CN111895410A - 矢量控制燃气低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本专利提供一种氮氧化物排放浓度较低的矢量控制燃气低氮燃烧器，包括与燃气源相连通的中心气管、内部具有与风机出口相通的空气通道的壳体；与空气通道相通的出风管包括前段、中段和后段，后段出风管与中段出风管之间形成烟气间隙；后段出风管是连接在空气通道前端出口的、在周向排列的多个扩散叶片组成的锥形出气门，各扩散叶片的大端与空气通道端口在径向方向摆动连接，各扩散叶片分别与带动其绕所述摆动处摆动的驱动机构相连；周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧或外侧固定有挡板，挡板在周向方向向另一个扩散叶片延伸；当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气间隙被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

Description

矢量控制燃气低氮燃烧器

技术领域

本专利涉及低氮内回流燃气燃烧器。

背景技术

目前大多数排放低于30mg/m³的低氮燃烧器采用FGR烟气循环技术，为此燃烧过程引入一定比例的烟气，降低火焰温度，借此降低NO_X值。通过风机将锅炉尾部烟气引入整个进风路径，重新投入燃烧器燃烧，火焰的表面温度下降，增加的烟气也会吸收火焰的温度，由于投入一定比例的烟气，导致锅炉的排烟温度提高，锅炉的热效率受到影响，耗能增加，不利于节能的目的。

发明内容

本专利的目的是提供一种氮氧化物排放浓度较低的矢量控制燃气低氮燃烧器。

为达到所述目的，本矢量控制燃气低氮燃烧器，包括中心气管、内部具有空气通道的壳体；中心气管前端设置有中心气嘴并位于出风管中心部，中心气管通过供气管路与燃气源相连通；空气通道的入口与风机出口相通，出风管与空气通道相通；出风管包括前段、中段和后段，前段出风管和中段出风管对接；后段出风管的前端直径较小，与直径较大的中段出风管后端之间形成烟气间隙；后段出风管是连接在空气通道前端出口的前小后大的锥形出气门，所述锥形出气门包括在周向排列的多个扩散叶片，各扩散叶片的大端与空气通道端口在锥形出气门径向方向摆动连接，各扩散叶片分别与带动其绕所述摆动处在锥形出气门径向方向摆动的驱动机构相连；在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧或外侧固定有挡板，挡板在锥形出气门的周向方向向另一个扩散叶片延伸；当驱动机构带动各扩散叶片向靠近锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径最小时，各扩散叶片在周向接触，烟气间隙最大；当驱动机构带动各扩散叶片向远离锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径最大时，各扩散叶片在周向有间隙，挡板在周向覆盖了所述间隙，烟气间隙最小；

当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气间隙被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，还包括多个位于出风管外周部的外环气管；中心气管、外环气管均通过供气管路与燃气源相连通。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，中段出风管的前部侧壁上开有烟气入口；当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气入口被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，所述挡板为固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧的内挡板。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，所述挡板为固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的外侧的外挡板。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，所述挡板包括固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧的内挡板和固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的外侧的外挡板；内挡板和外挡板在锥形出气门的母线方向上有重叠部分。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，驱动装置包括连杆，连杆与扩散叶片外侧铰接，另一端与平行于锥形出气门轴线的拉杆铰接，拉杆穿过在空气通道外周的壳体。

作为进一步改进，上述的矢量控制燃气低氮燃烧器，穿过壳体的多个拉杆的另一端均与连接板相连，连接板与带动其沿平行于锥形出气门轴线方向移动的主动拉杆相连。

本专利的有益效果：后段出风管是由扩散叶片围成的一个锥形出气门。通过驱动机构带动扩散叶片摆动（扩开和收缩），强制改变锥形出气口的出风角度（锥形出气口母线与轴线之间的夹角）和锥形出气口小端（通风截面积）直径大小，调节经锥形出气口喷出的助燃风流速、流量、方向，从出风管喷出的助燃风在燃烧的炉膛内形成一股强大的烟气吸卷，卷吸炉壁四周低温烟气参与到燃烧中去，一部分低温烟气通过经烟气间隙被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧，一部分低温烟气通过经烟气入口（当中段出风管的前部侧壁上开有烟气入口时）被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧，这样就改变火焰整体分布，降低燃烧的温度，减少了NO_X的生成，同时加入的烟气来冷却火焰的外焰温度，这将减弱氧气与氮气生成NO_X的过程，从而减少NO_X的生成，均匀降低火焰的温度峰值。总之，本专利主要采用矢量控制烟气回流，使得排出的尾气中的氮氧化物达到25mg/m³以下。

当驱动机构带动各扩散叶片向靠近锥形出气门的轴线方向摆动，锥形出气口小端直径逐渐缩小，烟气间隙逐渐增大；当驱动机构带动各扩散叶片向远离锥形出气门的轴线方向摆动，锥形出气口小端直径逐渐增大，烟气间隙逐渐减小。

