CN110822426A - 一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，包含上下集箱、变异结构水冷组件、由上下集箱与多组平行布置的变异结构水冷组件构建而成的多条致密的变异气流微通道、以及与上下集箱分别连接的进水口和出水口。燃气与空气混合气流经致密变异气流微通道后着火燃烧，但由于变异结构水冷组件吸热，实现气流火焰锋面在变异气流微通道出口与变异结构水冷组件表面的低温表面燃烧、显著降低气流燃烧温度、进而实现低温低NOx燃烧；同时，气流微通道的变异结构显著促进火焰气流的扰动，并与致密的变异结构水冷组件与变异气流微通道相结合，有效防止回火与脱火，进而实现低温低NOx表面燃烧同时，消除局部高温现象、保证燃烧稳定、安全与高效。

Description

一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置
技术领域
本发明涉及燃气炉及工业低热值气燃烧利用技术领域，特别涉及一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置。
背景技术
作为能源生产与消耗大国，我国为了保护生态环境已将绿色低碳发展列为核心发展战略之一。因此减少能源燃烧时产生的颗粒物、硫氧化物与氮氧化物等污染物已经成为当前研究的重点。我国也出台一系列的政策对燃气锅炉NOx排放值进行管控，GB13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》规定我国在用工业燃气锅炉NOx排放限值为400mg/m3，新建燃气锅炉NOx排放限值为200mg/m3，重点地域燃气锅炉NOx排放限值为150mg/m3。
较煤炭等固体燃料而言，天然气作为一种清洁能源，可有效减少颗粒物、硫氧化物与氮氧化物排放。但现阶段，虽然分级燃烧、贫燃预混燃烧、烟气再循环、催化燃烧、无焰燃烧等低NOx燃烧技术与机理得到广泛研究，但燃气燃烧器NOx原始排放仍较高，且与国外技术存在一定差距。另外，各种工业低热值燃气排放巨大，低NOx燃气装置亟待开发。
燃料燃烧NOx生成根据其来源分为热力型、快速型、与燃料性。而燃气燃烧过程中，热力型NOx是其NOx主导来源，快速型与燃料性可以忽略。热力型NOx是空气中的氮气在高温环境下与氧气反应生成的。其中温度对热力型NOx的生成影响较大，热力型NOx随燃烧温度升高其生成量急剧增加，且高温区停留时间越长、NOx生成越显著。实验表明，当温度小于1500K时热力型NOx生成基本可以忽略不计，但随后温度每升高100K热力型NOx的生成速度就增加6-7倍。而且在实际的燃烧过程中，即使燃烧室平均燃烧温度低于1500K，但由于气温分布不均匀，出现局部高温也会导致大量的热力型NOx生成。
降低平均燃烧温度，避免局部高温是降低热力型NOx生成的主要措施。现阶段，金属丝网表面燃烧技术虽一定程度上降低了燃气火焰温度并降低NOx生成，但工业应用表明NOx排放仍不甚理想。因此，本发明在实现表面燃烧同时，借助水冷接触降温，在保证稳定、安全、高效燃烧同时进一步显著降低NOx生成，并消除局部高温的出现。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，该装置可显著降低气流燃烧温度、进而实现低温低NOx表面燃烧的同时，能够有效防止回火与脱火，保证燃烧的稳定、安全与高效。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，分别包括上集箱2和下集箱5，所述的上集箱2和下集箱5之间设置有多组变异结构水冷组件3，每相邻两个变异结构水冷组件3之间构成一个变异气流微通道4，所有变异气流微通道4相互配合、在变异结构水冷组件3形成表面燃烧湍动火焰锋面，所述的上集箱2设置进水口1，下集箱5设置出水口6。
所述的变异结构水冷组件3相互之间致密而平行排立。
所述的变异结构水冷组件3为交替“凹凸”型结构，对应的变异气流微通道4为交替“凸凹”型结构。
所述的变异结构水冷组件3面向火焰锋面侧内壁为横向波纹结构7。
本发明的有益效果：
本发明通过设置多组致密而平行排立的变异结构水冷组件，形成致密相间平行排立的变异气流微通道，一方面促进预混燃气流经变异气流微通道后在其出口形成高湍动度火焰锋面，促进燃气着火与高效燃烧，并防止其脱火与回火、消除局部高温现象；一方面与火焰直接接触降低火焰锋面温度，实现表面低温燃烧、有效抑制热力型NOx生成。同时，变异结构水冷组件内部为横向波纹结构，有效防止表面燃烧时变异结构水冷组件内部传热恶化，保证较高的传热效率。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明变异结构水冷组件3A-A截面示意图。
