CN112762448A - 一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，用于解决天然气燃烧过程中氮氧化物生成量难以满足超低氮排放要求的问题；所述燃烧器包括空气供气管道及燃气供气管道。一次风管、二次风分流环、燃气分流环、空气旋流器同轴设置；空气旋流器套设安装于一次风管下游内，空气旋流器与一次风管之间留有空隙；燃气分流环的出口连接有中心燃气管和圆周燃气管，中心燃气管的末端延伸至空气旋流器的中心，圆周燃气管的末端穿过空气旋流器与一次风管之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折，中心燃气管和圆周燃气管均末端封堵、侧壁上设置有燃气喷孔；通过耦合分级燃烧、旋流燃烧以及分散射流燃烧技术，达到燃气低NOx燃烧的目的。

Description

一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器
技术领域
本发明属于热能与动力工程技术领域，涉及一种低NOx燃烧器，尤其是一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器。
背景技术
随着能源结构绿色转型以及碳中和目标的提出，天然气消费量不断增加。虽然天然气属于清洁能源，但天然气燃烧过程生成的氮氧化物会对大气生态环境和人民身体健康造成危害。因此，降低天然气燃烧中氮氧化物的生成量，成为天然气燃烧利用过程中亟需解决的关键问题。天然气低氮燃烧技术主要围绕如何降低燃烧温度、减少热力NOx的生成开展，同时考虑强化初期天然气与空气的快速均匀混合以减少快速型NOx生成。但是随着越来越严格的环境标准，只使用一种低氮燃烧技术已经不能满足现有的环境需求。因此，有必要研发设计满足超低氮排放要求的新型天然气低NOx燃烧器。
发明内容
本发明的目的在于解决天然气燃烧过程中氮氧化物生成量难以满足超低氮排放要求，对环境造成严重污染的问题，提供一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，包括：
空气供气管道，所述空气供气管道包括一次风管、二次风入口管道、二次风分流环、二次风管以及空气旋流器；所述空气旋流器套设安装于一次风管下游内，空气旋流器与一次风管之间留有空隙；所述二次风入口管道连接在二次风分流环的入口，二次风分流环端面出口连接有多根二次风管；
燃气供气管道，所述燃气供气管道包括燃气入口管道、燃气分流环、中心燃气管以及圆周燃气管；所述燃气入口管道连接在燃气分流环的入口，燃气分流环内侧出口与中心燃气管相连接；燃气分流环端面出口连接有多根圆周燃气管；所述中心燃气管和圆周燃气管均套设安装于一次风管内，中心燃气管的末端延伸至空气旋流器的中心。
本发明进一步的改进在于：
所述圆周燃气管的末端穿过空气旋流器与一次风管之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折。
所述一次风管的直径与二次风分流环的内环直径相等，一次风管与二次风分流环的内环相接。
所述一次风管、二次风分流环、燃气分流环以及空气旋流器同轴设置。
所述空气旋流器的中心为直流风道，直流风道外侧为旋流风道，旋流风道内设置有旋流叶片；
所述二次风管的长度大于一次风管的长度，使得二次风管末端出口位于一次风管出口的下游。
所述中心燃气管的末端封堵、侧壁上均匀设置燃气喷孔，喷孔朝向为半径方向。
所述圆周燃气管的末端封堵、侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔朝向为切线方向，喷孔直径随着喷孔距燃烧器轴线距离的增大而增大。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用空气分级技术。将助燃空气分为一次风和二次风，一次风经一次风管送入燃烧室，保持燃料燃烧初期的贫氧气氛，可以减弱燃烧强度，降低燃烧区温度，从而抑制热力型NOx的生成。二次风由二次风分流环分流后经二次风管送入燃烧室，二次风管喷口位于一次风管出口下游，在下游营造富氧气氛可以保证燃气的燃尽率，提高燃烧器燃烧效率。
2.本发明采用空气旋流技术。在一次风管出口内部设置空气旋流器，使一次风分流为直流风与旋流风。直流风可以保证燃烧初期燃料及时着火燃烧，提高火焰稳定性。旋流风可以增强空气的湍动，强化空气与燃气的快速混合；同时在离心力作用下，旋流风中心会形成负压区，引起下游高温烟气回流，回流的高温烟气可以稀释空气与燃气浓度，进一步强化空气与燃气的快速混合。
3.本发明采用燃气分散射流技术。燃气支管由中心燃气管和圆周燃气管构成，中心燃气管末端位于燃烧器轴线位置，且中心燃气管末端封堵、侧壁上设置有均匀的燃气喷孔，可以起到稳定火焰燃烧的作用。圆周燃气管末端穿过空气旋流器与一次风管之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折，且圆周燃气管末端封堵、侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔直径随着喷孔距燃烧器轴线距离的增大而增大，在燃烧器出口截面上燃气喷孔形成均匀分散分布，燃气从喷孔喷出后可以与助燃空气形成垂直交叉射流。燃气分散射流技术消除了燃气聚集区域，避免局部高温区的形成，可以有效减少热力型NOx的生成，同时燃气分散射流技术加快了燃气与空气的混合，能够有效抑制快速型NOx的生成。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器实施例的结构示意图；
图2为本发明图1的右视图；
图3为本发明图1的剖视图；
其中：1-一次风管，2-二次风入口管道，3-二次风分流环，4-二次风管，5-燃气入口管道，6-燃气分流环，7-中心燃气管，8-圆周燃气管，9-空气旋流器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