这样，针对不同的燃烧空间，都可以做到实时调节，改变参与到燃烧中的低温烟气的多少，适配性大大增强，通用性广。

锥形出气口小端直径最小时，各扩散叶片在周向接触（无间隙），当锥形出气口小端直径非最小时，各扩散叶片在周向有间隙，但是由于挡板在周向向未固定挡板的扩散叶片延伸，挡板在锥形出气口的径向方向遮盖住了所述间隙，所以助燃风也基本不会从该间隙沿径向方向泄漏。

当然，该挡板可以是位于扩散叶片内侧的内挡板，也可以是位于扩散叶片外侧的外挡板，还可以是内挡板与外挡板的组合。采用内挡板和外挡板组合时，内挡板和外挡板在锥形出气门的母线方向上有重叠部分，这样助燃风从该周向相邻的两个扩散叶片之间的间隙泄漏的可能性更小。

拉动拉杆，通过连杆带动扩散叶片摆动，方便调节扩散叶片角度。当然，多个拉杆的另一端均与连接板相连，连接板与带动其沿平行于锥形出气门轴线方向移动的主动拉杆相连的结构，通过拉动主动拉杆，可以同时带动多个拉杆、连杆带动多个扩散叶片同时摆动，操作更加方便。

附图说明

图1是矢量控制燃气低氮燃烧器的立体图；

图2是矢量控制燃气低氮燃烧器的另一立体图；

图3是矢量控制燃气低氮燃烧器的主视图；

图4是图3的右视图；

图5是锥形出气门等（去掉拉杆、拉杆等，扩散叶片之间有间隙）的示意图；

图6是图5的右视图；

图7是锥形出气门等（去掉拉杆、拉杆等，扩散叶片之间无间隙）的示意图；

图8是图7的右视图；

图9是扩散叶片、内挡板、外挡板等的示意图；

图10是图9的右视图。

图中，中心气管1、外环气管2、空气通道3、壳体4、出风管5、前段出风管51、锥形后段出风管52、烟气间隙53、中段出风管54、烟气入口55、肋板56；

中心气嘴6；吸气混合管8、第二叶片9、烟气吸入间隙10；

锥形出气门100，转动轴101，固定耳102，外挡板103，内挡板104，扩散叶片105，拉杆106， 连接板107，主动拉杆108，连杆110。

具体实施方式

参见图1所示的矢量控制燃气低氮燃烧器，包括中心气管1、外环气管2、内部具有空气通道3的壳体4，空气通道的入口与风机（未画出）出口相通。

出风管5包括前段出风管51、中段出风管54和前小后大的锥形后段出风管52，前段出风管51是前大后小的扩口段；圆筒状的中段出风管54前端与扩口段对接，后段出风管52的前端直径较小，与直径较大的中段出风管后端之间形成烟气间隙53。中段出风管54的前部侧壁上开有多个烟气入口55；当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气入口55被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。中段出风管54的外周后端通过四块肋板56固定在壳体4上。

后段出风管52是连接在空气通道3前端出口的前小后大的锥形出气门100，所述锥形出气门包括在周向排列的多个扩散叶片105，各扩散叶片的大端通过转动轴101与空气通道端口在锥形出气门径向方向摆动连接。

驱动装置包括连杆110、拉杆106、连接板107、主动拉杆108等，连杆110的前端与固定在扩散叶片外侧前中部的固定耳102铰接，另一端与平行于锥形出气门轴线的拉杆6铰接，各拉杆6穿过空气通道外周的壳体4后的另一端分别与两个连接板107相连，连接板与带动其沿平行于锥形出气门轴线方向移动的主动拉杆108相连。

在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧前部和外侧后部分别固定有内挡板104和外挡板103，内挡板104和外挡板103在锥形出气门的周向方向均向另一个扩散叶片延伸；内挡板104和外挡板103在锥形出气门的母线方向上有重叠部分。

当向前同步推动两个主动拉杆108，通过连接板107、拉杆106、连杆110带动各扩散叶片105向靠近锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径逐渐减小达到最小时，各扩散叶片在周向接触，锥形出气门100与中段出风管54之间的烟气间隙53最大。当向后同步拉动两个主动拉杆108，通过连接板107、拉杆106、连杆110带动各扩散叶片向远离锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径逐渐增大达到最大时，周向相邻的两个扩散叶片之间的间隙109达到最大。

但是由于内挡板104和外挡板103在周向向未固定挡板的扩散叶片延伸，挡板在锥形出气口的径向方向遮盖住了所述间隙109，而且内挡板104和外挡板103在锥形出气门的母线方向上有重叠部分，这样助燃风从该周向相邻的两个扩散叶片之间的间隙109基本不会泄漏。周向相邻的两个扩散叶片之间的间隙109达到最大时，锥形出气门100前部小端直径最大，锥形出气门100与中段出风管54之间的烟气间隙53最小。当助燃风经空气通道、出风管5喷出时，在出风管外周的烟气经烟气间隙、烟气入口被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

