CN110645574A - 一种燃料管与燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料管与燃烧器。所公开的燃料管为主体管，主体管一端开口为燃料进口，另一端为封闭状，所述主体管为螺旋状，且主体管上开设有多个燃料喷孔和一个燃料出口，所述燃料出口的孔径大于燃料喷孔的孔径。所公开的燃烧器包括壳体，壳体内安装有本发明的燃料管和燃料输出管。本发明综合了预混燃烧技术和燃料分级燃烧技术，通过有效地预混方式，可保证长明灯稳定燃烧，降低燃烧的火焰温度，减少燃烧的局部高温区，达到降低NOx排放的目的。

Description

一种燃料管与燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器及燃烧装置，具体涉及一种盘管式燃料管及相关燃烧器。

背景技术

中低热值气体燃料广泛存在于煤炭生产、煤化工、石油化工、钢铁、冶金、纺织印染等行业的生产过程中，如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。随着燃烧技术的发展，对中低热值气体燃料燃烧器的研究主要集中在对燃烧器的性能改进方面，而对燃烧烟气中氮氧化物控制方面的关注度远远不够。例如，随着最新的《大气污染物排放标准》(GB13223-2011)的实施，全国多地出台政策要求燃气锅炉的NOx排放质量浓度控制到30mg/m³(标态，3.5％O2)以下。而目前常规的燃烧器已经不能满足最新的排放要求。

发明内容

针对现有技术中的存在的问题和不足，本发明提供了一种用于输送燃料的燃料管及相关燃烧器。

本发明的燃料管包括主体管，主体管一端开口为燃料进口，另一端为封闭状，其特征在于，所述主体管为螺旋状，且主体管上开设有多个燃料喷孔和一个燃料出口，所述燃料出口的孔径大于任一燃料喷孔的孔径。

优选的，本发明燃料管上燃料喷孔由主体管内到管外为渐扩形。也就是说，燃料喷孔的孔径从内到外逐渐增大。

优选的，本发明的多个燃料喷孔在主体管上呈螺旋线状分布，所述各燃料喷孔的燃料喷射方向为主体管螺旋的径向。

优选的，本发明的燃料出口靠近或位于主体管的中间位置。

本发明的燃烧器包括壳体，所述壳体一端为进料端，另一端为点火端，所述进料端设有助燃气进口；所述壳体内安装有上述的燃料管，所述燃料管的燃料进口位于壳体进料端，另一端向点火端延伸；助燃气从助燃气进口进入壳体内与燃料管上燃料喷孔喷射出的燃料混合形成预混气体；所述燃料管的燃料出口处连接有燃料输出管，所述燃料输出管延伸至点火端，且燃料输出管的延伸至点火端的端部开设有燃料输出通孔；所述燃料输出管的内径小于燃料管的内径。

优选的，本发明燃料输出管端部的侧壁上沿周向开设有多个燃料输出通孔；所述燃料输出管的开设有燃料输出通孔的端部安装有稳燃罩，所述稳燃罩为空心锥体型，锥体的顶部套装在燃料输出管上且多个燃料输出通孔位于锥体内，锥体的底部为敞口，锥体壁上设有多个通气孔；预混气体经通气孔进入稳燃罩。

更优选的，本发明的通气孔的形状为三角形，三角形的顶部位于锥体的顶部。

进一步，本发明壳体内安装有点火枪且点火枪头部位于点火端。

进一步，本发明壳体点火端设有中心安装盘，该中心安装盘包括主体盘，所述主体盘上开设有用于安装位于壳体内部件的安装孔。

进一步，本发明壳体点火端安装有旋流装置，该旋流装置包括叶盘和安装在叶盘内的多个叶片，所述多个叶片的的转动方向与螺旋的旋向相同。

本发明的有益效果：

(1)本发明燃料管采用盘管方式布置，盘管的型式可以加强助燃空气在预混室内的扰动，使燃气与助燃空气的混合更加充分；燃料管上分布燃料喷孔，使预混室内的助燃空气与燃料气充分混合，使燃烧均匀且充分；

(2)进一步，本发明燃料喷孔采用渐扩式的喷孔型式，使燃料喷射速度得到降低，增强与助燃空气的混合，在预混燃烧时有效的防止燃烧回火情况的发生，增强了预混燃烧的稳定安全性。

(3)本发明燃烧器内采用盘管式燃料管实现燃料分级，以及预混燃烧技术，降低燃烧温度，减少局部燃烧高温区，降低氮氧化物；燃料输出管或长明灯从燃料盘管上引出；

(4)本发明燃料输出管或长明灯可采用富燃燃烧方式，燃烧均匀且避开燃烧的高温区，降低NOx的排放。

(5)进一步，本发明在燃烧器出口中心处集成了内部部件(如长明灯、火检通道和点火枪)的安装孔，可增强点火的稳定性和火焰稳定性，同时可使内部结构的优化布置，减小燃烧器的沿程阻力；

