CN109945183A - 一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，属于燃烧领域。本发明的目的是为了解决现有分级旋流燃烧器燃烧效率低、燃烧不充分，以及NOX及碳烟排放量高等问题，提供一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，该燃烧器无需独立的烟气收集及循环系统。该装置采用旋流燃烧模式，利用旋流燃烧的流动及热稳定性获得稳定的火焰；采用空气分级燃烧引入过量的空气降低氮氧化物等有害气体的排放；通过控制自身流场结构，利用低压区实现烟气自循环，进一步降低氮氧化物等有害气体的排放。

Description

一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器
技术领域
本发明涉及一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，属于燃烧领域。
背景技术
随着经济的快速发展，能源需求不断增加。从化石燃料燃烧中获取维持社会发展的能量依然是世界各国最主要的能源方式，在清洁环保、安全可靠且可广泛使用的新能源出现之前，其消费量将在很长一段时期内保持稳定增长。而此类化石燃料燃烧产生的氮氧化物、温室气体及碳烟等导致了严峻的环境污染问题，并严重影响正常的社会生产和日常生活，威胁人体健康。因此，化石燃料的清洁燃烧与高效利用是目前降低污染物排放主要途径之一。现有低氮燃烧技术主要围绕如何降低燃烧温度、减少滞留时间以降低热力型NOX生成展开，同时考虑通过控制火焰面结构以减少快速型NOX生成，以及补充还原性气体将NOX转换为N2等。现有的分级旋流燃烧技术在一定程度上能有效降低NOx排放，但随着环保要求的提高，排放要求的苛刻，已不能满足需求。此外，分级燃烧中以贫燃及富燃为主，燃烧效率较低，燃烧不完全。采用多种低NOX排放耦合的新型燃烧技术有望拓宽操作极限，且在确保燃烧效率的同时进一步降低NOX排放。因此探索一种新型的多种燃烧技术结合的高效清洁燃烧技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有分级旋流燃烧器燃烧效率低、燃烧不充分，以及NOX及碳烟排放量高等问题，提供一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，该燃烧器无需独立的烟气收集及循环系统。采用旋流燃烧模式，利用旋流燃烧的流动及热稳定性获得稳定的火焰；采用空气分级燃烧引入过量的空气降低氮氧化物等有害气体的排放；通过控制自身流场结构，利用低压区实现烟气自循环，进一步降低氮氧化物等有害气体的排放。
本发明的目的通过下述技术方案实现。
一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，包括：底板、一级旋流装置、一级燃烧室、二级旋流装置和二级燃烧室。
底板为内部开设有通道的饼状结构；一级旋流装置为中空饼状结构，靠近中空部分处开设有通道，沿圆周侧壁向内部中空部分开设进气道；一级燃烧室为侧端带有凸台的中空圆柱体，圆柱体筒壁上开设有通道；所述通道的进气口开设在筒壁上；二级旋流装置结构与一级旋流装置结构相同；二级燃烧室结构与一级燃烧室结构相同；底板、一级旋流装置与一级燃烧室依次固定连接，需保证所有通道连通，即气体依次经过一级燃烧室通道、一级旋流装置通道和底板通道，然后经由一级旋流装置的中空部分进入一级燃烧室腔内；二级燃烧室通过二级旋流装置固定在一级燃烧室外部；
所述进气道的延长线不经过一级旋流装置的中心点；
本发明公开的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器的工作方法为：通过一级旋流装置的进气道通入预设质量流量的燃气及氧化剂，通过二级旋流装置进气道通入预设质量流量的空气。燃气及氧化剂进入一级旋流装置后产生一级旋流，在一级燃烧室及一级旋流装置中空部分内形成稳定的旋流火焰。一级燃烧室及自一级旋流装置中空部分的气体与从二级旋流装置通入的空气在二级燃烧室内混合燃烧，形成二次火焰。由于一级旋流作用，在一级旋流装置中空部分产生低压；由于二级旋流作用，在靠近一级燃烧室外侧壁处产生低压；燃烧后烟气沿一级燃烧室外壁面向上游流动，到达自循环通道入口处；由于一级旋流装置中空部分产生低压，气体会沿着通道进入一级燃烧室及一级旋流装置中空部分内，形成自循环流动；通过调节旋流装置的入口尺寸，可实现烟气自循环量的可控调节，有利于控制氮氧化物及其它污染物的排放。
有益效果
1、本发明公开的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，一、二级旋流中气体氧化剂的流量可根据气体燃料流量进行合理分配，如一级旋流气体与燃料形成富燃火焰，而二级燃料通入过量空气，在其出口处与一级旋流未燃燃料进一步反应，可大幅降低氮氧化物等污染性物的排放；同时采用烟气自循环方式，将燃烧后烟气再次引入燃烧室参与燃烧，进一步降低氮氧化物等污染物的排放；此外，旋流能有效促进燃料掺混，有助于降低碳烟排放，并通过回流来稳定火焰，具有高效、节能、环保等优点。
