CN111780107B - 一种燃气解耦燃烧器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气解耦燃烧器及其使用方法，所述燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧，中间区域贫燃的分区分级燃烧方式；中心燃烧区采用稳燃能力强但热强度不高的扩散式贫氧燃烧，确保了贫燃区的可靠点火和低负荷稳定燃烧；外缘贫氧燃烧区通过精确控制燃气和空气的分区混合，来控制燃烧室温度分布，提高辐射传热能力，促进外缘燃气与主燃区的混合燃尽。总之，本发明有效解决了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题，燃烧室热强度更为均匀，火焰充满度高，传热能力强，烟气停留时间长，在低风机功耗下保障了燃烧效率，同时减少了热力型NO_X的生成，实现了燃气的解耦燃烧。

Description

一种燃气解耦燃烧器及其使用方法

技术领域

本发明属于燃烧技术领域，涉及一种燃烧器，尤其涉及一种燃气解耦燃烧器及其使用方法。

背景技术

高热值燃气具有燃烧快速与理论燃烧温度高的特点，但燃烧过程中易产生热力型NO_X，对于传统的扩散燃烧方式，由于空燃混合和燃烧的均匀性差，易造成火焰高温区分布广，火焰燃烧温度峰值高，这对于降低高热值燃料燃烧产生的热力型NO_X十分不利。

预混燃烧可显著改善燃烧的均匀性，但燃烧稳定性和安全性降低，表面燃烧技术是目前应用较多的全预混燃烧方式，通过密集孔网和将混合气出口孔径缩小到极限回火尺寸以下等措施来解决稳燃和回火安全问题，但由于空气滤网堵塞的安全隐患和燃烧头材料寿命与设备强度等问题，更适合小型设备；另外，为了降低理论燃烧温度，全预混表面燃烧的过量空气系数要求较高，从而增加了排烟热损失，降低了热效率。

目前，天然气等高热值燃气燃烧设备多采用烟气内循环和外循环等措施来拉长火焰，以降低燃烧区温度峰值。由于烟气内循环的流量小、温度高，需要充分利用燃烧室的散热能力，并要求燃烧气具有较高的流速，这进一步增加了风机的能耗，因而多采用特定的燃烧方式和炉型；采用烟温较低的烟气外循环时，通过增加循环风量可显著降低燃烧温度和热力型NO_X的生成，但燃烧的稳定性和燃烧效率下降，风机的流量和系统阻力增大，能耗增高。

现有技术中还有同时采用分级扩散燃烧或少部分预混的技术方案，该类技术方案主要采用燃料分段参混燃烧，将燃料喷射口分组间隔布置在助燃风的外周，周长较长的环形空气流可降低局部空气量，增加了空燃混合时间和扩散燃烧火焰长度，但该扩散燃烧方式的主要燃烧区域较小，高温区域集中，减少了烟气的辐射散热和对流传热；将部分燃气在前端离开主燃烧区气流，可控制中前段扩散燃烧的局部热强度，但会造成低温可燃气不稳定地大量集聚，燃烧波动增加，爆燃隐患大，低负荷和点火阶段的安全性降低。

此外，为了控制和延长空燃混合，增加卷吸能力，上述技术方案的主气流多采用喷口向内收缩的直流喷射，燃烧室火焰的充满度减小，对散热和稳燃均不利。另外，该类方案为减少火焰的中心温度，中心燃烧区布置的燃料量很少，不仅不利于火焰的稳定燃烧，也造成了外周燃料的相对集中，强化了扩散燃烧的方式，不利于降低热力型NO_X的生成。

对于燃料分段参混燃烧、烟气内循环等措施，该类技术方案都使燃烧室前端燃烧减弱，烟气辐射散热减小，燃烧室高温区向后部集中，平均烟气温度仍然较高；而且，燃烧室烟气的充满度较低，主燃区烟速增大，可燃物停留时间短，也不利于保障分级燃烧后的燃烧效率。

为了解决上述问题，有必要提供一种高热值燃气解耦燃烧器，使其能够通过提高燃烧均匀性与增强燃烧室的传热效率，在较低的过量空气系数和烟气再循环率下降低热力型NO_X的生成，不仅能够保障燃烧效率和热效率，还能够减少风机的能耗，从而实现低氮高效的解耦燃烧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气解耦燃烧器及其使用方法，尤其涉及一种高热值燃气解耦燃烧器及其使用方法，所述高热值燃气是指每立方米高热值燃气的低位发热量在16MJ以上；本发明通过使燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧与中间贫燃的分区分级燃烧方式，保障了均匀燃烧，并且降低了区域温度峰值，降低了燃烧室轴向平均流速，提高了根部火焰的传播速度，能够确保贫燃区的可靠点火以及低负荷稳定运行。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种燃气解耦燃烧器，所述燃气解耦燃烧器由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体与外筒体。

所述中心燃气组件与筒体之间形成环形主风道；所述筒体与外筒体之间形成环形外风道。

所述中心燃气组件包括中心筒体、中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板；所述中心筒体、中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板围成中心燃气室，中心筒体与筒体的中心轴线重合，中心燃气室前面板在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板在远离燃烧室一侧。

所述中心燃气室后盖板开设有与中心燃气管连接的通孔，中心燃气管与中心筒体的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管进入中心燃气室。

所述中心燃气室前面板的外缘侧为斜面，斜面均布有至少1组中心燃气室外缘喷口，中心燃气室外缘喷口连通中心燃气室与燃烧室；中心燃气室前面板开设有稳焰燃气节流孔，所述稳焰燃气节流孔连通中心燃气室与稳焰燃气喷管；所述稳焰燃气喷管的侧壁设置有至少2个均匀布置的稳焰燃气喷口，稳焰燃气喷管靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板封闭。

所述中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板由均匀布置的至少2个中心风管贯穿，所述中心风管与中心筒体的中心轴线平行。

所述中心燃气室前面板的外缘均布有至少1组中心燃气室外缘喷口，例如可以是1组、2组、3组、4组或5组，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；每组中心燃气室外缘喷口包括至少3个均布的中心燃气室外缘喷口，例如可以是3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

每组中心燃气外缘喷口中的中心燃气外缘喷口的中心位于与中心燃气前面板同圆心的圆周上；不同组中心燃气外缘喷口中位于与中心燃气前面板同圆心的不同圆周上。

优选地，所述中心燃气室前面板的中心燃气室外缘喷口交错均匀布置，相邻两组中的同侧中心燃气室外缘喷口不位于中心燃气室前面板的直径所在直线上；进一步优选的，每组所述中心燃气室外缘喷口中的中心燃气室外缘喷口与中心筒体的中心轴线夹角相等，为20-80°，例如可以是20°、30°、40°、50°、60°、70°或80°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，不同组所述中心燃气室外缘喷口中的中心燃气室外缘喷口与中心筒体的中心轴线夹角不等；进一步优选的，靠近燃烧室侧的中心燃气室外缘喷口与中心筒体的中心轴线夹角较小，随着逐渐远离燃烧室，夹角逐渐增大。

