CN110056864A - 一种气体燃料低氮燃烧器 - Google Patents

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王春华
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
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    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles

Abstract

一种气体燃料低氮燃烧器，尤其适用于热值低的气体燃料的燃烧器，包括预热管、气枪、风道、喷嘴组件。所述预热管为圆柱体，设置在燃烧器主体的中间，与燃烧器中心线同轴设置。所述气枪环绕设置在预热管的外侧，包括燃气管、燃气喷嘴组件。风道包括一次风道和二次风道。一次风道套设于气枪的外侧面。一次风道内设置旋流器。旋流器末端与扩口式稳焰器相连；扩口稳焰器与燃烧室连接，且嵌套于燃烧室炉墙内；扩口式稳焰器周围设置有多个二次风入口。本发明可促进燃料与空气的混合，强化燃料的燃烧，再接合空气风级和烟气循环等技术，降低氮氧化物的生成和排放。

Description

一种气体燃料低氮燃烧器
技术领域
本发明涉及一种气体燃料低氮燃烧器，尤其涉及燃用低热值气体燃料的锅炉用燃烧器领域。
背景技术
燃料燃烧一方面为人类的生产、生活做出了巨大贡献，促进了人类的进步，但同时也给人类带来了灾难。燃烧排放物污染了环境，伤害了人类的健康和动植物的生长。随着社会的不断发展，这种环境污染问题日渐突出。基于此，锅炉用燃料逐步由传统的以燃煤为主体逐步转换为以燃油、燃气为主。气体燃料的应用领域及数量日益增多，气体燃料的种类也逐渐增多，除了天然气之外，还有生物质气、煤制气等其他人造气体燃料。但这些人造的气体燃料大部分为低热值燃料，火焰稳定性较差，着火延迟时间长、燃烧温度低，限制了低热值燃料单独作为燃料的工业应用的发展。因此，有必要改进燃烧方式以满足工业应用要求，同时满足国家对燃烧污染物的排放要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效、环保的气体燃料低氮燃烧器，以有效解决燃料品质使用受限、燃烧不充分、氮氧化物排放不满足国家和地方的排放要求的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种气体燃料低氮燃烧器，包括预热管、气枪、风道、喷嘴组件。
所述预热管呈一圆柱状，设置于燃烧器的主体中部，与燃烧器中心线同轴。所述预热管前端封闭，后端开放，与燃烧室连接。预热管的设置能够为炉膛内发生内循环提供内循环通道，使燃烧产物回流加热燃气，获得良好的着火条件。
所述气枪为一环形的圆柱状结构，环绕在所述预热管的外侧，包括燃气管、燃气喷嘴组件。所述预热管的外侧面和燃气管的内侧面形成有环形燃气流通间隙；所述环形燃气流通间隙前端封闭，顶端连接一燃气入口，后端呈圆台状。所述圆台侧面法向位置上设有由多个均匀分布的燃气喷口组成的燃气喷嘴组件。所述燃气喷口中心线自所述燃气进气口指向所述燃气出气口方向逐渐远离所述燃烧器中心线，其中心线与此燃烧器中心线之间呈一锐角并指向扩口稳焰器内的回流区。
风道，所述风道包括一次风道和二次风道。所述一次风道套设于气枪的外侧面。所述一次风道内设置旋流器。所述旋流器末端与一扩口式稳焰器相连。所述扩口式稳焰器与燃烧室相连，且嵌套于燃烧室炉墙内；所述扩口式稳焰器周围设置有多个二次风入口。
优选地，燃烧器可与烟气回流联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口流入风道，也可由二次风入口流入燃烧室。
优选地，燃烧器可与烟气回流联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口、二次风入口分别流入风道和燃烧室。
优选地，燃气喷口中心线与燃烧器中心线呈15～40°夹角。
优选地，扩口稳焰器与燃烧器中心线呈18～40°夹角。
优选地，扩口稳焰器周围均匀分布多个二次风入口。
