CN109323254B - 一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器 - Google Patents

一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，包括依次连接的预混室、水冷室、燃烧区和主换热器；预混室顶部设置风入口，内部设置等压气室，等压气室底部设置有燃气喷口；预混室内设置有入口端与燃气喷口出口端一一对应设置的若干引射器，引射器出口端为平直段，平直段的周面上设置有内凹的进气缝隙；预混室内部和等压气室外部以及引射器外部形成风室，风室分别与引射器入口端和进气缝隙连通；引射器出口端与水冷室进口端连通，燃烧区与水冷室出口端连通，燃烧区内设置有点火器。节省了大量的风机耗电，并改善了大气式燃烧器单纯依靠引射作用时过量空气系数不易调节的缺点。

Description

一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器
技术领域
本发明属于天然气清洁燃烧、低氮燃烧器设计领域，具体涉及一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器。
背景技术
冷凝燃气锅炉充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，锅炉热效率大幅提高。目前市场上冷凝燃气锅炉使用的燃烧器多为全预混式表面燃烧器，火焰稳定、温度均匀、燃烧热强度高，然而，空气与燃气依靠风机完全混合需要耗费大量的电能，另外，实测数据发现，其烟气含氧量多在7％以上，对应的锅炉排烟热损失大，锅炉效率下降，这两者都造成了能源的浪费。
大气式燃烧器通过引射器的设计可以实现空气与燃气的部分混合，节省了大部分的风机耗电，然而相比于全预混表面燃烧器，大气式燃烧器燃烧均匀性上需要改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，从而节省了大量的风机耗电，并改善了大气式燃烧器单纯依靠引射作用时过量空气系数不易调节的缺点。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，包括依次连接的预混室、水冷室、燃烧区和主换热器；
所述预混室顶部设置风入口，内部设置等压气室，等压气室底部设置有燃气喷口；
所述预混室内设置有入口端与燃气喷口出口端一一对应设置的若干引射器，引射器出口端为平直段，平直段的周面上设置有内凹的进气缝隙；
预混室内部和等压气室外部以及引射器外部形成风室，风室分别与引射器入口端和进气缝隙连通；
所述引射器出口端与水冷室进口端连通，燃烧区与水冷室出口端连通，燃烧区内设置有点火器。
优选的，进气缝隙为内凹的三角形孔或圆孔。
优选的，进气缝隙上设置有用于调节进气缝隙进风量的调节装置。
优选的，预混室包括依次连接的进风进气室和混气腔，进风进气室内部和等压气室外部形成用于通入一次风的一次风室；混气腔内部和引射器外部形成用于通入二次风的二次风室；一次风室与引射器入口端连通，二次风室与引射器进气缝隙连通；引射器的入口端伸入进风进气室内与与燃气喷口出口端一一对应设置。
进一步，二次风室设置有与引射器出口端一一对应的二次风喷口。
再进一步，二次风室靠近进风口处设置有用于调节引射器出口端及进气缝隙部位进风量的调风板；二次风室的进风口设置有二次风空气滤网；二次风室进风口与调风板之间设置有增压风机。
进一步，一次风室的进风口设置有一次风空气滤网。
优选的，所述的水冷室由多个带翅片水管组成，多个水管并排设置。
进一步，所述翅片与水管轴线垂直且间隙设置，相邻水管间翅片重叠交叉设置。
