CN112050204B - 一种低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃油燃气低氮燃烧器，本燃烧器包括一个轴向布置的进气管以及一个燃烧器外筒体与燃烧器外筒体同心内置的内筒体，内筒体内部设置有对进气气流进行导流的螺旋盘和均流的均流盘；进气管的中间管壁环周壁面上有若干个大的贯通孔，进气管的尾端底侧壁上分布有多个小贯通孔，尾端顶侧壁面上设置有一个贯穿燃烧器外筒体与内筒体的油(气)燃料喷嘴。点火器贯穿燃烧器外筒体与内筒体，设置在均流盘之后的内筒体壁面上，燃烧器尾端的燃烧火焰出口前有均焰盘与档焰盘。同现有的燃油燃气混合器相比，具有燃烧器出口燃烧场的温度均匀性好、燃烧充分、燃烧过程效率高、尾气氮氧化物NOX生成量少等优点。

Description

一种低氮燃烧器

技术领域

本发明属于环保机械设计技术领域，涉及一种工业用途燃烧器的设计技术，具体为一种燃油燃气的低氮排放燃烧器。

背景技术

随着国家环境污染问题治理的法规与环保要求的日益提升，减少与降低工业尾气排放中NO、NO₂的排放量已成为我国社会环境治理技术的关键核心环节。低氮排放的燃油燃气燃烧器对燃油燃气的燃烧组织与实施，以及减少与降低燃烧后尾气排放中NO_X污染物的作用日益重要。

燃油燃气燃烧器工作时通过将燃油燃气与空气两者之间进行混合，并实施组织燃烧，释放热量达成工程应用目的。合理的燃油燃气燃烧器结构能够使燃油燃气与空气在混合均匀充分的基础上，实现燃烧过程的高效与可靠，杜绝燃烧场内出现局部高温区，从而抑制和减少燃烧过程中NO_X的生成，达到理想的燃烧尾气的排放目标。

现有申请公开号CN 107477580 A中公开的一种低氮氧化物燃烧器，包括轴向贯通的燃烧筒、燃烧筒内固连的燃气管、燃气管内固连的空气管、燃气管上端固连的燃烧板、与燃烧板固连水平设置的喷气管、燃气管下端内侧叶轮等，此燃烧器存在着轴向长度长，外形尺寸大，燃烧器出口的燃烧火焰温度均匀性不好，火焰稳定性不理想，燃烧噪音大，燃烧器管壁存在局部过热等风险与不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、燃烧过程稳定、燃烧效率高、可燃性混合充分均匀、NO_X排放水平低的燃油燃气低氮排放的燃烧器，以克服与解决现有燃油燃气燃烧器技术上存在的缺陷与不足。

本发明采用的技术方案如下：

一种低氮燃烧器，包括轴向设置的燃烧筒，其特征在于：

燃烧筒包括同轴线布置的内筒体和外筒体，内筒体与外筒体之间构成具有夹层结构的环形空气通道；

内筒体轴向前端至后端设置包括：进气管、内筒体端盖、喷嘴、螺旋混合单元、均流盘、点火器和均焰盘；

外筒体轴向前端是外筒体端盖，外筒体端盖与内筒体端盖之间形成前端面夹层结构的空气通道并通过内筒体端盖边缘设置的过气孔与环形空气通道联通；进气管沿轴向中心偏心设置并穿过外筒体端盖和内筒体端盖，进气管位于前端面夹层结构空气通道的圆周壁上设置有数个大贯通孔、后端位于内筒体端盖内侧的圆周壁设置有数个小贯通孔；外筒体轴向后端设置与外环境联通的档焰盘，档焰盘与均焰盘之间形成后端面夹层结构的气体混合通道。

本发明所述小贯通孔密布设置于进气管圆周管壁的一侧与螺旋混合单元入口联通，大贯通孔均匀间隔设置于位于前端面夹层结构空气通道的进气管圆周壁上，大贯通孔与小贯通孔的面积比典型地是1:2.8～1:7.6。

所述喷嘴用于喷射燃油燃料或燃气燃料，安装于燃烧筒壁、并通过喷嘴安装座安装于进气管上小贯通孔相对一侧。

所述点火器用于燃烧点火，安装于燃烧筒壁、并通过点火器安装座安装于由均流盘与均焰盘之间形成的燃烧室壁。

所述螺旋混合单元包括由螺旋导流盘构成的沿内筒体轴向成螺旋结构的混合通道，螺旋结构的混合通道前端入口与小贯通孔联通、后端设置多孔板与均流盘前的混合腔联通。所述螺旋导流盘中心由中心芯管固定、外周与内筒体壁固定。