(6)本发明燃烧器尾部设置旋流装置，加强出口气体的混合，降低燃烧局部高温；

(7)本发明燃烧器不采用烟气外循环结构，增强了燃烧器的输出功率，保证锅炉负荷性能能够达到要求，改造成本低。

(8)本发明综合了预混燃烧技术和燃料分级燃烧技术，通过有效地预混方式，保证长明灯稳定燃烧，降低燃烧的火焰温度，减少燃烧的局部高温区，达到降低NOx排放的目的。本发明尤其适用于锅炉中低热值尾气的燃烧。

附图说明

图1为本发明实施例中燃烧器的剖面图参考示意图；

图2本发明实施例中燃料管参考示意图；

图3为图1的A向燃料盘管结构示意图；

图4为本发明实施例中旋流装置的参考示意图；

图5为本发明实施例中中心固定盘示意图；

图6为本发明实施例中长明灯的结构参考示意图；

图7为本发明实施例中燃烧装置的参考示意图；

图8为图7的仰视图。

具体实施方式

本文所述的轴向、径向、水平、竖直按照图示部件或装置的轴向、径向、水平、竖直。

参考图1-6，本发明的燃料管主体管为螺旋状结构，螺旋管一端为燃料进口，一端为封闭结构，且燃料管壁上开设有多个燃料喷孔和燃料出口。多个燃料喷孔在主体管上的分布方式满足可以实现管内的燃料沿程喷出，更优选的是沿程的四周喷出。为方便安装，燃料进口端可设计一直管。

本发明的燃料管可安装在燃烧器预混室中作为燃料输送通道，可以实现燃料沿程均匀分布地喷入预混室内，增强预混室内助燃空气扰动，同时增加燃料与助燃空气的预混程度。

为满足后期整体燃烧器的工作要求，优选的方案是，燃料出口位于螺旋管的中间位置或靠近中间位置。

优选的方案中，燃料管上的燃料喷孔沿管内向外为渐扩式结构，采用渐扩式结构至少可以实现燃料喷射速度得到降低，加强助燃风与燃料的预混程度，并且在燃料喷孔的内侧燃料保证足够的喷射速度，有效的防止燃烧回火现象，增强燃烧器的燃烧稳定性。

为保证燃料盘管沿程在径向和轴向的燃料分布均匀，多个燃料喷孔在燃料管上呈螺旋分布，且各喷孔的燃料喷射方向沿燃料管螺旋的径向，从而多个燃料喷孔的燃料喷射方向分布在螺旋的不同径向。更优选的方案中，燃料喷孔沿燃料管螺旋的水平径向和竖直径向分布，且在燃料管两侧开孔，即沿螺旋方向的外侧螺旋中线和内侧螺旋中线，如将螺旋管拉直，即在直管的两条对应边轴线上分布；也可理解为，相对燃烧器中轴水平面A，每圈螺旋盘管上的燃料喷孔沿水平和竖直方向径向打孔，进一步优选的燃料喷孔轴向与平面A夹角为45°。

更具体的实施方案中，燃料管的长度及螺旋数量可根据工况中的额定蒸发量及燃烧器的尺寸要求设计。例如，对于额定蒸发量为2t/h的锅炉燃烧器，燃料管的建议螺距为80mm-120mm，建议圈数为3-4圈。燃料喷孔孔径选择可根据燃料管路压力确定，保证燃料管路不回火。例如：对于目前天然气燃烧器燃料管路压力为5～20KPa，当燃料压力为5KPa时，孔径最小尺寸为3.9mm，当燃料压力为20KPa时，孔径最小尺寸为2.8mm，避免由于燃料路波动发生回火。还可根据燃料流量和喷射速度综合设计燃料喷孔的数量及孔径。

进一步，一种具体的燃烧器，包括壳体和安装在壳体内的燃料管，燃料管的燃料进口位于壳体的进料端，封闭端延伸向壳体的点火端，同时壳体的进料端设有助燃气进口，助燃气(如空气)从该进口进入壳体内与燃料管中喷射出的燃料在壳体内混合形成预混气体；在燃料管的燃料出口处引出燃料输出管，燃料输出管延伸至点火端，其延伸端端部开设有燃料输出孔，且燃料输出管的内径小于燃料管或主体管的内径，该燃料输出管一方面用于输出燃料，一方面用于燃烧器运行过程的稳燃，保证燃烧器长时间稳定运行，同时该燃料输出管还可充当点火时负极的作用。具体实施方式中，燃料输出管可选用本领域的长明灯。

具体的方案中，可以通过控制各管径和孔径尺寸，来实现各工作段内燃料、助燃气的流量，例如实现，燃料输出管(长明灯)内的燃料量占总燃料量的8％-10％；燃料输出管内的燃料量是任一燃料喷孔流量的4-6倍，保证主路燃料与空气混合不受影响。