再进一步，所述带翅片水管中的翅片包括H型翅片、板状翅片、螺旋翅片或挤压螺旋翅片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用等压气室供入燃气，可使燃气从喷口均匀喷出，在引射器的作用下卷吸周围空气进入混气腔实现空气与燃气的部分混合。引射器出口端为平直段，出口端周面上设置的内凹的进气缝隙，使得引射器出口面积缩小、混合气流速增大，卷吸空气经进气缝隙进入引射器的出口端，通过两级引射实现混合气体过量空气系数为1.05左右。相比于全预混燃烧器完全依靠风机预混，节省了大量的风机耗电。
进一步，通过在混合腔设置有二次风室，引射器出口的混合气卷吸二次风喷口的二次风经进气缝隙进入引射器的平直段，一部分二次风被二次引射与混合气在引射器的平直段内混合，一部分二次风在引射器出口与混合气混合。
进一步，用于调节引射器出口端及进气缝隙部位进风量的调节装置，起到了调节混合气过量空气系数的作用，改善了大气式燃烧器单纯依靠引射作用时过量空气系数不易调节的缺点。
进一步，本发明采用水冷室的布置，加入缝隙水冷式燃烧头部的设计，一方面翅片之间形成的进气缝隙将混合气分割成无数的微小气流进入主燃区快速燃烧，另一方面带翅片水管与燃烧区换热，降低燃烧区域温度，这二者都有利于减少NOx的生成，降低氮氧化物排放。并且该设计取消了传统形式上燃烧器的形式，带翅片水管即是燃烧头部又是换热元件，结构合理紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体结构示意图。
图2为本发明实施例二的整体结构示意图。
图3为本发明实施例三的整体结构示意图。
图4为等压气室立体结构示意图。
图5为二次风喷口放大示意图。
图6a为板状翅片水管立体结构示意图。
图6b为H型翅片水管立体结构示意图。
图6c为挤压螺旋翅片水管立体结构示意图。
图6d为螺旋翅片水管立体结构示意图。
其中：1-一次风空气滤网、2-等压气室、3-引射器、31-燃气喷口、32-拉法尔喷管、33-进气缝隙、34-旋转挡板、4-风室、41-第一风室、5-二次风室、51-二次风空气滤网、52-一调风板、53-二次风喷口、6-带翅片水管、7-点火器、8-主换热器水管出口、9-增压风机。
具体实施方式
燃气锅炉的氮氧化物排放主要来源于燃烧过程中的热力型NOx，其主要控制手段是降低燃烧区温度、避免局部高温区的产生并减少高温区的停留时间。该问题有三种解决思路。
一、燃烧前将燃气与空气进行充分预混，避免产生局部高温区；本发明引射器出口端为平直段，通过在引射器出口端周面上设置内凹的三角形孔进气缝隙，，使得引射器出口面积缩小、混合气流速增大，卷吸空气经进气缝隙进入引射器的出口端，通过两级引射实现了空气与燃气的均匀混合，且气体过量空气系数为1.05左右。其中，内凹是指在平直段开孔，但并非开通孔，以三角形为例，而是将该对应三角形进气缝隙的三角形部分向内折后形成；内凹的设置可以较小出口流通面积，加速气流，从而形成负压区卷吸二次空气。
二、将火焰离散化燃烧，分割成无数个细小的微火焰快速燃尽；本发明通过翅片之间形成的进气缝隙将混合气分割成无数的微小气流进入主燃区快速燃烧。
三、通过其他介质与燃烧区域换热，降低燃烧区温度。本发明通过带翅片水管与燃烧区换热，从而降低燃烧区域温度。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施案例一
参考图1，一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，包括一次风空气滤网1、等压气室2、引射器3、风室4、二次风室5、带翅片水管6、点火器7；整体结构从上至下依次划分为进风进气室Ⅰ、混气腔Ⅱ、水冷室Ⅲ、燃烧区Ⅳ、主换热器Ⅴ，等压气室2、一次风室41和燃气喷口31构成进风进气室I，引射器3与二次风室5构成混气腔Ⅱ，带翅片水管6构成水冷室Ⅲ。
