CN111089290A - 新型内循环低氮燃气燃烧器装置 - Google Patents

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肖江东
李响
邢永梅
贺鼎立
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Abstract

本发明的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，包括具有空气导流罩、空气压缩筒、多个外圈枪燃气管、中心取风筒、旋流器、内圈枪、多个外圈枪、喉口的燃烧部，喉口一端通过第一连接件与空气压缩筒的外壁相连，空气导流罩呈锥筒状，开口小的一端与空气压缩筒连通，外圈枪燃气管的一端穿过空气导流罩在喉口内与外圈枪相连通，多个外圈枪沿圆周均匀设置，外圈枪的头部位于喉口的出口端，中心取风筒设置在喉口的中心，中心取风筒的轴线与喉口的轴线共线，中心取风筒的一端通过第三连接件与空气压缩筒的内壁相连，旋流器设置在中心取风筒的另一端，内圈枪设置在旋流器内，内圈枪的轴线与喉口的轴线共线，内圈枪的两端分别位于旋流器的两侧。

Description

新型内循环低氮燃气燃烧器装置
技术领域
本发明属于环保领域，具体涉及一种新型内循环低氮燃气燃烧器装置。
背景技术
市场上的超低氮燃烧器多采烟气外循环方式进行降低氮氧化物，也存在着利用烟气内循环降低氮氧化物的少部分燃烧器。采用烟气外循环燃烧器存在着空间布置局限，成本要求高，效率相对较低，烟气冷凝水过多导致电器元件易损坏从而使故障率提升。
而市场上的烟气内循环燃烧器则是对锅炉燃烧室空间要求度高，对于老旧锅炉低氮改造无法达到预定目标，且多数稳焰装置利用中心预混技术会带来安全隐患等问题，而且达不到超低氮排放全过程30毫克。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型内循环低氮燃气燃烧器装置，该新型内循环低氮燃气燃烧器装置结构方式利用烟气内部自循环技术相较于烟气外部循环技术使燃气燃烧在微正压或负压炉膛内，其结构方式可以显著提高烟气内循环率，减少助燃风量，降低鼓风机功率，更能有效避免烟气外循环带来的锅炉排烟温度温度降低、效率下降、冷凝水增多、电器元件易损坏，机器不稳定问题，进而减少使用成本。
另外，不同于市面上现有的烟气内循环的稳焰方式，本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置使用成熟的全扩散燃烧稳焰方式和燃气分层分段技术降低氮氧化物,同时通过内部烟气进行循环来达到进一步降低氮氧化物的目的。
本发明提供了一种新型内循环低氮燃气燃烧器装置，具有这样的特征，包括：燃烧部包括空气导流罩、空气压缩筒、多个外圈枪燃气管、中心取风筒、旋流器、内圈枪、多个外圈枪、喉口，喉口呈两端开口的筒状，一端通过第一连接件与空气压缩筒的外壁相连，另一端为自由端，空气导流罩呈锥筒状，开口小的一端与空气压缩筒连通且位于喉口的一端，用于将锅炉燃烧室内部烟气从喉口与空气导流罩夹角处回流到喉口内，外圈枪燃气管的一端连通气环件，另一端穿过空气导流罩在喉口内与外圈枪相连通，外圈枪具有管状的枪管，其轴线与喉口的轴线平行，多个外圈枪沿圆周均匀设置，外圈枪的头部位于喉口的出口端，外圈枪的尾部通过第二连接件与外圈枪燃气管的外壁相连，中心取风筒设置在喉口的中心，中心取风筒的轴线与喉口的轴线共线，中心取风筒的一端通过第三连接件与空气压缩筒的内壁相连，旋流器设置在中心取风筒的另一端，内圈枪设置在旋流器内，内圈枪的轴线与喉口的轴线共线，内圈枪的两端分别位于旋流器的两侧。
