CN110878941A - 一种超低氮燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种超低氮燃气燃烧器，包括燃烧器壳体、火焰筒、中心燃气分配器总成、旁路点火枪组件、中心枪机构、风门调节机构总成和燃烧器控制箱，火焰筒通过旋转法兰组件安装在燃烧器壳体的前端，中心燃气分配器总成设置在旋转法兰组件的内腔的中心处，旁路点火枪组件固定安装在中心燃气分配器总成上，中心枪机构设置在中心燃气分配器总成的内腔的中心处，风门调节机构总成设置在燃烧器壳体的一侧，燃气器控制箱设置在燃烧器壳体的另一侧，第一供气通道与中心燃气分配器总成连通，第二供气通道通过中心金属软管与中心枪机构连接，第三供气通道通过旁路点火金属软管与旁路点火枪组件连接。有益效果：可以降低的炉膛温度，从而降低NOX的生成。

Description

一种超低氮燃气燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，特别涉及一种超低氮燃气燃烧器。

背景技术

随着社会快速的发展，将人类推进到了从工业文明时代向生态文明时代转折的时期。大力倡导低碳经济，建设生态文明。我国将面临着工业化和生态化的双重任务，能源需求和环境污染的矛盾问题越来越突出。新的烟气排放标准降低了烟尘浓度、CO、NO_X、SO2的排放量，如北京、河北等地地方标准，要求锅炉尾气NO_X小于30mg；如上海、江苏、浙江等地方标准，要求锅炉尾气 NO_X小于50mg。由于国家政策对排放要求的提高和各种燃气的大量应用，研发低氮的燃烧器将成为节能和环境保护迫切的需要。

燃气燃烧器中的混合头是超低氮燃烧器的关键核心部件。目前，在国内外燃烧器行业中，燃烧方式采用扩散式燃烧，为了保证燃料充分的燃烧，一般采取燃料与空气混合较好的设计思路，这种燃烧方式，火焰比较集中，火焰温度高，容易产生NO_X。随着温度的升高，热力型NO_X的生成量会以几何倍数规律增长。为了解决降低燃烧器NO_X排放量，同时又要满足国家及地方标准、又要保证燃料的充分燃烧及锅炉热效率改变不大的燃烧器是摆在全球技术人员面前迫切需要解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种通过分级分段烟气内循环燃烧结构设计的超低氮燃气燃烧器。

技术方案如下，一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，包括燃烧器壳体、火焰筒、中心燃气分配器总成、旁路点火枪组件、中心枪机构、风门调节机构总成和燃烧器控制箱，所述火焰筒通过旋转法兰组件安装在燃烧器壳体的前端，所述中心燃气分配器总成设置在所述旋转法兰组件的内腔的中心处，其前端向所述火焰筒前端延伸，所述旁路点火枪组件固定安装在所述中心燃气分配器总成上，所述中心枪机构设置在所述中心燃气分配器总成的内腔的中心处，并且贯通于所述中心燃气分配器总成，所述风门调节机构总成设置在所述燃烧器壳体的一侧，所述燃气器控制箱设置在所述燃烧器壳体的另一侧，所述超低氮燃气燃烧器还包括第一供气通道、第二供气通道和第三供气通道，所述第一供气通道与所述中心燃气分配器总成连通，所述第二供气通道通过中心金属软管与所述中心枪机构连接，所述第三供气通道通过旁路点火金属软管与所述旁路点火枪组件连接。

作为进一步的改进，所述中心燃气分配器总成包括中心气环、若干根分气管、第一燃气喷枪、第二燃气喷枪和稳焰盘，所述中心气环与所述第一供气通道连通，所述若干根分气管绕所述中心气环的外表面一周均匀设置并围成空间，所述第一燃气喷枪和第二燃气喷枪交错设置在所述分气管的前端上，所述稳焰盘设置所述空间内，在所述中心气环内贯通设置有中心枪保护筒，并且所述中心枪保护筒的前端向所述稳焰盘处延伸，所述中心枪机构设置在所述中心枪保护筒内。

