CN112963832A - 一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器 - Google Patents

一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，包括空气管道、燃气管道、旋流器、混合管道、横冷却管、纵冷却管、出水集箱、进水集箱、格栅板、稳燃管、扩散孔、喷气嘴。燃气管道套装于空气管道的内部；旋流器固定于燃气管道的外壁，旋流器的外侧为空气管道；在旋流器后部的燃气管道上开设扩散孔，扩散孔上安装喷气嘴；混合管道与空气管道连接。在混合管道外，进水集箱与出水集箱对称安装；在混合管道内和燃气管道后，依次间隔布置横冷却管、纵冷却管、格栅板和稳燃管。本发明解决了现有全预混燃气燃烧器燃气与空气混合不均的问题，有效防止回火甚至爆炸的发生并降低NOx排放。

Description

一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器
技术领域
本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器。
背景技术
天然气是优质的清洁能源，燃烧过程中不产生固体排放物，二氧化硫的排放几乎为零，二氧化碳和氮氧化物(NOx)的排放也远低于煤炭和石油。为了改善人们的生活环境，政府大力鼓励发展天然气能源项目，提高天然气在一次能源消费结构中的比重。
目前，天然气锅炉一般采用部分预混燃烧方式，燃气在燃烧前只与部分空气混合，燃烧时需要补充二次空气，二次空气的供给导致燃烧器体积很难减小；另外，部分预混燃烧方式燃烧不完全，NOx排放较高。全预混燃烧方式是一种燃气在燃烧前与空气充分混合，燃烧过程中不再需要补充空气的燃烧方式。相比于部分预混燃烧方式，全预混式燃烧不需要设置二次空气供给系统，具有过剩空气系数小、火焰传播速度快、燃烧完全以及NOx排放和CO排放较低的优点。但现有全预混燃烧器多通过设立足够长的混气区来实现燃气和空气的充分混合，当混合区域有限、混合时间较短时，燃气和空气混合不均匀，将导致全预混式燃烧火焰稳定性变差、回火风险增大，严重时引发爆炸，危及人身安全。
鉴于上述情况，本发明提供了一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其结构紧凑、能够保证空气和燃气混合均匀，有效防止回火甚至爆炸的发生并大幅减少NOx排放。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，解决现有全预混燃气燃烧器燃气和空气混合不均的问题，有效防止回火甚至爆炸的发生并能有效降低NOx排放。
本发明采取的技术方案是：
一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，该燃烧器包括空气管道、燃气管道、旋流器、混合管道、横冷却管、纵冷却管、出水集箱、进水集箱、格栅板、稳燃管、扩散孔、喷气嘴。燃气管道套装于空气管道的内部，燃气管道的中心轴线与空气管道的中心轴线重合；旋流器固定于燃气管道的外壁，旋流器的外侧为空气管道，空气经旋流器形成旋流；在旋流器后部的燃气管道上开设扩散孔，扩散孔上安装喷气嘴，用于燃气喷入空气管道与空气进行混合；混合管道与空气管道焊接相连或螺纹连接，在混合管道外，进水集箱和出水集箱对称安装，在混合管道内和燃气管道后依次间隔布置横冷却管、纵冷却管、格栅板和稳燃管，横冷却管左端和纵冷却管上端与出水集箱连通，横冷却管右端和纵冷却管下端与进水集箱连通；冷却管外侧安装有格栅板，格栅板外侧安装有稳燃管，稳燃管两端也分别与进水集箱、出水集箱连接，混合气通过稳燃管后被点燃而稳定燃烧。
进一步地，所述旋流器为轴向叶片式旋流器，叶片沿管道周向均匀分布且固定不动，叶片数为6-30个。
进一步地，所述燃气管道上的扩散孔沿管道周向均匀分布且每个扩散孔布置于旋流器3相邻两叶片间隙的正后方，每个扩散孔上安装喷气嘴，喷气嘴数与旋流器叶片数相等，为6-30个，扩散孔与管道中心轴线的夹角为30°-150°。
进一步地，所述进水集箱和出水集箱焊接于混合管道的外侧且沿混合管道的对角线对称分布。
进一步地，所述横冷却管和纵冷却管由不锈钢材料制成，横冷却管的进口和纵冷却管的进口都与进水集箱连通，横冷却管的出口和纵冷却管的出口都与出水集箱连通。
进一步地，所述格栅板由不锈钢材料制成，焊接于混合管道的内壁，位置处于冷却管与稳燃管之间，气孔形状为圆形。