本发明中所述中心燃气室外缘喷口可分组交错均匀布置，不同组间的中心燃气室外缘喷口的喷射角度不同，从而进一步增大中心燃气室外缘喷口的间距和射流扩散，并扩大了燃气与空气的混合位置区域，减少了燃气的局部燃烧强度。

所述稳焰燃气喷管的侧壁设置有至少2个均匀布置的稳焰燃气喷口，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；所述均匀布置使燃气在稳焰燃气喷管的径向方向均匀分配。

所述中心风管的数量为至少2个，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或10个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。本发明通过均匀布置至少2个中心风管，使由中心风管通入的空气与稳焰燃气喷口喷出的燃气均匀混合。

优选地，所述中心燃气室前面板的形状为圆盘形；进一步优选的，中心燃气室前面板的外径为中心燃气管外径的2-4倍，例如可以是2倍、2.2倍、2.5倍、2.7倍、3倍、3.2倍、3.5倍、3.8倍或4倍，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明通过使中心燃气室前面板为圆盘形，并使其外径为中心燃气管外径的2-4倍，可增大中心燃气室外缘喷口的间距，使通过中心燃气管流入的中心燃气室的燃气能够通过中心燃气室外缘喷口与稳焰燃气节流孔合理分配。

所述燃气解耦燃烧器采用了分区域的空气分级和燃料分级燃烧方式，中心稳燃部分燃气采用贫氧燃烧，直接进入主风道和外风道空气流的燃气采用贫燃燃烧；贫氧燃烧中由于存在热解和气化反应，贫燃燃烧由于存在过剩空气吸热，使两个区域的理论燃烧温度降低。

所述中心燃气室前面板采用圆盘形，外径较大，从而增大了主风道的周界长度，减少了空气层的厚度，增大了中心燃气室外缘喷口的间距；布置在中心燃气室前面板外缘斜面上的喷口使燃气射流与主风道流出的空气射流交叉混合。这种结构设计能够充分利用贫氧燃烧的过量空气加速冷却作用，同时使火焰峰面直径与面积更大，辐射散热能力增强；这种结构的设计也对燃气射流速度以及燃气射流在空气流中的穿透深度要求降低，使每个中心燃气室外缘喷口的燃烧火焰周边存在最佳厚度的空气层，燃烧负荷空间分布更为均匀，限制了扩散燃烧方式下的局部热强度峰值和高温区范围；而且，燃烧后形成的烟气中的含氧浓度分布更为均匀。

本发明所述燃气解耦燃烧器的主燃区采用过量空气系数较大的贫燃料燃烧，且中心燃气室外缘喷口布置在较大直径的中心燃气室前面板的边缘，中心燃气室外缘喷口的间距较大，通过各中心燃气室外缘喷口火焰的相互引燃和加热来保障稳燃的能力减弱，为此，本发明所述燃气解耦燃烧器在中心燃烧区采用稳燃范围更大的扩散式贫氧燃烧，通过稳焰燃气节流孔以及稳焰燃气喷管的设置降低了燃气流速，并通过增加扰动来加强火焰的传热传质效果，提高了中心燃烧区火焰的传播速度。

优选地，所述中心燃气室前面板靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘风口的稳焰配风盘，所述稳焰燃气喷口至中心燃气室前面板的距离大于稳焰配风盘风口至中心燃气室前面板的距离。

所述中心燃气室前面板与稳焰配风盘之间形成稳焰风室，空气经中心风管进入稳焰风室，然后由稳焰配风盘风口和稳焰燃气喷管之间的间隙进入燃烧室。

优选地，所述稳焰配风盘遮盖中心风管出口面积的30-100％，例如可以是30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明通过在中心燃气组件的外侧设置稳焰配风盘，在点火或低负荷下，稳焰配风盘内侧的中心风管出口处的空气流动阻力较小，大部分气流沿最小阻力区流动，使空气在稳焰配风盘出口处不均匀分布，从而使由稳焰燃气喷管射出的燃气在点火区形成较大的燃气浓度梯度和浓度差，保障始终存在利于点火的最佳浓度和最大火焰传播速度，扩大了稳燃范围；高负荷下，中心风管出口空气流速增大，在稳燃配风盘的阻挡滞止作用下，更多动压转化为静压，气流向四周扩散，使空气在稳焰配风盘出口的分布均匀，有利于在最佳过量空气系数下的贫氧燃烧，降低了局部燃烧的温度峰值。

优选地，所述稳焰导流盖板为中部内凸的凸凹盘形导流盖板；所述稳焰导流盖板的直径大于稳焰燃气喷管的直径，稳焰导流盖板的的外缘内倾或外倾以进行导流。

本发明通过稳焰导流盖板的设置，避免了燃气和空气混合后的火焰四散缺陷；通过稳焰导流盖板的设置使火焰集中向中心燃气室外缘喷口的位置流动，从而提高了点火稳燃能力。

优选地，所述稳焰导流盖板遮盖稳焰配风盘出口和稳焰燃气喷管之间间隙面积的20-100％，例如可以是20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明所述稳焰导流盖板为中部内凹的凸凹盘形导流盖板，其通过中部内凹增加了远离燃烧室一侧区域的空间；经稳焰燃气喷口喷出的燃气与经中心风管流出的空气在稳焰导流盖板和稳焰配风盘之间混合燃烧，而稳焰导流盖板的设置使稳焰燃气喷口与稳焰导流盖板之间驻存更多的空气，降低了燃烧混合气在稳焰导流盖板一侧贴壁区的流速，在贴近稳焰导流盖板位置的火焰根部形成涡流，从而提高稳燃能力。

所述稳焰导流盖板的设置能够减少稳焰配风盘出口空气流对稳焰燃气喷口根部火焰的冲击，使火焰根部具有较大的火焰传播速度和稳燃能力，同时控制中心燃烧区的气流流量并增加了中心燃烧区的气流回流量，保障了对中心燃气室外缘喷口喷出燃气的引燃和稳定燃烧效果。

优选地，所述稳焰导流盖板的外缘连接有导流稳焰器，所述导流稳焰器为大端朝向中心燃气室前面板的锥环形。

优选地，所述导流稳焰器的斜面均匀设置有至少2个风口，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或10个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；所述均匀布置为使由稳焰导流器流出的混合气在稳焰导流盖板的径向均匀分布。

稳焰导流盖板和中心燃气室前面板之间的一部分燃烧混合气穿过导流稳焰器上的风口进入燃烧室，在靠近燃烧室一侧形成的涡流可大幅度提高稳燃能力。

另外，稳焰导流盖板和稳焰配风盘还可利用吸收的燃烧热对燃气和空气进行预热，从而降低着火热，提高了火焰的传播速度；总之，本发明通过中心燃烧区可靠的点火和稳燃能力保障了主燃区贫燃料燃烧的稳定，并简化独立点火系统，使燃烧器具有更大的负荷调节比。