作为进一步的改进，所述第一燃气喷枪包括第一喷枪管，在所述第一喷枪管的外侧面上设有第一喷射孔组，在所述第一喷枪管的内侧面上设有直角喷嘴，所述直角喷嘴的喷口向前设置。

作为进一步的改进，所述第二燃气喷枪包括第二喷枪管，在所述第一喷枪管的外侧面上设有第二喷射孔组，在所述第二喷枪管的内侧面上设有直喷嘴，所述直喷嘴的喷口向所述空间内设置。

作为进一步的改进，所述中心枪机构包括中心枪气管、三根中心枪支气管、旋流盘和中心枪点火针，所述三根中心枪支气管绕中心枪气管的前端的外表面一周均匀设置，在每根所述中心枪支气管的内侧、外侧、上、下均设有中心枪喷射孔，所述旋流盘活动套设在所述中心枪气管上，所述中心枪点火针固定安装在所述中心枪气管的前端。

作为进一步的改进，所述旋流盘由若干片扇形的旋流片交错盘旋在一个套筒上组成，在每片旋流片的中心均设有一个通孔。

作为进一步的改进，在所述中心枪气管的前端部还设有三根支撑柱，所述三根支撑柱均匀的设置在所述中心气管上。

作为以进一步的改进，还包括火焰检测器、风压开关、烟循蝶阀组件和点火变压器组件，所述火焰检测器通过火检保护罩安装固定在旋转法兰组件上，所述风压开关安装在所述燃烧器壳体上，所述烟循蝶阀组件安装在所述风门调节机构总成上，所述点火变压器组件安装在所述燃烧器壳体上。

有益效果

有益效果为：1、火焰分割：将燃烧火焰分产割成多个小火焰区域，从而增加火焰散热面积，降低中心火焰峰值的温度，减少热力型NO_X的生成；超低氮燃烧器燃气喷嘴以多角度多层次喷出燃料，在火焰形态中形成多火焰分布状态，有效地降低火焰根部温度，使整个火焰温度趋于均匀分布状态。

2、烟气内循环燃烧技术：通过运用旋流器生成一个有切向速度的气流，特定的旋转气流加强了燃料与空气的紊动混合，同时在旋流的中心回流区使大量的烟气内部回流而产生涡流。适当的涡流强度在气流中将会产生足够的径向和轴向梯度，这会导致气流反转，在火焰中心产生一个环形的再循环区域。中心再循环区域的高温气体将回到燃烧器喉部，这确保了对冷的未燃烧气体的点火，同时通过降低火焰温度和降低氧气分压减少NO_X生成。

3、分级分段燃烧：在燃烧器总供风量不变的前提下，把空气和燃料从轴向和径向分级分层送入喷嘴，使燃烧产生中心、轴流、旋流等多个区域。中心燃烧区域燃料处于缺氧状态，未完全燃烧的燃料在向外围扩散时遇到空气再次燃烧。这种分级分段燃烧可以降低火焰温度的峰值及平均值。可以降低的炉膛温度，从而降低NO_X的生成。

4、电子比例调节：通过伺服马达与风门主动轴直联方式，精准控制风门的开度，减少燃烧过程烟气中的过量氧气，从而抑制NO_X的生成。通过混合中心气路的精确设计，使空气和燃料可以最有效、最及时的混合，使燃烧过程尽可能地在理论空气量的条件上运行。这是最直接也是最有效地减少NO_X排放的方法。减少烟气中的过量氧气，可以抑制NO_X的产生，这是最直接也是最有效地减少NO_X排放的方法。

5、烟气外循环：再循环烟气抽出处烟气温度范围在120℃～180℃之间，鼓风机进口混合点的混合气体温度应＜55℃。炉膛进口的过量空气量是必需的，减少过量空气量有利于减少NO_X的生成。

