CN111780109B - 一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法,包括氧气喷管、卷吸回流室、燃料喷管与旋流叶片,旋流喷管一端与氧气喷管连接,旋流喷管另一端贯穿炉壁与炉膛连通,旋流喷管内同轴套装有卷吸回流室,卷吸回流室与旋流喷管之间设置有旋流叶片,所述卷吸回流室内设置有卷吸导流片,卷吸导流片通过竖向固定杆及水平向固定杆固定在卷吸回流室上,所述卷吸回流室封闭端设置有分流片,所述空气喷管及燃料喷管出口与卷吸回流室连通。利用了旋流的气流组织结构结合增强烟气的卷吸导流片,实现了不依靠炉体燃烧区域的几何结构,使燃空套管喷管喷射气流卷吸足够多的已燃烟气来实现无焰燃烧技术,这样既降低了成本,又提高了适用性,扩大了适用范围。

Description

一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法
技术领域
本发明属于燃烧器技术领域,具体涉及一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法。
背景技术
全球的能源产生主要依靠化石燃料燃烧,化石燃料燃烧排放大量二氧化碳导致全球气候变暖,并且产生的氮氧化物造成光化学烟雾、酸雨等污染环境甚至危害人类健康。因此环境保护和经济发展的平衡问题一直是我国乃至全球关注的热点问题。
富氧燃烧可以产生高浓度二氧化碳方便CO2的回收利用,降低CO2的排放,但是传统的富氧燃烧由于氧气浓度增加产生集中高温区导致热力型NOx增大,并且烟气中CO2的浓度高导致较多的CO污染物排放,也降低了燃料的热效率。无焰燃烧(Moderate and IntenseLow-oxygen Dilution,MILD)由于其燃烧温度均匀,无集中高温区,这样可以减少NOx生成。因此这项技术在诞生之初就广泛受到人们的关注。使用富氧无焰燃烧技术可以结合无焰燃烧和富氧燃烧的技术优点,提高燃料的燃烧效率,高浓度的CO2可以提高辐射传热效果,温度分布均匀一方面可以使被加热的物料受热更均匀,另一方面避免产生集中高温的火焰可以延长烧嘴的使用寿命。而且,富氧无焰燃烧对燃料热值的依赖程度低,比如大型钢厂在炼焦时产生大量的高炉煤气,利用常规燃烧方式很难使这些燃料稳定着火并完全燃烧,使用富氧无焰燃烧技术就可以收集利用这些低热值燃料,达到节能减排目的。所以在加热炉内使用富氧无焰燃烧既能提高生产质量延长加热炉使用寿命,又能节能减排减少污染。
当今已有的能产生无焰燃烧效果的燃烧器有两种,一种比较成熟的技术是蓄热式高温烧嘴配合高速气流,这种燃烧器由于其需要高温预热反应物,所以对材料耐高温性要求很高,因此其成本很高,适用范围有限,而且其周期换向的工作方式使加热炉内的温度场产生波动。另一种可实现无焰燃烧的燃烧器是采用空气直喷以实现炉膛内烟气回流,射流进行大范围烟气卷吸。这种方式克服了反应物高温预热阶段,但其形成无焰燃烧的气流组织需要烟气的大回流率,而烟气回流依赖于燃烧室的几何结构限制,而且常规速度和动量的射流不一定能实现较好的回流率及炉内温度均匀性,因此需要较高射流速度和动量才能实现较好效果的无焰燃烧,这样使得对空气风机压力要求过高,这些缺点限制了无焰燃烧的适用范围。而提高助燃的氧气浓度,这就更加需要提高喷射速度来提高卷吸率,才能实现无焰燃烧。为了降低射流动量和不受燃烧几何区域限制实现无焰燃烧,B. B. Dally设计一种燃烧器Jet in Hot Coflow Burner(JHC),这种燃烧器设置了用于提供已燃烟气的二级燃烧室,利用二级燃烧室燃烧产生的高温烟气与一定量空气混合作为助燃气体,以燃烧产物代替一部分卷吸的烟气来实现降低射流动量。这种方式虽然能够实现降低压力,实现无焰燃烧,但是燃烧器系统流程复杂,运行成本高,不适合于大范围工业应用;专利2019105816358提供了一种旋流无焰燃烧器,这种燃烧器利用旋流的气流组织结构形成比直喷式炉内温度均匀性更好的温度分布,但其射流卷吸率增大的有限,并且回流结构同样也依赖于炉膛燃烧区域的几何结构。
发明内容