优选地，所述环形主风道内设置有旋流叶片。

环形主风道旋流叶片的设置使空气经过旋流叶片形成旋流风，与环形外风道的直流风在燃烧室燃气解耦燃烧器的外缘混合。旋流风与直流风交汇，增强了低速气流下的内部紊动，有利于快速充分混合，温度和浓度更易快速均匀，其中夹杂的燃气在高过量空气下快速燃尽。

优选地，所述环形外风道内设置有均匀布置的至少2个外侧燃气管，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或10个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

所述外侧燃气管与中心筒体的中心轴线方向平行，外侧燃气管靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头，所述外侧燃气喷头设置有至少2个外侧燃气喷口，例如可以是2个、3个、4个、5个、10个、20个、30个、40个或50个，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

外侧燃气管通过外侧燃气喷头的设置，使燃气与空气在不同的空间区域进行分级混合，然后进行贫氧燃烧，燃烧后的烟气一边散热一边缓慢向前流动，分级逐步混入主气流，烟气中剩余的可燃组分在燃烧室的中后部燃尽。

本发明通过外侧燃气管的设置可进一步改善纵向燃烧强度的均匀性，大幅提高燃烧室内的火焰充满度。由于环形主风道出口处贫燃燃烧区内燃气快速燃尽以及中心和外缘区域贫氧燃烧的热解气化作用，在燃气解耦燃烧器的出口侧的多原子气体和炭黑比重较高，双原子气体占比较少，因而燃烧前期混合气体的发射率显著提高，辐射散热能力增强。

对于不平整壁面的燃烧室，提高燃烧室壁面附近高温气体的充满度可以提高辐射角系数，进一步提高辐射散热能力。增大火焰的充满度还可以增加烟气在燃烧室内的停留时间，有利于提高燃烧效率。

优选地，所述外侧燃气喷头设置外侧燃气喷口的位置为曲面和/或端面，进一步优选为三维曲面。

本发明所述外侧燃气喷头的曲面为鸭嘴型或弯管，通过对不同外侧燃气喷口的射流角度进行三维配置，实现了同时均匀优化燃气在轴向和周向的分布，避免了多层燃气在轴向出现重叠交叉的问题。由于外侧燃气喷头可增加燃气的扩散角，可减少外侧燃气远离主燃区，同时减少了外侧燃气冲刷燃烧室壁面。

所述外侧燃气喷口的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口的轴线与中心筒体中心轴线的夹角为0-30°，例如可以是0°、5°、10°、15°、20°、25°或30°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口的轴线与中心筒体中心轴线的夹角逐渐增大至90°。

优选地，靠近燃烧室的外侧燃气喷口的轴线与中心筒体圆周切线夹角为偏向中心筒体中心方向，在0-60°，例如可以是0°、10°、15°、25°、30°、45°或60°，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口的轴线逐渐偏离中心筒体中心，与中心筒体圆周切线夹角先减小后增大，最大至90°。

优选地，所述环形外风道内设置有与外筒体连接的分流圈，流入外风道的空气分别通过分流圈的内径侧和外径侧进入燃烧室。

优选地，所述分流圈开设有供外侧燃气管通过的孔槽。

优选地，所述分流圈为圆环形分流圈或锥环形分流圈；所述锥环形分流圈的大径端靠近燃烧室。

优选地，所述外筒体靠近燃烧室的端部设置有外缘风口。

优选地，在分流圈远离燃烧室一侧的外缘风口处设置有分级导流圈。

优选地，所述分级导流圈为圆环形分级导流圈或锥环形分级导流圈；所述锥环形分级导流圈的大径端靠近燃烧室。

进入外风道的空气分别通过外缘风口在分级导流圈远离燃烧室侧、分级导流圈和分流圈之间以及分流圈的内径侧进入燃烧室。

本发明在燃气解耦燃烧器的外缘设计有分流圈、分级导流圈和外缘风口，配合外侧燃气管的三维方向燃气射流，可实现精准分级控制空气与燃气的空间混合位置，从而实现精准控制靠近燃气解耦燃烧器侧的燃烧室内的温度场与浓度场，使燃气解耦燃烧器外缘的燃气浓度最高区域集中在主气流和最外缘气流之间，在较低的最过量空气系数下在燃烧室避免形成保护风层，避免了热解产物炭黑的贴壁沉积，促进了外缘燃气与主烟气流的分阶段混合燃尽，减少了燃气在外缘低温区聚集的隐患。

优选地，所述外侧燃气管的侧壁设置有外缘燃气喷口；所述外缘燃气喷口位于分流圈与分级导流圈之间，用于使外缘燃气喷口喷出的燃气与分级导流圈和分流圈之间的空气混合。

优选地，所述分流圈在靠近外侧燃气喷口一侧设置有至少1个通风口，所述通风口包括通风缝隙或通风孔。

所述通风缝隙或通风孔的设置使环形外风道中少量空气经分流圈上的通风缝隙或通孔风与外侧燃气喷口喷出的燃气混合，从而实现外侧燃气燃烧初期的区域气氛、扩散角和径向动量的调节，并进一步减少外侧燃气远离主燃区和冲刷燃烧室壁面。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的燃气解耦燃烧器的使用方法，所述使用方法包括：由外侧燃气管通入燃烧室的燃气占燃气总量的30-80％，例如可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％或80％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；其余燃气经中心燃气室通入燃烧室。

中心燃气室中3-30％的燃气由稳焰燃气喷口进入燃烧室，例如可以是3％、5％、10％、15％、20％、25％或30％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；中心燃气室中的其它燃气由中心燃气室外缘喷口进入燃烧室。

由中心风管通入燃烧室的空气与稳焰燃气喷口通入燃气混合燃烧的过量空气系数为0.3-0.8，例如可以是0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75或0.8，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

环形主风道通入空气与中心燃气室外缘喷口通入燃气混合燃烧的过量空气系数≥1.1，例如可以是1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

由环形外风道通入燃烧室的空气与外侧燃气管喷出的燃气混合燃烧的过量空气系数在0.4-0.9，例如可以是0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85或0.9，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，外缘风口通入空气为环形外风道通入空气总量的25-50％，例如可以是25％、30％、35％、40％、45％或50％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的高热值燃气燃烧器采用了分区域的空气分级和燃料分级燃烧方式。中心稳燃部分燃气采用贫氧燃烧，直接进入主风道和外风道空气流的燃气采用贫燃料燃烧；贫氧燃烧中由于存在热解和气化反应，贫燃料燃烧由于存在过剩空气吸热，两者的理论燃烧温度均降低。

本发明中心燃气室采用盘式，外径较大，以增大主风道空气层的周界长度，在低风速下减小空气层厚度，增大外侧燃气喷口间距，同时布置在外缘斜面上的喷口可使燃气射流与空气射流交叉混合。这种结构设计充分利用了贫燃料燃烧的过量空气快速冷却作用，同时火焰锋面直径和面积更大，辐射散热能力增强；该设计也对燃气射流速度和在空气流中的穿透深度要求降低，使每个喷口燃烧火焰周边有最佳厚度的空气层，燃烧负荷空间分布更为均匀，限制了扩散燃烧方式下的局部热强度峰值和高温区范围；反应后形成含氧浓度更为均匀的烟气，也利于燃烧后期与贫氧区燃烧产物的逐步混合燃尽。