附图说明

下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为图2的A部放大图；

图4为本发明的中心燃气分配器总成结构示意图；

图5为本发明的旁路点火枪组件结构示意图；

图6为本发明的中心枪机构结构示意图；

图7为本发明的风门调节机构总成结构示意图。

图中标号：

1、燃烧器壳体 2、火焰筒 3、中心燃气分配器总成

301、中心气环 302、分气管 303、第一燃气喷枪

3031、第一喷枪管 3032、直角喷嘴 304、第二燃气喷枪

3041、第二喷枪管 3042、第二喷射孔组 3043、直喷嘴

305、稳焰盘 306、中心枪保护筒 4、旁路点火枪组件

401、双排点火针 402、点火针压板 403、点火管

404、离子棒 5、中心枪机构 501、中心枪气管

502、中心枪支气管 503、旋流盘 5031、旋流片

5032、套筒 504、中心枪点火针 505、支撑柱

6、风门调节机构总成 601、伺服调节马达 602、伺服马达支架

603、联轴器 604、风门框组件 605、空气调节杆组件

606、连接块 607、风门轴 608、风门板

7、燃气器控制箱 8、旋转法兰组件 9、第一供气通道

10、燃气蝶阀组件 11、中心金属软管 12、旁路点火金属软管

13、火焰检测器 14、风压开关 15、烟循蝶阀组件

16、点火变压器组件

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1-3所示，一种超低氮燃气燃烧器，包括燃烧器壳体1、火焰筒2、中心燃气分配器总成3、旁路点火枪组件4、中心枪机构5、风门调节机构总成6 和燃烧器控制箱7，火焰筒2通过旋转法兰组件8安装在燃烧器壳体1的前端中心燃气分配器总成3设置在旋转法兰组件8的内腔的中心处，其前端向火焰筒2 前端延伸，旁路点火枪组件4固定安装在中心燃气分配器总成3上，中心枪机构5设置在中心燃气分配器总成6的内腔的中心处，并且贯通于中心燃气分配器总成6，风门调节机构总成6设置在燃烧器壳体1的一侧，燃气器控制箱7设置在燃烧器壳体1的另一侧，超低氮燃气燃烧器还包括第一供气通道9、第二供气通道和第三供气通道，第一供气通道9与中心燃气分配器总成3连通，单独供气给中心燃气分配器总成，在第一供气通道9上设有燃气蝶阀组件10，可以控制燃气的进入与阻断，第二供气通道通过中心金属软管11与中心枪机构5连接，单独供给中心枪机构5燃气，第三供气通道通过旁路点火金属软管12与旁路点火枪组件4连接，单独供给旁路点火枪4燃气。超低氮燃气燃烧器还包括火焰检测器13、风压开关14、烟循蝶阀组件15和点火变压器组件16，火焰检测器13通过火检保护罩安装固定在旋转法兰组件8上，通过火检保护罩将烟气再循所产生的冷凝水阻挡在外面，从而保证燃烧设备长期正常工作。风压开关 14安装在燃烧器壳体1上，烟循蝶阀组件15安装在风门调节机构总成6上，点火变压器组件16安装在燃烧器壳体1上。本发明燃烧器通过三个供气通过分别向中心燃气分配器总成、中心枪机构和旁路点火枪组件供气，实现分级分段燃烧，在燃烧器总供风量不变的前提下，把空气和燃料从轴向和径向分级分层送入喷嘴，使燃烧产生中心、轴流、旋流等多个区域。中心燃烧区域燃料处于缺氧状态，未完全燃烧的燃料在向外围扩散时遇到空气再次燃烧。这种分级分段燃烧可以降低火焰温度的峰值及平均值。可以降低的炉膛温度，从而降低NOX 的生成。

具体的，如图4所示，中心燃气分配器总成3包括中心气环301、若干根分气管302、第一燃气喷枪303、第二燃气喷枪304和稳焰盘305，中心气环301 与第一供气通道9连通，若干根分气管301绕中心气环的外表面一周均匀设置并围成空间，第一燃气喷枪303和第二燃气喷枪304交错设置在分气管的前端上，稳焰盘305设置空间内，在中心气环301内贯通设置有中心枪保护筒306，并且中心枪保护筒306的前端向稳焰盘305处延伸，中心枪机构6设置在中心枪保护筒306内。