2、本发明公开的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，利用两级旋流，在燃烧器内形成稳定的分级燃烧火焰。利用旋流流场形成的负压区，在燃烧器内部设置烟气循环通道实现烟气自循环，结构简单紧凑，无需烟气收集装置、循环泵等复杂系统，有效降低装置的运行成本。
3、本发明公开的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，一、二级旋流装置入口结构尺寸参数可根据燃料属性调节，从而控制旋流强度，调节自循环压差，进而实现烟气自循环量的控制。
附图说明
图1为燃烧器整体结构示意图；
图2为燃烧器稳定工作状态及传热过程示意图。
其中，1—底板、2—一级旋流装置、3—一级燃烧室、4—二级旋流装置、5—二级燃烧室。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合图示对本发明的具体实施方式做进一步说明。
实施例1
一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，如图1所示，包括：底板1、一级旋流装置2、一级燃烧室3、二级旋流装置4和二级燃烧室5。
底板1为内部开设有通道的饼状结构；一级旋流装置2为中空饼状结构，靠近中空部分处开设有通道，沿圆周侧壁向内部中空部分开设进气道；一级燃烧室3为侧端带有凸台的中空圆柱体，圆柱体筒壁上开设有通道；所述通道的进气口开设在筒壁上；二级旋流装置4的结构与一级旋流装置2结构相同；二级燃烧室5的结构与一级燃烧室3结构相同；底板1、一级旋流装置2与一级燃烧室3依次固定连接，需保证所有通道连通，即气体依次经过一级燃烧室3通道、一级旋流装置2通道和底板1通道，然后经由一级旋流装置2的中空部分进入一级燃烧室腔内；二级燃烧室5通过二级旋流装置4固定在一级燃烧室3外部；
所述进气道的延长线不经过一级旋流装置3的中心点；
本发明公开的一种具有内部自循环功能分级旋流燃烧器的工作方法为：使用此燃烧器前需进行管路安装，其中两级旋流装置有N个进气口，各自连接转接头以连接气体管路。通过一级旋流装置2的进气道通入预设质量流量的燃气及氧化剂，通过二级旋流装置4进气道通入预设质量流量的空气。分别形成一级、二级旋流气体。启动(点火)阶段，内侧一级旋流装置2中空气与燃料混合气体被点燃后形成稳定的旋流火焰。随后二级旋流装置4通入空气，一级燃烧未完全燃烧的燃料在一级燃烧室3出口处与二级旋流装置4通入的空气混合，一级燃烧的热量传递至出口处点燃混合气体形成稳定的二级火焰。由于二级旋流装置4的旋流作用，二级火焰及燃气沿一级燃烧室3外侧回流。由于一级旋流装置2的旋流作用在一级燃烧室3中间形成负压区，循环通道将一级燃烧室3中间的负压区与一级燃烧室3外侧的回流区连接并形成压差，燃气回流到燃烧区参与一级燃烧。在稳定工作阶段，通过调节一级旋流装置2及二级旋流装置4通入的气体流量控制旋流数，从而控制燃烧及回流特性，进而控制烟气排放。此外，根据不同气体燃料性质，如比热、热值等，调整旋流燃烧器旋流强度，改变负压区强度，进而调整自循环强度，降低燃烧产物中有害气体的排放。
以上描述对于本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施过程，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，其特征在于：包括：底板、一级旋流装置、一级燃烧室、二级旋流装置和二级燃烧室；
底板为内部开设有通道的饼状结构；一级旋流装置为中空饼状结构，靠近中空部分处开设有通道，沿圆周侧壁向内部中空部分开设进气道；一级燃烧室为侧端带有凸台的中空圆柱体，圆柱体筒壁上开设有通道；所述通道的进气口开设在筒壁上；二级旋流装置结构与一级旋流装置结构相同；二级燃烧室结构与一级燃烧室结构相同；底板、一级旋流装置与一级燃烧室依次固定连接，需保证所有通道连通，即气体依次经过一级燃烧室通道、一级旋流装置通道和底板通道，然后经由一级旋流装置的中空部分进入一级燃烧室腔内；二级燃烧室通过二级旋流装置固定在一级燃烧室外部。
2.如权利要求1所述的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，其特征在于：所述进气道的延长线不经过一级旋流装置的中心点。
3.如权利要求1或2任意一项所述的一种具有内部自循环功能的分级旋流燃烧器，其特征在于：燃烧器的工作方法为：通过一级旋流装置的进气道通入预设质量流量的燃气及氧化剂，通过二级旋流装置进气道通入预设质量流量的空气；燃气及氧化剂进入一级旋流装置后产生一级旋流，在一级燃烧室及一级旋流装置中空部分内形成稳定的旋流火焰；一级燃烧室及自一级旋流装置中空部分的气体与从二级旋流装置通入的空气在二级燃烧室内混合燃烧，形成二次火焰；由于一级旋流作用，在一级旋流装置中空部分产生低压；由于二级旋流作用，在靠近一级燃烧室外侧壁处产生低压；燃烧后烟气沿一级燃烧室外壁面向上游流动，到达自循环通道入口处；由于一级旋流装置中空部分产生低压，气体会沿着通道进入一级燃烧室及一级旋流装置中空部分内，形成自循环流动；通过调节旋流装置的入口尺寸，可实现烟气自循环量的可控调节，有利于控制氮氧化物及其它污染物的排放。
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