CN112856417A - 空心火焰低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空心火焰低氮燃烧器，包括：浇注料台，浇注料台内侧形成有空气通道；内燃气空气通道，位于空气通道与所述浇注料台之间；内燃气通道，自第一表面延伸至内燃气空气通道内；内燃气喷口，位于内燃气通道延伸至内燃气空气通道内的一端；浇注料台第一烟气通道，位于浇注料台内；浇注料台第二烟气通道，位于浇注料台内；外燃气烟气混合通道，位于浇注料台外侧；外燃气通道，位于浇注料台外侧，自浇注料台的第一表面一侧延伸至外燃气烟气混合通道内。浇注料台有蓄热功能，使燃料在0‑3％氧含量下能够稳定燃烧；特殊的设计使燃烧器中心无火焰生成，且结合了预混燃烧、烟气内循环、分级燃烧等低氮燃烧技术，保证了低氧燃烧的效果和稳定性。

Description

空心火焰低氮燃烧器

技术领域

本发明涉及锅炉、工业炉降排领域，特别是涉及一种空心火焰低氮燃烧器。

背景技术

目前燃气工业炉中常用的降氮手段是低氮燃烧器加烟气外循环，对于燃烧像天然气这种高热值较洁净的燃料的锅炉，此种降氮手段能够使锅炉氮氧化物的排放在30mg/Nm3以下。目前市面上的低氮燃烧器多是应用多级燃烧、浓淡燃烧等技术手段实现降氮燃烧；烟气外循环即为从炉膛尾部抽取一定比例的烟气再通过烟气循环管道通入到燃烧器进风口，与助燃风混合后参与燃烧，对于天然气等高热值气，烟气外循环能够有效降低燃烧峰值温度及氧含量，可减少热力型氮氧化物的生成。

但是应用烟气外循环有非常多的弊端，例如烟气回流会有冷凝水出现，外循环烟气掺入到助燃风中容易造成振动等。

发明内容

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种空心火焰低氮燃烧器，包括：浇注料台，所述浇注料台包括相对的第一表面和第二表面，所述浇注料台内侧形成有空气通道，所述空气通道自所述第一表面延伸至所述第二表面；内燃气空气通道，位于所述空气通道与所述浇注料台之间，所述内燃气空气通道与所述空气通道平行；内燃气通道，自所述第一表面延伸至所述内燃气空气通道内；内燃气喷口，位于所述内燃气通道延伸至所述内燃气空气通道内的一端；浇注料台第一烟气通道，位于所述浇注料台内，一端与所述空气通道相连通，另一端延伸至所述浇注料台外侧壁；浇注料台第二烟气通道，位于所述浇注料台内，一端与所述浇注料台第一烟气通道相连通，另一端延伸至所述浇筑料台的第二表面；外燃气烟气混合通道，位于所述浇注料台外侧，所述外燃气烟气混合通道与所述空气通道平行；外燃气通道，位于所述浇注料台外侧，自所述浇注料台的第一表面一侧延伸至所述外燃气烟气混合通道内。

可选地，所述内燃气空气通道的数量、所述内燃气通道的数量、所述内燃气喷口的数量、所述浇注料台第一烟气通道的数量、所述浇注料台第二烟气通道的数量、所述外燃气烟气混合通道的数量及所述外燃气通道的数量均为多个；所述内燃气空气通道与所述内燃气通道一一对应设置，多个所述内燃气空气通道及多个所述内燃气通道均以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述浇注料台第一烟气通道与所述浇注料台第二烟气通道一一对应设置，多个所述浇注料台第一烟气通道及所述浇注料台第二烟气通道以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述外燃气烟气混合通道与所述外燃气通道一一对应设置，多个所述外燃气烟气混合通道及多个所述外燃气通道以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布。

可选地，各所述内燃气通道上均设有多个所述内燃气喷口，多个所述内燃气喷口形成预混枪。

可选地，所述浇注料台的内壁包括第一浇注料台斜坡，所述第一浇注料台斜坡自所述浇注料台内延伸至所述浇注料台的第二表面，所述第一浇注料台斜坡与所述空心火焰低氮燃烧器的中心线的角度为10°～60°。