影响燃气燃烧过程中NOx生成的主要因素有燃烧温度、燃料在高温区的停留时间以及燃料与空气的混合情况，相对应的，实现燃气低NOx燃烧的方法有降低燃气燃烧温度、强化燃气与空气的快速混合、消除局部高温区等。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至图3，本发明实施例公开了一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，由空气供气管道及燃气供气管道构成。其中，空气供气管道包括一次风管1、二次风入口管道2、二次风分流环3、二次风管4和空气旋流器9；燃气供气管道包括燃气入口管道5、燃气分流环6、中心燃气管7和圆周燃气管8；
上述部件的连接关系如下：
二次风入口管道2连接在二次风分流环3的入口，二次风分流环3端面出口连接有多根二次风管4；一次风管1的直径与二次风分流环3的内环直径相等，一次风管1与二次风分流环3的内环相接；二次风管4的长度大于一次风管1的长度，使得二次风管4末端出口位于一次风管1出口的下游；
空气旋流器9的中心为直流风道，直流风道外侧为旋流风道，旋流风道内设置有旋流叶片；空气旋流器9套设安装于一次风管1下游内，空气旋流器9与一次风管1之间留有空隙；
燃气入口管道5连接在燃气分流环6的入口，燃气分流环6内侧出口与中心燃气管7相连接；燃气分流环6端面出口连接有多根圆周燃气管8，中心燃气管7和圆周燃气管8均套设安装于一次风管1内，中心燃气管7的末端延伸至空气旋流器9的中心，圆周燃气管8的末端穿过空气旋流器9与一次风管1之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折；
中心燃气管7的末端封堵、侧壁上均匀设置燃气喷孔，喷孔朝向为半径方向，圆周燃气管8的末端封堵、侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔朝向为切线方向，喷孔直径随着喷孔距燃烧器轴线距离的增大而增大；
一次风管1、二次风分流环3、燃气分流环6、空气旋流器9同轴设置。
本发明的工作原理如下：
(1)一次风经一次风管1送入燃烧室，位于一次风管1下游出口内的空气旋流器9将一次风分为直流风和旋流风，直流风可以保证燃烧初期燃料及时着火燃烧，提高火焰稳定性，旋流风可以增强空气的湍动，强化空气与燃气的快速混合，旋流风中心形成的负压区会引起下游高温烟气回流，回流的高温烟气可以稀释空气与燃气浓度，进一步强化空气与燃气的快速混合。二次风管4的喷口位于一次风管1的出口下游，二次风由二次风分流环3分流后经二次风管4送入燃烧室，在下游营造富氧气氛可以保证燃气的燃尽率，提高燃烧器的燃烧效率。
(2)燃气由燃气入口管道5进入燃气分流环6，被分流后燃气分别进入中心燃气管7和圆周燃气管8，中心燃气管7的末端位于燃烧器轴线位置，且中心燃气管7末端封堵、侧壁上设置有均匀的燃气喷孔，可以起到稳定火焰燃烧的作用。圆周燃气管8末端穿过空气旋流器9与一次风管1之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折，且圆周燃气管8末端封堵、侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔直径随着喷孔距燃烧器轴线距离的增大而增大。在燃烧器出口截面上燃气喷孔形成均匀分散分布，燃气从喷孔喷出后可以与助燃空气形成垂直交叉射流。燃气分散射流技术消除了燃气聚集区域，避免局部高温区的形成，可以有效减少热力型NOx的生成，同时燃气分散射流技术加快了燃气与空气的混合，能够有效抑制快速型NOx的生成。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，包括：
空气供气管道，所述空气供气管道包括一次风管(1)、二次风入口管道(2)、二次风分流环(3)、二次风管(4)以及空气旋流器(9)；所述空气旋流器(9)套设安装于一次风管(1)下游内，空气旋流器(9)与一次风管(1)之间留有空隙；所述二次风入口管道(2)连接在二次风分流环(3)的入口，二次风分流环(3)端面出口连接有多根二次风管(4)；
燃气供气管道，所述燃气供气管道包括燃气入口管道(5)、燃气分流环(6)、中心燃气管(7)以及圆周燃气管(8)；所述燃气入口管道(5)连接在燃气分流环(6)的入口，燃气分流环(6)内侧出口与中心燃气管(7)相连接；燃气分流环(6)端面出口连接有多根圆周燃气管(8)；所述中心燃气管(7)和圆周燃气管(8)均套设安装于一次风管(1)内，中心燃气管(7)的末端延伸至空气旋流器(9)的中心。
2.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述圆周燃气管(8)的末端穿过空气旋流器(9)与一次风管(1)之间的空隙后依次沿径向向内或向外90°弯折。
3.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述一次风管(1)的直径与二次风分流环(3)的内环直径相等，一次风管(1)与二次风分流环(3)的内环相接。
4.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述一次风管(1)、二次风分流环(3)、燃气分流环(6)以及空气旋流器(9)同轴设置。
5.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述空气旋流器(9)的中心为直流风道，直流风道外侧为旋流风道，旋流风道内设置有旋流叶片。
6.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述二次风管(4)的长度大于一次风管(1)的长度，使得二次风管(4)末端出口位于一次风管(1)出口的下游。
7.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述中心燃气管(7)的末端封堵、侧壁上均匀设置燃气喷孔，喷孔朝向为半径方向。
8.根据权利要求1所述的耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器，其特征在于，所述圆周燃气管(8)的末端封堵、侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔朝向为切线方向，喷孔直径随着喷孔距燃烧器轴线距离的增大而增大。
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