CN113654045A - 内外双旋流分级低氮气体燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器。包括燃气输入组件、供风组件以及稳焰盘；供风组件包括风管和供风系统，燃气输入组件包括环形进气管、供气系统、内焰中心管、中焰支管和外焰支管；稳焰盘包括扩散板内圈、扩散板外圈、旋流板外圈、内焰旋流板、内焰扩散板、中焰扩散板和外焰旋流板；本发明利用内外双旋流和中层直流射流相结合，实现氧化剂的浓淡扩散和分级，能保证空气与天然气的均匀混合，以达到一个稳定的旋流区域和稳定的燃烧空间，从而有效降低燃气燃烧所产生的污染排放；而且在外旋流燃烧时能实现炉内烟气内循环，未燃尽产物回流到内部区域使整个燃烧区域达到一个平衡状态，能进一步降低NOx的生成。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧设备领域，特别为一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器。
背景技术
氮氧化物、二氧化硫、可吸入颗粒物，是造成雾霾的三大“元凶”。目前，我国环保措施中，脱硫技术已经比较成熟，PM2.5中硫酸盐的比例逐步下降，但硝酸盐比例上升很快，随着环保法规的日益严格，国内重点地区和城市燃气锅炉的NOx(氮氧化物)排放限值要求小于30mg/Nm3，因此研发低氮燃烧设备成为解决燃气锅炉的重要手段。目前低NOx燃气燃烧设备市场需求大，但是先进的燃烧器主要依赖国外进口。研发低氮燃烧设备具有非常重要的意义，开发兼具环保、稳定高效燃烧的燃气超低氮燃烧技术及系列装备是解决我国中小型燃气锅炉污染物排放的重要措施。
发明内容
本发明的目的在于：克服以上缺点提供一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，该燃烧器利用内外双旋流和中层直流射流相结合，实现氧化剂的浓淡扩散和分级，能保证空气与天然气的均匀混合，以达到一个稳定的旋流区域和稳定的燃烧空间，从而有效降低燃气燃烧所产生的污染排放；而且在外旋流燃烧时能实现炉内烟气内循环，未燃尽产物回流到内部区域使整个燃烧区域达到一个平衡状态，能进一步降低NOx的生成。
本发明通过如下技术方案实现：一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：包括燃气输入组件、供风组件以及稳焰盘；
所述供风组件包括风管和供风系统，所述风管为中空管体且沿直线方向延伸设置；
所述燃气输入组件包括环形进气管、供气系统、内焰中心管、中焰支管和外焰支管；所述环形进气管由内管壁、外管壁和分别连接于内、外管壁前端之间和后端之间的前、后端壁围设而成；内管壁和外管壁之间形成环形进气腔，且环形进气管外管壁上连接有使环形进气腔与供气系统相连通以输入燃气的进气管；
所述环形进气管与风管的轴向一端固定连接且环形进气管内管壁内腔与风管内腔相连通；所述内焰中心管同轴安装在风管中且一端与环形进气管的环形进气腔相连接，所述供风系统与环形进气管远离风管的轴向另一端相连接并通过环形进气管内管壁内腔与风管内腔连通供风；
所述稳焰盘固定安装在风管远离环形进气管的轴向另一端，所述稳焰盘包括扩散板内圈、扩散板外圈、旋流板外圈、内焰旋流板、内焰扩散板、中焰扩散板和外焰旋流板；
所述扩散板内圈、扩散板外圈和旋流板外圈同轴套置在内焰中心管出口端的外周且由中心轴线位置沿径向方向向外依次套接，所述内焰扩散板、中焰扩散板和外焰旋流板均呈环形状，并且内焰扩散板、中焰扩散板和外焰旋流板分别依次连接在内焰中心管和扩散板内圈之间、扩散板内圈和扩散板外圈之间、扩散板外圈和旋流板外圈之间；
所述内焰中心管的输出端上固设有沿其轴向延伸设置的内焰喷头管，所述内焰旋流板固设在内焰喷头管端部开口内，所述内焰旋流板上设置多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰旋流板前后端面的内焰旋流通孔，在每个内焰旋流通孔外侧一端的外侧还分别设置有一个内焰旋流叶片，每个内焰旋流叶片)位于圆周方向一侧的侧边与对应内焰旋流通孔边缘固定连接，且每个焰旋流叶片自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐外翻，所述内焰扩散板上还设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰扩散板前后端面的内焰直流通孔，从而在内焰喷头管和扩散板内圈之间形成内焰旋流区；