本发明开发了一种结构简单,不受燃烧区域几何结构限制,利用旋流与引射方式增强烟气回流率的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法。本燃烧器即可适用于预混燃烧又可适用于扩散燃烧。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,包括氧气喷管、卷吸回流室、燃料喷管与旋流叶片,旋流喷管一端与氧气喷管连接,所述旋流喷管形状为流线型,以减少流动阻力,旋流喷管的分流点与氧气喷口的中心在同一直线上,使流动规则,旋流按设计的方式流动,氧气喷管与氧气输送管路相连,用于输送氧气,氧气喷管的喷口采用拉瓦尔管结构,以便增大喷射系数,旋流喷管另一端贯穿炉壁与炉膛连通,旋流喷管内同轴套装有卷吸回流室,卷吸回流室与旋流喷管之间设置有旋流叶片,旋流叶片沿周向均匀布置,旋流叶片为弧形面叶片,用于产生旋流流动,所述卷吸回流室为一端开口一端封闭式结构,卷吸回流室封闭端远离炉膛设置,所述卷吸回流室内设置有卷吸导流片,用于改变燃空喷口附近的流场,增强卷吸回流率,卷吸导流片通过竖向固定杆及水平向固定杆固定在卷吸回流室上,水平向固定杆和竖向固定杆均布置在相邻燃料喷管的对称中线上,以免影响喷射和卷吸回流,所述卷吸回流室封闭端设置有分流片,所述分流片形状为流线形,用于使氧气喷管所喷射出的高速气流均匀规则的从旋流喷管喷出,空气喷管出口依次贯穿旋流喷管、分流片及卷吸回流室封闭端与卷吸回流室连通,空气喷管内同轴套装有燃料喷管,燃料喷管入口与燃料管道连接,用于输送燃料,燃料为气体燃料,是天然气、混合煤体或低热值燃气中的一种或多种,工作时,过量空气系数要保持不变,范围在1.05~1.2之内。
当炉体不能被破坏时,氧气喷管直接与旋流喷管连接;当炉体能被破坏时,氧气喷管贯穿引射管,通过引射管一端与旋流喷管连接,引射管另一端贯穿炉壁与炉膛连通,引射管由氧气喷管的喷射气流提供动力驱动,引射炉内高温烟气与氧气混合后提供助燃。
所述引射管的引射部分由渐缩段和混合段组成,且混合段与旋流喷管的扩压段相连,渐缩段、混合段及旋流喷管的扩压段组成引射管的引射部分。引射管渐缩口的曲线采用五次曲线方程形状,提供引射动力的氧气喷管到混合段距离L4与混合段直径d3比值为L4/d3=1~3;混合段长度L3与直径d3的比值为L3/d3=3~7;引射管直径d4与氧气喷管直径d2比值为d4/d2=1.5~6。
旋流喷管旋流数为0.5~3,以便有利于整个燃烧区域温度分布均匀,并且中心烟气回流量足够大。在无焰燃烧时,燃料喷管的喷口正常工作速度u>60m/s,以便形成无焰燃烧。
所述卷吸回流室为圆柱体的空腔,其内部布置卷吸导流片,卷吸导流片内部是回流区域,卷吸导流片与卷吸回流室之间的区域是燃料与空气喷射区域,卷吸回流室直径D1与长度L1的比值D1/L1=0.25~1;卷吸导流片为圆台形,出口大,入口小,以便有利于引射卷吸烟气回流,入口直径D2与出口直径D3之比D2/D3=0.5~0.95,卷吸导流片长度L2与卷吸回流室长度L1之比L2/L1=0.4~0.9,以便控制卷吸回流的烟气混合位置在反应物喷口附近,有利于无焰燃烧的形成;卷吸导流片出口处直径D3与卷吸回流室出口直径D1之比D3/D1=0.4~0.9,以便引射旋流中心回流时不会产生冲突。
燃料喷管的中心到卷吸回流室封闭端端板中心的距离为(D1+D2)/4,空气喷管外径d与卷吸导流片大端到卷吸回流室外圆面之间的距离之比
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
,避免喷口射流贴附于回流室壁面。
由于炉内旋流组织既要有足够的射流长度又要有足够的中心回流率,因此在旋流喷管最佳旋流数范围内,所述旋流叶片角度为15°~60°之间,旋流喷管的喷口直径D4与卷吸回流室半径R1之比为D4/R1=0.01~0.5。
一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器的使用方法,包括以下步骤:
步骤1,对炉膛进行预热,预热阶段为普通有焰燃烧,当燃烧器设置有引射管时,普通有焰燃烧引射管不工作;当燃烧器不设置引射管时,普通有焰燃烧旋流喷管不工作,由位于卷吸回流室里且与燃料喷管连接的四个烧嘴进行有焰扩散燃烧,此时燃料喷管和空气喷管的气流速度处于低速状态;
