CN111780112B - 一种用于低氮燃烧器的喷射机构 - Google Patents

一种用于低氮燃烧器的喷射机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于低氮燃烧器的喷射机构，该喷射机构置于燃烧器本体的喷射端，其特征在于，包括：基体和气芯，基体上设有气室、入气口以及出气管；当燃烧器本体内的气流通过所述入气口进入气室内后，气流喷射在所述气芯靠近其最大外径处的端部，形成两股流速不同的旋转气流，其中一股沿着所述气芯内部流动，另外一股沿着所述气芯与所述气室之间的间隙流动。本发明有别于传统的烟气循环的原理，简化了传统的结构，降低了生产成本，其在工作过程中能够形成两股流速不同的嵌套在一起的气流，进而能够产生两种火焰，并利用气流产生的压力效应，能够有效的降低氮氧化物的浓度。

Description

一种用于低氮燃烧器的喷射机构
技术领域
本发明涉及燃烧器装置技术领域，具体涉及一种用于低氮燃烧器的喷射机构。
背景技术
燃烧器在工业生产中，用于点燃燃料，以产生高温高压的燃烧气体，其种类也很多，例如旋流式的燃烧器和直流式的燃烧器，但是不管是哪种燃烧器，其最终都会因为不同的燃烧而产生不同的废气，特别是烟气中NOx。
在实际燃烧过程中，一般性都是通过烟气循环功能用来降低烟气中的Nox值时，为燃烧过程需要供给一定比例的烟气，使其降低火焰温度，借此降低Nox值；因此在燃烧器的工作时，需要将烟气重新引入，这样就限制燃烧器的最大功率，也就是说，减少可供给的最多助燃空气量，另外还需要设计出额外的结构用于烟气的回收的相应结构，无形中增加的成本；由此必须减少额定负载范围内的燃料供应，以便获得正确的燃烧值。如不降低燃烧器功率则燃烧器主机、鼓风机和鼓风风道都要增加，因此风机的功率要变大。同时投入烟气使得火焰的表面温度下降，增加的烟气也会吸收火焰的温度，使的锅炉的热效率受到影响。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其有别于传统的烟气循环的原理，简化了传统的结构，降低了生产成本，其在工作过程中能够形成两股流速不同的嵌套在一起的气流，进而能够产生两种火焰，并利用气流产生的压力效应，能够有效的降低氮氧化物的浓度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种用于低氮燃烧器的喷射机构，该喷射机构置于燃烧器本体的喷射端，其特征在于，包括：
一圆柱状的基体，所述基体的一端面开设有若干个沿周向均匀分布的气室，所述气室贯穿于所述基体，且所述气室呈圆台状结构，燃烧器本体内的气流进入所述气室内后，朝着气室内径减小的方向流动；
若干个与所述气室一一对应的气芯，所述气芯固定于所述气室内并与气室的内壁之间具有间隙，所述气芯由一个矩形沿着一变径螺旋线旋绕而成，并与所述气室同轴线；所述气芯的相邻圈之间在径向上的投影至少有一部分重叠，所述气芯的相邻圈之间在轴向上的投影具有间隙；
若干个与所述气室一一相通的入气口，这些所述入气口沿周向均匀分布在基体的外周壁上，所述气芯靠近其最大外径处的端部延伸至所述入气口；
若干个与所述气室一一相通的出气管，这些所述出气管固定在所述基体上；
当燃烧器本体内的气流通过所述入气口进入气室内后，气流喷射在所述气芯靠近其最大外径处的端部，形成两股流速不同的旋转气流，其中一股沿着所述气芯内部流动，另外一股沿着所述气芯与所述气室之间的间隙流动。
优选地，所述气芯位于其最小外径处的端部延伸至所述出气管内，所述气芯靠近其最大外径处的端部通过一弧形的引流板延伸至所述入气口处，所述引流板固定在所述气室的内壁上；
所述入气口在所述气室轴向上的两端部均位于所述引流板在所述气室轴向上的两端部之间。
优选地，所述入气口呈弧形结构，且与所述引流板相切。
优选地，所述基体的侧壁上固定有若干个与所述入气口一一对应的导风板，所述导风板呈弧形，且与所述入气口相切。