在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，其特征在于，还包括进气部，一端与燃烧部相连通，其中，进气部的另一端设置有鼓风装置，用于向进气部送风，进气部包括壳体、气环件、进气管，壳体呈筒状，两端开口，气环件呈筒状，设置在壳体内，气环件的轴线与壳体的轴线共线，气环件的剖面为圆环，进气管的一端与气环件连通，另一端与外部气源连通，进气管的轴线与壳体的轴线垂直。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，空气压缩筒与中心取风筒横截面积之比为10:1～2:1。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，空气压缩筒与喉口重合范围为-20～50毫米。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，外圈枪燃气管伸入外圈枪的范围为-20～200毫米。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，外圈枪燃气管与外圈枪的横截面积之比为1:1.5～1:8。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，其特征在于，还包括中心枪，中心枪的轴线与喉口的轴线共线，一端位于内圈枪内，另一端穿过气环件与外部气源连通，外圈枪的头部伸出喉口的端部，内圈枪的头部位于喉口内，中心枪的头部位于内圈枪内。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，内圈枪上沿圆周均匀设置有多个内圈喷射孔，内圈喷射孔中心与外圈枪中心的夹角为10°～90°。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，空气导流罩的倾斜角为12°～60°。
另外，在本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置中，还可以具有这样的特征：其中，旋流器包括外圈、内圈以及多个叶片，外圈的厚度大于内圈的厚度，叶片呈直角梯形，顶边的宽度与内圈的厚度相同，底边的宽度与外圈的厚度相同，叶片平面与内圈的轴线的夹角为7～70°。
发明的作用与效果
根据本发明的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，因为燃气气枪放置的前后位置不一，形成分层、分段，解决了燃气集中的问题。避免燃气集中造成局部温度过高，从而导致发生反应导致热力型氮氧化物的产生。
另外，外圈枪是充分利用燃气与风和烟气混合后再燃烧，其目的在于更好的使天然与空气混合，让烟气参与预热使燃烧更加平稳，避免混合不充分导致的燃气残留，既能让天然气充分燃烧不浪费，提高燃烧机效率，又能让燃气燃烧不激烈，进一步降低瞬发型和热力型氮氧化物。
进一步地，中心取风筒采用独立供风系统，与外部烟气不干扰。中心燃气流量相比较外部燃气流量相对较少，独立的供风系统使内外部流体互不干扰，针对锅炉炉膛结构不同的情况，独立供风的中心结构方式不变，可以使燃烧始终稳定。
进一步地，中心枪燃气相对较少，其目的就是为了防止中心温度过高导空气中的氧原子和氮原子在中心火较高温度的催化下发生反应，中心火焰的存在是为了稳住整体火焰，防止形成中心空洞导致燃烧机负荷变化时熄火停路甚至是发生危险，很好地解决了中心稳焰和中心温度过高问题。
本发明的新型内循环低氮燃气燃烧器装置结构方式利用烟气内部自循环技术相较于烟气外部循环技术使燃气燃烧在微正压或负压炉膛内，其结构方式可以显著提高烟气内循环率，减少助燃风量，降低鼓风机功率，更能有效避免烟气外循环带来的锅炉排烟温度温度降低、效率下降、冷凝水增多、电器元件易损坏，机器不稳定问题，进而减少使用成本。
