CN111457370B - 燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气燃烧器，包括：燃烧室，呈两端开口的筒状结构，燃烧室具有内腔；环流套筒，呈阶梯状结构并位于内腔中，环流套筒的大径段与燃烧室的第一端的内壁抵接，大径段上设置有多个用于连接输入空气的预混腔，小径段的第一端与大径段连接，小径段的第二端呈开口状并与燃烧室的第二端相对，小径段与燃烧室的内壁之间具有环形空间，预混腔与环形空间连通，且小径段的外周设置有烟气口组；多个一级燃气喷枪，每个预混腔中均对应穿设有一个一级燃气喷枪；二级燃气喷枪，沿轴向穿设在环流套筒中，且二级燃气喷枪的出口端置于环流套筒外并朝向燃烧室的第二端。本实施例保留高速燃烧的原有喷吹强化对流加热的特性，同时又具有低氮燃烧效果。

Description

燃气燃烧器

技术领域

本发明涉及工业加热及热处理领域，具体涉及一种燃气燃烧器。

背景技术

高速烧嘴具有结构紧凑、对流换热系数高、自动化程度较好等特点，广泛应用于各种热处理炉和加热炉。而随着当前日益严重的大气环境污染问题迫使全国各地均在实行更加严格的超低污染物排放标准，因此实现工业加热和热处理装备的清洁低氮燃烧对于绿色可持续发展具有重要意义。

传统的高速烧嘴侧重于在燃烧室内燃料和空气充分混合，以在紧凑的燃烧体积内获得高强度的燃烧，从而实现高速喷出气流速度，保证炉内对流换热系数，以适应诸多工艺的需求。但传统高速烧嘴难以满足当前对于排放标准的日益严格的超低排放要求。

近几年亦有诸多采用各类分级燃烧技术来实现低污染排放的高速燃烧器，但此类所谓高速燃烧器其本质上是使部分燃料进入炉膛内部后再燃烧，降低燃烧室内燃烧强度，这虽然可以起到低氮燃烧的效果，但牺牲了高速燃烧的气流喷出速度，影响对流换热效果，不利于均匀加热和节能。

发明内容

本发明提供了一种燃气燃烧器，以达到保证喷出速度的前提下降低污染物产生的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃气燃烧器，包括：燃烧室，呈两端开口的筒状结构，燃烧室具有内腔；环流套筒，呈阶梯状结构并位于内腔中，环流套筒的大径段与燃烧室的第一端的内壁抵接，大径段上设置有多个用于连接输入空气的预混腔，小径段的第一端与大径段连接，小径段的第二端呈开口状并与燃烧室的第二端相对，小径段与燃烧室的内壁之间具有环形空间，预混腔与环形空间连通，且小径段的外周设置有烟气口组；多个一级燃气喷枪，每个预混腔中均对应穿设有一个一级燃气喷枪；二级燃气喷枪，沿轴向穿设在环流套筒中，且二级燃气喷枪的出口端置于环流套筒外并朝向燃烧室的第二端。

进一步地，多个预混腔沿大径段的周向间隔均布。

进一步地，烟气口组为多个，多个烟气口组与多个预混腔的位置一一对应。

进一步地，每个烟气口组均包括烟气主导流孔和烟气副导流孔，烟气主导流孔和烟气副导流孔沿环流套筒的轴线方向间隔设置，烟气主导流孔的孔径大于烟气副导流孔。

进一步地，烟气主导流孔位于小径段的第一端，烟气副导流孔为多个，多个烟气副导流孔间隔均布在烟气主导流孔与小径段的第二端之间。

进一步地，燃烧室的第一段开口直径大于燃烧室的第二端开口直径，燃烧室的第二端开口与内腔壁的连接处设置有弧形导向结构。

进一步地，一级燃气喷枪的喷口流速为40m/s～200m/s，一级燃气喷枪处的一次燃气比例50～90％。

进一步地，二级燃气喷枪的喷口流速为60m/s～150m/s，二级燃气喷枪处的二次燃气比例10～50％。

进一步地，燃气燃烧器还包括空气管路，与多个预混腔均连接。

进一步地，燃气燃烧器还包括燃气管路，与二级燃气喷枪和多个一级燃气喷枪均连接。

本发明的有益效果是，一级燃气喷枪处燃烧形成高速烟气，进入燃烧室的环形空间后，在环流套筒的导向作用下，围绕环流套筒形成环流效应，从而降低一次燃烧温度峰值并抑制氮氧化物，并在二级燃气喷枪喷出的燃气还原作用下，从燃烧室的第二端完全燃烧喷出，形成超低排放的高速喷出气流。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的结构图；