可选地，所述浇注料台第二烟气通道内侧设有第二浇注料台斜坡，所述第二浇注料台斜坡与所述空心火焰低氮燃烧器中心线的角度为80°～120°。

可选地，所述内燃气空气通道位于所述浇注料台第一烟气通道与所述浇注料台的第一表面之间，所述内燃气空气通道远离所述内燃气通道的一端与所述浇注料台第一烟气通道远离所述浇注料台第二烟气通道的侧壁的距离小于所述内燃气空气通道的直径。

可选地，所述内燃气通道为渐缩形通道，所述内燃气通道延伸至所述内燃气空气通道内的一端的直径最小。

可选地，所述外燃气通道为渐缩形通道，所述外燃气通道延伸至所述外燃气烟气混合通道内的一端的直径最小。

如上所述，本发明的空心火焰低氮燃烧器，具有以下有益效果：

1、所述浇注料台有蓄热功能，使燃料在0-3％氧含量下能够稳定燃烧，；特殊的设计使燃烧器中心无火焰生成，且结合了预混燃烧、烟气内循环、分级燃烧等低氮燃烧技术，如此保证了低氧燃烧的效果和稳定性。

2、燃烧器区域处所有的助燃空气从所述内燃气空气通道中进入，吸卷高温烟气形成烟气空气混合气，从所述内燃气空气通道内流出的混合气可分成三股，第一股经过所述空气通道流出，第二股通过所述浇注料台第一烟气通道流出，第三股通过所述浇注料台第二烟气通道流出。三股混合气对所述浇注料台有加热功能，使所述浇注料台的蓄热功能稳定持续。并且第二股混合气可以与所述外燃气烟气混合通道流出的燃气烟气混合物再次混合，起到进一步稀释燃气的作用。不会因烟气回流而产生冷凝水，也不会产生振动。

3、所述空气通道内中心区域无燃料通入，如此可使火焰中空。火焰中空的好处是火焰中心温度较低，可有效抑制此处生成热力型氮氧化物。

4、所述空气通道后端有扩口，使空气扩散流入燃烧区域，如此可使火焰充满度好，充分利用炉膛空间，不但可以降低燃烧峰值温度，减少热力型氮氧化物的生成，还可以提高炉子热效率。

5、燃气分为内外两层分布，并且每一层上都布置若干个燃气通道，如此可使燃气均匀喷射到燃烧区域，可使燃烧更加均匀，燃烧温度更低，从而实现低氮燃烧。

6、所述外燃气通道后端缩口结构可以使外燃气在此处的速度增加，通过文丘里效应，所述外燃气通道后端面周围燃气压力降低，使周围高温烟气更加容易进入到所述外燃气烟气混合通道内。在所述外燃气烟气混合通道内烟气与燃气混合，在缺氧环境下，燃料分解成CO、H+等还原性物质，并且热烟气对燃气起到稀释作用，如此能够有效的降低燃气热值，控制燃气燃烧速度，使燃烧温度更加接近均值，避免了局部高温区的形成，最终可以起到减少热力型氮氧化物生成的效果。

7、所述内燃气通道后端为渐缩形，内燃气可在缩口处加速，同样由于文丘里效应，所述内燃气通道后端面附近压力降低，周围的空气更容易进入所述内燃气空气通道内。若干个所述内燃气喷口形成螺旋形，使燃气以螺旋形式进入所述内燃气空气通道。在所述内燃气空气通道内，形成旋流的燃气更容易与空气预混均匀。部分燃气和空气在所述内燃气空气通道内进行预混燃烧，预混燃烧可以使燃烧更均匀，避免局部高温区的生成，进而降低了热力型氮氧化物的生成。

附图说明

图1为本发明提供的空心火焰燃烧器的俯视结构图。

图2为本发明提供的空心火焰燃烧器沿图1中AA方向的纵向剖面结构。

图3为本发明提供的空心火焰燃烧器的侧视图。

图4为本发明提供的空心火焰燃烧器的气体流动走向图。

图5为本发明提供的空心火焰燃烧器中浇注料台第二烟气通道内侧的浇注料台两个斜坡角度示意。

图6为本发明提供的空心火焰燃烧器中的顶端设有内燃气喷口的内燃气通道的正视示意图。

图7为本发明提供的空心火焰燃烧器中的顶端设有内燃气喷口的内燃气通道的俯视图。

图8为本发明提供的空心火焰燃烧器中的内燃气空气通道直径及内燃气空气通道与浇注料台第一烟气通道底部的距离尺寸示意图。

元件标号说明：1、外燃气烟气混合通道，2、外燃气通道，3、浇注料台，301第一浇注料台斜坡，302、第二浇注料台斜坡，401、浇注料台第一烟气通道，402、浇注料台第二烟气通道，5、内燃气通道，6、内燃气喷口，7、内燃气空气通道，8、空气通道