另外，不同于市面上现有的烟气内循环的稳焰方式，本发明提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置使用成熟的全扩散燃烧稳焰方式和燃气分层分段技术降低氮氧化物,同时通过内部烟气进行循环来达到进一步降低氮氧化物的目的。
附图说明
图1是本发明的实施例中新型内循环低氮燃气燃烧器装置剖视示意图；
图2是本发明的实施例中新型内循环低氮燃气燃烧器装置侧视示意图；
图3是本发明的实施例中新型内循环低氮燃气燃烧器中气体工作原理图；
图4是本发明的实施例中旋流器正视示意图；
图5是本发明的实施例中的单片旋流器正视示意图；
图6是图5的俯视示意图；
图7是图5的侧视示意图；
图8是内圈枪剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的新型内循环低氮燃气燃烧器装置作具体阐述。
实施例
如图1、图2所示，新型内循环低氮燃气燃烧器装置设置在锅炉房内，用于对锅炉进行加热，包括进气部10以及燃烧部20。
如图3所示，锅炉位于图左边的燃烧区域，新型内循环低氮燃气燃烧器装置位于右面。
进气部10的一端与燃烧部20的一端相连通，进气部10的另一端设置有鼓风装置，用于向进气部10送风。
进气部10包括壳体11、气环件12、进气管13。
壳体11呈直筒状，两端开口。
气环件12呈筒状，内部设置有圆柱体，该圆柱体与气环件12的筒壁构成环形气道121，气环件12设置在壳体11内，气环件12的轴线与壳体11的轴线共线，气环件12的剖面为圆环。
进气管13的一端与气环件12连通，另一端与外部气源连通，进气管13的轴线与壳体11的轴线垂直，实施例中，进气管13与气环件12的环形气道121连通。
燃烧部20包括空气导流罩21、空气压缩筒22、多个外圈枪燃气管23、中心枪24、中心取风筒25、旋流器26、内圈枪27、多个外圈枪28、喉口29。
空气压缩筒22呈直筒状，两端开口。
空气导流罩21呈锥筒状，开口大的一端与壳体11的一端连通，开口小的一端与空气压缩筒22连通。
如图3所示，本实施例的新型内循环低氮燃气燃烧器装置将风(空气)从空气导流罩21内导流进入喉口29中的外圈枪28、中心取风筒25中。在空气导流罩21小口端外侧，空气压缩利用伯努利原理在燃烧器内造成局部低压，使锅炉燃烧室内部烟气强制从喉口29与空气导流罩21夹角处回流到喉口29内。
空气导流罩21斜面角度g范围为12°～60°。
空气导流罩21斜面角度g范围设置为12°～60°，经实验研究证明12°～60°区间段是压缩空气效果较为明显，当角度大于60°会导致燃烧器阻力增高，燃烧器效率降低，低于12°空气压缩效果不明显，无法利用伯努利原理进行烟气内循环。实施例中，斜面角度g为30°。
喉口29呈两端开口的筒状，一端通过连接件291与空气压缩筒22的外壁相连，另一端为自由端。实施例中，空气压缩筒22与喉口29重合范围d为-20～50毫米，此范围实际上是对烟循回收量的大小的调整，当锅炉的炉膛室容积过大时，过量的烟气回收会导致外圈火焰的不稳定，有可能带来脱火(脱火：全称“火焰脱离”,亦称“吹熄”。新鲜可燃混合气的流速超过火焰传播速度,使火焰前锋不能驻定而沿来流方向传播的现象)现象。实施例中，重合范围d为20毫米。
外圈枪燃气管23的一端连通气环件12的环形气道121，另一端穿过空气导流罩21在喉口29内与外圈枪28相连通。
外圈枪28具有管状的枪管，其轴线与喉口29的轴线平行，多个外圈枪28沿圆周均匀设置，多个外圈枪燃气管23对应于多个外圈枪28相应地进行设置。
外圈枪28的头部位于喉口29的出口端，外圈枪28的尾部内壁通过至少一个连接件与外圈枪燃气管23的外壁相连。其中，外圈枪燃气管23的一端伸入外圈枪管内。