参考图1和图4，燃气供入等压气室2，等压气室2下部布置有若干排燃气喷口31，等压气室2开口向内逐渐减小，开口处气流最大，但向内气压逐渐增大，因此可保证各燃气喷口31燃气流速均匀。
进风进气室I、混气腔Ⅱ、水冷室Ⅲ、燃烧区Ⅳ、主换热器Ⅴ依次连接；进风进气室I内部和等压气室2外部形成一次风室41，空气经一次风空气滤网1进入第一风室41，等压气室2底部设置有燃气喷口31，每支燃气喷口31下方均一一对应设置拉法尔喷管32构成引射器3，一次风室41与引射器3入口端连通，依靠燃气压力引射燃气喷口31周围空气，从引射器3入口端进入，在拉法尔喷管32内混合后进入混气腔Ⅱ。
参考图1和图5，混气腔Ⅱ内部和引射器3外部形成二次风室5，二次风室5分别与引射器3出口端和进气缝隙33连通，二次风室5与引射器3出口端一一对应开有二次风喷口53，引射器3出口端为平直段，平直段沿周向开有一圈进气缝隙33，本实施例优选进气缝隙33为三角形，该三角部分内凹，使得出口面积缩小、混合气流速增大，三角形的进气缝隙33沿气体流通方向，截面依次减小，本实施例优选三角形的进气缝隙33有一个角朝下设置。二次风经二次风空气滤网51进入二次风室5后分配到各二次风喷口53。引射器出口段内的混合气卷吸二次风喷口53的二次风经三角形进气缝隙33进入引射器3的平直段，一部分二次风被二次引射与混合气在引射器3的平直段内混合，一部分二次风在引射器3出口与混合气混合。
二次风室5靠近进风口处布置有用于调节引射器3出口端及进气缝隙33部位进风量的调风板52，可有效调节二次风的进风量从而调节混合气的过量空气系数，使过量空气系数保持在1.05左右，即混合气中的空气量略大于理论燃烧所需空气量。
混气腔Ⅱ下方布置有水冷室Ⅲ，水冷室Ⅲ内布置一排带翅片水管6，翅片之间形成进气的缝隙，混合气经缝隙自上而下流动。
水冷室Ⅲ内的带翅片水管6材质为铸铝硅合金或纯铜等高换热系数材料，带翅片水管6的根数与直径可根据热力计算及数值模拟的具体情况进行调整。
参考图1、图6a、图6b、图6c和图6d，带翅片水管6外翅片为H型翅片、板状翅片、螺旋翅片或挤压螺旋翅片分布，翅片分布在水管的四周，上侧翅片起到对混合气体的导流作用，左右侧翅片形成进气的缝隙，将混合气体分割成一股股小的气体流进入燃烧区Ⅳ燃烧，下侧翅片对火焰起到冷却作用，降低燃烧区Ⅳ温度，从而减少热力型NOx的生成，降低燃烧过程中氮氧化物排放。
带翅片水管6的两侧贯通，分为进水口和出水口，进水口与主换热器水管出口8连接，出水口对外输出；进水口既可以与主换热器Ⅴ水路出口逐个连接，又可通过布置集箱或分集水器连接。
参考图1，水冷室Ⅲ与主换热器Ⅴ之间布置为燃烧区Ⅳ。燃烧区Ⅳ在带翅片水管6进气的缝隙下方处布置点火器7。空气与燃气在燃烧前进行了充分均匀的预混，此时燃烧效果等同于全预混表面燃烧，燃烧快速均匀、热负荷高。
实施案例二
参考图2，混气腔Ⅱ内布置二次风室5，与引射器3出口端一一对应开有二次风喷口53。二次风室5进风口与调风板52之间设置有增压风机9，二次风在增压风机9的动力下经二次风空气滤网51进入二次风室5后分配到各二次风喷口53。引射器3出口端平直段沿周向开有圆形进气缝隙33，在增压风机的作用下，一部分二次风从圆形进气缝隙33高速射流进入引射器3的平直段内与混合气混合，一部分二次风在引射器3出口与混合气混合。
本实施例中其余结构与实施案例一相同。
实施案例三
参考图3，将一次风室41与二次风室5合并，则整体结构上进风进气室Ⅰ与混气腔Ⅱ合并为预混室I、，预混室I、内部和等压气室2外部以及引射器3外部形成风室4，风室4分别与引射器3入口端和进气缝隙33连通。此时，空气经一次风空气滤网1进入预混室I、，每支燃气喷口31下方均一一对应设置拉法尔喷管32构成引射器3，依靠燃气压力引射燃气喷口31周围空气，从引射器3入口端进入，在拉法尔喷管32内混合。引射器3出口平直段沿周向开有一圈三角形的进气缝隙33，该三角部分内凹，三角形的进气缝隙33沿气体流通方向，截面依次减小，本实施例优选三角形的进气缝隙33有一个角朝下设置。引射器3出口平直段内凹的三角部分一方面形成三角形进气缝隙33，另一方面使得引射器出口面积缩小、混合气流速增大，卷吸三角形进气缝隙33周围空气经三角形进气缝隙33进入引射器3的平直段内混合。
