CN109724079A - 一种低氮燃烧器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低氮燃烧器系统，包括预混系统和燃烧系统；所述预混系统包括供气管、预混器和预混风机，所述预混器开设有能够与所述预混风机连通的气腔，以将空气输送进所述预混风机内；所述供气管插设进所述预混器内，并与所述气腔连通，以将所述燃气输送进所述预混风机内；所述燃烧系统包括燃烧器和冷却系统，所述冷却系统位于所述燃烧器的头部；所述预混风机通过输气管与所述燃烧器连通，以将燃气和空气的混合气体输送进所述燃烧器内。本发明能够降低燃烧器头部的温度，便于抑制氮氧化物的生成量，减少烧坏燃烧器或发生安全事故。

Description

一种低氮燃烧器系统

技术领域

本发明具体涉及一种低氮燃烧器系统。

背景技术

燃烧器是工业燃油锅炉、燃气锅炉上面的的重要设备，它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程。因此燃烧器性能对锅炉工作的稳定性起着至关重要的作用。燃烧器在使用的过程中会由于压力不稳定、流量变化幅度大等工况出现回火和脱火的现象。

授权公告号为CN 206222308U的专利公开了工业燃气超低氮节能螺旋燃烧头及燃烧器，该螺旋燃烧头包括柱形外壁，在所述柱形外壁的内部套设柱形内壁，柱形外壁和柱形内壁通过螺旋状凸起相连接成为一体式结构。同时其还公开了含有螺旋燃烧头的燃烧器，其通过使火焰产生固定方向的旋转，增强热交换率，提高热能的利用率；同时稳定火焰燃烧速度，防止脱火和回火。

上述的燃烧器其通过螺旋燃烧头实现火焰固定方向的旋转来稳定火焰燃烧速度以达到防止脱火和回火的目的，但在实际的应用的过程中，燃烧器的头部在使用的过程中局部温度较高，因为燃气燃烧主要是热力型氮氧化物，因而不利于控制氮氧化物的控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低氮燃烧器系统，其能够降低燃烧器头部的温度，便于抑制氮氧化物的生成量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低氮燃烧器系统，包括预混系统和燃烧系统；所述预混系统包括供气管、预混器和预混风机，所述预混器开设有能够与所述预混风机连通的气腔，以将空气输送进所述预混风机内；所述供气管插设进所述预混器内，并与所述气腔连通，以将所述燃气输送进所述预混风机内；所述燃烧系统包括燃烧器和冷却系统，所述冷却系统位于所述燃烧器的头部；所述预混风机通过输气管与所述燃烧器连通，以将燃气和空气的混合气体输送进所述燃烧器内。

进一步的，所述预混器包括入口段和收缩段，且所述收缩段的横截面积小于所述入口段的横截面积；所述收缩段位于所述预混器与所述预混风机的连通处。

进一步的，所述预混器内设置有钝体，所述钝体呈倒置的锥型设置；所述钝体位于所述预混器的收缩段，且所述钝体与所述预混器内壁间留有气道，所述气道能够连通所述气腔与所述预混风机。

进一步的，所述供气管内燃气流出方向与所述预混器内空气流入方向垂直。

进一步的，所述燃烧器包括点火装置，所述点火装置位于所述燃烧器的头部，且所述点火装置和所述燃烧器的间距为4-6mm；所述燃烧器还包括火检装置，所述火检装置和所述点火装置位于同一圆周上。

进一步的，所述冷却系统包括若干冷却管，所述冷却管内通有冷却剂。

进一步的，所述冷却系统还包括金属网层，所述金属网层中相邻的所述金属网贴合；所述金属网层设置在所述冷却管与所述燃烧器之间。

进一步的，所述燃烧器的头部开设有若干小孔，且所述小孔的直径小于所述燃烧器的壁厚。

进一步的，所述供气管上设置有过滤器和稳压阀；所述供气管上还设置有低压开关和压力表。

进一步的，所述预混器的材料包括防火花材料或抗静电材料。

本发明的有益效果：

1、利用预混系统中的预混风机实现燃气和空气的混合，因为燃气的密度和空气的密度差值较大，因而利用预混风机能够实现燃气和空气的均匀混合；因为燃气和空气的混合程度对燃烧工况以及燃烧器的正常运行有重要的影响，因而将混合后的气体经输气管与燃烧器连通；燃烧器利用设置在其头部的冷却系统能够使得燃烧器头部的温度分布更加均匀，从而使得燃烧器的工作更加稳定；