第一燃气喷枪303包括第一喷枪管3031，在第一喷枪管3031的外侧面上设有第一喷射孔组(图中未示出)，在第一喷枪管3031的内侧面上设有直角喷嘴 3032，直角喷嘴3032的喷口向前设置。第二燃气喷枪304包括第二喷枪管3041，在第一喷枪管3041的外侧面上设有第二喷射孔组3042，在第二喷枪管3041的内侧面上设有直喷嘴3043，直喷嘴3043的喷口向空间内设置，通过稳焰盘305 将助燃空气旋流作用将第一燃气喷枪303、第二燃气喷枪304、直角喷嘴3032 以及直喷嘴3043不同角度及方向喷出来天然气充分预混分层，在旁路点火引燃，形成主火焰。

如图5所示，旁路点火枪组件4是通固定支架Ⅰ405、固定支架Ⅱ406用螺钉固定在中心燃气分配器总成3上，旁路点火枪组件4包括双排点火针401、点火针压板402、点火管403和离子棒404，双排点火针401通过点火针压板402 固定在点火管的前端，离子棒404连接在所述双排点火针401的前端，其作用是引燃主火；离子棒包括点火针和陶瓷棒，点火针安装在陶瓷棒的内部，保证点火针在工作时，高压电与外部处于断开状态，点火针一端通过高压隐插头、通过高压导线连接，另一端穿过固定燃烧器壳体上的电缆锁头，延伸至固定在点火变压器组件15上。

如图6所示，中心枪机构5包括中心枪气管501、三根中心枪支气管502、旋流盘503和中心枪点火针504，三根中心枪支气管绕中心枪气管的前端的外表面一周均匀设置，在每根中心枪支气管502的内侧、外侧、上、下均设有中心枪喷射孔5021，旋流盘503活动套设在中心枪气管501上，可根据需要前后调节旋流盘503的位置，中心枪点火针504固定安装在中心枪气管501的前端，中心枪机构的作用从中心管进入助燃空气通过旋流盘503以及中心枪支气管502 上的中心枪喷射孔5021喷射出来的天然气充分预混后，从旁路点火处引着，在中心区域形成中心火焰。旋流盘503由若干片扇形的旋流片5031交错盘旋在一个套筒5032上组成，在每片旋流片5031的中心均设有一个通孔。在中心枪气管501的前端部还设有三根支撑柱505，三根支撑柱均匀的设置在中心气管501 上，以保证中心枪机构在安装时是位于中心燃气分配器总成3内的中心位置。上述结构将燃烧火焰分产割成多个小火焰区域，从而增加火焰散热面积，降低中心火焰峰值的温度，减少热力型NO_X的生成；超低氮燃烧器燃气喷嘴以多角度多层次喷出燃料，在火焰形态中形成多火焰分布状态，有效地降低火焰根部温度，使整个火焰温度趋于均匀分布状态。通过运用旋流盘生成一个有切向速度的气流，特定的旋转气流加强了燃料与空气的紊动混合，同时在旋流的中心回流区使大量的烟气内部回流而产生涡流。适当的涡流强度在气流中将会产生足够的径向和轴向梯度，这会导致气流反转，在火焰中心产生一个环形的再循环区域。中心再循环区域的高温气体将回到燃烧器喉部，这确保了对冷的未燃烧气体的点火，同时通过降低火焰温度和降低氧气分压减少NO_X生成。

如图7所示，风门调节机构总成6包括伺服调节马达601、伺服马达支架 602、联轴器603、风门框组件604、空气调节杆组件605、连接块606、风门轴 607、风门板608，在安装时，先将菱形轴承固定在风门框组件604上，风门轴 607穿过菱形轴承，调整好风门轴607位置后，并将菱形轴承上的螺丝拧紧，然后，将风门板608固定在风门轴607上，伺服调节马达601通联轴器603与风门轴607连接固定在风门框组件604上；空气调节杆组件605通过连接块606 和连接螺钉将两个风门轴607连接起来，通过微调整空气调节杆的长度来控制好风门板处于水平位置，同时又要保证风门旋转自如，无卡死现象。通过伺服马达与风门主动轴直联方式，精准控制风门的开度，减少燃烧过程烟气中的过量氧气，从而抑制NO_X的生成。通过混合中心气路的精确设计，使空气和燃料可以最有效、最及时的混合，使燃烧过程尽可能地在理论空气量的条件上运行。这是最直接也是最有效地减少NO_X排放的方法。减少烟气中的过量氧气，可以抑制NO_X的产生，这是最直接也是最有效地减少NO_X排放的方法。