外圈燃气枪管23与外圈枪重合范围尺寸e为-20～200毫米。重合范围尺寸e为-20～200毫米是为了应付锅炉的炉膛压力而设定的，当遇到微正压锅炉(微正压锅炉，是指运行中锅炉的燃烧室与烟道中的烟气压力高于大气压力200一400帕的锅炉)。烟气此时因为锅炉炉膛内部油压存在烟气回收量较为理想，因此尺寸e可重合范围比较广，即使重合到200毫米，也依然可以达到外圈枪烟气混合的状态。若是遇到负压燃烧锅炉(负压燃烧锅炉是指运行中锅炉的炉膛和烟道中的烟气压力低于大气压力的锅炉)则需要更多导流力，因此需要将尺寸e控制在-20毫米左右才能有更好的效果(相同工况下，管道截面积形状一定，管道越长其阻力越大)，实施例中，重合范围尺寸e为50毫米。
外圈燃气枪管23与外圈枪28烟气混合管直径j:h比值范围设置为1:1.5～1:8。其目的在于，若是遇到负压燃烧锅炉(负压燃烧锅炉是指运行中锅炉的炉膛和烟道中的烟气压力低于大气压力的锅炉)则需要更多导流力，因此需要控制j尺寸,将h尺寸面积扩大增加其烟气回收效果，否则反之。实施例中，直径j:h比值为1:1.7。
实施例中，如图2所示，外圈枪28的数量为6个。
外圈枪28充分利用了燃气与风和烟气混合后再燃烧，如图3所示，在外圈枪28尾部处281燃烧室内回到燃烧器内的烟气和风(空气)进入外圈枪28内，并与外圈枪燃气管23进的天然气在外圈枪28内混合为混合气输出。
中心取风筒25设置在喉口29的中心，中心取风筒25的轴线与喉口29的轴线共线，中心取风筒25的一端通过至少一个连接件251与空气压缩筒22的内壁相连，旋流器26设置在中心取风筒26的另一端的端口。
空气压缩筒22与中心取风筒25横截面积之比b：c的范围为10:1～2:1，此范围目的其实是为了适用不同工况，当燃烧器在不同锅炉不同的炉膛(炉膛：由炉墙包围起来供燃料燃烧的立体空间。炉膛的作用是保证燃料尽可能地燃尽，并使炉膛出口烟气温度冷却到对流受热面安全工作允许的温度。为此，炉膛应有足够的容积，并能够布置下足够多的受热面。此外，炉膛应有合理的形状和尺寸，以便于和燃烧器配合，组织炉内空气动力场，使火焰不贴壁、不冲墙、充满度高，壁面热负荷均匀)内燃烧时，需要调节内圈枪27和中心枪24的不同的过量空气系数来达到燃烧稳定。实施例中，横截面积之比b：c的范围为5:1。
旋流器26设置在中心取风筒25内，位于中心取风筒25的端口，用于产生旋流空气。
如图4所示，旋流器26包括外圈261、内圈262、多个叶片263。
外圈261的厚度大于内圈262的厚度，内圈262的一侧面与外圈261的侧面2611平齐，内圈262的另一侧面在外圈261内。
如图5、图6、图7所示，叶片263呈直角梯形，顶边的宽度与内圈262的厚度相同，底边的宽度与外圈261的厚度相同，叶片263平面与内圈262轴线的夹角为b。
叶片263的数量为5～10片，角度b为7～70°。实施例中，外圈261的侧面2611朝向喉口29的出口端，叶片263的数量为6片，角度b为60°。
内圈枪27设置在旋流器26内，内圈枪27的轴线与喉口29的轴线共线，内圈枪27的两端分别位于旋流器26的两侧。
如图8所示，内圈枪27呈圆环状，在圆环壁内设置有环形气道271，内圈枪27上沿圆周均匀设置有多个如图8所示的内圈喷射孔272，内圈喷射孔272的轴线与内圈枪27的轴线的夹角为0-90°，内圈喷射孔272位于内圈枪27的一端，连通外部与环形气道271，实施例中，内圈喷射孔272的数量为6-12个。内圈枪27的另一端还设置有连通外部与环形气道221的通孔，气体输送管(图中未示)的一端连通该通孔，另一端与天然气气源连通，向内圈枪27输送天然气。
实施例中，内圈喷射孔272的数量为6个，内圈喷射孔272与叶片263中部相对应。
