CN110701610A - 一种低热值燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧设备领域，公开了一种低热值燃气燃烧器。本发明采用内助燃空气管道和外助燃空气管道分别提供助燃空气的方式，通过内助燃空气管道提供的助燃空气与燃气提前混合，提供燃气着火前期所需的氧气，通过外助燃空气管道提供燃气燃尽所需的氧气，实现助燃空气的分级补入。将内助燃空气管道的下游端面设于外助燃空气管道的下游端面的上游，使外助燃空气管道提供的助燃空气延迟与燃气混合，一方面减少了燃气前期着火所需的着火热，有利于低热值燃气的稳定着火；另一方面使燃气燃烧初期处于缺氧环境，形成并有利于保持还原性气氛，避免产生高温区，有利于降低NOx的生成量。

Description

一种低热值燃气燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧设备领域，尤其涉及一种低热值燃气燃烧器。

背景技术

低热值燃气中的惰性气体含量高、发热量低，具有着火困难、燃烧稳定性差的缺陷，同时不合理的燃烧组织会形成局部高温且使过量助燃空气在高温区停留时间长时，使生成氮氧化物(NOx)含量超标。钢铁企业冶炼过程中产生大量副产低热值燃气，在全球能源紧缺、环境污染日益严峻的形势下，如何实现低热值燃气的有效利用是至关重要的一个问题。燃气锅炉燃烧在一定程度上促进了低热值煤气的合理有效利用，然而燃气锅炉燃烧的稳定性是限制转化利用的关键。

目前燃气锅炉中的双旋流燃气燃烧器在工业的应用较为广泛，双旋流燃气燃烧器采用燃气和助燃空气混合燃烧的双旋流结构，通过轴向或切向导向叶片实现强化燃烧和稳定火焰的目的。

但现有的双旋流燃气燃烧器采用一次性通入助燃空气，增加了燃气燃烧初期所需的着火热，影响燃气的着火，而且使燃气燃烧过程中始终处于富氧环境下，造成燃烧形成的烟气中氮氧化物(NOx)的浓度过高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低热值燃气燃烧器，能够解决现有的一次性通入助燃空气会影响燃气的着火性能以及使燃气燃烧过程中始终处于富氧环境下造成燃烧形成的烟气中氮氧化物的浓度过高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种低热值燃气燃烧器，包括由内到外依次同轴套设的点火管道、燃气管道和助燃空气管道；所述助燃空气管道包括套设于所述燃气管道外的内助燃空气管道，及套设于所述内助燃空气管道外的外助燃空气管道，所述点火管道的下游端面、所述燃气管道的下游端面、所述内助燃空气管道的下游端面和所述外助燃空气管道的下游端面沿燃气流动方向依次间隔设置；

所述内助燃空气管道位于空气流动方向下游的一端设有向内凸设的预混导流板，所述预混导流板位于所述燃气管道的下游，沿空气流动方向所述预混导流板的内壁到所述内助燃空气管道中心轴线的距离逐渐减小。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述预混导流板到所述内助燃空气管道中心轴线的最小距离小于所述燃气管道的内壁到所述燃气管道中心轴线的距离。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述预混导流板背离所述内助燃空气管道的一端设有扩展板，沿空气流动方向所述扩展板的内壁到所述内助燃空气管道中心轴线的距离逐渐增大。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述扩展板的内壁到所述内助燃空气管道中心轴线的最小距离大于所述预混导流板的内壁到所述内助燃空气管道中心轴线的最小距离。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述外助燃空气管道位于燃气流动方向下游的一端设有导流扩板，沿空气流动方向所述导流扩板到所述外助燃空气管道中心轴线的距离逐渐增大。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述扩展板位于所述导流扩板形成的烟气回流区内。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述内助燃空气管道或所述外助燃空气管道内设有风量调节单元。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述燃气管道位于燃气流动方向下游的一端设有套设于所述点火管道外的燃气旋流叶片。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述内助燃空气管道位于空气流动方向下游的一端设有套设于所述燃气管道外的助燃空气旋流叶片。