图2是本发明一级燃气喷枪的布置图；

图3是本发明环流套筒的结构图。

图中附图标记：1、空气管路；2、燃气管路；3、一级燃气喷枪；4、预混腔；5、二级燃气喷枪；6、燃烧室；7、烟气出口；8、环流套筒；9、烟气主导流孔；10、烟气副导流孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种燃气燃烧器，包括燃烧室6、环流套筒8、多个一级燃气喷枪3和二级燃气喷枪5。燃烧室6呈两端开口的筒状结构，燃烧室6具有内腔。环流套筒8呈阶梯状结构并位于内腔中，环流套筒8的大径段与燃烧室6的第一端的内壁抵接，大径段上设置有多个用于连接输入空气的预混腔4，小径段的第一端与大径段连接，小径段的第二端呈开口状并与燃烧室6的第二端相对，小径段与燃烧室6的内壁之间具有环形空间，预混腔4与环形空间连通，且小径段的外周设置有烟气口组。每个预混腔4中均对应穿设有一个一级燃气喷枪3。二级燃气喷枪5沿轴向穿设在环流套筒8中，且二级燃气喷枪5的出口端置于环流套筒8外并朝向燃烧室6的第二端。

一级燃气喷枪3处燃烧形成高速烟气，进入燃烧室6的环形空间后，在环流套筒8的导向作用下，围绕环流套筒8形成环流效应，从而降低一次燃烧温度峰值并抑制氮氧化物，并在二级燃气喷枪5喷出的燃气还原作用下，从燃烧室6的第二端完全燃烧喷出，形成超低排放的高速喷出气流(氮氧化物低于150mg/m³)。

一级燃气喷枪3处的一次燃烧采用燃气和过量空气预先混合，由于一次燃气处于预混贫燃状态，能够保证火焰稳定燃烧的同时又有过量空气的稀释，燃烧火焰峰值温度较低，避免了一次燃烧的高温热力氮氧化物的大幅生成。

而一级燃气喷枪3的数量可根据需要增加，沿周向成环形阵列分布，一级燃气喷枪3的出口均置于环形空间中，即燃烧区域位于燃烧室6内表面和环流套筒8外侧所形成的环形空间，多个预混腔4的位置与一级燃气喷枪3的位置对应。一次燃烧产生的高温烟气流在环形空间流出后，由于引射负压作用一部分烟气从环流套筒8内侧回流，并在烟气口组位置回流进入环形空间，从而进一步的稀释燃烧区域中的氧气浓度和燃气浓度，降低燃烧反应的剧烈程度，更进一步的降低氮氧化物的产生。

另一部分烟气则从燃烧室6的第二端开口(烟气出口7)高速喷出，进入炉膛空间，而二级燃气喷枪5喷出的部分燃气，则可在高温烟气喷出前继续燃烧，此时的高温烟气中氧气浓度大幅降低，因此燃烧反应较为温和，亦可避免产生大量污染物，同时该部分燃料反应产生的CO、H₂等中间产物还可对燃烧室内产生的氮氧化物起到还原作用，进一步的降低燃烧室内产生的污染物。

需要说明的是，一级燃气喷枪3的喷口形状可为圆形或非轴对称异型喷口。二级燃气喷枪5的喷口形状可为圆形或非轴对称异型喷口，二级燃气喷枪5的喷口开孔数量可为一个或多个组合。

具体地，烟气口组为多个，多个烟气口组与多个预混腔4的位置一一对应。将烟气口组与预混腔4对应可以使烟气回流进入环形空间，从而进一步的稀释燃烧区域中的氧气浓度和燃气浓度，降低燃烧反应的剧烈程度，更进一步的降低氮氧化物的产生。

如图1和图3所示，本发明实施例中每个烟气口组均包括烟气主导流孔9和烟气副导流孔10，烟气主导流孔9和烟气副导流孔10沿环流套筒8的轴线方向间隔设置，烟气主导流孔9的孔径大于烟气副导流孔10。设置烟气主导流孔9和烟气副导流孔10目的是增加烟气回流的顺畅程度，避免烟气回流慢而从出口喷出。