中心枪24呈管状，具有枪头部，其轴线与喉口29的轴线共线，中心枪24头部一端位于内圈枪27内，另一端穿过气环件12与外部气源连通。
实施例中，中心枪24与外圈枪28相比，中心枪24占比更少截面积，从而带来中心流量较少，降低了中心温度。中心枪24采用独立供气，中心取风筒25是单独一路供风没有烟气掺入混合，并且带有旋流装置的旋流器26，如图3所示，旋流器26产生的旋流空气与内圈枪27喷射的天然气混合为混合气，内部烟气循环不参与内层燃烧，更有利于稳住火焰。
实施例中，外圈枪28、内圈枪27、中心枪24分段分层设置。
如图2所示，按照分度圆的大小径向分为内外3层，从外到内分别外圈枪28、内圈枪27、中心枪24，其中，A为外圈枪28所在的分度圆，B为内圈喷射孔272所在的分度圆，C为中心枪24头部的分度圆。其中，内圈枪27轴心与内圈喷射孔272中心的连线与内圈枪27轴心与外圈枪28中心的连线的夹角a为45-65°。
外圈枪28的头部伸出喉口29的端部，内圈枪27的头部位于喉口29内，中心枪24的头部位于内圈枪27内，如图1所示，从左至右分别为外圈枪28、内圈枪27、中心枪24，前后轴向也分为3段。
这一部分实际上是燃烧器燃料分层目的，好处有2点：1.燃料的分层使炉膛各部分燃料分配基本一致，分配更加均匀也使炉膛各部分温度基本一致，避免产生高温峰值点，造成氮氧化物的产生。2.燃料的分层可以更好更充分的使其与风相混合，减少混合不均匀造成的一氧化碳排放超标，进而是燃烧器效率降低。
实施例的作用与效果
根据本实施例的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，因为燃气气枪放置的前后位置不一，形成分层、分段，解决了燃气集中的问题。避免燃气集中造成局部温度过高，从而导致发生反应导致热力型氮氧化物的产生。
本实施例的新型内循环低氮燃气燃烧器装置将烟气直接在锅炉燃烧室内强制循环，其目的在于预热天然气和鼓风机进来的空气，使燃烧更加稳定。由于回收的烟气相比空气，其中氧原子和氮原子含量相对较少更加有利于降低氮氧化物的排放。相比较外部烟气循环会导致烟气冷却降低燃烧机热效率来说，内部烟气循环相比较外部烟气循坏，反应在锅炉燃烧室内，更加有利于燃烧机热效率。
另外，外圈枪是充分利用燃气与风和烟气混合后再燃烧，其目的在于更好的使天然与空气混合，让烟气参与预热使燃烧更加平稳，避免混合不充分导致的燃气残留，既能让天然气充分燃烧不浪费，提高燃烧机效率，又能让燃气燃烧不激烈，进一步降低瞬发型氮氧化物。
进一步地，中心取风筒采用独立供风系统，与外部烟气不干扰。中心燃气流量相比较外部燃气流量相对较少，独立的供风系统使内外部流体互不干扰，针对锅炉炉膛结构不同的情况，独立供风的中心结构方式不变，可以使燃烧始终稳定。
进一步地，中心枪燃气相对较少，其目的就是为了防止中心温度过高导空气中的氧原子和氮原子在中心火较高温度的催化下发生反应，中心火焰的存在是为了稳住整体火焰，防止形成中心空洞导致燃烧机负荷变化时熄火停路甚至是发生危险，很好地解决了中心稳焰和中心温度过高问题。
本实施例的新型内循环低氮燃气燃烧器装置结构方式利用烟气内部自循环技术相较于烟气外部循环技术使燃气燃烧在微正压或负压炉膛内，其结构方式可以显著提高烟气内循环率，减少助燃风量，降低鼓风机功率，更能有效避免烟气外循环带来的锅炉排烟温度温度降低、效率下降、冷凝水增多、电器元件易损坏，机器不稳定问题，进而减少使用成本。
另外，不同于市面上现有的烟气内循环的稳焰方式，本实施例提供的新型内循环低氮燃气燃烧器装置使用成熟的全扩散燃烧稳焰方式和燃气分层分段技术降低氮氧化物,同时通过内部烟气进行循环来达到进一步降低氮氧化物的目的。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型内循环低氮燃气燃烧器装置，安装在锅炉上，用于对锅炉进行加热，其特征在于，包括：