中心燃气室外缘喷口可分组交错均匀布置，不同组间喷口喷射角度不同，从而可进一步增加外缘喷口间距和射流扩散，并扩大燃气与空气的混合位置区域，减小局部燃烧强度，提高着火稳燃能力。

由于本发明主燃区采用过量空气系数较大的贫燃料燃烧，且中心燃气室主燃气喷口布置在较大直径的边缘，喷口间间距大，通过各喷口火焰的相互引燃和加热来保障稳燃的能力减弱，因而对负荷占比较小的中心燃烧区的稳燃和对外缘燃气的点火稳燃有着特殊的要求。为此，本发明在中心燃烧区采用稳燃范围更大的扩散式贫氧燃烧，同时通过节流等措施降低燃气和空气流速，并增加扰动来加强低紊流或层流火焰的传热传质，提高火焰传播速度。

本发明在中心燃气组件外侧或外侧内部设置各种形式的稳焰配风盘等，以动态优化稳焰燃气燃烧的空燃比，自适应工况变化。在点火时或低负荷下，稳焰配风盘下的中心风管出口空气流动阻力较小，大部分气流沿最小阻力区流动，使空气在稳焰配风盘出口产生分布不均，从而使多喷口的稳焰燃气喷管射出的燃气在点火区形成较大的燃气浓度梯度和浓度差，保障始终存在利于点火的最佳浓度和最大火焰传播速度，扩大了稳燃范围。高负荷下，中心风管出口空气流速增大，在稳焰配风盘阻挡滞止作用下，更多动压转为静压，气流向四周扩散，使空气在稳焰盘出口的分布更为均匀，以利于在设计的最佳过量空气系数下贫氧燃烧，降低局部燃烧温度峰值。

本发明在稳焰燃气喷管端部设置有稳焰导流盖板。稳焰导流盖板可以减少稳焰配风盘出口空气流对燃气喷口根部火焰的冲击冷却，使火焰根部具有较大的火焰传播速度和稳燃能力，同时控制中心燃烧气流的流向和增大中心区气流回流量，保障对中心燃气室外缘喷口喷出燃气的引燃和稳定燃烧。

稳焰导流盖板的凸凹盘形结构，可使稳焰燃气喷口与稳焰导流盖板之间驻存更多的助燃空气，并降低燃气和空气混合气流在稳焰导流盖板一侧贴壁区的流速，在贴近稳焰导流盖板位置的火焰根部形成涡流，从而提高稳燃能力。

本发明在稳焰导流盖板外缘连接有导流稳焰器，在导流稳焰器后形成的涡流也可大幅提高稳燃能力。

另外，稳焰导流盖板和稳焰配风盘还可吸收燃烧热对燃气和空气的预热，从而降低着火热，提高火焰传播速度。总之，本发明通过中心燃烧区可靠的点火和稳燃能力保障了主燃区贫燃料燃烧的稳定，并简化独立点火系统，使燃烧器具有更大的负荷调节比。

本发明可将部分燃气喷口布置在燃烧器主风道的外缘，进一步降低中心区的热强度，增强火焰辐射散热能力。燃气同时采用由内向外和由外向内的多种角度喷入主空气流，可保障在较低的风速(风机风压)和燃气流速下增加燃气在空气层的穿透、混合能力，提高燃烧的均匀性。

最外缘燃气采用多喷口与空气在不同空间区域分级混合的方式进行贫氧/气化燃烧，燃烧后的烟气一边散热一边缓慢向前流动，分级逐步混入主气流，其中剩余的可燃组分在燃烧室中后部燃尽。

该设计可进一步改善纵向燃烧强度的均匀性，大幅提高了燃烧室的火焰充满度。由于燃烧器主风道出口贫燃料燃烧区内燃气快速燃尽，以及中心和外缘区域贫氧燃烧的热解气化作用，在燃烧室前端多原子气体和炭黑比重也较高，透热的双原子气体占比减少，因而燃烧前期混合气体的发射率显著提高，辐射散热能力增强。

对于不平整壁面的燃烧室，提高燃烧室壁面附近高温气体充满度，也可提高辐射角系数，进一步提高辐射散热能力。另外，提高边壁区域烟气流速，也可增加对流传热，弥补燃气燃烧的烟气辐射传热能力低的问题。

增大火焰充满度还可增加烟气在燃烧室的停留时间，有利于提高燃烧效率。

结合大直径中心燃气室、稳焰配风盘设计，主风道采用旋流可进一步增强中心区回流，强化稳燃能力。同时，主风道旋流风向外扩散与外风道直流风交汇，增强了低速气流下的内部紊动和传热传质，有利于快速充分混合，温度和浓度更易快速均匀，其中的燃气在高过量空气下快速燃尽。

通过改变外风道内侧的直流空气层厚度可改变主风道旋流和外风道直流空气的动量比，从而改变主燃区空气流的扩散角度，和调整外侧回流，以确保靠近燃烧器的燃烧室外缘有最佳的贫氧/气化燃烧空间。

本发明的外侧燃气喷头布置燃气喷口的曲面采用鸭嘴形或弯管，通过对不同喷口的射流角度进行三维配置，可实现同时均匀优化燃气在轴向和周向的分布，特别避免内外多层燃气在轴向出现重叠交叉。外侧燃气喷头喷出的燃气通过通风缝隙或通风孔调节初期燃烧气氛，并可增加燃气的扩散角和消耗燃气径向动量，避免外侧燃气远离主燃区和冲刷燃烧室壁面。

本发明在燃烧器外缘设计有分流圈、分级导流圈和外缘风口等结构，配合外侧燃气三维方向射流，可更精确分级控制部分外侧空气与燃气的空间混合位置和靠近燃烧器侧的燃烧室外边缘的温度场、浓度场，使外侧燃气浓度最高区域集中在主气流和最外缘气流之间，在较低的总过量空气系数下使燃烧室壁面形成保护风层，避免热解产物炭黑贴壁沉积，促进外缘燃气与主烟气流的分阶段混合燃尽，减小可燃气在外缘低温区聚集的隐患。

为了进一步稳定降低NOx生成，本发明可同时采用外部烟气再循环燃烧方式，由于本身具有较好的燃烧均匀性和较低的温度峰值，在满足同样NOx排放指标下，本发明可减小烟气再循环的流量和流动阻力，减少燃烧器风机的能耗。

由于本技术采用了适应性很强的中心稳燃加贫燃料燃烧技术，因而在运用于热风炉、干燥炉等大过量空气系数或大风量的低氮燃烧领域也具有突出的优势。

总之，本发明的燃烧器采用中心和外围贫氧、主燃区贫燃的分区分级燃烧方式，通过降低贫氧燃烧区供风量，来提高主燃区过量空气系数，促进主燃区燃料在可控温度下快速燃尽，避免了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题。本发明的燃烧器燃烧室火焰充满度高，烟气停留时间长，燃烧热强度更为均匀，温度峰值降低，从而保障在总风量和风压较低下有较高的燃烧效率，同时减小了NOx的生成，实现解耦燃烧。