进一步地，所述稳燃管由不锈钢材料制成，稳燃管的进口与进水集箱连通，稳燃管的出口与出水集箱连通，对应安装在格栅板开孔位置。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用旋流器制造空气旋流，喷嘴增大燃气喷射速度，使空气和燃气进行初步预混；利用横、纵冷却管制造扰流，进一步加强空气和燃气的混合效果，保证空气和燃气混合充分、均匀，避免燃烧时温度分布不均，实现稳定燃烧。
(2)本发明在稳燃管排前设置格栅板，对空气燃气混合气进行均流，使气流速度分布均匀，避免局部气流速度小于火焰传播速度；同时，格栅板孔径和稳燃管排间隙较小使得空气燃气混合气的整体流速增大，大于火焰传播速度，预防回火现象。
(3)本发明利用横、纵冷却管在强制空气和燃气充分混合的同时，冷却突发回火火焰，防止爆炸事故发生。
附图说明
图1为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器的主视剖面图；
图2为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器内部结构的轴测图；
图3为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器混合管道A-A处的横截图；
图4为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器混合管道内冷却管，格栅板和稳燃管B-B处的轴截图。
图5为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器稳燃原理示意图。
图6为本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器格栅板的结构示意图。
图中：1、空气管道，2、燃气管道，3、旋流器，4、混合管道，5、横冷却管，6、纵冷却管，7、出水集箱，8、进水集箱，9、格栅板，10、稳燃管，11、扩散孔，12、喷气嘴。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明具有防爆功能的全预混燃烧器用空气燃气混合装置的具体实施方式。
如图1所示，本发明具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器包括空气管道1、燃气管道2、旋流器3、混合管道4、横冷却管5、纵冷却管6、出水集箱7、进水集箱8、格栅板9、稳燃管10、扩散孔11和喷气嘴12。
燃气管道2套装于空气管道1的内部，燃气管道2的中心轴线与空气管道1的中心轴线重合；旋流器3固定于燃气管道2的外壁，旋流器3为轴向叶片式旋流器，叶片沿管道周向均匀分布且固定不动，叶片数为6-30个；旋流器3的外侧为空气管道1，空气经旋流器3形成旋流；在旋流器3后部的燃气管道2上开设扩散孔11，孔上安装喷气嘴12，用于燃气喷入空气管道1与空气进行混合；混合管道4与空气管道1焊接相连或螺纹连接，在混合管道4外，进水集箱8与出水集箱7沿混合管道内径对角线对称分布；在混合管道4内和燃气管道2后横冷却管5、纵冷却管6、格栅板9和稳燃管10依次排列，横冷却管5和纵冷却管6都由不锈钢材料制成，横冷却管5左端和纵冷却管6上端与出水集箱7连通，横冷却管5右端和纵冷却管6下端与进水集箱8连通。冷却水由进水集箱8流入横冷却管5和纵冷却管6，经出水集箱7流出，可对回火火焰进行冷却，防止爆炸事故发生；冷却管外侧安装有格栅板9，格栅板9焊接于混合管道4的内壁，格栅板外侧安装有稳燃管10，稳燃管10两端也分别与进水集箱8、出水集箱7连接，混合气通过稳燃管10后被点燃而稳定燃烧。
如图2所示，燃气管道2上开设扩散孔11，扩散孔11沿管道周向均匀分布且每个扩散孔布置于旋流器3相邻两叶片间隙的正后方，每个扩散孔上安装有喷气嘴12，喷气嘴数与旋流器叶片数相等，为6-30个，扩散孔11与管道中心轴线的夹角为30°-150°。
如图3所示，横冷却管5和纵冷却管6在混合管道4内交错排布，使得燃气与空气进一步混合。进水集箱8位于混合管道4的右侧和下侧，为横冷却管5和纵冷却管6提供冷却水；出水集箱7位于混合管道4的左侧和上侧，收集流过横冷却管5和纵冷却管6的冷却水。
如图4所示，纵冷却管6由N根竖直排列的圆管组成，N根平行排成一排的圆管形成N-1个窄缝喷气口；在窄缝喷气口外焊接格栅板9，格栅板9外安装由N-1根竖直圆管组成的稳燃管排10，冷却管排6和稳燃管排10的下端都与进口集箱8连通，上端都与出口集箱7连通。
