时，由于扩散段12相对于进入段11具有扩散的趋势，而燃料支管的扩散部22相对于支管本体23也同样具有扩散的趋势，因此，空气和燃料分别被喷至助燃空气套筒的扩散段12时，空气和燃料的流速均得到一定的减小，由此，可以增大空气与燃料的混合时间，而此时，空气从助燃空气套筒的扩散段12被喷出时可以与从燃料支管扩散部22喷出的燃料相交叉混合，如此，可以同时从混合时间和混合方向上使空气和燃料得到充分的混合，以提高空气和燃料的混合效果，而当混合气体的整体当量比确定时，空气和燃料的有效混合可以降低燃料的燃烧温度，如此，可以降低氮氧化物的排放量。从而可以解决现有技术中的燃烧器的NOx排放量比较大的问题。即，本实施例的燃烧器可从污染物生成原理的源头上对污染物的排放量进行控制，从而对环境的保护具有一定的意义。

在上述实施例中，支管本体23也可与扩散部22一体连接。

在上述实施例中，助燃空气套筒1的扩散段12的扩散方向和扩散角度分别与燃料支管的扩散部22的扩散方向和扩散角度相同；且燃料管2的轴线与助燃空气套筒1的轴线相平行或重合。具体地，如图2所示，助燃空气套筒1的扩散段12的长可与助燃空气通道1的轴线构成一预设角度(即扩散角度)θ。同时，燃料支管的扩散部22的长可与燃料管2的轴线构成扩散角度θ，以使得从扩散段12喷出的空气与从燃料支管的扩散部22喷出的燃料进行充分混合。而燃料支管的扩散部22的管壁可均匀设有多个外围燃料喷射孔221，通过多个外围燃料喷射孔221可使得燃料支管中的燃料喷出至助燃空气通道1的扩散段12中，从而可以与助燃空气通道1的扩散段12中的空气进行充分混合。

由于助燃空气套筒1的扩散段12的扩散方向和扩散角度分别可以与燃料支管的扩散部的扩散方向和扩散角度相同，而燃料支管的扩散部22的管壁均匀设有多个外围燃料喷射孔221，因此，从扩散部22管壁的外围燃料喷射孔221喷出的燃料是面向助燃空气通道1的空气流进行喷射，当空气从助燃空气通道的扩散段被喷出时，可以与燃料支管的扩散部喷出的燃料进行充分交叉混合，也就是说，通过助燃空气通道的扩散段和燃料支管的扩散部的倾斜设置，可以进一步提升空气与燃料的混合均匀度，从而可以进一步降低燃烧区的燃烧温度来降低氮氧化物的排放量。即，通过合理设计燃烧器的结构，可在保证燃烧可靠、高效的基础上，使天然气和空气混合均匀，尽可能减少燃烧器中的局部部位产生高温，从而可以有效地抑制燃烧过程中NOx的生成，以减少NOx的排放量。

其中，外围燃料喷射孔221可以设于扩散部22的管壁(即侧壁)，同时，外围燃料喷射孔221也可以设于扩散部22的顶部，如此，开设于扩散部22顶部的燃料孔，可以进一步作为辅助手段，以改善燃料与空气的混合均匀度。

在上述进一步的实施例中，预设角度θ也可以称为扩散角度θ，可以为10-90度，即助燃空气套筒1的扩散段12的扩散角度和燃料支管的扩散部22的扩散角度均可以为范围在10-90度之间的任一角度值。或者，预设角度θ可以为20-80度。又或者，预设角度θ可以为30-70度。该预设角度θ的设定可根据空气与天然气被喷出时的方向进行设置(如30度、40度、50度、60度等)，但该角度的设置需要提高空气与天然气的混合均匀度。从而可以通过助燃空气通道的扩散作用(相当于助燃空气套筒的扩散段12)，且根据燃料支管的扩散部22的侧壁的外围燃料喷射孔221，实现空气和天然气的流动方向和流动速度的改变，以提升空气和天然气的混合效果，从而可以合理地控制燃烧器中燃烧区的燃烧温度，以实现大幅度降低NOx排放的目的。