在三角形的进气缝隙33的表面设置旋转挡板34，将三角形的进气缝隙33的其中一个顶点作为旋转挡板34的旋转轴，通过调整旋转挡板34来调节三角形进气缝隙33的开度，从而调节混合气的过量空气系数，使过量空气系数保持在1.05左右，即混合气中的空气量略大于理论燃烧所需空气量。
本实施例中其余结构与实施案例一相同。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，包括依次连接的预混室、水冷室、燃烧区和主换热器；
所述预混室顶部设置风入口，内部设置等压气室(2)，等压气室(2)开口向内逐渐减小，等压气室(2)底部设置有燃气喷口(31)；
所述预混室内设置有入口端与燃气喷口(31)出口端一一对应设置的若干引射器(3)，引射器(3)出口端为平直段，平直段的周面上设置有内凹的进气缝隙(33)，进气缝隙(33)为内凹的三角形孔或圆孔；
预混室内部和等压气室(2)外部以及引射器(3)外部形成风室(4)，风室(4)分别与引射器(3)入口端和进气缝隙(33)连通；
所述引射器(3)出口端与水冷室进口端连通，燃烧区与水冷室出口端连通，燃烧区内设置有点火器(7)；
预混室包括依次连接的进风进气室和混气腔，进风进气室内部和等压气室(2)外部形成用于通入一次风的一次风室(41)；混气腔内部和引射器(3)外部形成用于通入二次风的二次风室(5)；一次风室(41)与引射器(3)入口端连通，二次风室(5)与引射器(3)进气缝隙(33)连通；引射器(3)的入口端伸入进风进气室内与与燃气喷口(31)出口端一一对应设置；
二次风室(5)设置有与引射器(3)出口端一一对应的二次风喷口(53)；
所述的水冷室由多个带翅片水管(6)组成，多个水管并排设置；
所述翅片分布在所述水管(6)的四周，上侧翅片起到对混合气体的导流作用，左右侧翅片形成进气的缝隙，将混合气体分割成一股股小的气体流进入燃烧区燃烧，下侧翅片对火焰起到冷却作用，降低燃烧区温度，减少热力型NOx的生成，降低燃烧过程中氮氧化物排放。
2.根据权利要求1所述的一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，进气缝隙(33)上设置有用于调节进气缝隙(33)进风量的调节装置。
3.根据权利要求1所述的一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，二次风室(5)靠近进风口处设置有用于调节引射器(3)出口端及进气缝隙(33)部位进风量的调风板(52)；二次风室(5)的进风口设置有二次风空气滤网(51)；二次风室(5)进风口与调风板(52)之间设置有增压风机(9)。
4.根据权利要求1所述的一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，一次风室(41)的进风口设置有一次风空气滤网(1)。
5.根据权利要求1所述的一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，所述翅片与水管轴线垂直且间隙设置，相邻水管间翅片重叠交叉设置。
6.根据权利要求1所述的一种燃气两级引射空气的全预混水冷低氮燃烧器，其特征在于，所述带翅片水管(6)中的翅片包括H型翅片、板状翅片、螺旋翅片或挤压螺旋翅片。
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