所述均流盘圆周与内筒体壁固定，盘面均匀布置有通孔。

所述均焰盘圆周与内筒体壁固定，盘面中部均匀布置有过气孔，盘面的环周外边缘上阵列分布有成型翼片结构的喷气孔。所述成型翼片结构的喷气孔是均焰盘圆周边缘同向切割并弯折后形成的斜向出口。

所述档焰盘盘面中部有环状阵列分布的过气孔，盘面环周边缘上分布有条状的过气槽。

与现有的燃烧器技术相比，本发明所述的燃油燃气低氮燃烧器具有以下优点：

1.从进气管进入的空气与经过燃料喷嘴喷射的雾化燃料油气混合进入内筒体内后，空气与雾化的燃料油气参混充分均匀，混合过程效率高；

2.混合气经过均流盘后，点火器点火后形成的燃烧场充分燃烧；燃烧场火焰经过均焰盘和档焰盘的整理与导引后，燃烧器出口温度场的均匀性好，降低了火焰温蒂，延长了燃烧过程时间，炉膛内没有局部高温点，能够显著地降低减少燃烧尾气中的NO_X排放量。

3.从进气管进入的一部分空气经过外筒体端盖壁面与内筒体端盖壁面形成的环周状空气流通通道，从前均焰盘的成型翼片喷出，成型翼片结构的喷气孔是均焰盘圆周边缘同向切割并弯折后形成的斜向出口，该结构能够更有效地对燃烧场的火焰进行冷却压制降温，从而降低了燃烧尾气中污染物的排放水平。

4.通过调节外通道与内筒体内两者之间空气进气量的比例关系，能够对燃烧器出口的燃烧场火焰温度进行调整，以满足不同工况用途与使用场合的使用要求。

附图说明

图1是本发明燃烧器的结构示意图；

图2是图1中燃烧器的侧视图；

图3是图1中油嘴中心位置的燃烧器横向剖面结构示意图；

图4是图2中油嘴中心位置的燃烧器纵向剖面结构示意图；

图5是图1中燃烧器进气管的结构示意图；

图6是图1中燃烧器内筒体端盖的结构示意图；

图7是图1中燃烧器螺旋导流盘的结构示意图；

图8是图7中螺旋导流盘单元的结构示意图；

图9是图1中燃烧器均流盘的结构示意图；

图10是图1中燃烧器前均焰盘的结构示意图；

图11是图1中燃烧器后档焰盘的结构示意图。

附图1-附图11标注：

1-进气管，1a-大贯通孔，1b-小贯通孔，2-外筒体，3-内筒体，4-外筒体端盖，5-喷嘴，6-内筒体端盖，6a-过气孔,7-中心芯管，8-螺旋导流盘，80-螺旋片单元，9-均流盘，9a-通气孔，10-点火器，11-均焰盘，11a–过气孔，11b-成型翼片，12-档焰盘，12a-过气孔，12b-过气槽，13-喷嘴安装座，14-点火器安装座，15-多孔板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明燃烧器一具体结构例进行说明。

如图所示，燃油燃气低氮燃烧器，包括一个轴向布置的进气管1，燃烧器外筒体2以及与燃烧器外筒体2同心内置的内筒体3，内筒体3内部设置有对进气气流进行导流的螺旋导流盘8和均流的均流盘9，一个贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3向进气管1的尾端管壁底侧面喷射油气的燃料喷嘴5，点火器10贯穿燃烧器外筒体2壁与内筒体3壁，位于均流盘9之后的内筒体3壁面上，燃烧器尾端的燃烧火焰出口前有均焰盘11与档焰盘12。轴向布置进气管1的中间管壁环周壁面上有若干个大贯通孔1a，进气管尾端的底侧壁面上分布有多个小贯通孔1b，燃料喷嘴5贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3位于进气管1尾端的顶侧壁面上。

轴向布置的进气管1外壁面与燃烧器外筒体2端盖壁面、内筒体3端盖壁面、前均焰盘11之间形成的一个环周状空气流通通道，从进气管1进入的一部分空气经过这一流通通道，从前均焰盘11的成型翼片11b形成的喷气孔喷出，对燃烧场的火焰进行冷却压制降温。从进气管1进入的大部分空气与贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3的燃料喷嘴5喷射的雾化燃料油气参混后穿过进气管1尾端底侧壁上分布的小贯通孔1b进入燃烧器内筒体3的内部，在内筒体3内中心内置螺旋导流盘8导引作用下，实现进气管1进入空气与燃料喷嘴5喷射雾化的可燃性油气两者之间的充分均匀混合，然后穿过均流盘9，进入燃烧器的后腔室。点火器10贯穿燃烧器外筒体2与外筒体3位于均流盘9与前均焰盘11之间，对参混充分均匀的油气点火，点火产生的燃烧场火焰经过均焰盘11和档焰盘12的整理与导引最后到达燃烧器出口。