2、因为燃烧器在使用的过程中其头部的温度较高，因而将冷却系统设置在燃烧器的头部，通过冷却系统能够降低燃烧器头部的温度，能有效减轻头部受到的高温烧蚀；同时冷却系统能够降低通入燃烧器头部的可燃气体的温度，从而抑制氮氧化物的生成量。

附图说明

图1是本发明的预混系统的俯视图；

图2是本发明的预混系统的主视图；

图3是本发明的燃烧系统的主视图；

图4是本发明的燃烧系统的俯视图；

图5是背面发明中供气管的示意图。

图中标号说明：1、供气管；11、出气孔；111、燃气；12、过滤器；13、稳压阀；14、低压开关；15、压力表；16、切断阀；17、调节阀；2、预混器；21、空气；3、钝体；31、气道；4、预混风机；41、输气管；5、燃烧器；51、小孔；52、安装板；6、点火装置；7、火检装置；81、第一冷却管；82、第二冷却管；83、第三冷却管；84、集箱；9、金属网层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参照图1和图2所示，本发明的一种低氮燃烧器系统的一实施例，其主要针对民用及商用8万-30万大卡的燃气热水锅炉进行设计，这类民用及商用热水锅炉燃气压力一般为2.8kpa左右，属于民用燃气压力范畴。其包括预混系统和燃烧系统，预混系统用于实现燃气111和空气21的充分混合，然后将混合后的可燃气体输送至燃烧系统内部。

参照图1-图4，预混系统包括供气管1、预混器2和预混风机4，预混器2内开设有供燃气111和空气21流通的气腔，预混器2设置在预混风机4的下方，且气腔能够与预混风机4连通。供气管1插设进预混器2的内部，并能与气腔连通，从而使得供气管1内的可燃气体流入气腔的内部，并将气腔流入预混风机4内。从预混器2输送进的空气21与从供气管1输送进的燃气111均经气腔被输送进预混风机4内部，并能够在预混风机4的搅拌下实现空气21和燃气111的混合。因为燃气111的密度和空气21的密度差值较大，因而利用预混风机4能够实现燃气111和空气21的充分混合。

参照图1和图2，从供气管1内输出的燃气111的流出方向与空气21的流动方向垂直，因而供气管1的轴向和预混器2的轴向垂直设置。当燃气111的流向和空气21的流向垂直时能够使得燃气111和空气21在预混器2内能够进行初步混合，从而能够提高预混的效果。燃气111可以从供气管1的端口处沿其轴向输出，因为供气管1的轴向和预混器2的轴向垂直，因而能够实现较好的预混效果。但是，当燃气111直接从供气管1的端部输出时，会导致位于供气管1端部开口处的燃气111的浓度较高，而其他地方的浓度较低，因而也会对后期燃气111和空气21的混合产生一定的影响。

优选的，参照图1和图2，供气管1插设进预混器2的一端开设有若干出气孔11，全部的出气孔11均沿供气管1的周向开设，因而当供气管1内的燃气111经出气孔11流出时，燃气111的流动方向和空气21的流动方向垂直。因为出气孔11沿供气管1的周向设置，使得供气管1端部周围的燃气111浓度大致均匀，能够更加便于燃气111和空气21的混合。

在另一实施例中，参照图2和图5，供气管1上设置有过滤器12和稳压阀13，过滤器12能够过滤夹杂在燃气111中的杂质，保证后期燃气111和气体混合后的可燃气体的洁净度，使得可燃气体能够更加充分的燃烧，同时对燃烧器5也具有一定的保护作用。设置在供气管1上的稳压阀13能够稳定供气管1内燃气111的进口压力，方便控制后期在气体混合时燃气输送的压强和输送的速率等。