燃烧部，所述燃烧部包括空气导流罩、空气压缩筒、多个外圈枪燃气管、中心取风筒、旋流器、内圈枪、多个外圈枪、喉口，
所述喉口呈两端开口的筒状，一端通过第一连接件与所述空气压缩筒的外壁相连，另一端为自由端，
所述空气导流罩呈锥筒状，开口小的一端与所述空气压缩筒连通且位于所述喉口的一端，用于将锅炉燃烧室内部烟气从所述喉口与空气导流罩夹角处回流到所述喉口内，
所述外圈枪燃气管的一端穿过所述空气导流罩在所述喉口内与所述外圈枪相连通，
所述外圈枪具有管状的枪管，其轴线与所述喉口的轴线平行，
多个所述外圈枪沿圆周均匀设置，所述外圈枪的头部位于所述喉口的出口端，所述外圈枪的尾部通过第二连接件与所述外圈枪燃气管的外壁相连，
所述中心取风筒设置在所述喉口的中心，所述中心取风筒的轴线与所述喉口的轴线共线，所述中心取风筒的一端通过第三连接件与所述空气压缩筒的内壁相连，所述旋流器设置在所述中心取风筒的另一端，
所述内圈枪设置在所述旋流器内，所述内圈枪的轴线与所述喉口的轴线共线，所述内圈枪的两端分别位于所述旋流器的两侧。
2.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于，还包括：
进气部，一端与所述燃烧部相连通，
其中，所述进气部的另一端设置有鼓风装置，用于向所述进气部送风，
所述进气部包括壳体、气环件、进气管，
所述壳体呈筒状，两端开口，
所述气环件呈筒状，设置在所述壳体内，所述气环件的轴线与所述壳体的轴线共线，所述气环件的剖面为圆环，
所述进气管的一端与所述气环件连通，另一端与外部气源连通，所述进气管的轴线与所述壳体的轴线垂直。
3.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述空气压缩筒与所述中心取风筒横截面积之比为10:1～2:1。
4.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述空气压缩筒与所述喉口重合范围为-20～50毫米。
5.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述外圈枪燃气管伸入所述外圈枪的范围为-20～200毫米。
6.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述外圈枪燃气管与所述外圈枪的横截面积之比为1:1.5～1:8。
7.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于，还包括：
中心枪，所述中心枪的轴线与所述喉口的轴线共线，一端位于所述内圈枪内，另一端穿过所述气环件与外部气源连通，
所述外圈枪的头部伸出所述喉口的端部，所述内圈枪的头部位于所述所述喉口内，所述中心枪的头部位于所述内圈枪内。
8.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述内圈枪上沿圆周均匀设置有多个内圈喷射孔，
所述内圈喷射孔中心与所述外圈枪中心的夹角为10°～90°。
9.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述空气导流罩的倾斜角为12°～60°。
10.根据权利要求1所述的新型内循环低氮燃气燃烧器装置，其特征在于：
其中，所述旋流器包括外圈、内圈以及多个叶片，
所述外圈的厚度大于所述内圈的厚度，
所述叶片呈直角梯形，顶边的宽度与所述内圈的厚度相同，底边的宽度与所述外圈的厚度相同，
所述叶片平面与所述内圈的轴线的夹角为7～70°。
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