附图说明

图1为本发明提供的高热值燃气解耦燃烧器的剖视示意图；

图2为本发明提供的高热值燃气解耦燃烧器的正向视图示意图。

其中：1，外筒体；2，筒体；3，中心筒体；4，中心燃气室后盖板；5，中心燃气管；6，中心燃气室前面板；7，中心风管；8，中心燃气室外缘喷口；9，旋流叶片；10，外缘风口；11，分级导流圈；12，分流圈；13，稳焰配风盘；14，稳焰配风盘风口；15，稳焰燃气喷管；16，稳焰燃气喷口；17，稳焰燃气节流孔；18，稳焰导流盖板；19，导流稳焰器；20，外侧燃气管；21，外侧燃气喷头；22，外侧燃气喷口；23，外缘燃气喷口。

具体实施方式

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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

作为本发明所述燃气解耦燃烧器的优选技术方案，所述燃气解耦燃烧器的剖视示意图如图1所示，正向视图示意图如图2所示，所述燃气解耦燃烧器包括由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体2与外筒体1；所述中心燃气组件与筒体2之间形成环形主风道；所述筒体2与外筒体1之间形成环形外风道。

所述中心燃气组件包括中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6；所述中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6围成中心燃气室，中心筒体3与筒体2的中心轴线重合，中心燃气室前面板6在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板4在远离燃烧室一侧；

所述中心燃气室后盖板4开设有与中心燃气管5连接的通孔，中心燃气管5与中心筒体3的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管5进入中心燃气室；所述中心燃气室前面板6的外缘侧为斜面，斜面均布有至少1组中心燃气室外缘喷口8，中心燃气室外缘喷口8连通中心燃气室与燃烧室；中心燃气室前面板6开设有稳焰燃气节流孔17，所述稳焰燃气节流孔17连通中心燃气室与稳焰燃气喷管15；所述稳焰燃气喷管15的侧壁设置有至少2个均匀布置的稳焰燃气喷口16，稳焰燃气喷管15靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板18封闭；所述中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6由均匀布置的至少2个中心风管7贯穿，所述中心风管7与中心筒体3的中心轴线平行。

所述中心燃气室前面板6靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘13风口14的稳焰配风盘13，所述稳焰燃气喷口16至中心燃气室前面板6的距离大于稳焰配风盘13风口14至中心燃气室前面板6的距离，且所述稳焰配风盘13遮盖中心风管7出口面积的30-100％。

所述稳焰导流盖板18为中部内凸的凸凹盘形导流盖板，所述稳焰导流盖板18的外缘内倾或外倾以进行导流，所述稳焰导流盖板18遮盖稳焰配风盘13出口和稳焰燃气喷管15之间间隙面积的20-100％；所述稳焰导流盖板18的外缘连接有导流稳焰器19，所述导流稳焰器19为大端朝向中心燃气室前面板6的锥环形，所述导流稳焰器19的斜面均匀设置有至少2个风口。

所述环形主风道内设置有旋流叶片9；所述环形外风道内设置有均匀布置的至少2个外侧燃气管20，所述外侧燃气管20与中心筒体3的中心轴线方向平行，外侧燃气管20靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头21，所述外侧燃气喷头21设置有至少2个外侧燃气喷口22，所述外侧燃气喷头21设置外侧燃气喷口22的位置为曲面和/或端面，进一步优选为三维曲面。

其中，外侧燃气喷口22的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角为0-30°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角逐渐增大至90°；靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3圆周切线夹角为0-60°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线逐渐偏离中心筒体3中心，与中心筒体3圆周切线夹角先减少后增大，最大至90°。

所述环形外风道内设置有与外筒体1连接的分流圈12，分流圈12开设有供外侧燃气管20通过的孔槽；所述分流圈12为锥环形分流圈12；所述锥环形分流圈12的大径端靠近燃烧室。

作为进一步优选的技术方案，所述外筒体1靠近燃烧室的端部设置有外缘风口10，在分流圈12远离燃烧室一侧的外缘风口10处设置有锥环形分级导流圈11，所述锥环形分级导流圈11的大径端靠近燃烧室。

所述外侧燃气管20的侧壁设置有外缘燃气喷口23；所述外缘燃气喷口23位于分流圈12与分级导流圈11之间，用于使外缘燃气喷口23喷出的燃气与分级导流圈11和分流圈12之间的空气混合。

实施例1

本实施例提供了一种燃气解耦燃烧器，所述燃气解耦燃烧器包括由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体2与外筒体1；所述中心燃气组件与筒体2之间形成环形主风道；所述筒体2与外筒体1之间形成环形外风道。

所述中心燃气组件包括中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6；所述中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6围成中心燃气室，中心筒体3与筒体2的中心轴线重合，中心燃气室前面板6在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板4在远离燃烧室一侧。

所述中心燃气室后盖板4开设有与中心燃气管5连接的通孔，中心燃气管5与中心筒体3的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管5进入中心燃气室，中心燃气室前面板6的外径为中心燃气管5外径的3倍；所述中心燃气室前面板6的外缘侧为斜面，斜面均布有1组中心燃气室外缘喷口8，每组中心燃气室外缘喷口8包括8个中心燃气室外缘喷口8，中心燃气室外缘喷口8连通中心燃气室与燃烧室，中心燃气室外缘喷口8中的中心燃气室外缘喷口8与中心筒体3的中心轴线夹角为50°；中心燃气室前面板6开设有稳焰燃气节流孔17，所述稳焰燃气节流孔17连通中心燃气室与稳焰燃气喷管15；所述稳焰燃气喷管15的侧壁设置有4个均匀布置的稳焰燃气喷口16，稳焰燃气喷管15靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板18封闭；所述中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6由均匀布置的4个中心风管7贯穿，所述中心风管7与中心筒体3的中心轴线平行。

所述中心燃气室前面板6靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘13风口14的稳焰配风盘13，所述稳焰燃气喷口16至中心燃气室前面板6的距离大于稳焰配风盘13风口14至中心燃气室前面板6的距离，且所述稳焰配风盘13遮盖中心风管7出口面积的60％。

所述稳焰导流盖板18为中部内凸的凸凹盘形导流盖板，所述稳焰导流盖板18的外缘内倾或外倾以进行导流，所述稳焰导流盖板18遮盖稳焰配风盘13出口和稳焰燃气喷管15之间间隙面积的60％；所述稳焰导流盖板18的外缘连接有导流稳焰器19，所述导流稳焰器19为大端朝向中心燃气室前面板6的锥环形，所述导流稳焰器19的斜面均匀设置有6个风口。