优选的，参照图1和图5，供气管1上还设置有低压开关14和压力表15，且低压开关14设置在压力表15和预混器2之间。设置在供气管1上的压力表15方便读取供气管1内燃气111的压力值，便于观测供给气源是否与设计相符合。利用低压开关14初设最低供气压力值，在启动燃烧系统之前应先判断供气管1内的压强是否满足最低供气压力值。供气管1上还设置有能够切断燃气111供给的切断阀16，以及调节阀17，调节阀17便于调节供气管1内燃气111的流量。当低于预设的最低压力值时，燃烧系统无法正常启动和工作；当燃烧系统在已经工作的过程中，供气管1内燃气111的压强低于预设值，可以利用切断阀16切断燃气111的供给，也可以通过调节阀17及时调整供气管1内燃气111的流量。

参照图3和图4，燃烧系统包括燃烧器5和用于对燃烧器5冷却的冷却系统，预混风机4通过输气管41与燃烧器5连通，利用输气管41将混合均匀的可燃气输送进燃烧器5的头部。燃烧器5包括点火装置6和火检装置7，点火装置6和火检装置7均可拆卸的设置在燃烧器5的安装板52上，从而便于检修和更换，因为点火装置6和火检装置7均为现有技术，因而在此不做赘述。点火装置6与燃烧器5的头部的间距约为4-6mm，从而能保证燃烧器5在使用的过程中频繁的启停时，点火装置6能够稳定的工作，以提高燃烧器5工作时的稳定性和可靠性。点火装置6和火检装置7安装在同一分度圆上，且点火装置6和火检装置7呈一定的角度设置。火检装置7从点火火焰验证开始一直到燃烧器5停止工作的过程中能够连续实时的监测焰火的有无，提高燃烧系统运行的安全性。

参照图图3和图4，冷却系统包括若干冷却管，全部的冷却管的内部通设有冷却剂。冷却系统设置在燃烧器5的头部，以及时对燃烧器5的头部进行降温，减轻燃烧器5在使用的过程中，其头部由于局部温度过高而发生烧蚀。冷却管包括第一冷却管81、第二冷却管82和第三冷却管83，第一冷却管81的出水端连接集箱84，第二冷却管82与集箱84连通，并能够插设进燃烧器5的头部内，第二冷却管82的进水端与集箱84连通，其出水端与第三冷却管83。从第一冷却管81流入的冷却剂经第一冷却管81汇入集箱84内部，然后经集箱84流入第二冷却管82内部，最后将第三冷却管83流出，以实现对燃烧器5头部的冷却循环的冷却剂的循环。

优选的，参照图4，冷却系统还包括金属网层9，金属网层9由多层金属叠合形成，且相邻的金属网须紧密贴合，从而能够提高燃烧器5和第二冷却管82的热传递效率，以提高防回火的效果。金属网层9设置在第二冷却管82和燃烧器5之间，其能够降低燃烧器5头部的温度，稳定火焰的燃烧速度，有效的减轻回火和脱火的现象。本实施例中由于燃烧器5工作时其头部区域的温度较高，因而金属网优选耐高温的金属材料。

参照图4，利用第二冷却管82和金属网层9其能够有效的降低燃烧器5头部的温度，减轻燃烧器5头部的局部高温现象；燃气111燃烧时主要是热力型氮氧化物，利用冷却系统降低头部区域可燃气体的温度，其能够降低氮氧化物的生成量。利用预混系统和燃烧系统能够提高安全性和稳定性，同时实现氮氧化物的排放15ppm以下。

参照图3，燃烧器5位于其头部处开设有若干小孔51，且全部小孔51的直径均小于燃烧器5的壁厚。小孔51能够提高燃烧器5的散热效果，以提高冷却系统和燃烧器5的热交换效果，从而能够提高防回火的效果。此外，控制小孔的孔径小于燃烧器5的壁厚能够在保证防回火效果的同时保持燃烧器5的强度，以保证燃烧器工作的稳定性和延长燃烧器的使用寿命。