为确保稳燃，优选的方式中，燃料输出管或长明灯端部的燃料输出孔开设在端部的侧壁上，这样端部底面为封闭结构，且为了确保燃烧稳定，多个燃料输出孔沿管壁周向均匀分布。

更进一步的方案中，在设有燃料输出孔的端部安装有稳燃罩，且多个燃料输出孔位于稳燃罩内，稳燃罩上开设有助燃气通气孔，壳体内的预混气体经通气孔进入稳燃罩；优选的，稳燃罩结构整体呈空心锥体或类似空心锥体，即喇叭口形，锥体的顶部为开口，底部也为开口，顶部的开口套装在燃料输出管上，锥体壁上开设有多个预混气体通气孔。优选的，该通气孔的形状为三角形，三角形的顶部位于锥体的顶部，这样可以使得助燃风速沿径向逐渐降低，保证长明灯火焰的稳定性。更优选的方案中，锥体形稳燃罩母线与轴线的夹角，建议值在45°至60°。

更具体的实施方式，也更优选的方案中，通过综合设计或选择燃料喷口孔径和数量、燃料出口孔径、燃料出口在燃料管上的位置即长明灯(燃气输出管)在燃料管上的安装位置、燃料输出管的内径、稳燃罩尺寸及稳燃罩上通风口的个数等确保燃烧器的稳燃及燃烧效果。长明灯可直接引燃主燃料，并稳定火焰，保证锅炉安全运行。长明灯富燃运行，过量空气系数为0.9，降低NOx。

进一步，壳体内还安装有点火枪或/和火检。其中点火枪为电极点火，起到燃烧器的点火功能，点火枪头为正极，燃料输出管端部或稳流罩为负极。火检用于对燃烧器的火焰进行检测，保证燃烧的稳定性，在运行时如未检测到火焰，将切断燃烧气输送通道，保证燃烧器的安全性。火检10可选用紫外火检。

更优选的具体实施方式中，在安装有点火枪和火检时，可在燃烧器点火端出口中心处集成长明灯、火检通道和点火枪，增强点火的稳定性和长明灯的火焰稳定性，同时合理布置了燃烧器内部结构，增强了内部结构的优化布置，减小了燃烧器的沿程阻力。

为实现各部件在壳体内的安装，在壳体点火端安装有中心安装盘，中心安装盘的主体盘上开设有用于安装位于壳体内部件的安装孔，如稳燃罩安装孔、点火枪安装孔或/和火检安装孔。更具体的，各部件的相对端可通过合适结构的支撑杆或支撑架安装在壳体的进料端。

更进一步的方案中，在壳体的点火端部安装有旋流装置，并且该旋流装置的旋流方向与主体管的螺旋旋转方向相同。旋流装置安装在壳体的点火端端部，起到整流的作用，使得燃料与助燃风混合均匀，减少燃烧局部高温，降低NOx的排放。更具体的结构中，旋流装置套装在中心安装盘上，即从图1和3可以看出中心安装盘位于旋流装置的中心部位。具体的实施方式中，本发明的各部件之间可采用焊接方式连接。

以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1：

该实施例是一种具体的燃料管，如图1和2所示，燃料管7根据螺旋线加工而成，螺旋线的螺距为100mm，圈数为3个，螺距为80mm-100mm，建议圈数为3-4圈；

燃料管7上均匀布置多个燃料喷孔701，相对燃料管的中轴水平面，燃料喷孔701的喷射方向沿的水平径向和竖直径向分布，且在盘管两侧开孔，为保证燃料盘管沿程在径向和轴向的燃料分布均匀，开孔数为29个，燃料喷孔701有管内至管外为渐扩式燃料喷孔，喷孔位于管内孔径直径为2.9-3.9mm，喷孔位于管外的孔径直径为4.5-5.5mm，孔深约为4mm；燃料出口702位于燃料管的中间位置。

实施例2：

该实施例是一种具体的燃烧器，其结构如图1-6所示，由壳体9、实施例1的燃料管、盘管支架8、火检10、旋流装置11、中心安装盘12、长明灯13(燃料输出管)和点火枪14组成；

旋流装置焊接在壳体点火端端部，中心安装盘12安装在旋流装置11的中心，并且中心安装盘上预留了长明灯安装孔1201、火检安装孔1202和点火枪安装孔1203，其中长明灯安装孔位于中心位置，点火枪和火检安装孔位于其旁侧；燃料管7布置在壳体内的中轴线上，燃料进口端利用盘管支架8焊接在壳体9进料端内壁上，为确保安装稳定，支架个数可以为多个，如三个，另一端通过燃料出口连接长明灯13，长明灯另一端固定焊接在壳体9点火端的中心安装盘上，通过长明灯13的固定来保证安装位置；安装时确保中心安装盘位于装置的中轴线上，从而通过与中心安装盘12的连接保证燃料管71的位置；