作为上述低热值燃气燃烧器的一种优选技术方案，所述助燃空气旋流叶片和所述燃气旋流叶片的旋向相同或相反。

本发明的有益效果：本发明采用内助燃空气管道和外助燃空气管道分别提供助燃空气的方式，取代现有技术中仅通过助燃空气管道一次性通入助燃空气的方式，通过内助燃空气管道提供的助燃空气与燃气提前混合，提供燃气着火前期所需的氧气，通过外助燃空气管道提供燃气燃尽所需的氧气，实现助燃空气的分级补入。

将内助燃空气管道的下游端面设于外助燃空气管道的下游端面的上游，使外助燃空气管道提供的助燃空气延迟与燃气混合，一方面减少了燃气前期着火所需的着火热，有利于低热值燃气的稳定着火；另一方面使燃气燃烧初期处于缺氧环境，形成并有利于保持还原性气氛，避免产生高温区，有利于降低NOx的生成量。

本实施例中预混导流板的上游端面位于燃气管道的下游端面的下游且与燃气管道的下游端面存在一定的距离，使内助燃空气管道中主燃空气被送至燃气管道的下游出口处形成的燃气混合区域，加强了燃气与内助燃空气管道提供的助燃空气进行混合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的低热值燃气燃烧器的剖视图。

图中：

1、点火管道；2、燃气管道；3、内助燃空气管道；4、外助燃空气管道；5、风量调节单元；6、预混导流板；7、扩展板；8、回流环；9、导流扩板；10、燃气旋流叶片；11、助燃空气旋流叶片。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

如图1所示，本实施例提供了一种低热值燃气燃烧器，包括由内到外依次套设的点火管道1、燃气管道2和助燃空气管道；助燃空气管道包括套设于燃气管道2外的内助燃空气管道3，及套设于内助燃空气管道3外的外助燃空气管道4；点火管道1的下游端面、燃气管道2的下游端面、内助燃空气管道3的下游端面和外助燃空气管道4的下游端面沿燃气流动方向依次间隔设置。本实施例中，点火管道1、燃气管道2、内助燃空气管道3和外助燃通孔管道同轴设置。

本实施例采用内助燃空气管道3和外助燃空气管道4分别提供助燃空气的方式，取代现有技术中仅通过助燃空气管道一次性通入助燃空气的方式，通过内助燃空气管道3提供的助燃空气与燃气提前混合，提供燃气着火前期所需的氧气，通过外助燃空气管道4提供燃气燃尽所需的氧气，实现助燃空气的分级补入。

而且由于内助燃空气管道3的下游端面位于外助燃空气管道4的下游端面的上游，使外助燃空气管道4提供的助燃空气延迟与燃气混合，一方面减少了燃气前期着火所需的着火热，有利于低热值燃气的稳定着火；另一方面使燃气燃烧初期处于缺氧环境，形成并有利于保持还原性气氛，避免产生高温区，有利于降低NOx的生成量。

进一步地，内助燃空气管道3位于空气流动方向下游的一端设有向内凸设的预混导流板6，预混导流板6位于燃气管道2的下游，沿空气流动方向预混导流板6的内壁到内助燃空气管道3中心轴线的距离逐渐减小。本实施例中，预混导流板6到内助燃空气管道3中心轴线的最小距离小于燃气管道2的内壁到燃气管道2中心轴线的距离。优选地，预混导流板6的内壁与内助燃空气管道3中心轴线之间的夹角为5°-30°。

采用上述设置，使预混导流板6的上游端面位于燃气管道2的下游端面的下游且与燃气管道2的下游端面存在一定的距离，使内助燃空气管道3中主燃空气被送至燃气管道2的下游出口处形成的燃气混合区域，加强了燃气与内助燃空气管道3提供的助燃空气进行混合。

进一步地，预混导流板6背离内助燃空气管道3的一端设有扩展板7，沿空气流动方向扩展板7的内壁到内助燃空气管道3中心轴线的距离逐渐增大。本实施例中，扩展板7的内壁到内助燃空气管道3中心轴线的最小距离大于预混导流板6的内壁到内助燃空气管道3中心轴线的最小距离。优选地，扩展板7的内壁与内助燃空气管道3的中心轴线之间的夹角为5°-40°。