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。

以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

如上所述，目前市面上的低氮燃烧器多是应用多级燃烧、浓淡燃烧等技术手段实现降氮燃烧；烟气外循环即为从炉膛尾部抽取一定比例的烟气再通过烟气循环管道通入到燃烧器进风口，与助燃风混合后参与燃烧，对于天然气等高热值气，烟气外循环能够有效降低燃烧峰值温度及氧含量，可减少热力型氮氧化物的生成。但是应用烟气外循环有非常多的弊端，例如烟气回流会有冷凝水出现，外循环烟气掺入到助燃风中容易造成振动等。

实施例一

请参阅图1至图3所示，本发明提供一种空心火焰低氮燃烧器，包括：浇注料台3，所述浇注料台3包括相对的第一表面和第二表面，所述浇注料台3内侧形成有空气通道8，所述空气通道8自所述第一表面延伸至所述第二表面；内燃气空气通道7，位于所述空气通道8与所述浇注料台3之间，所述内燃气空气通道7与所述空气通道8平行；内燃气通道5，自所述第一表面延伸至所述内燃气空气通道7内；内燃气喷口6，位于所述内燃气通道5延伸至所述内燃气空气通道7内的一端；浇注料台第一烟气通道401，位于所述浇注料台3内，一端与所述空气通道8相连通，另一端延伸至所述浇注料台3外侧壁；浇注料台第二烟气通道402，位于所述浇注料台3内，一端与所述浇注料台第一烟气通道401相连通，另一端延伸至所述浇筑料台3的第二表面；外燃气烟气混合通道1，位于所述浇注料台3外侧，所述外燃气烟气混合通道1与所述空气通道8平行；外燃气通道2，位于所述浇注料台3外侧，自所述浇注料台3的第一表面一侧延伸至所述外燃气烟气混合通道1内。

具体地，如图1所示，所述浇注料台3为环形浇注料台。

本发明中的空心火焰低氮燃烧器中通过所述浇注料台3有蓄热功能，使燃料在0-3％氧含量下能够稳定燃烧，如此保证了低氧燃烧的稳定性。请参阅图4，燃烧器区域处所有的助燃空气从所述内燃气空气通道7中进入，吸卷高温烟气形成烟气空气混合气，从所述内燃气空气通道7内流出的混合气可分成三股，第一股经过所述空气通道8流出，第二股通过所述浇注料台3第一烟气通道401流出，第三股通过所述浇注料台第二烟气通道402流出。三股混合气对所述浇注料台3有加热功能，使所述浇注料台3的蓄热功能稳定持续。并且第二股混合气可以与所述外燃气烟气混合通道1流出的燃气烟气混合物再次混合，起到进一步稀释燃气的作用。不会因烟气回流而产生冷凝水，也不会产生振动。所述空气通道8内中心区域无燃料通入，如此可使火焰中空。火焰中空的好处是火焰中心温度较低，可有效抑制此处生成热力型氮氧化物。

实施例二

请继续参阅图1至图3，本实施例中还提供一种空心火焰低氮燃烧器，本实施例中的空心火焰低氮燃烧器相较于实施例一中的空心火焰低氮燃烧器还包括如下结构：

作为示例，所述内燃气空气通道7的数量、所述内燃气通道5的数量、所述内燃气喷口6的数量、所述浇注料台第一烟气通道401的数量、所述浇注料台第二烟气通道402的数量、所述外燃气烟气混合通道1的数量及所述外燃气通道2的数量均为多个；所述内燃气空气通道7与所述内燃气通道5一一对应设置，多个所述内燃气空气通道7及多个所述内燃气通道5均以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述浇注料台第一烟气通道401与所述浇注料台第二烟气通道402一一对应设置，多个所述浇注料台第一烟气通道401及所述浇注料台第二烟气通道402以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述外燃气烟气混合通道1与所述外燃气通道2一一对应设置，多个所述外燃气烟气混合通道1及多个所述外燃气通道5以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布。