步骤2,当炉内温度高于燃料自燃温度时,当设置引射管时,开启氧气喷管,此时氧气气流通过引射管引射炉内高温烟气,氧气喷管及引射管组成的引射单元开始工作,同时氧气与烟气在引射管的混合段内混合,混合气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管,通过旋流叶片均匀喷出,在炉内形成旋流;当不设置引射管时,开启氧气喷管,此时氧气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管,通过旋流叶片均匀喷出,在炉内形成旋流;
步骤3,逐渐减少空气喷管的空气供给量,使燃烧保持当量比不变,此时旋流中心回流区的烟气回流进入卷吸回流室,卷吸回流室通过卷吸导流片在烧嘴出口的混合区混合高温烟气进行稀释;同时逐渐增大燃料喷管的喷射速度,使其达到额定热负荷,由于高温烟气的稀释,助燃的氧气浓度不断降低,因此燃料的氧化反应逐渐变慢,同时由于燃料喷射速度的逐渐增大,使火焰面逐渐抬升,最终火焰面消失形成无焰燃烧。
本发明的有益效果为:
1、利用了旋流的气流组织结构结合增强烟气的卷吸导流片,实现了不依靠炉体燃烧区域的几何结构,使燃空套管喷管喷射气流卷吸足够多的已燃烟气来实现无焰燃烧技术,这样既降低了使用无焰燃烧技术的成本,又提高了无焰燃烧技术的适用性,扩大了无焰燃烧的适用范围,这样推进了无焰燃烧技术的发展。
2、回流室利用旋流喷口产生的旋流结构,使燃料喷口可以卷吸回流燃烧下游充分燃烧的烟气,这样可以保证燃烧器的安全性,降低燃烧器产生爆燃导致爆炸的风险。
3、利用回流室的卷吸回流片的结构可以控制回流烟气与未燃燃气的混合位置,以便控制引射回流的烟气混合位置在燃料喷口附近,在形成火焰面之前混合形成有效回流,有利于无焰燃烧的形成。
4、通过增加引射管,用于引射炉内热烟气,增强高温烟气回流效果。引射管出口连接旋流喷管,旋流喷管用于产生旋流射流,使烟气与氧气混合均匀并产生中心回流区;卷吸回流室用于卷吸旋流喷射形成的中心回流,降低了炉膛几何结构的影响,极大增加了射流的卷吸率;且结构简单,不直接消耗机械能,操作简便,成本低。
5、卷吸回流室用于卷吸旋流喷射形成的中心回流,降低了炉膛几何结构的影响,极大增加了射流的卷吸率;旋流喷管根据工艺要求可以喷射二次空气;同时又可以喷射氧气形成富氧无焰燃烧,以便利于CO2的回收。
附图说明
图1 本发明实施例1超低排放的旋流富氧无焰燃烧器结构示意图;
图2本发明实施例1超低排放的旋流富氧无焰燃烧器结构A-A向剖视图;
图3本发明实施例2超低排放的旋流富氧无焰燃烧器结构示意图;
图4本发明实施例2超低排放的旋流富氧无焰燃烧器结构B-B向剖视图;
1-旋流喷管,2-卷吸回流室,3-卷吸导流片,4-旋流叶片,5-空气喷管,6-燃料喷管,7-氧气喷管,8-分流片,9-水平向固定杆,10-竖向固定杆,11-引射管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
如图1和图2所示,一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,包括氧气喷管7、卷吸回流室2、燃料喷管6与旋流叶片4,旋流喷管1一端与氧气喷管7直接连接,所述旋流喷管1形状为流线型,以减少流动阻力,旋流喷管1的分流点与氧气喷口的中心在同一直线上,使流动规则,旋流按设计的方式流动,氧气喷管7与氧气输送管路相连,用于输送氧气,氧气喷管7的喷口采用拉瓦尔管结构,以便增大喷射系数,旋流喷管1另一端贯穿炉壁与炉膛连通,旋流喷管1内同轴套装有卷吸回流室2,卷吸回流室2与旋流喷管1之间设置有旋流叶片4,旋流叶片4沿周向均匀布置,旋流叶片4为弧形面叶片,用于产生旋流流动,所述卷吸回流室2为一端开口一端封闭式结构,卷吸回流室2封闭端远离炉膛设置,所述卷吸回流室2内设置有卷吸导流片3,用于改变燃空喷口附近的流场,增强卷吸回流率,卷吸导流片3通过竖向固定杆10及水平向固定杆9固定在卷吸回流室2上,水平向固定杆9和竖向固定杆10均布置在相邻燃料喷管6的对称中线上,以免影响喷射和卷吸回流,所述卷吸回流室2封闭端设置有分流片8,所述分流片8形状为流线形,用于使氧气喷管7所喷射出的高速气流均匀规则的从旋流喷管1喷出,空气喷管5出口依次贯穿旋流喷管1、分流片8及卷吸回流室2封闭端与卷吸回流室2连通,空气喷管5内同轴套装有燃料喷管6,燃料喷管6入口与燃料管道连接,用于输送燃料,燃料为气体燃料,本实施例使用的气体燃料为甲烷,工作时,过量空气系数要保持不变且为1.2。