优选地，烟气主导流孔9位于小径段的第一端，烟气副导流孔10为多个，多个烟气副导流孔10间隔均布在烟气主导流孔9与小径段的第二端之间。将烟气主导流孔9设置在小径段的第一端目的是使大部分烟气在环形空间的起始位置开始稀释燃烧区域中的氧气浓度和燃气浓度，降低燃烧反应剧烈程度。其中，烟气主导流孔9和烟气副导流孔10形状可为圆形、矩形或其他形状。

如图1所示，燃烧室6的第一段开口直径大于燃烧室6的第二端开口直径，燃烧室6的第二端开口与内腔壁的连接处设置有弧形导向结构。设置弧形导向结构与环形空间位置对应，可以对环形空间高速喷出的烟气进行导向，便于烟气回流。

一级燃气喷枪3的喷口流速为40m/s～200m/s，一级燃气喷枪3处的一次燃气比例50～90％。二级燃气喷枪5的喷口流速为60m/s～150m/s，二级燃气喷枪5处的二次燃气比例10～50％。

燃气燃烧器还包括空气管路1，与多个预混腔4均连接。燃气燃烧器还包括燃气管路2，与二级燃气喷枪5和多个一级燃气喷枪3均连接。

本发明实施例中设置空气管路1和燃气管路2可以分别对燃烧室内提供空气和燃气，并且空气和燃气量均可以单独控制，便于调节燃气比例。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明既保留高速燃烧的原有喷吹强化对流加热的特性，同时又具有低氮燃烧的效果，实现紧凑燃烧空间下高强度低污染燃烧，适应各类依赖对流换热的热处理炉和加热炉的低污染排放需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (8)

1.一种燃气燃烧器，其特征在于，包括：

燃烧室（6），呈两端开口的筒状结构，所述燃烧室（6）具有内腔；

环流套筒（8），呈阶梯状结构并位于所述内腔中，所述环流套筒（8）的大径段与所述燃烧室（6）的第一端的内壁抵接，所述大径段上设置有多个用于连接输入空气的预混腔（4），所述环流套筒（8）的小径段的第一端与所述大径段连接，所述小径段的第二端呈开口状并与所述燃烧室（6）的第二端相对，所述小径段与所述燃烧室（6）的内壁之间具有环形空间，所述预混腔（4）与所述环形空间连通，且所述小径段的外周设置有烟气口组；

多个一级燃气喷枪（3），每个所述预混腔（4）中均对应穿设有一个所述一级燃气喷枪（3）；

二级燃气喷枪（5），沿轴向穿设在所述环流套筒（8）中，且所述二级燃气喷枪（5）的出口端置于所述环流套筒（8）外并朝向所述燃烧室（6）的第二端；

所述燃烧室（6）的第一段开口直径大于所述燃烧室（6）的第二端开口直径，所述燃烧室（6）的第二端开口与所述内腔壁的连接处设置有弧形导向结构；

多个所述预混腔（4）沿所述大径段的周向间隔均布。

2.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述烟气口组为多个，多个所述烟气口组与多个所述预混腔（4）的位置一一对应。

3.根据权利要求2所述的燃气燃烧器，其特征在于，每个所述烟气口组均包括烟气主导流孔（9）和烟气副导流孔（10），所述烟气主导流孔（9）和所述烟气副导流孔（10）沿环流套筒（8）的轴线方向间隔设置，所述烟气主导流孔（9）的孔径大于所述烟气副导流孔（10）。

4.根据权利要求3所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述烟气主导流孔（9）位于所述小径段的第一端，所述烟气副导流孔（10）为多个，多个所述烟气副导流孔（10）间隔均布在所述烟气主导流孔（9）与所述小径段的第二端之间。

5.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述一级燃气喷枪（3）的喷口流速为40m/s~200m/s，所述一级燃气喷枪（3）处的一次燃气比例50~90%。

6.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述二级燃气喷枪（5）的喷口流速为60m/s ~150m/s，所述二级燃气喷枪（5）处的二次燃气比例10~50%。

7.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气燃烧器还包括空气管路（1），与多个所述预混腔（4）均连接。

8.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气燃烧器还包括燃气管路（2），与所述二级燃气喷枪（5）和所述多个一级燃气喷枪（3）均连接。