优选地，所述气室的最大外径处固定有封盖，用于密封所述气室的一端部。
优选地，所述基体的外周壁上设置有凸缘，所述凸缘与所述燃烧器本体的喷射端相密封。
优选地，所述气芯位于其最小外径处的端部固定有支撑杆，所述支撑杆延伸至所述出气管的内壁并固定在所述出气管内。
本发明的有益效果在于：
本发明利用气室和气芯的结构，使得喷出的气流形成两个嵌套在一起的旋转气流，并且内层流速低于 外层的流速，进而在燃烧的过程中能够将火焰分成内层的火焰环和外层的火焰环；内层的气流流速低，并被外层气流所嵌套，因此其在燃烧的过程中形成了缺氧、富燃料燃烧的条件，降低了燃烧速度和温度，进而能够产生很少的NOx，而外层气流在排出后，脱离出气管的束缚后，与燃烧室接触充分，同时利用内层气流流速慢，进而产生负压作用，能够将四周冷却吸卷过来，从而使得外层气流产生的火焰温度降低，进一步降低NOx的产生；
同时通过气室和气芯的结构，其形成的是旋转气流，使得气流混合的效果也得到提高，同时气流喷射出去后也较为均匀，进而能够有效降低局部的高温产生NOx；
另外该喷射机构不需要像传统的烟气循环结构，其简化了结构，降低了燃烧器结构的复杂性，无形中降低了生产制造的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实的喷射机构安装在燃烧器本体上的结构示意图；
图2为喷射机构的立体图；
图3为喷射机构的爆炸图；
图4为喷射机构的主视图；
图5为图4中A-A向的剖视图；
图6为图5中B部的放大图；
图7为喷射机构的俯视图；
图8为图7中C-C向的剖视图；
图9为气芯的立体图；
图10为气芯的俯视图；
图11为图8中D部的放大图；
图12为其中一个气室内的气流仿真示意图一(立体显示)；
图13为其中一个气室内的气流仿真示意图二(俯视)；
图14为其中一个气室内的气流仿真示意图三(仰视)；
图15为其中一个气室内的气流仿真示意图四(立体显示)。
附图标记说明：
001-喷射机构、002-燃烧器本体、1-基体、11-气室、111-入气口、12-出气管、13-凸缘、2-气芯、3-引流板、4-封盖、5-导风板、6-支撑杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种用于低氮燃烧器的喷射机构，该喷射机构置于燃烧器本体002的喷射端，该燃烧器本体002在喷射端喷射出来的气流是旋转气流，其实质上是在燃烧器本体002内具有一个旋流器，将混合的气体形成旋转气流，然后通过喷射机构001喷出；
其中该喷射机构001，包括：基体1和气芯2，基体1上设有气室11、入气口111以及出气管12；
如图2和图3所示，基体1为圆柱状，该基体1通过其上的凸缘13与燃烧器本体002的喷射端进行密封，其中基体1的一端面开设有若干个沿周向均匀分布的气室11，气室11贯穿于基体1，且气室11呈圆台状结构，即气室11 呈锥状结构，燃烧器本体002内的气流进入气室11内后，朝着气室11内径减小的方向流动，即气流从气室11的扩口方向流向收口方向，并通过出气管12 排出；
其中出气管12固定在基体1上，并且出气管12的内径必须与气室11的最小内径相同，以保证气流进入出气管12后不会产生较大的变化，并且出气管12的长度也不宜过长，以免使得气流产生衰减，其长度可控制在气室11长度的1/3之内；
如图2和图3所示，在基体1的外周壁上均匀分布有若干个与气室11一一对应的入气口111，即该入气口111的分布形式能够更好的适应旋转气流，进而促进旋转气流更好的进入气室11内，进一步的，为提高进入效果，在入气口111处还可设置一导风板5，如图6所示；