实施例二

一种低氮燃烧器系统，参照图2，其与实施例一的不同之处在于，预混器2包括入口段和收缩段，收缩段的横截面积小于入口段的横街面积，即预混器2由入口段向收缩段方向其横街面积逐渐减小。收缩段位于预混器2和预混风机4的连通处。因为预混器2和预混风机4的连通处横街面积减小，因而当燃气111和空气21在流经收缩段时，能够更加充分的混合。因为当燃气的压力较低时，一方面因燃气和空气混合时的动能损耗不利于燃气和空气的混合，进而会影响后续的燃烧系统的工作状况；另一方面，在预混器2的内部直接设置增大混合后的可燃气体的流速的方案存在诸多限制。因而本实施例中通过利用文丘里结构的原理，合理设计预混器2的结构，能够减小燃气和空气混合时的动能的损失，并能够通过收缩段提高燃气和空气的流速，以达到防回火的目的。

参照图2，预混器2内设置有钝体3，钝体3呈倒置的锥形设置。钝体3设置在预混器2和预混风机4的连通处，且钝体3和预混器2的内壁之间留有气道31。利用锥形设置的钝体3能够对燃气111和空气21的流动起到导流的作用，同时当燃气111和空气21经气道31流入预混风机4内部时均匀其流场分布。

优选的，参照图2，钝体3设置在预混器2的中心处，能够更加充分的实现燃气111和空气21的混合。因为燃气111和空气21流入预混风机4内部时，在中间位置处的流速较快，不利于燃气111和空气21的混合；因而当将钝体3设置在预混器2的中心位置处时，钝体3能够降低中间流体的流速，将流体导流至气道31处既能够减少燃气111和空气21的压力损失，也能够提高燃气111和空气21的混合效果；能够减轻回火现象，提高使用时的安全性。

参照图2，预混器2的材料包括防火花材料或抗静电材料，防火花材料或抗静电材料均能够有效的减轻燃气111和空气21混合时的静电现象，减轻燃气111和空气21混合时产生的火花，以降低安全隐患。同时，为了加工方便，本实施例中预混器2一体成型。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种低氮燃烧器系统，其特征在于，包括预混系统和燃烧系统；

所述预混系统包括供气管、预混器和预混风机，所述预混器开设有能够与所述预混风机连通的气腔，以将空气输送进所述预混风机内；所述供气管插设进所述预混器内，并与所述气腔连通，以将所述燃气输送进所述预混风机内；

所述燃烧系统包括燃烧器和冷却系统，所述冷却系统位于所述燃烧器的头部；

所述预混风机通过输气管与所述燃烧器连通，以将燃气和空气的混合气体输送进所述燃烧器内。

2.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述预混器包括入口段和收缩段，且所述收缩段的横截面积小于所述入口段的横截面积；所述收缩段位于所述预混器与所述预混风机的连通处。

3.如权利要求2所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述预混器内设置有钝体，所述钝体呈倒置的锥型设置；所述钝体位于所述预混器的收缩段，且所述钝体与所述预混器内壁间留有气道，所述气道能够连通所述气腔与所述预混风机。

4.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述供气管内燃气流出方向与所述预混器内空气流通入方向垂直。

5.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器包括点火装置，所述点火装置位于所述燃烧器的头部，且所述点火装置和所述燃烧器的间距为4-6mm；所述燃烧器还包括火检装置，所述火检装置和所述点火装置位于同一圆周上。

6.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述冷却系统包括若干冷却管，所述冷却管内通有冷却剂。

7.如权利要求6所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述冷却系统还包括金属网层，所述金属网层中相邻的所述金属网贴合；所述金属网层设置在所述冷却管与所述燃烧器之间。

8.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器的头部开设有若干小孔，且所述小孔的直径小于所述燃烧器的壁厚。

9.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述供气管上设置有过滤器和稳压阀；所述供气管上还设置有低压开关和压力表。

10.如权利要求1所述的低氮燃烧器系统，其特征在于，所述预混器的材料包括防火花材料或抗静电材料。