通过上述设置在扩展板7的上游端部和预混导流板6的下游端部的相接位置形成周向设置的回流环8，利用扩展板7使外助燃空气管道4提供的助燃空气向远离外助燃空气管道4中心轴线的方向流动，利用回流环8和扩展板7结合使燃气和外助燃空气管道4提供的助燃空气延迟混合，延缓外助燃空气管道4提供的空气参与燃烧的时间点。扩展板7还能够通过对内助燃空气管道3提供的助燃空气进行导向，减少燃气前期着火热，使燃气燃烧初期处于缺氧环境，对降低NOx的生成量。在内助燃空气管道3提供的助燃空气和外助燃空气管道4提供的助燃空气之间具有流速差的前提下，结合回流环8的设置，使回流环8下游的扩展板7内侧形成的局部环形回流区，能够卷吸炉内高温烟气，强化燃气着火。

进一步地，外助燃空气管道4位于燃气流动方向下游的一端设有导流扩板9，沿空气流动方向导流扩板9到外助燃空气管道4中心轴线的距离逐渐增大。本实施例中，扩展板7位于导流扩板9形成的烟气回流区内。优选地，导流扩板9的内壁与外助燃空气管道4中心轴线之间的夹角为5°-40°。

通过导流扩板9使外助燃空气管道4的下游出口形成导流扩口，以使外助燃空气管道4提供的助燃空气进一步地向远离外助燃空气管道4中心轴线的方向流动，延缓外助燃空气管道4提供的助燃空气参与燃烧的同时，使得低热值燃气燃烧器中心形成炉内烟气回流区，以卷吸炉膛高温烟气，有助于着火、稳燃。

进一步地，内助燃空气管道3位于空气流动方向上游的一端与外助燃空气管道4连通，内助燃空气管道3和外助燃空气管道4连通的位置设有风量调节单元5。通过设置风量调节单元5使送入内助燃空气管道3内的助燃空气和送入外助燃空气管道4内的助燃空气按比例分配，根据不同燃气成分及热值的燃气品质，调节产生不同比例的提前着火所需的空气量，从而提高燃气适应性及不同品质燃气混烧程度。

本实施例中，上述风量调节单元5设于内助燃空气管道3中，当然，其他实施例中也可以将风量调节单元5设于外助燃空气管道4中。上述风量调节单元5可以是现有技术中的风门等能够调节开度的结构，在此不再具体限定。

进一步地，燃气管道2位于燃气流动方向下游的一端设有套设于点火管道1外的燃气旋流叶片10。内助燃空气管道3位于空气流动方向下游的一端设有套设于燃气管道2外的助燃空气旋流叶片11。本实施例中，助燃空气旋流叶片11和燃气旋流叶片10的旋向相同或相反，优选地，助燃空气旋流叶片11和燃气旋流叶片10旋转角度为5°-50°。

采用上述设置使助燃空气、燃气形成旋转射流，有利于在燃气管道2下游端向锅炉的炉膛的延伸方向上形成中心回流区，加强卷吸炉膛内高温烟气，进一步稳定低热值燃气的燃烧。

本实施例中，内助燃空气管道3提供的助燃空气量和外助燃空气管道4提供的助燃空气量的比值、预混导流板6与内助燃空气管道3中心轴线之间的夹角、扩展板7与内助燃空气管道3中心轴线之间的夹角、导流扩板9与外助燃空气管道4中心轴线之间的夹角、助燃空气旋流叶片11和燃气旋流叶片10的旋转角度和数量等，均是根据燃气的品质以形成适宜的混合过程及回流区形态为原则进行计算与数值模拟得到的。

本实施例提供的低热值燃气燃烧器的工作过程如下：通过燃气旋流叶片10、内助燃空气旋流叶片11以及预混导流板6形成第一预混区，来自低热值燃气供应管道内的低热值燃气或多种不同品质类型的燃气管道2混合后的低热值混合燃气通入燃气管道2内，经过燃气旋流叶片10形成旋转射流。