图1是本发明燃烧器的结构示意图。本燃烧器的结构构成包括一个轴向布置的进气管1以及一个燃烧器外筒体2与燃烧器外筒体2同心内置的内筒体3，在内筒体3中心设置有对进气气流进行导流的螺旋导流盘8和均流的均流盘9；一个贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3向进气管1的尾端管壁底侧面喷射油气的燃料喷嘴5以及一个贯穿燃烧器外筒体2壁与内筒体3壁位于均流盘9后的点火器10，燃烧器的尾端有均焰盘11与档焰盘12；其中油气燃料喷嘴5和点火器10安装在各自的安装座上。从轴向布置的进气管1进入的大部分空气与燃料喷嘴5向进气管1尾端管壁喷射的雾化燃料油气相混合后穿过进气管1尾端底侧壁上分布的小贯通孔1b进入燃烧器内筒体3的内部，通过内筒体3内置的螺旋导流盘8导引，实现从进气管1进入的空气与燃料喷嘴5喷射雾化的可燃性油气之间充分均匀混合，然后穿过均流盘9，到达燃烧器的后部。点火器10贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3并位于均流盘9与前均焰盘11之间，点火器10点火产生的燃烧场火焰经过均焰盘11和档焰盘12的整理与导引到达燃烧器出口。

图2和图3分别是是图1中燃烧器的侧视图与图1中油嘴5中心位置燃烧器的横向剖面结构示意图；油(气)燃料喷嘴5安装在喷嘴安装座13上，贯穿燃烧器的外筒体2与内筒体3，将燃油燃气喷射到进气管1的尾端顶侧壁面上。

图4为图1中的燃烧器在图2油嘴5的中心位置纵向剖面结构示意图。轴向布置进气管1的中间管壁上有若干大贯通孔1，进气管1的外壁面、外筒体2内壁面、外筒体端盖4壁面、内筒体端盖6壁面、前均焰盘11之间形成的一个空气通道，从进气管1进入的一部分空气经过端面夹层结构的空气通道、轴向夹层结构的环状空气通道，从均焰盘11的成型翼片11b喷出后，对燃烧场火焰进行压制冷却降温。从进气管1进入的大部分空气，与油(气)燃料喷嘴5喷射向进气管1的尾端顶侧壁面上的燃油燃气参混，然后穿过进气管1尾端顶侧壁面上的小贯穿孔1b进入内筒体3的内部，经过内筒体3内置的螺旋导流盘8导引，实现从进气管1进入的空气与燃料喷嘴5喷射雾化的可燃性油气之间充分均匀混合，然后穿过均流盘9，到达燃烧器的后部。在燃烧器的后部，贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3并位于均流盘9与前均焰盘11之间的点火器10，点火产生的燃烧场火焰经过均焰盘11与档焰盘12的整理与导引最后到达燃烧器出口。

图5是图1中燃烧器进气管1的结构示意图。进气管1的左端口是空气进口，进气管1的中间环周壁面上有若干个大贯穿孔1a，进气管1的尾端管壁底侧面上有多个小贯通孔1b。如图4所示，进气管1的尾端顶侧壁面上有一个贯穿燃烧器外筒体2与内筒体3的可燃性油气燃料喷嘴5,喷嘴5喷射出的燃料油(气)与进气管1左端口的进气参混合后穿过进气管1的尾端底侧壁上分布的小贯通孔1b进入燃烧器内筒体3内。本发明将大贯穿孔1a与小贯通孔1b的面积比设定在1:2.8～1:7.6，通过改变大贯穿孔1a与小贯通孔1b的面积比，即可调整经轴向环状空气流通通道的低温进气量与内筒体3内的混合燃油气量两者之间的质量体积占比，从而实现对燃烧器出口温度的调整。

图6是图1中燃烧器内筒体端盖6的结构示意图。内筒体端盖6的圆环周边分布有若干条状的过气孔6a，从进气管1的左端口进入空气的一部分经过外筒体端盖4与内筒体端盖6的壁面之间形成的轴向环状空气流通通道，从均焰盘11的成型翼片11b喷出，对燃烧场火焰进行压制冷却降温，燃烧器炉膛内没有局部高温点，显著地减少燃烧尾气中的NO_X排放量，降低了尾气污染物的排放水平。