燃气分别通过所述内燃气通道5及所述外燃气通道2进入燃烧区域，并且所述内燃气通道5及所述外燃气通道2布置多个，如此可使燃气均匀喷射到燃烧区域，可使燃烧更加均匀，燃烧温度更低，从而实现低氮燃烧。

作为示例，如图6及图7所示，各所述内燃气通道5上均设有多个所述内燃气喷口6，多个所述内燃气喷口6形成预混枪，多个所述内燃气喷口6形成螺旋形。

具体地，若干个所述内燃气喷口6形成螺旋形，使燃气旋转进入所述内燃气空气通道7。在所述内燃气空气通道7内，形成旋流的燃气更容易与空气预混均匀。部分燃气和空气在所述内燃气空气通道7内进行预混燃烧，预混燃烧可以使燃烧更均匀，避免局部高温区的生成，进而降低了热力型氮氧化物的生成。该预混枪能起到稳定火焰的作用，为外层燃料提供热源，用以稳定外层燃气在低氧环境下产生的火焰。本例中预混枪仅为一个示例，不限于此，只要能够提供稳定可靠的热源即可。

作为示例，如图5所示，所述浇注料台3的内壁包括第一浇注料台斜坡301，所述第一浇注料台斜坡301自所述浇注料台3内延伸至所述浇注料台3的第二表面，所述第一浇注料台斜坡301与所述空心火焰低氮燃烧器的中心线的角度α为10°～60°。此时，所述第一浇注料台斜坡301的坡度使所述空气通道8后端形成扩口，此扩口使空气扩散流入燃烧区域，如此可使火焰充满度好，充分利用炉膛空间，不但可以降低燃烧峰值温度，减少热力型氮氧化物的生成，还可以提高炉子吸热能力，提高炉子效率。

作为示例，如图5所示，所述浇注料台第二烟气通道402内侧设有第二浇注料台斜坡302，所述第二浇注料台斜坡302与所述空心火焰低氮燃烧器中心线的角度β为80°～120°。此坡度有利于内燃气燃烧的烟气进入所述浇注料台第一烟气通道401及所述浇注料台第二烟气通道402。

具体地，所述浇注料台3后端内有所述浇注料台第一烟气通道401及所述浇注料台第二烟气通道402，所述浇注料台第一烟气通道401及所述浇注料台第二烟气通道402与所述空气通道8相通，所述浇注料台第一烟气通道401及所述浇注料台第二烟气通道402以所述空心火焰低氮燃烧器的中心线为轴心周向布置多个，图1示意8个，在其他示例中，数量并不以此为限。所述浇注料台第一烟气通道401的中心轴线与燃烧器中心线垂直，所述浇注料台第一烟气通道401向外侧径向延伸贯穿浇注料台；所述浇注料台第二烟气通道402的出口朝向炉膛，所述浇注料台第二烟气通道402向后端延伸，贯穿浇注料台。

作为示例，所述内燃气空气通道7位于所述浇注料台第一烟气通道401与所述浇注料台3的第一表面之间，所述内燃气空气通道7远离所述内燃气通道7的一端与所述浇注料台第一烟气通道401远离所述浇注料台第二烟气通道402的侧壁的距离H小于所述内燃气空气通道7的直径D，如图8所示。上述结构可方便内内燃气空气通道7流出的烟气扩散进入浇注料台烟气通道内。

作为示例，所述内燃气通道5为渐缩形通道，所述内燃气通道5延伸至所述内燃气空气通道7内的一端的直径最小。

作为示例，所述内燃气通道5与所述内燃空气通道7组成了预混组件。

具体地，所述内燃气通道5后端为渐缩形，内燃气可在缩口处加速，同样由于文丘里效应，所述内燃气通道5后端面附近压力降低，周围的空气更容易进入所述内燃气空气通道5内。若干个所述内燃气喷口6形成螺旋形，使燃气以螺旋形式进入所述内燃气空气通道5。在所述内燃气空气通道5内，形成旋流的燃气更容易与空气预混均匀。部分燃气和空气在所述内燃气空气通道5内进行预混燃烧，预混燃烧可以使燃烧更均匀，避免局部高温区的生成，进而降低了热力型氮氧化物的生成。