所述中焰扩散板上也设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯通中焰扩散板前后端面的中焰直流通孔，所述中焰支管的数量为多根并且分设在风管内腔中，所述中焰支管的一端与内焰中心管的内部相接通，另一端固设有中焰喷头管，所述中焰喷头管的端部穿过中焰扩散板露置在扩散板内圈和扩散板外圈之间，各中焰喷头管沿围绕内焰中心管中心轴线的圆周方向间隔分布设置，从而在扩散板内圈和扩散板外圈之间形成中焰扩散区；
所述外焰旋流板上设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿外焰旋流板前后端面的外焰旋流通孔，在外焰旋流通孔外侧一端的外侧还分别设置有一个外焰旋流叶片，每个外焰旋流叶片位于圆周方向同一侧的侧边与对应外焰旋流通孔边缘固定连接，且每个外焰旋流叶片自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐向外翻，并且所述外焰旋流叶片与内焰旋流叶片的倾斜外翻方向相反，所述外焰支管的数量与外焰旋流叶片的数量相同并且分设在风管内腔中，所述外焰支管的一端与环形进气管的环形进气腔相连通，另一端连接有外焰喷头，所述各外焰喷头穿过外焰旋流板并且分别露置在两个相邻且对应的外焰旋流通孔之间，从而在扩散板外圈和旋流板外圈之间形成外焰旋流区。
为了便于点火，所述内外双旋流分级低氮气体燃烧器还包括两根点火电极，两根点火电极安装在内焰扩散板上，并且内焰喷头管的管壁外周还设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且沿内焰喷头管径向方向贯通管壁的用于方便点火的燃气小孔。
为了便于调整烟气进行内循环，所述旋流板外圈的管壁上在与各外焰旋流通孔和各外焰喷头相对应的位置均设有烟气内循环调节孔，所述烟气内循环调节孔贯通旋流板外圈的内外管壁。
优选地，所述外焰喷头包括一根沿内焰中心管的径向方向延伸设置的且一端与对应外焰支管相连接的喷头总管以及两根以上沿平行内焰中心管的轴向方向延伸设置的且沿内焰中心管的径向方向间隔排列设置在喷头总管上的喷头支管，喷头支管的外端部穿过并露置在外焰旋流板外，同一组外焰喷头的各喷头支管由旋流板外圈向靠近扩散板外圈方向排列过程中，各喷头支管的长度依次减短且口径依次增大。
优选地，同一组外焰喷头中喷头支管的数量为三个。
较之前技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，该燃烧器利用内外双旋流和中层直流射流相结合，实现氧化剂的浓淡扩散和分级，能保证空气与天然气的均匀混合，以达到一个稳定的旋流区域和稳定的燃烧空间，从而有效降低燃气燃烧所产生的污染排放；而且在外旋流燃烧时能实现炉内烟气内循环，未燃尽产物回流到内部区域使整个燃烧区域达到一个平衡状态，能进一步降低NOx的生成。
2.本发明一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，该燃烧器相比现有燃烧设备具有更低NOx排放，同时摒弃了现有低氮燃烧器采用的烟气外循环技术，在项目实施过程中减少了烟气再循环管道，同时减少了电机的能耗、冷凝水排放、震动和异响、出力和效率下降、问题，保证了燃烧的稳定，同时节省了安装和使用成本。
3.本发明一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，该燃烧器将大量减少污染物NOx排放，极大的促进供暖期周边环境质量的提高，并对环境质量改善有所贡献，具有明显的环境正效益。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图一；
图2为本发明实施例的结构示意图二；
图3为本发明实施例的结构示意图三；
图4图3中A-A的剖视图；
图5为本发明实施例的爆炸示意图；
图6为本发明实施例中稳焰盘的结构示意图；
图7为本发明实施例的火焰燃烧示意图一；
图8为本发明实施例的火焰燃烧示意图二。