在上述任一项实施例中，结合图2和图4进行说明，燃料管2可包括设于其前端的气室21，且气室21可位于多个燃料支管的中央位置处。其中，气室21可包括多个燃料喷射孔211，多个燃料喷射孔211可围绕气室21的轴线呈圆弧形均匀分布于气室21端部的侧壁处。燃烧器还可包括用于流通空气的内层助燃空气通道4，其套设于燃料管2的前端。如图2或图3所示，多个燃料喷射孔211裸露于空气中，并未被内层助燃空气通道4包裹于内部。其中，气室21的具有多个燃料喷射孔211的端部位于内层助燃空气通道4的外部，从而可以使得从内层助燃空气通道4喷出的空气与多个燃料喷射孔211喷出的燃料进行混合。

在上述进一步的实施例中，多个支管本体23的与燃料管2连接的端部围绕燃料管的轴线呈圆弧形均匀分布于燃料管2的外壁处，从而可以使得内层助燃空气通道4位于多个支管本体23所围绕的空间内，如图2和图4所示。此外，内层助燃空气通道4的前端可设有稳焰盘3，支管本体23通过稳焰盘3与扩散部12连接，且稳焰盘3的靠近扩散部12的位置处设有多个通孔32，以在助燃空气通道1中的空气通过多个通孔32喷出时可以与从扩散部12喷出的燃料进行混合。其中，内层助燃空气通道4的前端可以为内层助燃空气通道4的靠近气室21的端部。

在进一步的上述实施例中，气室21的具有多个燃料喷射孔211的端部位于稳焰盘3的外表面且向外凸起，如图2或图3所示；并且内层助燃空气通道4的末端可设有多个通气孔411(如图4所示)，内层助燃空气通道4的前端可以为开孔结构42，且稳焰盘3上可设有多个旋流孔31(如图3所示)，如此，可以在助燃空气通道1的空气通过多个通气孔411进入内层助燃空气通道4后由多个旋流孔31喷出，从而可以与气室21端部的燃料喷射孔211喷出的燃料进行充分混合。

在一个具体的实施例中，可同时结合图2至图4进行说明，多个燃料支管可以为从燃料管2的侧壁上分支出去的支管，而燃料管2中的燃料则从燃料管2中分别分配至其侧壁的各个燃料支管。而燃料支管中的支管本体23又可以具体分为与燃料管2倾斜设置的倾斜管231和与倾斜管231固定连接(或一体连接)的平行管232，如图2所示，平行管232则可与燃料管2的轴线相平行，且平行管的另一端则与扩散部22固定连接(或一体连接)。而气室21则位于燃料管2的前端，且位于多个平行管的前端所围绕的空间内。即燃料管2中的燃料可主要分为两部分进行分配，一部分燃料分配至与其侧壁连接的各个燃料支管，最终从燃料支管的扩散部22喷出以与助燃空气套筒中的扩散段的空气进行交叉混合；另一部分燃料被分配至燃料管2前端的气室21处，然后通过气室21侧壁处的多个燃料喷射孔211喷出以从与稳焰盘3上的多个旋流孔31喷出的空气进行混合。

在上述一些实施例中，如图3所示，多个旋流孔31均可为长方形结构，且其一条长边可设有一与长边具有一倾斜角度的方向板33，用于改变旋流孔31喷出的空气的方向，从而可以使旋流孔31喷出的空气与气室21端部的燃料喷射孔211喷出的燃料进行充分混合。该倾斜角度可以为10-90度，或者为20-80度，也可以为30-70度，或者为40度或50度或60度等等。该倾斜角度的设置只要可以提高空气与天然气的混合均匀度均可。

在上述另一些实施例中，如图1或图2所示，助燃空气通道1还可包括与扩散段12连接的出气段13，用于使助燃空气通道1喷出的空气与燃料支管的扩散部22喷出的燃料在出气段13内进行充分混合，或者可以同时使得内层助燃空气通道4喷出的空气与气室21的多个燃料喷射孔211喷出的燃料在出气段13内进行充分混合。即，出气段13可以作为燃料与助燃空气的混合腔体，可以避免混合气体在未完成充分混合时就进入到炉膛中燃烧。

本发明还提供一种燃烧装置200，如图4所示，上述任一项实施例所述的燃烧器100的助燃空气通道1外部可套设有安装壳体201，且安装壳体201的侧壁套包括具有安装孔203的安装板202，以通过安装板202实现燃烧装置200与锅炉的连接，以在燃烧器200工作时使其所喷出的燃料与空气进行充分混合，从而在污染物(NOx)生成机理的源头上对污染物的排放量进行控制。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1. 一种燃烧器，其特征在于，包括：