如图5所示，预混可燃气由窄缝喷气口喷出后渗透到格栅板9表面，在格栅板9外被点燃形成湍流火焰。
如图6所示，格栅板9由不锈钢材料制成，气孔形状为圆形，格栅板9具有均匀分配、稳定气流的作用，空气燃气混合气流经格栅板9后，气流速度趋于均匀。
本发明的工作流程如下：
空气由空气管道1进入，经旋转器3形成旋流；燃气进入中心燃气管道2后，一部分由燃气管道2上的喷气嘴12垂直喷入空气管道1，与做旋转运动的空气来流进行初步预混，另一部分由燃气管道2的出口轴向喷入混合管道4，与空气燃气混合气混合；初步预混的空气燃气混合气流至横冷却管5、纵冷却管6时被阻挡，流动方向发生较大改变，与另一部分燃气在横冷却管5、纵冷却管6的扰流作用下进行最终的充分混合；已混合均匀的空气燃气混合气经格栅板9形成流速均匀的气流，通过格栅板9后被点燃，在稳燃管的作用下形成湍流火焰。旋流器3、喷嘴12及横冷却管5、纵冷却管6的强制混合作用使空气和燃气混合充分、均匀。格栅板9使混合气流均匀分布、避免局部气流速度低于火焰传播速度；预混可燃气在格栅板9外燃烧形成湍流火焰，湍流火焰的锋面为抖动的粗糙表面，能够达到的最大火焰温度降低；格栅板9增强辐射作用，火焰温度降低，减少NOx生成。格栅板9孔径和稳燃管排10间隙都较小使得空气燃气混合气的整体流速增大，大于火焰传播速度，预防回火现象；冷却水由进水集箱8流入横冷却管5、纵冷却管6，经出水集箱7流出，可对突发回火火焰进行冷却，防止爆炸事故发生。
本发明说明书未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：混合装置包括空气管道(1)、燃气管道(2)、旋流器(3)、混合管道(4)、横冷却管(5)、纵冷却管(6)、出水集箱(7)、进水集箱(8)、格栅板(9)、稳燃管(10)、扩散孔(11)以及喷气嘴(12)；燃气管道(2)套装于空气管道(1)的内部，其中心轴线与空气管道(1)的中心轴线重合；旋流器(3)固定于燃气管道(2)的外壁，旋流器(3)的外侧为空气管道(1)，空气经旋流器(3)形成旋流；在旋流器(3)后部的燃气管道(2)上开设扩散孔(11)，并在扩散孔上安装喷气嘴(12)，用于燃气喷入空气管道(1)与空气进行混合；混合管道(4)与空气管道(1)焊接相连或螺纹连接，在混合管道(4)外，进水集箱(8)与出水集箱(7)对称安装；在混合管道内和燃气管道后，依次间隔布置横冷却管、纵冷却管、格栅板和稳燃管，横冷却管(5)左端和纵冷却管(6)上端与出水集箱(7)连通，横冷却管(5)右端和纵冷却管(6)下端与进水集箱(8)连通；冷却管外侧安装有格栅板(9)，格栅板外侧安装有稳燃管(10)，稳燃管(10)两端也分别与进水集箱(8)、出水集箱(7)连接，混合气通过稳燃管(10)后被点燃而稳定燃烧。
2.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：所述旋流器(3)为轴向叶片式旋流器，叶片沿管道周向均匀分布且固定不动，叶片数为6-30个。
3.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：所述燃气管道(2)上的扩散孔(11)沿管道周向均匀分布且每个扩散孔布置有喷气嘴(12)，喷气嘴(12)位于旋流器(3)相邻两叶片间隙的正后方，喷气嘴数与旋流器叶片数相等，为6-30个，扩散孔(11)与管道中心轴线的夹角为30°-150°。
4.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：所述进水集箱(8)与出水集箱(7)沿混合管道(4)的对角线对称分布。
5.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：横冷却管(5)和纵冷却管(6)由不锈钢材料制成，横冷却管的进口和纵冷却管的进口都与进水集箱(8)连通，横冷却管的出口和纵冷却管的出口都与出水集箱(7)连通。
6.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：所述格栅板(9)由不锈钢材料制成，焊接于混合管道(4)的内壁，位置处于冷却管与稳燃管之间，气孔形状为圆形。
7.根据权利要求1所述的具有防爆功能的全预混低NOx燃烧器，其特征在于：所述稳燃管(10)由不锈钢材料制成，稳燃管(10)进口与进水集箱(8)连通，稳燃管(10)出口与出水集箱(7)连通。
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