来自助燃空气风箱并经风量调节单元5分配后的助燃空气进入内助燃空气管道3内，并经过内助燃空气管道3中的阻燃空气旋流叶片11形成旋转射流，以提供燃气提前着火所需的空气。

燃气和内助燃空气管道3提供的助燃空气在第一预混区内强烈混合，由于预混导流板6沿流动方向具有一定坡度，流体流动截面面积缩小，强化了燃气和助燃空气的混合。

通过回流环8和扩展板7，结合内助燃空气管道3提供的助燃空气、外助燃空气管道4提供的助燃空气之间的流速差，形成局部环形回流区，一方面卷吸炉内高温烟气强化燃气着火，另一方面使燃气与外助燃空气管道4提供的助燃空气延迟混合。

燃气燃尽所需的助燃空气通过风量调节单元5分配后进入外助燃空气管道4内，由于导流扩板9的导向作用，外助燃空气管道4提供的助燃空气扩展流动，进一步使外助燃空气管道4提供的助燃空气延迟与燃气混合。

旋转的燃气与内助燃空气管道3提供的旋转的助燃空气形成的混合气体和扩展流动的外助燃空气管道4提供的助燃空气，使该低热值燃气燃烧器的出口中心区域形成低压区域，以形成炉内高温烟气回流区，使炉膛内的高温烟气回流，有助于燃气着火、稳燃。

本实施例提供的低热值燃烧器具有结构简单、安装方便的优点，能够广泛应用于冶金、化工及能源等行业。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种低热值燃气燃烧器，包括由内到外依次同轴套设的点火管道(1)、燃气管道(2)和助燃空气管道；其特征在于，所述助燃空气管道包括套设于所述燃气管道(2)外的内助燃空气管道(3)，及套设于所述内助燃空气管道(3)外的外助燃空气管道(4)，所述点火管道(1)的下游端面、所述燃气管道(2)的下游端面、所述内助燃空气管道(3)的下游端面和所述外助燃空气管道(4)的下游端面沿燃气流动方向依次间隔设置；

所述内助燃空气管道(3)位于空气流动方向下游的一端设有向内凸设的预混导流板(6)，所述预混导流板(6)位于所述燃气管道(2)的下游，沿空气流动方向所述预混导流板(6)的内壁到所述内助燃空气管道(3)中心轴线的距离逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述预混导流板(6)到所述内助燃空气管道(3)中心轴线的最小距离小于所述燃气管道(2)的内壁到所述燃气管道(2)中心轴线的距离。

3.根据权利要求1所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述预混导流板(6)背离所述内助燃空气管道(3)的一端设有扩展板(7)，沿空气流动方向所述扩展板(7)的内壁到所述内助燃空气管道(3)中心轴线的距离逐渐增大。

4.根据权利要求3所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述扩展板(7)的内壁到所述内助燃空气管道(3)中心轴线的最小距离大于所述预混导流板(6)的内壁到所述内助燃空气管道(3)中心轴线的最小距离。

5.根据权利要求3所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述外助燃空气管道(4)位于燃气流动方向下游的一端设有导流扩板(9)，沿空气流动方向所述导流扩板(9)到所述外助燃空气管道(4)中心轴线的距离逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述扩展板(7)位于所述导流扩板(9)形成的烟气回流区内。

7.根据权利要求1至6任一项所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述内助燃空气管道(3)或所述外助燃空气管道(4)内设有风量调节单元(5)。

8.根据权利要求1至6任一项所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气管道(2)位于燃气流动方向下游的一端设有套设于所述点火管道(1)外的燃气旋流叶片(10)。

9.根据权利要求8所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述内助燃空气管道(3)位于空气流动方向下游的一端设有套设于所述燃气管道(2)外的助燃空气旋流叶片(11)。

10.根据权利要求9所述的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述助燃空气旋流叶片(11)和所述燃气旋流叶片(10)的旋向相同或相反。

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