优选地，燃气喷口设置有20～40个。
通过上述结构设计，本发明可实现低热值气体燃料的稳定高效燃烧，最大限度抑制与降低氮氧化物的生成和排放。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明一实施例中气体燃料低氮燃烧器的结构示意图；
图2为本发明一实施例中燃气喷嘴组件的结构示意图。
附图标记说明：
预热管1、燃气入口2、燃气管3、一次风道4、旋流器5、燃气喷口6、二次风道7、扩口稳焰器8、一次风入口9、二次风入口10、旋流叶片11。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1至图2，其中，图1为本发明一实施例中气体燃料低氮燃烧器的结构示意图；图2为本发明一实施例中燃气喷嘴组件的结构示意图。
本发明公开了一种气体燃料低氮燃烧器，包括如下组件：
1、预热管
所述预热管1呈一圆柱状，设置于燃烧器的主体中部，与燃烧器中心线同轴。所述预热管1前端封闭，后端开放，与燃烧室连接。预热管1的设置能够为炉膛内发生内循环提供内循环通道，使燃烧产物回流加热燃气，获得良好的着火条件，有利于燃料的高效燃烧。
2、气枪
所述气枪为一中空环形的圆柱状结构，套设于所述预热管的外侧，包括燃气管3、燃气喷口6。所述预热管1的外侧面和燃气管3的内侧面形成有环形燃气流通间隙；所述环形燃气流通间隙前端封闭，顶端连接一燃气入口2，后端呈圆台状。所述圆台侧面法向位置上设置燃气喷嘴。所述燃气入口2靠近气枪封闭端，外接供气系统。所述燃气喷嘴上设有数个均匀分布的燃气喷口6，所述燃气喷口6中心线自所述喷口进气口指向喷口出气口方向逐渐远离所述燃烧器的中心线，其中心线与此燃烧器中心线之间呈一定锐角并指向扩口稳焰装置内的回流区。
所述燃气喷口的个数为20～40个，燃气喷口中心线与燃烧器中心线呈15～40°夹角。
3、风道
所述风道包括一次风道4和二次风道7。所述一次风道4套设于气枪外侧面，所述气枪的外侧面与所述一次风道的内侧面之间形成有空气流通间隙；所述一次风道4的前端封闭端，底端连接一次风入口9，后端连接旋流器5；所述旋流器5由多个轴向叶片11组成，使空气呈旋流形式流入前述扩口稳焰器8中进行扩散并产生回流区。所述旋流器5前端连接一次风道，后端连接扩口稳焰器8；所述扩口式稳焰器8与燃烧室连接，且嵌套于燃烧室炉墙内；所述扩口式稳焰器8周围设置有数个二次风入口16。
所述燃烧器可与烟气回流联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口9流入风道，也可由二次风入口10流入燃烧室。
所述燃烧器可与烟气回流联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口9、二次风入口10分别流入风道和燃烧室。
所述扩口稳焰器8与燃烧器中心线呈18～40°夹角。
所述扩口稳焰器8的周围均匀分布多个二次风入口。
本发明中，气体燃料低氮燃烧器空气流程如下：外界空气(或空气与锅炉尾部抽取的部分低温循环烟气形成的混合气)经由鼓风机增压后分成两部分，大部分由一次风入口9进入风道4，经过旋流器5形成旋转气流喷入燃烧室，剩余小部分由二次风入口10进入燃烧室。
本发明中，气体燃料低氮燃烧器燃气流程如下：燃气经供气系统由燃气入口2进入燃气管3后经由一定倾斜角度的多个均匀分布的燃气喷口6后被喷射入炉膛中，然后与旋流器5输出的一次风进行扩散混合燃烧。二次风由扩口式稳焰器上的二次风入口10进入，补充燃气继续燃烧所需的空气。
该结构下具有如下优点：
预热管1的设置，能够抽引高温烟气进行回流加热气体燃料，使燃气快速稳定着火，尤其能够帮助低热值气体燃料的着火和燃烧的顺利进行，提高燃烧温度。
风管的布置进行了一次风和二次风分级送风，一次风经过旋流通道后呈旋转流，与扩口式稳焰器8相结合，在喷嘴出口处形成高温气流的回流区，改善点火性能，实现稳定着火燃烧。二次风管的布置强化了燃气与油雾的后期燃烧，依据火焰长度的大小，可改变二次风管的倾斜角度。
燃烧器可与烟气回流联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口、二次风入口分别流入风道和燃烧室，也可由一次风入口流入风道，也可由二次风入口流入燃烧室，烟气循环率可达30～40％。