其中：1、进水口；2、上集箱；3、变异结构水冷组件；4、变异气流微通道；5、下集箱；6、出水口；7、变异结构水冷组件内部波纹状结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明装置具体连接方式为：多组致密平行排立的变异结构水冷组件3并联于上集箱2与下集箱5，相邻两个变异结构水冷组件3之间构成变异气流微通道4，上集箱2设置进水口1，下集箱5设置出水口6。燃气与空气混合气流经致密平行排立的变异气流微通道4后，在其出口与变异结构水冷组件3表面形成高度湍动的低温表面燃烧火焰锋面。变异结构水冷组件3为交替“凹凸”型结构，对应的变异气流微通道4为交替“凸凹”型结构；
所有变异气流微通道4相互配合、在变异结构水冷组件3外后方形成湍动气流场。
所述的变异结构水冷组件3为交替“凹凸”型结构，变异气流微通道4为交替“凸凹”型结构，保证混合气流在变异气流微通道4出口与变异结构水冷组件3表面形成高度湍动的表面低温燃烧火焰锋面。
参见图2，为保证变异结构水冷组件3对火焰锋面的高效冷却并防止其内壁出现传热恶化与结垢，变异结构水冷组件3面向火焰锋面侧内壁为横向波纹结构7。有效防止表面燃烧时变异结构水冷组件3内部传热恶化与结垢，保证较高的传热效率并冷却火焰锋面温度。
燃气与空气混合气流经致密变异气流微通道后着火燃烧，但由于变异结构水冷组件吸热，实现气流火焰锋面在变异气流微通道出口与变异结构水冷组件表面的低温表面燃烧、显著降低气流燃烧温度、进而实现低温低NOx燃烧；同时，气流微通道的变异结构显著促进火焰气流的扰动，并与致密的变异结构水冷组件与变异气流微通道相结合，有效防止回火与脱火，进而实现低温低NOx表面燃烧同时，消除局部高温现象、保证燃烧稳定、安全与高效。
本发明工作原理为：
本发明采用多组致密平行排立的变异结构水冷组件3并联于上下两个集箱之间，形成致密平行排立的变异气流微通道4，变异结构水冷组件3为交替“凹凸”型结构，对应的变异气流微通道4为交替“凸凹”型结构；实现燃气与空气预混气流在变异气流微通道4出口和变异结构水冷组件3表面高度湍动燃烧，并防止其回火与脱火；变异结构水冷组件3两端分别与上集箱2下集箱5连接，实现冷却水的流动与对火焰锋面的冷却，保证其低温表面燃烧，消除局部高温现象、显著降低NOx生成；同时，变异结构水冷组件3面向火焰锋面侧内壁为横向波纹结构7，强化换热，防止传热恶化与结垢，保证该装置的安全运行。
本发明具体运行方式为：
燃气与空气预混气流通入前，先保证变异结构水冷组件3与上集箱2和下集箱5中水的流动与循环，然后再点火。实际运行过程中，可根据燃气量进行变异结构水冷组件3与上集箱2和下集箱5中水循环的流量与流速调节。对于高热值燃气，应适当加密变异结构水冷组件3，并强化其内部水流动与换热，保证表面燃烧火焰锋面的充分冷却；对于低热值燃气，可适当使变异气流微通道4变宽，即适当减少变异结构水冷组件3的布置，在保证低温表面燃烧同时，强化着火。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，如变换变异结构水冷组件、变异结构水冷组件内流动介质由水变为烟气或空气等、以及变异结构水冷组件内外表面形状变化等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，其特征在于，分别包括上集箱(2)和下集箱(5)，所述的上集箱(2)和下集箱(5)之间设置有多组变异结构水冷组件(3)，每相邻两个变异结构水冷组件(3)之间构成一个变异气流微通道(4)，所有变异气流微通道(4)相互配合、在变异结构水冷组件(3)形成表面燃烧湍动火焰锋面，所述的上集箱(2)设置进水口(1)，下集箱(5)设置出水口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，其特征在于，所述的变异结构水冷组件(3)相互之间致密而平行排立。
3.根据权利要求1所述的一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，其特征在于，所述的变异结构水冷组件(3)为交替“凹凸”型结构，对应的变异气流微通道(4)为交替“凸凹”型结构。
4.根据权利要求1所述的一种变异微通道冷却型表面火焰低NOx燃气装置，其特征在于，所述的变异结构水冷组件(3)面向火焰锋面侧内壁为横向波纹结构(7)。
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