如图2所示，在每个气室11内还均设置一个气芯2，气芯2固定于气室 11内并与气室11的内壁之间具有间隙(图5中j1所示)，气芯2由一个矩形沿着一变径螺旋线旋绕而成，并与气室11同轴线，气芯2靠近其最大外径处的端部延伸至入气口111，即如图5所示，气芯2靠近屏幕外侧的一端要延伸至气室11的内壁上，考虑到气芯2是由变径螺旋线旋绕而成，若直接将其该端延伸到气室11的内壁，则可能造成j1存在不均匀，因此在本实施例中，如图6和图9所示，气芯2通过一弧形的引流板3延伸至入气口111处，进一步的考虑到气流的均匀性，该引流板3需与气芯2相切，即图10中虚线q所示，该虚线q为气芯2在与引流板3连接处的切线，引流板3与该虚线q相切；同时入气口111也采用对应的弧形结构，如图6所示，入气口111与引流板3相切(即基于图中6的方位，入气口111上侧的面与引流板3下侧的面相切)，以与引流板3相配合，促进气流能够很好的喷射到气芯2上进而产生更好的旋转效果；
气芯2的相邻圈之间在径向上的投影至少有一部分重叠(如图8中d所示)，气芯2的相邻圈之间在轴向上的投影具有间隙(如图10中j2所示)；即如图9 所示，气芯2的这种结构，能够将气室11分割呈内外两层，进而产生两股旋转气流，若d不存在，则会使得进入气芯2内部的气流产生大量的逃逸，进而进入间隙j1内；若j2不存在，为零时，相当于气芯2的侧壁是一个密封结构，气流被完全隔离开来，气芯2的内层和间隙j1不相通，使得气芯2内外压力不均，易造成气芯2振动，因此需要d和j2的存在，以平衡这两个情况，进而获得更优的两股旋转气流；
如图12-图15所示，当燃烧器本体002内的气流通过入气口111进入气室 11内后，气流喷射在引流板3上，形成两股流速不同的旋转气流，其中一股沿着气芯2内部流动，另外一股沿着气芯2与气室11之间的间隙j1流动；为了保证进入的气流能够更好的受到引流板3的引导，入气口111在气室11轴向上的两端部均位于引流板3在气室11轴向上的两端部之间，即引流板3在轴向上能够覆盖住入气口111，防止进入的气流直接喷射到气室11的内壁；
具体的，其中图12-图15为气流的仿真图，该仿真采用solidworks中的 FloXpress(第一关定性流量分析工具)进行仿真，为了方便说明，我们只对其中一个气室进行模拟实验，由于该模拟需要对入口和出口进行封堵，因此在实际模拟的过程中，在入气口和出气管处均设置了一个零件用于密封；
特别说明，由于附图不允许存在颜色，因此图12-图15均采用了灰度的显示，即通过深浅进行显示，根据实际仿真，速度越低颜色越呈蓝色，速度越高颜色越呈红色，因此在图中的速度图例中，被灰度后，其两端都是深色，但是根据实际情况，速度最大的深色集中在入气口处，并且是少量的，其他的深色则都代表是偏向蓝色的，因此可以看出在气芯的内层的颜色深度要明细大于气芯外层的深度。
仿真参数如下：
流体
Air
入口容积流量1
Figure BDA0002582930370000071
环境压力1
Figure BDA0002582930370000072
结果
名称 Unit 数值
最大速度 m/s 678.365
从图12-图15中可以看出，燃烧器本体002内旋转气流从基体1的外周壁上的入气口111进入后，喷射在引流板3上，进而进入到气芯2的最大外径处，由于其是螺旋结构，气芯2的外壁是螺旋上升的，因此在气流喷入的位置处，具有一个豁口(如图9中气芯2上端朝向屏幕外侧的位置)，该豁口的形成能够使得一部分气流进入气芯2内，一部分气流进入气芯2外，因此气流在此产生两股分流，其中一股气流沿着气芯2的内层产生螺旋，另外一股沿着气芯2 与气室11之间的空间产生螺旋(即在j1内产生螺旋)，并最终通过出气管12 排出，而此时的两股气流均为旋转气流，并且外层的旋转气流嵌套在内层的旋转气流上，且内层的旋转气流的流速低于外层的旋转气流。
综上，利用气室11和气芯2的结构，使得喷出的气流形成两个嵌套在一起的旋转气流，即内层具有一股气流，外层具有一股气流，并且二者的流速不同，进而在燃烧的过程中能够将火焰分成内层的火焰环和外层的火焰环；内层的气流流速低，并被外层气流所嵌套，因此其在燃烧的过程中形成了缺氧、富燃料燃烧的条件，降低了燃烧速度和温度，进而能够产生很少的NOx，而外层气流在排出后，脱离出气管12的束缚后，与燃烧室接触充分，同时利用内层气流流速慢，进而产生负压作用，能够将四周冷却的烟气吸卷过来，从而使得外层气流产生的火焰温度降低，进一步降低NOx的产生。