图7是图1中燃烧器螺旋导流盘8的结构示意图。螺旋导流盘8由一个直筒芯管7，两个螺旋片单元80，一个多孔板15构成。螺旋导流盘8安置于燃烧器内筒体3的中心，参见图4所示；螺旋导流盘8的作用是对燃料喷嘴5向进气管1尾端水雾底侧壁面上分布的小贯通孔1b喷射油(气)与从进气管1左端口进入的空气参混后并穿过进气管1尾端底侧壁上分布的小贯通孔1b进入内筒体3内的混合可燃油(气)进行导引，作高速螺旋式流动，然后穿过图4中所示均流盘9端面上的通气孔9a,进入燃烧器的后部。

图8是图7中螺旋导流盘8内螺旋片单元80的结构示意图，螺旋片单元8a的具有螺旋状结构特征，中心圆孔与一个直筒芯管7相配合焊接；螺旋导流盘8可以由两个或多个螺旋片单元80构成。

图9是图1中燃烧器多孔盘9的结构示意图，多孔盘9的盘面上阵列分布通气孔9a，作用是对燃烧器内筒腔室内的混合可燃油(气)螺旋气流进行均流。

图10是图1中燃烧器均焰盘11的结构示意图，均焰盘11的中心盘面上有圆环状分布的过气孔11a，盘的环周外边缘上阵列分布有成型翼片11b让由点火棒10点燃生成的燃烧场火焰穿过。

图11是图1中燃烧器档焰盘12的结构示意图，档焰盘12的盘面中心有环状阵列分布的过气孔12a，盘环的周边缘上分布有条状的过气槽12b；档焰盘12端面上的过气孔12a与过气槽12b对燃烧器出口的燃烧场火焰温度进行平衡控制，实现燃烧器的出口温度均匀，没有局部高温点出现。

Claims (8)

1.一种低氮燃烧器，包括轴向设置的燃烧筒，其特征在于：

燃烧筒包括同轴线布置的内筒体和外筒体，内筒体与外筒体之间构成具有夹层结构的环形空气通道；

内筒体轴向前端至后端设置包括：进气管、内筒体端盖、喷嘴、螺旋混合单元、均流盘、点火器和均焰盘；

外筒体轴向前端是外筒体端盖，外筒体端盖与内筒体端盖之间形成前端面夹层结构的空气通道并通过内筒体端盖边缘设置的过气孔与环形空气通道联通；进气管沿轴向中心偏心设置并穿过外筒体端盖和内筒体端盖，进气管位于前端面夹层结构空气通道的圆周壁上设置有数个大贯通孔、后端位于内筒体端盖内侧的圆周壁设置有数个小贯通孔，小贯通孔密布设置于进气管圆周管壁的一侧与螺旋混合单元入口联通，大贯通孔均匀间隔设置于位于前端面夹层结构空气通道的进气管圆周壁上，大贯通孔与小贯通孔的面积比是1:2.8～1:7.6；外筒体轴向后端设置与外环境联通的档焰盘，档焰盘与均焰盘之间形成后端面夹层结构的气体混合通道；所述螺旋混合单元包括由螺旋导流盘构成的沿内筒体轴向成螺旋结构的混合通道，螺旋结构的混合通道前端入口与小贯通孔联通、后端设置多孔板与均流盘前的混合腔联通。

2.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述喷嘴用于喷射燃油燃料或燃气燃料，安装于燃烧筒壁、并通过喷嘴安装座安装于进气管上小贯通孔相对一侧。

3.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述点火器用于燃烧点火，安装于燃烧筒壁、并通过点火器安装座安装于由均流盘与均焰盘之间形成的燃烧室壁。

4.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述螺旋导流盘中心由中心芯管固定、外周与内筒体壁固定。

5.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述均流盘圆周与内筒体壁固定，盘面均匀布置有通孔。

6.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述均焰盘圆周与内筒体壁固定，盘面中部均匀布置有过气孔，盘面的环周外边缘上阵列分布有成型翼片结构的喷气孔。

7.根据权利要求6所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述成型翼片结构的喷气孔是均焰盘圆周边缘同向切割并弯折后形成的斜向出口。

8.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于：所述档焰盘盘面中部有环状阵列分布的过气孔，盘面环周边缘上分布有条状的过气槽。

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