点火枪14和紫外火检10也安装在壳体9内，其一端伸出壳体与相应控制部件连接，另一端焊接在中心安装盘上；点火枪头布置在距离燃烧器中心轴线14mm，稳燃罩外端面向内4mm处；

旋流装置包括叶盘和叶片，其中叶片数为10个，且叶片的旋向与燃料盘管7的旋向一致，为顺时针旋转；

长明灯13为一燃料输出管1304，燃料输出管位于点火端的端部沿周向开设有多个燃料输出孔1303，且该端部安装有喇叭口形的稳燃罩1301，该稳燃罩上开设有多个通气孔1302，燃料输出管1304与燃料管7焊接固定，另一端与中心安装盘12焊接固定；为保证长明灯助燃风的风量与风速，通气孔1302采用三角形，助燃风速沿径向逐渐降低，保证长明灯火焰的稳定性，通气孔数为8-10个，保证足够的助燃风量；燃料输出管1304内径为10mm，燃料喷孔直径为1.6mm-2mm，孔数为8个，同时，燃料输出管1304与燃料管7的对接位置位于燃料管7盘管螺旋线的中间位置，长明灯13的燃料量占总燃料量的8％-10％，保证了长明灯13的燃料供给压力，和燃烧器的稳定燃烧；

燃料管7作为燃料输送通道，燃料经燃料进口进入管内后通过其上分布的燃料喷孔将燃料均匀的输送到燃烧气的壳体内燃烧室与壳体内的助燃气混合形成预混气体，预混气体经通气孔进入稳燃罩后与长明灯内输出的燃料进一步混合在点火端通过点火枪点火燃烧点火枪头为正极，稳流罩为负极。

实施例3：

该实施例为本发明的一个应用实例，具体是一种燃烧装置，如图7和8所示，包括实施例2的燃烧器1，对接法兰2，供风系统3，程控器4，燃料进口5和底部支架6共六部分集成。

供风系统3通过法兰2与燃料器1的助燃气进口对接，为燃烧器提供助燃风量与足够的风压；程控器4固定在装置上，具体可在供风系统3后方，程控器可通过无线或有线控制整体装置工作，控制主要包括：燃气流量控制、助燃风流量控制、点火控制以及火检控制等；无线方式可以满足远程操作；燃料供应系统与燃料进口5连通，为燃烧器提供燃料量与燃料压力；底部支架6安装在装置底部，可提供支撑。

Claims (10)

1.一种燃料管，包括主体管，其特征在于，主体管一端开口为燃料进口，另一端为封闭状，所述主体管为螺旋状，且主体管上开设有多个燃料喷孔和一个燃料出口，所述燃料出口的孔径大于任一燃料喷孔的孔径。

2.如权利要求1所述的燃料管，其特征在于，所述燃料喷孔由主体管内到管外为渐扩形。

3.如权利要求1所述的燃料管，其特征在于，所述多个燃料喷孔在主体管上呈螺旋状分布，所述各燃料喷孔的燃料喷射方向为主体管螺旋的径向。

4.如权利要求1所述的燃料管，其特征在于，所述燃料出口靠近或位于主体管的中间位置。

5.一种燃烧器，包括壳体，所述壳体一端为进料端，另一端为点火端，所述进料端设有助燃气进口；所述壳体内安装有权利要求1、2、3或4所述的燃料管，所述燃料管的燃料进口位于壳体进料端，另一端向点火端延伸；助燃气从助燃气进口进入壳体内与燃料管上燃料喷孔喷射出的燃料混合形成预混气体；所述燃料管的燃料出口处连接有燃料输出管，所述燃料输出管延伸至点火端，且燃料输出管的延伸至点火端的端部开设有燃料输出通孔，所述燃料输出管的内径小于燃料管的内径。

6.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料输出管端部的侧壁上沿周向开设有多个燃料输出通孔；所述燃料输出管的开设有燃料输出通孔的端部安装有稳燃罩，所述稳燃罩为空心锥体型，锥体的顶部套装在燃料输出管上且多个燃料输出通孔位于锥体内，锥体的底部为敞口，锥体壁上设有多个通气孔，预混气体经通气孔进入稳燃罩。

7.如权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，所述通气孔的形状为三角形，三角形的顶部位于锥体的顶部。

8.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体内安装有点火枪且点火枪头部位于点火端。

9.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体点火端设有中心安装盘，该中心安装盘包括主体盘，所述主体盘上开设有用于安装位于壳体内部件的安装孔。

10.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体点火端安装有旋流装置，该旋流装置包括叶盘和安装在叶盘内的多个叶片，所述多个叶片的的转动方向与螺旋的旋向相同。

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