标号说明：1-燃气输入组件、11-环形进气管、111-环形进气腔、112-进气管、12-内焰中心管、121-内焰喷头管、122-燃气小孔、13-中焰支管、131-中焰喷头、14-外焰支管、141-外焰喷头、1411-喷头总管、1412-喷头支管、2-供分组件、21-风管、3-稳焰盘、31-扩散板内圈、32-扩散板外圈、33-旋流板外圈、331-烟气内循环调节环、34-内焰旋流板、341-内焰旋流通孔、342-内焰旋流叶片、35-内焰扩散板、351-内焰直流通孔、36-中焰扩散板、361-中沿直流通孔、37-外焰旋流板、371-外焰旋流通孔、372-外焰旋流叶片、4-点火电极、a-内焰旋流部分、b-中焰扩散部分、c-外焰旋流部分。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做详细说明：
如图1-8所示，一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：包括燃气输入组件1、供风组件2以及稳焰盘3；
所述供风组件2包括风管21和供风系统，所述风管21为中空管体且沿直线方向延伸设置；
所述燃气输入组件1包括环形进气管11、供气系统、内焰中心管12、中焰支管13和外焰支管14；所述环形进气管11由内管壁、外管壁和分别连接于内、外管壁前端之间和后端之间的前、后端壁围设而成；内管壁和外管壁之间形成环形进气腔111，且环形进气管11外管壁上连接有使环形进气腔111与供气系统相连通以输入燃气的进气管112；
所述环形进气管11与风管21的轴向一端固定连接且环形进气管11内管壁内腔与风管21内腔相连通；所述内焰中心管12同轴安装在风管21中且一端与环形进气管11的环形进气腔111相连接，所述供风系统与环形进气管11远离风管21的轴向另一端相连接并通过环形进气管11内管壁内腔与风管21内腔连通供风；
所述稳焰盘3固定安装在风管21远离环形进气管11的轴向另一端，所述稳焰盘3包括扩散板内圈31、扩散板外圈32、旋流板外圈33、内焰旋流板34、内焰扩散板35、中焰扩散板36和外焰旋流板37；
所述扩散板内圈31、扩散板外圈32和旋流板外圈33同轴套置在内焰中心管12出口端的外周且由中心轴线位置沿径向方向向外依次套接，所述内焰扩散板35、中焰扩散板36和外焰旋流板37均呈环形状，并且内焰扩散板35、中焰扩散板36和外焰旋流板37分别依次连接在内焰中心管12和扩散板内圈31之间、扩散板内圈31和扩散板外圈32之间、扩散板外圈32和旋流板外圈33之间；
所述内焰中心管12的输出端上固设有沿其轴向延伸设置的内焰喷头管121，所述内焰旋流板34固设在内焰喷头管121端部开口内，所述内焰旋流板34上设置多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰旋流板34前后端面的内焰旋流通孔341，在每个内焰旋流通孔341外侧一端的外侧还分别设置有一个内焰旋流叶片342，每个内焰旋流叶片342位于圆周方向一侧的侧边与对应内焰旋流通孔341边缘固定连接，且每个焰旋流叶片342自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐外翻，所述内焰扩散板35上还设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰扩散板35前后端面的内焰直流通孔351，从而在内焰喷头管121和扩散板内圈31之间形成内焰旋流区；
所述中焰扩散板36上也设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯通中焰扩散板36前后端面的中焰直流通孔361，所述中焰支管13的数量为多根并且分设在风管21内腔中，所述中焰支管13的一端与内焰中心管12的内部相接通，另一端固设有中焰喷头管131，所述中焰喷头管131的端部穿过中焰扩散板36露置在扩散板内圈31和扩散板外圈32之间，各中焰喷头管131沿围绕内焰中心管12中心轴线的圆周方向间隔分布设置，从而在扩散板内圈31和扩散板外圈32之间形成中焰扩散区；