所述环形主风道内设置有旋流叶片9；所述环形外风道内设置有均匀布置的6个外侧燃气管20，所述外侧燃气管20与中心筒体3的中心轴线方向平行，外侧燃气管20靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头21，所述外侧燃气喷头21设置有20个外侧燃气喷口22，所述外侧燃气喷头21设置外侧燃气喷口22的位置为曲面和端面。

其中，所述外侧燃气喷口22的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角为0°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角逐渐增大至90°；靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3圆周切线夹角为30°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线逐渐偏离中心筒体3中心，与中心筒体3圆周切线夹角先减小后增大，最大至90°。

所述环形外风道内设置有与外筒体1连接的分流圈12，分流圈12开设有供外侧燃气管20通过的孔槽；所述分流圈12为锥环形分流圈12；所述锥环形分流圈12的大径端靠近燃烧室。

应用本实施例提供的燃气解耦燃烧器进行燃烧时，通过调控燃气与空气的流速，由外侧燃气管20通入燃烧室的燃气占燃气总量的50％，其余燃气经中心燃气室通入燃烧室；中心燃气室中15％的燃气由稳焰燃气喷口16进入燃烧室，中心燃气室中的其它燃气由中心燃气室外缘喷口8进入燃烧室；由中心风管7通入燃烧室的空气与稳焰燃气喷口16通入燃气混合燃烧的过量空气系数为0.5～0.7；环形主风道通入空气与中心燃气室外缘喷口8通入燃气混合燃烧的过量空气系数为1.3～1.5；由环形外风道通入燃烧室的空气与外侧燃气管喷出的燃气混合燃烧的过量空气系数在0.6～0.8。

本实施例提供的燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧，主燃区贫燃的分区分级燃烧方式，通过降低贫氧燃烧区供风量来提高主燃区的过量空气系数，促进了主燃区燃气在可控温度下的快速燃尽，避免了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题；且本实施例提供的燃气解耦燃烧器能够使燃烧室内的火焰充满度高，烟气停留时间长，燃烧热强度更为均匀，温度峰值降低，从而保障了在总风量和风压较低的情况下存在较高的燃烧效率，同时减少了热力型NO_X的生成，实现了解耦燃烧。

实施例2

本实施例提供了一种燃气解耦燃烧器，所述燃气解耦燃烧器包括由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体2与外筒体1；所述中心燃气组件与筒体2之间形成环形主风道；所述筒体2与外筒体1之间形成环形外风道。

所述中心燃气组件包括中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6；所述中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6围成中心燃气室，中心筒体3与筒体2的中心轴线重合，中心燃气室前面板6在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板4在远离燃烧室一侧。

所述中心燃气室后盖板4开设有与中心燃气管5连接的通孔，中心燃气管5与中心筒体3的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管5进入中心燃气室，中心燃气室前面板6的外径为中心燃气管5外径的2倍；所述中心燃气室前面板6的外缘侧为斜面，斜面均布有3组交错布置的中心燃气室外缘喷口8，每组中心燃气室外缘喷口8包括12个中心燃气室外缘喷口8，中心燃气室外缘喷口8连通中心燃气室与燃烧室，靠近燃烧室侧的中心燃气室外缘喷口8与中心筒体3的中心轴线夹角较小，随着逐渐远离燃烧室，夹角逐渐增大，三组中心燃气室外缘喷口8与中心筒体3的中心轴线夹角分别为20°、40°与80°；中心燃气室前面板6开设有稳焰燃气节流孔17，所述稳焰燃气节流孔17连通中心燃气室与稳焰燃气喷管15；所述稳焰燃气喷管15的侧壁设置有6个均匀布置的稳焰燃气喷口16，稳焰燃气喷管15靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板18封闭；所述中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6由均匀布置的6个中心风管7贯穿，所述中心风管7与中心筒体3的中心轴线平行。

所述中心燃气室前面板6靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘13风口14的稳焰配风盘13，所述稳焰燃气喷口16至中心燃气室前面板6的距离大于稳焰配风盘13风口14至中心燃气室前面板6的距离，且所述稳焰配风盘13遮盖中心风管7出口面积的30％。

所述稳焰导流盖板18为中部内凸的凸凹盘形导流盖板，所述稳焰导流盖板18的外缘内倾或外倾以进行导流，所述稳焰导流盖板18遮盖稳焰配风盘13出口和稳焰燃气喷管15之间间隙面积的30％；所述稳焰导流盖板18的外缘连接有导流稳焰器19，所述导流稳焰器19为大端朝向中心燃气室前面板6的锥环形，所述导流稳焰器19的斜面均匀设置有6个风口。

所述环形主风道内设置有旋流叶片9；所述环形外风道内设置有均匀布置的6个外侧燃气管20，所述外侧燃气管20与中心筒体3的中心轴线方向平行，外侧燃气管20靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头21，所述外侧燃气喷头21设置有10个外侧燃气喷口22，所述外侧燃气喷头21设置外侧燃气喷口22的位置为曲面。

其中，所述外侧燃气喷口22的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角为15°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角逐渐增大至90°；靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3圆周切线夹角为10°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线逐渐偏离中心筒体3中心，与中心筒体3圆周切线夹角先减小后增大，最大至90°。

所述环形外风道内设置有与外筒体1连接的分流圈12，分流圈12开设有供外侧燃气管20通过的孔槽；所述分流圈12为锥环形分流圈12；所述锥环形分流圈12的大径端靠近燃烧室。所述外筒体1靠近燃烧室的端部设置有外缘风口10，在分流圈12远离燃烧室一侧的外缘风口10处设置有锥环形分级导流圈11，所述锥环形分级导流圈11的大径端靠近燃烧室。

所述外侧燃气管20的侧壁设置有外缘燃气喷口23；所述外缘燃气喷口23位于分流圈12与分级导流圈11之间，用于使外缘燃气喷口23喷出的燃气与分级导流圈11和分流圈12之间的空气混合。

应用本实施例提供的燃气解耦燃烧器进行燃烧时，通过调控燃气与空气的流速，由外侧燃气管20通入燃烧室的燃气占燃气总量的30％，其余燃气经中心燃气室通入燃烧室；中心燃气室中3％的燃气由稳焰燃气喷口16进入燃烧室，中心燃气室中的其它燃气由中心燃气室外缘喷口8进入燃烧室；由中心风管7通入燃烧室的空气与稳焰燃气喷口16通入燃气混合燃烧的过量空气系数为0.3～0.5；环形主风道通入空气与中心燃气室外缘喷口8通入燃气混合燃烧的过量空气系数为1.2～1.4；由环形外风道通入燃烧室的空气与外侧燃气管喷出的燃气混合燃烧的过量空气系数在0.5～0.7；外缘风口通入空气为环形外风道通入空气总量的25％。

本实施例提供的燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧，主燃区贫燃的分区分级燃烧方式，通过降低贫氧燃烧区供风量来提高主燃区的过量空气系数，促进了主燃区燃气在可控温度下的快速燃尽，避免了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题；且本实施例提供的燃气解耦燃烧器能够使燃烧室内的火焰充满度高，烟气停留时间长，燃烧热强度更为均匀，温度峰值降低，从而保障了在总风量和风压较低的情况下存在较高的燃烧效率，同时减少了热力型NO_X的生成，实现了解耦燃烧。