在喷嘴组件中，喷嘴主体上均匀设置多个燃气喷口，燃气喷出方向朝向风道中心，这样燃气向各方向喷出速度均匀，一次旋流风卷吸，使燃气与空气快速混合均匀，形成贫燃料、富空气的燃烧气氛，可有效抑制燃料燃烧NOx的生成。由一次风和燃料形成的火焰在扩口式稳焰器导流作用下，由燃烧器中心向周边扩散，并掺混由涡旋卷吸来的高温烟气。这样形成了富燃料、低氧浓度燃烧气氛，遇到二次风时，剩余燃料在低氧浓度气氛下进行再次燃烧，有效抑制了NOx的生成。
本发明技术效果如下：本发明通过多个与燃烧器中心线呈一定夹角的燃气喷口6的设置，燃料喷口端扩口稳焰器8的设置，风道内旋流通道5的布置等结构的设计，可促进燃料与空气的混合，从而提高燃料的着火稳定性和燃烧效率，再接合空气风级和烟气循环等技术，实现了低温燃烧、稳定燃烧的目的，最大限度抑制与降低氮氧化物的生成和排放。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括预热管、气枪、风道、喷嘴组件；所述预热管(1)呈一圆柱状，设置于燃烧器的主体中部，与燃烧器中心线同轴设置；所述气枪环绕设置在油枪的外侧，包括燃气管(3)、燃气喷口(6)，所述风道包括一次风道(4)和二次风道(7)；所述一次风道(4)套设于气枪的外侧面，所述一次风道(4)内设置旋流器(5)，所述旋流器(5)末端与一扩口式稳焰器8相连；所述扩口式稳焰器(8)与燃烧室相连，且嵌套于燃烧室炉墙内；所述扩口式稳焰器8周围设置有多个二次风入口(10)。
2.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，所述预热管(1)呈一圆柱状，设置在燃烧器主体的中间，与燃烧器中心线同轴；所述预热管(1)前端封闭，后端开放，与燃烧室连接；预热管(1)的设置能够为炉膛内发生内循环提供内循环通道，使燃烧产物回流加热燃气，提高燃烧温度，获得良好的着火条件。
3.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，所述气枪为一环形的圆柱状结构，环绕在所述预热管(1)的外侧，包括燃气管(3)、燃气喷口(6)，所述预热管(1)的外侧面和燃气管(3)的内侧面形成有环形燃气流通间隙；所述环形燃气流通间隙前端封闭，顶端连接一燃气入口(2)，后端呈圆台状，所述圆台侧面法向位置上设有由多个均匀分布的燃气喷口(6)组成的燃气喷嘴组件，所述燃气喷口(6)中心线自所述燃气进气口指向所述燃气出气口方向逐渐远离所述燃烧器中心线，其中心线与此燃烧器中心线之间呈一锐角并指向扩口稳焰器(8)内的回流区。
4.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，燃烧器与烟气外部循环联合使用，烟气与空气混合后，可由一次风入口(9)、二次风入口(10)分别流入风道和燃烧室，也可只由一次风入口进入风道，也可由二次风入口进入燃烧室。
5.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，燃气喷口(6)中心线与燃烧器中心线呈15～40°夹角。
6.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，扩口稳焰器8与燃烧器中心线呈18～40°夹角，扩口稳焰器(8)的周围均匀分布多个二次风入口(10)。
7.根据权利要求1所述的气体燃料低氮燃烧器，其特征在于，燃气喷口(6)的个数为20～40个。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111490275A (zh) * 2020-04-10 2020-08-04 辽宁石油化工大学 一种燃料电池的重整装置
CN114111034A (zh) * 2021-11-09 2022-03-01 同济大学 一种温度可调节的低氮热风喷嘴装置

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