所述外焰旋流板37上设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿外焰旋流板37前后端面的外焰旋流通孔371，在外焰旋流通孔371外侧一端的外侧还分别设置有一个外焰旋流叶片372，每个外焰旋流叶片372位于圆周方向同一侧的侧边与对应外焰旋流通孔371边缘固定连接，且每个外焰旋流叶片372自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐向外翻，并且所述外焰旋流叶片372与内焰旋流叶片342的倾斜外翻方向相反，所述外焰支管14的数量与外焰旋流叶片372的数量相同并且分设在风管21内腔中，所述外焰支管14的一端与环形进气管11的环形进气腔111相连通，另一端连接有外焰喷头141，所述各外焰喷头141穿过外焰旋流板37并且分别露置在两个相邻且对应的外焰旋流通孔371之间，从而在扩散板外圈32和旋流板外圈33之间形成外焰旋流区。
为了便于点火，所述内外双旋流分级低氮气体燃烧器还包括两根点火电极4，两根点火电极4安装在内焰扩散板35上，并且内焰喷头管121的管壁外周还设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且沿内焰喷头管121径向方向贯通管壁的用于方便点火的燃气小孔122。
为了便于调整烟气进行内循环，所述旋流板外圈33的管壁上在与各外焰旋流通孔371和各外焰喷头141相对应的位置均设有烟气内循环调节孔331，所述烟气内循环调节孔331贯通旋流板外圈33的内外管壁。
优选地，所述外焰喷头141包括一根沿内焰中心管12的径向方向延伸设置的且一端与对应外焰支管14相连接的喷头总管1411以及两根以上沿平行内焰中心管12的轴向方向延伸设置的且沿内焰中心管12的径向方向间隔排列设置在喷头总管1411上的喷头支管1412，喷头支管1412的外端部穿过并露置在外焰旋流板37外，同一组外焰喷头141的各喷头支管1412由旋流板外圈33向靠近扩散板外圈32方向排列过程中，各喷头支管1412的长度依次减短且口径依次增大。
优选地，同一组外焰喷头141中喷头支管1412的数量为三个。
其工作原理和过程如下：环形进气管11位于该燃烧器尾部，连接有进气管112和各燃气管内焰中心管12、中焰支管13和外焰支管14，使燃气在内部堆积喷射。供风组件是对整个燃烧过程所需风量的供应及供应方式的调整。点火部分是采用燃气小孔122和点火电极4先点燃小火，以小火去引燃大火的方式，是整个燃烧的开始。外焰旋流部分通过稳焰盘3上的外焰旋流板37将外焰喷头141所喷出的燃气进行切向式旋流。中焰扩散部分是通过中焰直流通孔361空气射流结合中焰喷头管131引射实现燃气和空气的逐级混合。内焰旋流部分通过小型的内焰旋流板34结合内焰喷头管121实现强旋转射流燃烧。另一方面燃烧器中高速的燃气射流会卷吸烟气回流，在炉膛内部形成烟气内循环，通过烟气内循环调节孔331对卷吸回流的烟气量进行一定量的规划和调节。采用内外燃气双旋流和燃气分子扩散分级燃烧能有效降低燃气燃烧所产生的污染排放，利用内外旋流和中层直流射流相结合，优化空气的传导方式实现氧化剂的浓淡扩散和分级，能保证空气与天然气的均匀混合，燃烧的完全性，以达到一个稳定的旋流区域和稳定的燃烧空间。
尽管本发明采用具体实施例及其替代方式对本发明进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本发明的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本发明不受任何意义上的限制。
Claims (5)
1.一种内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：包括燃气输入组件(1)、供风组件(2)以及稳焰盘(3)；
所述供风组件(2)包括风管(21)和供风系统，所述风管(21)为中空管体且沿直线方向延伸设置；
所述燃气输入组件(1)包括环形进气管(11)、供气系统、内焰中心管(12)、中焰支管(13)和外焰支管(14)；所述环形进气管(11)由内管壁、外管壁和分别连接于内、外管壁前端之间和后端之间的前、后端壁围设而成；内管壁和外管壁之间形成环形进气腔(111)，且环形进气管(11)外管壁上连接有使环形进气腔(111)与供气系统相连通以输入燃气的进气管(112)；
所述环形进气管(11)与风管(21)的轴向一端固定连接且环形进气管(11)内管壁内腔与风管(21)内腔相连通；所述内焰中心管(12)同轴安装在风管(21)中且一端与环形进气管(11)的环形进气腔(111)相连接，所述供风系统与环形进气管(11)远离风管(21)的轴向另一端相连接并通过环形进气管(11)内管壁内腔与风管(21)内腔连通供风；