中心气管1前端设置中心气嘴6。8个外环气管2位于出风管5外周部；外环气管2的前端与直径比其大的吸气混合管8的后端在轴向相对，并以在径向方向延伸的第二叶片9相连。外环气管2后端通过外环供气管路与燃气源相连通（属于现有技术，不再描述）。中心气管通过中心供气管路与燃气源相连通（属于现有技术，不再描述）。相并联的外环供气管路及中心供气管路上均设置有调节阀。

外环气管前端与吸气混合管后端之间具有烟气吸入间隙10；当燃气经外环气管流出、进入吸气混合管，外周的烟气经烟气吸入间隙10被吸入吸气混合管内与燃气混合，经吸气混合管前部流出进行燃烧。。

本申请中的中心气管1、中心气嘴6、空气通道3、外环气管2、吸气混合管8、第二叶片9、烟气吸入间隙10、外环供气管路、中心供气管路等属于现有技术，有关内容可以参见申请号为2020100721034、2020101537669的中国专利申请。

通过主动拉杆108等带动扩散叶片105摆动（扩开和收缩），强制改变锥形出气口100的出风角度（锥形出气口母线与轴线之间的夹角）和锥形出气口前部小端直径（通风截面积）大小，调节经锥形出气口喷出的助燃风流速、流量、方向，再配合出风管5前端的扩口段51，从出风管喷出的助燃风在燃烧的炉膛内形成一股强大的烟气吸卷，卷吸炉壁四周低温烟气参与到燃烧中去，一部分低温烟气通过经烟气间隙53被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧，另一部分低温烟气通过经烟气入口55被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧，这样就改变火焰整体分布，降低燃烧的温度，减少了NO_X的生成，同时加入的烟气来冷却火焰的外焰温度，这将减弱氧气与氮气生成NO_X的过程，从而减少NO_X的生成，均匀降低火焰的温度峰值。

进入低氮燃气燃烧器内的燃气进行燃烧放出热量对锅炉等设备加热，采用矢量控制，高压力的风机将助燃风通过出风管喷出，在燃烧的炉膛内形成一股强大的烟气回流，卷吸炉壁四周低温烟气参于到燃烧中去，改变火焰整体分布，降低燃烧的温度，减少了NO_X 的生成，同时加入的烟气来冷却火焰的外焰温度，这将减弱氧气与氮气生成NO_X的过程，从而减少NO_X的生成，使得排出的尾气中的氮氧化物达到25mg/m³以下，并均匀降低火焰的温度峰值。

Claims (8)

1.矢量控制燃气低氮燃烧器，包括中心气管、内部具有空气通道的壳体；中心气管前端设置有中心气嘴并位于出风管中心部，中心气管通过供气管路与燃气源相连通；空气通道的入口与风机出口相通，出风管与空气通道相通；出风管包括前段、中段和后段，前段出风管和中段出风管对接；后段出风管的前端直径较小，与直径较大的中段出风管后端之间形成烟气间隙；其特征是：后段出风管是连接在空气通道前端出口的前小后大的锥形出气门，所述锥形出气门包括在周向排列的多个扩散叶片，各扩散叶片的大端与空气通道端口在锥形出气门径向方向摆动连接，各扩散叶片分别与带动其绕所述摆动处在锥形出气门径向方向摆动的驱动机构相连；在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧或外侧固定有挡板，挡板在锥形出气门的周向方向向另一个扩散叶片延伸；当驱动机构带动各扩散叶片向靠近锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径最小时，各扩散叶片在周向接触，烟气间隙最大；当驱动机构带动各扩散叶片向远离锥形出气门的轴线方向摆动，使得锥形出气口小端直径最大时，各扩散叶片在周向有间隙，挡板在周向覆盖了所述间隙，烟气间隙最小；

当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气间隙被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

2.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：它还包括多个位于出风管外周部的外环气管；中心气管、外环气管均通过供气管路与燃气源相连通。

3.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：中段出风管的前部侧壁上开有烟气入口；当助燃风经空气通道、出风管喷出时，在出风管外周的烟气经烟气入口被吸入出风管内与助燃风混合后参与燃烧。

4.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：所述挡板为固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧的内挡板。

5.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：所述挡板为固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的外侧的外挡板。

6.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：所述挡板包括固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的内侧的内挡板和固定在周向相邻的两个扩散叶片中的一个扩散叶片的外侧的外挡板；内挡板和外挡板在锥形出气门的母线方向上有重叠部分。

7.如权利要求1所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：驱动装置包括连杆，连杆与扩散叶片外侧铰接，另一端与平行于锥形出气门轴线的拉杆铰接，拉杆穿过在空气通道外周的壳体。

8.如权利要求7所述的矢量控制燃气低氮燃烧器，其特征是：穿过壳体的多个拉杆的另一端均与连接板相连，连接板与带动其沿平行于锥形出气门轴线方向移动的主动拉杆相连。

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