旋流喷管1旋流数为1,以便有利于整个燃烧区域温度分布均匀,并且中心烟气回流量足够大。在无焰燃烧时,燃料喷管6的喷口正常工作速度u>60m/s,以便形成无焰燃烧。
所述卷吸回流室2为圆柱体的空腔,其内部布置卷吸导流片3,卷吸导流片3内部是回流区域,卷吸导流片3与卷吸回流室2之间的区域是燃料与空气喷射区域,卷吸回流室2直径D1与长度L1的比值D1/L1=0.6;卷吸导流片3为圆台形,出口大,入口小,以便有利于引射卷吸烟气回流,入口直径D2与出口直径D3之比D2/D3=0.6,卷吸导流片3长度L2与卷吸回流室2长度L1之比L2/L1=0.8,以便控制卷吸回流的烟气混合位置在反应物喷口附近,有利于无焰燃烧的形成;卷吸导流片3出口处直径D3与卷吸回流室2出口直径D1之比D3/D1=0.8,以便引射旋流中心回流时不会产生冲突。
燃料喷管6的中心到卷吸回流室2封闭端端板中心的距离为(D1+D2)/4,空气喷管5外径d与卷吸导流片3大端到卷吸回流室2外圆面之间的距离之比
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
,避免喷口射流贴附于回流室壁面。
由于炉内旋流组织既要有足够的射流长度又要有足够的中心回流率,因此在旋流喷管1最佳旋流数范围内,所述旋流叶片4数量为8内,旋流叶片4角度为30°之间,旋流喷管1的喷口直径D4与卷吸回流室2半径R1之比为D4/R1=0.1。
一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器的使用方法,包括以下步骤:
步骤1,对炉膛进行预热,预热阶段为普通有焰燃烧,当燃烧器不设置引射管11时,普通有焰燃烧旋流喷管1不工作,由位于卷吸回流室2里且与燃料喷管6连接的四个烧嘴进行有焰扩散燃烧,此时燃料喷管6和空气喷管5的气流速度处于低速状态;
步骤2,当炉内温度高于燃料自燃温度时,开启氧气喷管7,此时氧气经由分流片8均匀导向分流后进入旋流喷管1,通过旋流叶片4均匀喷出,在炉内形成旋流;
步骤3,逐渐减少空气喷管5的空气供给量,使燃烧保持当量比不变,此时旋流内部回流区的烟气回流进入卷吸回流室2,卷吸回流室2通过卷吸导流片3在烧嘴出口的混合区混合高温烟气进行稀释;同时逐渐增大燃料喷管6的喷射速度,使其达到额定热负荷,由于高温烟气的稀释,助燃的氧气浓度不断降低,因此燃料的氧化反应逐渐变慢,同时由于燃料喷射速度的逐渐增大,使火焰面逐渐抬升,最终火焰面消失形成无焰燃烧。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于:当炉体能被破坏时,氧气喷管7贯穿引射管11,通过引射管11一端与旋流喷管1连接,引射管11另一端贯穿炉壁与炉膛连通,引射管11由氧气喷管7的喷射气流提供动力驱动,引射炉内高温烟气与氧气混合后提供助燃,如图3和图4所示。
所述引射管11的引射部分由渐缩段和混合段组成,且混合段与旋流喷管1的扩压段相连,渐缩段、混合段及旋流喷管1的扩压段组成引射管11的引射部分。引射管11渐缩口的曲线采用五次曲线方程形状,提供引射动力的氧气喷管7到混合段距离L4与混合段直径d3比值为L4/d3=2;混合段长度L3与直径d3的比值为L3/d3=6;引射管11直径d4与氧气喷管7直径d2比值为d4/d2=3。
一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器的使用方法,包括以下步骤:
步骤1,对炉膛进行预热,预热阶段为普通有焰燃烧,当燃烧器设置有引射管11时,普通有焰燃烧引射管11不工作,由位于卷吸回流室2里且与燃料喷管6连接的四个烧嘴进行有焰扩散燃烧,此时燃料喷管6和空气喷管5的气流速度处于低速状态;