此外，对于气芯2的固定来说，气芯2可采用轻质不具有较好弹性的材质，由于间隙j2的存在，使得气芯2不会产生较大的振动，因此单独依靠引流板3 与气室11的固定，能够满足；但是为了充分保证，气芯2在出气管12的端部设置一个支撑杆6，使得气芯2的另一端与出气管12实现固定，支撑杆6的外径需尽可能的小，以免影响气流的排出，并且支撑杆6的数量越少越好。
使用时，该喷射机构001置于能够产生旋转气流的燃烧器本体002的喷射端，并通过基体1上的凸缘13与燃烧器本体002进行固定密封，以使得气流能够从基体1的入气口111顺利进入气室11，待气流进入后，在气芯2的作用下，气流将产生两个旋转气流，该两股气流嵌套在一起，并且内层的流速低于外层的流速，最终在喷射后能够形成内层的火焰环和外层的火焰环，并利用流速的不同产生负压效果，最终使得燃烧过程中的NOx量降低。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于低氮燃烧器的喷射机构，该喷射机构置于燃烧器本体的喷射端，其特征在于，包括：
一圆柱状的基体，所述基体的一端面开设有若干个沿周向均匀分布的气室，所述气室贯穿于所述基体，且所述气室呈圆台状结构，燃烧器本体内的气流进入所述气室内后，朝着气室内径减小的方向流动；
若干个与所述气室一一对应的气芯，所述气芯固定于所述气室内并与气室的内壁之间具有间隙，所述气芯由一个矩形沿着一变径螺旋线旋绕而成，并与所述气室同轴线；所述气芯的相邻圈之间在径向上的投影至少有一部分重叠，所述气芯的相邻圈之间在轴向上的投影具有间隙；
若干个与所述气室一一相通的入气口，这些所述入气口沿周向均匀分布在基体的外周壁上，所述气芯靠近其最大外径处的端部延伸至所述入气口；
若干个与所述气室一一相通的出气管，这些所述出气管固定在所述基体上；
当燃烧器本体内的气流通过所述入气口进入气室内后，气流喷射在所述气芯靠近其最大外径处的端部，形成两股流速不同的旋转气流，其中一股沿着所述气芯内部流动，另外一股沿着所述气芯与所述气室之间的间隙流动。
2.如权利要求1所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述气芯位于其最小外径处的端部延伸至所述出气管内，所述气芯靠近其最大外径处的端部通过一弧形的引流板延伸至所述入气口处，所述引流板固定在所述气室的内壁上；
所述入气口在所述气室轴向上的两端部均位于所述引流板在所述气室轴向上的两端部之间。
3.如权利要求2所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述入气口呈弧形结构，且与所述引流板相切。
4.如权利要求3所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述基体的侧壁上固定有若干个与所述入气口一一对应的导风板，所述导风板呈弧形，且与所述入气口相切。
5.如权利要求1所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述气室的最大外径处固定有封盖，用于密封所述气室的一端部。
6.如权利要求1所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述基体的外周壁上设置有凸缘，所述凸缘与所述燃烧器本体的喷射端相密封。
7.如权利要求1所述的一种用于低氮燃烧器的喷射机构，其特征在于，所述气芯位于其最小外径处的端部固定有支撑杆，所述支撑杆延伸至所述出气管的内壁并固定在所述出气管内。
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