本发明超低氮燃气燃烧器运行程序：锅炉运行条件验证→燃气压力验证→燃气阀组检漏→大风门炉膛吹扫→风门运行至点火位→点火变压器工作→点火电磁阀运行→点火火焰验证(点火变压器停止)→主燃气阀打开→主火火焰验证(点火电磁阀停止)→负荷比例调节→正常停机→炉膛后吹扫。在燃烧器上部分通过流量调节阀的作用，可以将燃气由小到大连续地输送到喷嘴而实现燃烧的比例调节。流量调节阀由独立伺服马达带动，风门调节机构由独立伺服马达带动，通过LMV52西门子控制器将三个伺服马达实现空气与燃气比自动调节。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，包括燃烧器壳体、火焰筒、中心燃气分配器总成、旁路点火枪组件、中心枪机构、风门调节机构总成和燃烧器控制箱，所述火焰筒通过旋转法兰组件安装在燃烧器壳体的前端，所述中心燃气分配器总成设置在所述旋转法兰组件的内腔的中心处，其前端向所述火焰筒前端延伸，所述旁路点火枪组件固定安装在所述中心燃气分配器总成上，所述中心枪机构设置在所述中心燃气分配器总成的内腔的中心处，并且贯通于所述中心燃气分配器总成，所述风门调节机构总成设置在所述燃烧器壳体的一侧，所述燃气器控制箱设置在所述燃烧器壳体的另一侧，所述超低氮燃气燃烧器还包括第一供气通道、第二供气通道和第三供气通道，所述第一供气通道与所述中心燃气分配器总成连通，所述第二供气通道通过中心金属软管与所述中心枪机构连接，所述第三供气通道通过旁路点火金属软管与所述旁路点火枪组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述中心燃气分配器总成包括中心气环、若干根分气管、第一燃气喷枪、第二燃气喷枪和稳焰盘，所述中心气环与所述第一供气通道连通，所述若干根分气管绕所述中心气环的外表面一周均匀设置并围成空间，所述第一燃气喷枪和第二燃气喷枪交错设置在所述分气管的前端上，在所述稳焰盘设置所述空间内，所述中心气环内贯通设置有中心枪保护筒，并且所述中心枪保护筒的前端向所述稳焰盘处延伸，所述中心枪机构设置在所述中心枪保护筒内。

3.根据权利要求2所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第一燃气喷枪包括第一喷枪管，在所述第一喷枪管的外侧面上设有第一喷射孔组，在所述第一喷枪管的内侧面上设有直角喷嘴，所述直角喷嘴的喷口向前设置。

4.根据权利要求2所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第二燃气喷枪包括第二喷枪管，在所述第一喷枪管的外侧面上设有第二喷射孔组，在所述第二喷枪管的内侧面上设有直喷嘴，所述直喷嘴的喷口向所述空间内设置。

5.根据权利要求1或2所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述中心枪机构包括中心枪气管、三根中心枪支气管、旋流盘和中心枪点火针，所述三根中心枪支气管绕中心枪气管的前端的外表面一周均匀设置，在每根所述中心枪支气管的内侧、外侧、上、下均设有中心枪喷射孔，所述旋流盘活动套设在所述中心枪气管上，所述中心枪点火针固定安装在所述中心枪气管的前端。

6.根据权利要求5所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述旋流盘由若干片扇形的旋流片交错盘旋在一个套筒上组成，在每片旋流片的中心均设有一个通孔。

7.根据权利要求5所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，在所述中心枪气管的前端部还设有三根支撑柱，所述三根支撑柱均匀的设置在所述中心气管上。

8.根据权利要求1所述的一种超低氮燃气燃烧器，其特征在于，还包括火焰检测器、风压开关、烟循蝶阀组件和点火变压器组件，所述火焰检测器通过火检保护罩安装固定在旋转法兰组件上，所述风压开关安装在所述燃烧器壳体上，所述烟循蝶阀组件安装在所述风门调节机构总成上，所述点火变压器组件安装在所述燃烧器壳体上。

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