实施例3

本实施例提供了一种燃气解耦燃烧器，所述燃气解耦燃烧器包括由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体2与外筒体1；所述中心燃气组件与筒体2之间形成环形主风道；所述筒体2与外筒体1之间形成环形外风道。

所述中心燃气组件包括中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6；所述中心筒体3、中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6围成中心燃气室，中心筒体3与筒体2的中心轴线重合，中心燃气室前面板6在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板4在远离燃烧室一侧。

所述中心燃气室后盖板4开设有与中心燃气管5连接的通孔，中心燃气管5与中心筒体3的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管5进入中心燃气室，中心燃气室前面板6的外径为中心燃气管5外径的4倍；所述中心燃气室前面板6的外缘侧为斜面，斜面均布有3组交错布置的中心燃气室外缘喷口8，每组中心燃气室外缘喷口8包括12个中心燃气室外缘喷口8，中心燃气室外缘喷口8连通中心燃气室与燃烧室，靠近燃烧室侧的中心燃气室外缘喷口8与中心筒体3的中心轴线夹角较小，随着逐渐远离燃烧室，夹角逐渐增大，三组中心燃气室外缘喷口8与中心筒体3的中心轴线夹角分别为20°、60°与80°；中心燃气室前面板6开设有稳焰燃气节流孔17，所述稳焰燃气节流孔17连通中心燃气室与稳焰燃气喷管15；所述稳焰燃气喷管15的侧壁设置有8个均匀布置的稳焰燃气喷口16，稳焰燃气喷管15靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板18封闭；所述中心燃气室后盖板4与中心燃气室前面板6由均匀布置的10个中心风管7贯穿，所述中心风管7与中心筒体3的中心轴线平行。

所述中心燃气室前面板6靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘13风口14的稳焰配风盘13，所述稳焰燃气喷口16至中心燃气室前面板6的距离大于稳焰配风盘13风口14至中心燃气室前面板6的距离，且所述稳焰配风盘13遮盖中心风管7出口面积的100％。

所述稳焰导流盖板18为中部内凸的凸凹盘形导流盖板，所述稳焰导流盖板18的外缘内倾或外倾以进行导流，所述稳焰导流盖板18遮盖稳焰配风盘13出口和稳焰燃气喷管15之间间隙面积的100％；所述稳焰导流盖板18的外缘连接有导流稳焰器19，所述导流稳焰器19为大端朝向中心燃气室前面板6的锥环形，所述导流稳焰器19的斜面均匀设置有8个风口。

所述环形主风道内设置有旋流叶片9；所述环形外风道内设置有均匀布置的8个外侧燃气管20，所述外侧燃气管20与中心筒体3的中心轴线方向平行，外侧燃气管20靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头21，所述外侧燃气喷头21设置有2个外侧燃气喷口22，所述外侧燃气喷头21设置外侧燃气喷口22的位置为曲面和端面。

其中，所述外侧燃气喷口22的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角为30°，远离燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3中心轴线的夹角为90°；靠近燃烧室的外侧燃气喷口22的轴线与中心筒体3圆周切线夹角为60°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口22的轴线逐渐偏离中心筒体3中心，与中心筒体3圆周切线夹角先减小后增大，最大至90°。

所述环形外风道内设置有与外筒体1连接的分流圈12，分流圈12开设有供外侧燃气管20通过的孔槽；所述分流圈12为锥环形分流圈12；所述锥环形分流圈12的大径端靠近燃烧室。所述外筒体1靠近燃烧室的端部设置有外缘风口10，在分流圈12远离燃烧室一侧的外缘风口10处设置有锥环形分级导流圈11，所述锥环形分级导流圈11的大径端靠近燃烧室。

所述外侧燃气管20的侧壁设置有外缘燃气喷口23；所述外缘燃气喷口23位于分流圈12与分级导流圈11之间，用于使外缘燃气喷口23喷出的燃气与分级导流圈11和分流圈12之间的空气混合。

应用本实施例提供的燃气解耦燃烧器进行燃烧时，通过调控燃气与空气的流速，由外侧燃气管20通入燃烧室的燃气占燃气总量的80％，其余燃气经中心燃气室通入燃烧室；中心燃气室中30％的燃气由稳焰燃气喷口16进入燃烧室，中心燃气室中的其它燃气由中心燃气室外缘喷口8进入燃烧室；由中心风管7通入燃烧室的空气与稳焰燃气喷口16通入燃气混合燃烧的过量空气系数为0.6～0.8；环形主风道通入空气与中心燃气室外缘喷口8通入燃气混合燃烧的过量空气系数为1.1～1.4；由环形外风道通入燃烧室的空气与外侧燃气管喷出的燃气混合燃烧的过量空气系数在0.7～0.9；外缘风口通入空气为环形外风道通入空气总量的50％。

本实施例提供的燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧，主燃区贫燃的分区分级燃烧方式，通过降低贫氧燃烧区供风量来提高主燃区的过量空气系数，促进了主燃区燃气在可控温度下的快速燃尽，避免了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题；且本实施例提供的燃气解耦燃烧器能够使燃烧室内的火焰充满度高，烟气停留时间长，燃烧热强度更为均匀，温度峰值降低，从而保障了在总风量和风压较低的情况下存在较高的燃烧效率，同时减少了热力型NO_X的生成，实现了解耦燃烧。

综上所述，本发明提供的燃气解耦燃烧器采用中心和外围贫氧，主燃区贫燃的分区分级燃烧方式，通过降低贫氧燃烧区供风量来提高主燃区的过量空气系数，促进了主燃区燃气在可控温度下的快速燃尽，避免了扩散燃烧方式在中间阶段燃烧温度过高的问题；本发明提供的燃气解耦燃烧器能够使燃烧室内的火焰充满度高，烟气停留时间长，燃烧热强度更为均匀，温度峰值降低，从而保障了在总风量和风压较低的情况下存在较高的燃烧效率，同时减少了热力型NO_X的生成，实现了解耦燃烧；本发明通过在中心燃气组件的外侧设置稳焰配风盘13，在点火或低负荷下，稳焰配风盘13内侧的中心风管7出口处的空气流动阻力较小，大部分气流沿最小阻力区流动，使空气在稳焰配风盘13出口处分布不均，从而使由稳焰燃气喷管15射出的燃气在点火区形成较大的燃气浓度梯度和浓度差，保障始终存在利于点火的最佳浓度和最大火焰传播速度，扩大了稳燃范围；高负荷下，中心风管7出口空气流速增大，在稳燃配风盘的阻挡滞止作用下，更多动压转化为静压，其流向四周扩散，使空气在稳焰配风盘13出口的分布均匀，有利于在最佳过量空气系数下的贫氧燃烧，降低了局部燃烧的温度峰值。