作为示例，所述外燃气通道2为渐缩形通道，所述外燃气通道2延伸至所述外燃气烟气混合通道1内的一端的直径最小。

具体地，所述外燃气通道2后端缩口结构可以使外燃气在此处的速度增加，通过文丘里效应，所述外燃气通道2后端面周围燃气压力降低，使周围高温烟气更加容易进入到所述外燃气烟气混合通道1内。在所述外燃气烟气混合通道1内烟气与燃气混合，在缺氧环境下，燃料分解成CO、H+等还原性物质，并且热烟气对燃气起到稀释作用，如此能够有效的降低燃气热值，控制燃气燃烧速度，使燃烧温度更加接近均值，避免了局部高温区的形成，最终可以起到减少热力型氮氧化物生成的效果。

本发明通过结构创新，使燃烧器中心无火焰生成、高温烟气能够内循环到燃烧区域参与燃烧，从而降低燃料热值，低氧燃烧，降低燃烧时燃料型氮氧化物的生成。并结合预混燃烧、分级燃烧等使燃烧均匀，降低燃烧峰值温度，由此减少氮氧化物的生成。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种空心火焰低氮燃烧器，其特征在于，包括：

浇注料台，所述浇注料台包括相对的第一表面和第二表面，所述浇注料台内侧形成有空气通道，所述空气通道自所述第一表面延伸至所述第二表面；

内燃气空气通道，位于所述空气通道与所述浇注料台之间，所述内燃气空气通道与所述空气通道平行；

内燃气通道，自所述第一表面延伸至所述内燃气空气通道内；

内燃气喷口，位于所述内燃气通道延伸至所述内燃气空气通道内的一端；

浇注料台第一烟气通道，位于所述浇注料台内，一端与所述空气通道相连通，另一端延伸至所述浇注料台外侧壁；

浇注料台第二烟气通道，位于所述浇注料台内，一端与所述浇注料台第一烟气通道相连通，另一端延伸至所述浇筑料台的第二表面；

外燃气烟气混合通道，位于所述浇注料台外侧，所述外燃气烟气混合通道与所述空气通道平行；

外燃气通道，位于所述浇注料台外侧，自所述浇注料台的第一表面一侧延伸至所述外燃气烟气混合通道内。

2.根据权利要求1所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述内燃气空气通道的数量、所述内燃气通道的数量、所述内燃气喷口的数量、所述浇注料台第一烟气通道的数量、所述浇注料台第二烟气通道的数量、所述外燃气烟气混合通道的数量及所述外燃气通道的数量均为多个；所述内燃气空气通道与所述内燃气通道一一对应设置，多个所述内燃气空气通道及所述内燃气通道以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述浇注料台第一烟气通道与所述浇注料台第二烟气通道一一对应设置，多个所述浇注料台第一烟气通道及多个所述浇注料台第二烟气通道均以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布；所述外燃气烟气混合通道与所述外燃气通道一一对应设置，多个所述外燃气烟气混合通道及多个所述外燃气通道以所述空心焰低氮燃烧器的中心线为轴线周向间隔排布。

3.根据权利要求2所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：各所述内燃气通道上均设有多个所述内燃气喷口，多个所述内燃气喷口形成预混枪。

4.根据权利要求1所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述浇注料台的内壁包括第一浇注料台斜坡，所述第一浇注料台斜坡自所述浇注料台内延伸至所述浇注料台的第二表面，所述第一浇注料台斜坡与所述空心火焰低氮燃烧器的中心线的角度为10°～60°。

5.根据权利要求4所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述浇注料台第二烟气通道内侧设有第二浇注料台斜坡，所述第二浇注料台斜坡与所述空心火焰低氮燃烧器中心线的角度为80°～120°。

6.根据权利要求1所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述内燃气空气通道位于所述浇注料台第一烟气通道与所述浇注料台的第一表面之间，所述内燃气空气通道远离所述内燃气通道的一端与所述浇注料台第一烟气通道远离所述浇注料台第二烟气通道的侧壁的距离小于所述内燃气空气通道的直径。

7.根据权利要求1所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述内燃气通道为渐缩形通道，所述内燃气通道延伸至所述内燃气空气通道内的一端的直径最小。

8.根据权利要求1所述的空心火焰低氮燃烧器，其特征在于：所述外燃气通道为渐缩形通道，所述外燃气通道延伸至所述外燃气烟气混合通道内的一端的直径最小。

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