用于供给燃料的燃料管，其包括多个燃料支管，每个所述燃料支管均包括沿其内燃料的流动方向依次设置的支管本体和扩散部；和

用于流通空气的助燃空气套筒，其套设于所述燃料管的外部，并与所述燃料管之间限定出助燃空气通道，所述助燃空气套筒包括沿其内空气的流动方向依次设置的进气段和扩散段；

其中，多个所述燃料支管的扩散部均处于所述助燃空气套筒的扩散段内部，以使得经所述助燃空气套筒的扩散段喷出的空气与经所述燃料支管的扩散部喷出的燃料交叉混合；

所述助燃空气套筒的扩散段的扩散方向和扩散角度分别与所述燃料支管的扩散部的扩散方向和扩散角度相同；且

所述燃料管的轴线与所述助燃空气套筒的轴线相平行或重合；

所述助燃空气套筒的扩散段的扩散角度和所述燃料支管的扩散部的扩散角度均为范围在10-90度之间的任一角度值；

所述助燃空气套筒的扩散段的延伸方向与所述助燃空气套筒的轴线构成所述助燃空气套筒的扩散段的扩散角度，所述燃料支管的扩散部的延伸方向与所述燃料管的轴线构成所述燃料支管的扩散部的扩散角度。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃料支管的扩散部的管壁均匀设有多个外围燃料喷射孔，以通过所述多个外围燃料喷射孔使得所述燃料支管中的燃料喷出至所述助燃空气套筒的扩散段中，从而与所述助燃空气套筒的扩散段中的空气进行交叉混合。

3.根据权利要求1-2任一项所述的燃烧器，其中，所述燃料管包括设于其前端的气室，且所述气室位于所述多个燃料支管的中央位置处；其中，所述气室包括多个燃料喷射孔，多个所述燃料喷射孔围绕所述气室的轴线呈圆弧形均匀分布于所述气室端部的侧壁处；

所述燃烧器还包括用于流通空气的内层助燃空气通道，其套设于所述燃料管前端；

其中，所述气室的具有所述多个燃料喷射孔的端部位于所述内层助燃空气通道的外部，以使得从所述内层助燃空气通道喷出的空气与所述多个燃料喷射孔喷出的燃料进行混合。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其中，

多个所述支管本体的与所述燃料管连接的端部围绕所述燃料管的轴线呈圆弧形均匀分布于所述燃料管的外壁处；

且所述内层助燃空气通道位于多个所述支管本体所围绕的空间内。

5.根据权利要求4所述的燃烧器，其中，所述内层助燃空气通道的前端设有稳焰盘，所述支管本体通过所述稳焰盘与所述扩散部连接，且所述稳焰盘的靠近所述扩散部的位置处设有多个通孔，以在所述内层助燃空气通道中的空气通过所述多个通孔喷出时与从所述扩散部喷出的燃料进行混合；

其中，所述内层助燃空气通道的前端为所述内层助燃空气通道的靠近气室的端部。

6. 根据权利要求5所述的燃烧器，其中，

所述气室的具有所述多个燃料喷射孔的端部位于所述稳焰盘的外表面且向外凸起；并且

所述内层助燃空气通道的末端设有多个通气孔，所述内层助燃空气通道的前端为开孔结构，且所述稳焰盘上设有多个旋流孔，以在所述助燃空气通道的空气通过所述多个通气孔进入所述内层助燃空气通道后由所述多个旋流孔喷出，并与所述气室端部的燃料喷射孔喷出的燃料进行混合。

7.根据权利要求6所述的燃烧器，其中，所述多个旋流孔均为长方形结构，且其一条长边设有一与所述长边具有一倾斜角度的方向板，用于改变所述旋流孔喷出的空气的方向，以使所述旋流孔喷出的空气与所述气室端部的燃料喷射孔喷出的燃料进行充分混合。

8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，所述助燃空气套筒还包括与所述扩散段连接的出气段，用于使所述助燃空气套筒喷出的空气与所述燃料支管的扩散部喷出的燃料在所述出气段内进行充分混合，和/或使所述内层助燃空气通道喷出的空气与所述气室的多个燃料喷射孔喷出的燃料在所述出气段内进行充分混合。