步骤2,当炉内温度高于燃料自燃温度时,当设置引射管11时,开启氧气喷管7,此时氧气气流通过引射管11引射炉内高温烟气,氧气喷管7及引射管11组成的引射单元开始工作,同时氧气与烟气在引射管11的混合段内混合,混合气经由分流片8均匀导向分流后进入旋流喷管1,通过旋流叶片4均匀喷出,在炉内形成旋流;
步骤3,逐渐减少空气喷管5的空气供给量,使燃烧保持当量比不变,此时旋流中心回流区的烟气回流进入卷吸回流室2,卷吸回流室2通过卷吸导流片3在烧嘴出口的混合区混合高温烟气进行稀释;同时逐渐增大燃料喷管6的喷射速度,使其达到额定热负荷,由于高温烟气的稀释,助燃的氧气浓度不断降低,因此燃料的氧化反应逐渐变慢,同时由于燃料喷射速度的逐渐增大,使火焰面逐渐抬升,最终火焰面消失形成无焰燃烧。

Claims (8)

1.一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于,包括氧气喷管、卷吸回流室、燃料喷管与旋流叶片,旋流喷管一端与氧气喷管连接,旋流喷管另一端贯穿炉壁与炉膛连通,旋流喷管内同轴套装有卷吸回流室,卷吸回流室与旋流喷管之间设置有旋流叶片,旋流叶片沿周向均匀布置,所述卷吸回流室为一端开口一端封闭式结构,卷吸回流室封闭端远离炉膛设置,所述卷吸回流室内设置有卷吸导流片,用于改变燃空喷口附近的流场,增强卷吸回流率,卷吸导流片通过竖向固定杆及水平向固定杆固定在卷吸回流室上,水平向固定杆和竖向固定杆均布置在相邻燃料喷管的对称中线上,所述卷吸回流室封闭端设置有分流片,空气喷管出口依次贯穿旋流喷管、分流片及卷吸回流室封闭端与卷吸回流室连通,空气喷管内同轴套装有燃料喷管。
2.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:当炉体不能被破坏时,氧气喷管直接与旋流喷管连接;当炉体能被破坏时,氧气喷管贯穿引射管,通过引射管一端与旋流喷管连接,引射管另一端贯穿炉壁与炉膛连通,引射管由氧气喷管的喷射气流提供动力驱动,引射炉内高温烟气与氧气混合后提供助燃。
3.根据权利要求2所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:所述引射管的引射部分由渐缩段和混合段组成,且混合段与旋流喷管的扩压段相连,渐缩段、混合段及旋流喷管的扩压段组成引射管的引射部分;引射管渐缩口的曲线采用五次曲线方程形状,提供引射动力的氧气喷管到混合段距离L4与混合段直径d3比值为L4/d3=1~3;混合段长度L3与直径d3的比值为L3/d3=3~7;引射管直径d4与氧气喷管直径d2比值为d4/d2=1.5~6。
4.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:旋流喷管旋流数为0.5~3;在无焰燃烧时,燃料喷管的喷口正常工作速度u>60m/s。
5.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:所述卷吸回流室为圆柱体的空腔,其内部布置卷吸导流片,卷吸导流片内部是回流区域,卷吸导流片与卷吸回流室之间的区域是燃料与空气喷射区域,卷吸回流室直径D1与长度L1的比值D1/L1=0.25~1;卷吸导流片为圆台形,出口大,入口小,入口直径D2与出口直径D3之比D2/D3=0.5~0.95,卷吸导流片长度L2与卷吸回流室长度L1之比L2/L1=0.4~0.9;卷吸导流片出口处直径D3与卷吸回流室出口直径D1之比D3/D1=0.4~0.9。
6.根据权利要求5所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:燃料喷管的中心到卷吸回流室封闭端端板中心的距离为(D1+D2)/4,空气喷管外径d与卷吸导流片大端到卷吸回流室外圆面之间的距离之比
Figure DEST_PATH_IMAGE002
,避免喷口射流贴附于回流室壁面。