本发明通过旋流叶片9的设置使空气经过旋流叶片9形成旋流风，与环形外风道的直流风在燃烧室燃气解耦燃烧器的外缘混合。旋流风与直流风交汇，增强了低速气流下的内部紊动，有利于快速充分混合，温度和浓度更易快速均匀，其中夹杂的燃气在高过量空气下快速燃尽。

本发明通过外侧燃气管20的设置可进一步改善纵向燃烧强度的均匀性，大幅提高燃烧室内的火焰充满度；由于环形主风道出口处贫燃燃烧区内燃气快速燃尽以及中心和外缘区域贫氧燃烧的热解气化作用，在燃气解耦燃烧器的出口侧的多原子气体和炭黑比重较高，双原子气体占比较少，因而燃烧前期混合气体的发射率显著提高，辐射散热能力增强；对于不平整避免的燃烧室，提高燃烧室避免附近高温气体的充满度可以提高辐射角系数，提高了辐射散热能力；增大火焰的充满度还可以增加烟气在燃烧室内的停留时间，有利于提高燃烧效率。

本发明在燃气解耦燃烧器的外缘设计有分流圈12、分级导流圈11和外缘风口10，配合外侧燃气管20的三维方向燃气射流，可实现精准分级控制空气与燃气的空间混合位置，从而实现精准控制靠近燃气解耦燃烧器侧的燃烧室内的温度场与浓度场，使燃气解耦燃烧器外缘的燃气浓度最高区域集中在主气流和最外缘气流之间，在较低的最过量空气系数下在燃烧室避免形成保护风层，避免了热解产物炭黑的贴壁沉积，促进了外缘燃气与主烟气流的分阶段混合燃尽，减少了燃气在外缘低温区聚集的隐患。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (20)

1.一种燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述燃气解耦燃烧器由内至外依次包括同轴设置的中心燃气组件、筒体与外筒体；

所述中心燃气组件与筒体之间形成环形主风道；所述筒体与外筒体之间形成环形外风道；

所述中心燃气组件包括中心筒体、中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板；所述中心筒体、中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板围成中心燃气室，中心筒体与筒体的中心轴线重合，中心燃气室前面板在靠近燃烧室一侧，中心燃气室后盖板在远离燃烧室一侧；

所述中心燃气室后盖板开设有与中心燃气管连接的通孔，中心燃气管与中心筒体的中心轴线重合，燃气通过中心燃气管进入中心燃气室；

所述中心燃气室前面板的外缘侧为斜面，斜面均布有至少1组中心燃气室外缘喷口，中心燃气室外缘喷口连通中心燃气室与燃烧室；中心燃气室前面板开设有稳焰燃气节流孔，所述稳焰燃气节流孔连通中心燃气室与稳焰燃气喷管；所述稳焰燃气喷管的侧壁设置有至少2个均匀布置的稳焰燃气喷口，稳焰燃气喷管靠近燃烧室的一端由稳焰导流盖板封闭；

所述中心燃气室后盖板与中心燃气室前面板由均匀布置的至少2个中心风管贯穿，所述中心风管与中心筒体的中心轴线平行；

中心稳燃部分燃气采用贫氧燃烧，直接进入主风道和外风道空气流的燃气采用贫燃燃烧。

2.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述中心燃气室前面板靠近燃烧室的一侧连接有中心处设置有稳焰配风盘风口的稳焰配风盘，所述稳焰燃气喷口至中心燃气室前面板的距离大于稳焰配风盘风口至中心燃气室前面板的距离。

3.根据权利要求2所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述稳焰配风盘遮盖中心风管出口面积的30-100％。

4.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述稳焰导流盖板为中部内凸的凸凹盘形导流盖板；所述稳焰导流盖板的直径大于稳焰燃气喷管的直径，稳焰导流盖板的外缘内倾或外倾以进行导流。

5.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述稳焰导流盖板遮盖稳焰配风盘出口和稳焰燃气喷管之间间隙面积的20-100％。

6.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述稳焰导流盖板的外缘连接有导流稳焰器，所述导流稳焰器为大端朝向中心燃气室前面板的锥环形。

7.根据权利要求6所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述导流稳焰器的斜面均匀设置有至少2个风口。

8.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述环形主风道内设置有旋流叶片。

9.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述环形外风道内设置有均匀布置的至少2个外侧燃气管；

所述外侧燃气管与中心筒体的中心轴线方向平行，外侧燃气管靠近燃烧室的一端连接有外侧燃气喷头，所述外侧燃气喷头设置有至少2个外侧燃气喷口。

10.根据权利要求9所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述外侧燃气喷头设置外侧燃气喷口的位置为曲面和/或端面。

11.根据权利要求10所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述外侧燃气喷头设置外侧燃气喷口的位置为三维曲面。

12.根据权利要求9所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述外侧燃气喷口的轴线方向朝向燃烧室，靠近燃烧室的外侧燃气喷口的轴线与中心筒体中心轴线的夹角为0-30°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口的轴线与中心筒体中心轴线的夹角逐渐增大至90°。

13.根据权利要求12所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，靠近燃烧室的外侧燃气喷口的轴线与中心筒体圆周切线夹角为偏向中心筒体中心方向，在0-60°，随着逐渐远离燃烧室，外侧燃气喷口的轴线逐渐偏离中心筒体中心，与中心筒体圆周切线夹角先减小后增大，最大至90°。

14.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述环形外风道内设置有与外筒体连接的分流圈。

15.根据权利要求14所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述分流圈为圆环形分流圈或锥环形分流圈；所述锥环形分流圈的大径端靠近燃烧室。

16.根据权利要求1所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述外筒体靠近燃烧室的端部设置有外缘风口。

17.根据权利要求14所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，在所述分流圈远离燃烧室一侧的外缘风口处设置有分级导流圈。

18.根据权利要求17所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述分级导流圈为圆环形分级导流圈或锥环形分级导流圈；所述锥环形分级导流圈的大径端靠近燃烧室。

19.根据权利要求9所述的燃气解耦燃烧器，其特征在于，所述外侧燃气管的侧壁设置有外缘燃气喷口；所述外缘燃气喷口位于分流圈与分级导流圈之间，用于使外缘燃气喷口喷出的燃气与分级导流圈和分流圈之间的空气混合。

20.一种如权利要求19所述的燃气解耦燃烧器的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：由外侧燃气管通入燃烧室的燃气占燃气总量的30-80％，其余燃气经中心燃气室通入燃烧室；

中心燃气室中3-30％的燃气由稳焰燃气喷口进入燃烧室，中心燃气室中的其它燃气由中心燃气室外缘喷口进入燃烧室；

由中心风管通入燃烧室的空气与稳焰燃气喷口通入燃气混合燃烧的过量空气系数为0.3-0.8；

环形主风道通入空气与中心燃气室外缘喷口通入燃气混合燃烧的过量空气系数≥1.1；

由环形外风道通入燃烧室的空气与外侧燃气管喷出的燃气混合燃烧的过量空气系数在0.4-0.9。

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