7.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器,其特征在于:所述旋流叶片角度为15°~60°之间,旋流喷管的喷口直径D4与卷吸回流室半径R1之比为D4/R1=0.01~0.5。
8.一种基于权利要求3所述的超低排放的旋流富氧无焰燃烧器的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,对炉膛进行预热,预热阶段为普通有焰燃烧,当燃烧器设置有引射管时,普通有焰燃烧引射管不工作;当燃烧器不设置引射管时,普通有焰燃烧旋流喷管不工作,由位于卷吸回流室里且与燃料喷管连接的四个烧嘴进行有焰扩散燃烧,此时燃料喷管和空气喷管的气流速度处于低速状态;
步骤2,当炉内温度高于燃料自燃温度时,当设置引射管时,开启氧气喷管,此时氧气气流通过引射管引射炉内高温烟气,氧气喷管及引射管组成的引射单元开始工作,同时氧气与烟气在引射管的混合段内混合,混合气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管,通过旋流叶片均匀喷出,在炉内形成旋流;当不设置引射管时,开启氧气喷管,此时氧气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管,通过旋流叶片均匀喷出,在炉内形成旋流;
步骤3,逐渐减少空气喷管的空气供给量,使燃烧保持当量比不变,此时旋流中心回流区的烟气回流进入卷吸回流室,卷吸回流室通过卷吸导流片在烧嘴出口的混合区混合高温烟气进行稀释;同时逐渐增大燃料喷管的喷射速度,使其达到额定热负荷,由于高温烟气的稀释,助燃的氧气浓度不断降低,因此燃料的氧化反应逐渐变慢,同时由于燃料喷射速度的逐渐增大,使火焰面逐渐抬升,最终火焰面消失形成无焰燃烧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5454712A (en) * 1993-09-15 1995-10-03 The Boc Group, Inc. Air-oxy-fuel burner method and apparatus
DE19948876C2 (de) * 1999-10-08 2003-06-26 Buderus Heiztechnik Gmbh Verfahren zum Schaffen eines homogenen Luftstroms in einem Gebläsebrenner und Gerät für seine Verwirklichung
EP2154432A1 (en) * 2008-08-05 2010-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Swirler for mixing fuel and air
CN205090378U (zh) * 2015-11-04 2016-03-16 北京大学 一种低阻力的无焰燃烧器
CA2960508A1 (en) * 2017-03-08 2018-09-08 Millstream Energy Products Ltd. Air damper for a fire tube
CN109539250B (zh) * 2018-10-30 2019-12-24 西安交通大学 一种低氮燃烧器及其内置式再循环烟气引入装置
CN109340747A (zh) * 2018-11-22 2019-02-15 北京基鼎环保科技有限公司 用于燃气锅炉烟气回流内外双循环低氮燃烧器与燃气锅炉
CN109654498A (zh) * 2019-01-18 2019-04-19 北京基鼎环保科技有限公司 一种油气两用低氮燃烧器
CN110107889A (zh) * 2019-05-15 2019-08-09 宁夏神耀科技有限责任公司 一种烟气双路循环以及燃烧区分割的低氮燃烧器系统
CN110594739B (zh) * 2019-08-02 2020-10-30 华中科技大学 一种无需预热切换的无焰燃烧器

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