所述稳焰盘(3)固定安装在风管(21)远离环形进气管(11)的轴向另一端，所述稳焰盘(3)包括扩散板内圈(31)、扩散板外圈(32)、旋流板外圈(33)、内焰旋流板(34)、内焰扩散板(35)、中焰扩散板(36)和外焰旋流板(37)；
所述扩散板内圈(31)、扩散板外圈(32)和旋流板外圈(33)同轴套置在内焰中心管(12)出口端的外周且由中心轴线位置沿径向方向向外依次套接，所述内焰扩散板(35)、中焰扩散板(36)和外焰旋流板(37)均呈环形状，并且内焰扩散板(35)、中焰扩散板(36)和外焰旋流板(37)分别依次连接在内焰中心管(12)和扩散板内圈(31)之间、扩散板内圈(31)和扩散板外圈(32)之间、扩散板外圈(32)和旋流板外圈(33)之间；
所述内焰中心管(12)的输出端上固设有沿其轴向延伸设置的内焰喷头管(121)，所述内焰旋流板(34)固设在内焰喷头管(121)端部开口内，所述内焰旋流板(34)上设置多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰旋流板(34)前后端面的内焰旋流通孔(341)，在每个内焰旋流通孔(341)外侧一端的外侧还分别设置有一个内焰旋流叶片(342)，每个内焰旋流叶片(342))位于圆周方向一侧的侧边与对应内焰旋流通孔(341)边缘固定连接，且每个焰旋流叶片(342)自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐外翻，所述内焰扩散板(35)上还设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿内焰扩散板(35)前后端面的内焰直流通孔(351)，从而在内焰喷头管(121)和扩散板内圈(31)之间形成内焰旋流区；
所述中焰扩散板(36)上也设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯通中焰扩散板(36)前后端面的中焰直流通孔(361)，所述中焰支管(13)的数量为多根并且分设在风管(21)内腔中，所述中焰支管(13)的一端与内焰中心管(12)的内部相接通，另一端固设有中焰喷头管(131)，所述中焰喷头管(131)的端部穿过中焰扩散板(36)露置在扩散板内圈(31)和扩散板外圈(32)之间，各中焰喷头管(131)沿围绕内焰中心管(12)中心轴线的圆周方向间隔分布设置，从而在扩散板内圈(31)和扩散板外圈(32)之间形成中焰扩散区；
所述外焰旋流板(37)上设置有多个沿其圆周方向间隔分布设置且贯穿外焰旋流板(37)前后端面的外焰旋流通孔(371)，在外焰旋流通孔(371)外侧一端的外侧还分别设置有一个外焰旋流叶片(372)，每个外焰旋流叶片(372)位于圆周方向同一侧的侧边与对应外焰旋流通孔(371)边缘固定连接，且每个外焰旋流叶片(372)自固定连接部位起向圆周方向另一侧延伸的过程中逐渐向外翻，并且所述外焰旋流叶片(372)与内焰旋流叶片(342)的倾斜外翻方向相反，所述外焰支管(14)的数量与外焰旋流叶片(372)的数量相同并且分设在风管(21)内腔中，所述外焰支管(14)的一端与环形进气管(11)的环形进气腔(111)相连通，另一端连接有外焰喷头(141)，所述各外焰喷头(141)穿过外焰旋流板(37)并且分别露置在两个相邻且对应的外焰旋流通孔(371)之间，从而在扩散板外圈(32)和旋流板外圈(33)之间形成外焰旋流区。
2.根据权利要求1所述的内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：所述内外双旋流分级低氮气体燃烧器还包括两根点火电极(4)，两根点火电极(4)安装在内焰扩散板(35)上，并且内焰喷头管(121)的管壁外周还设有多个沿其圆周方向间隔分布设置且沿内焰喷头管(121)径向方向贯通管壁的用于方便点火的燃气小孔(122)。
3.根据权利要求1所述的内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：所述旋流板外圈(33)的管壁上在与各外焰旋流通孔(371)和各外焰喷头(141)相对应的位置均设有烟气内循环调节孔(331)，所述烟气内循环调节孔(331)贯通旋流板外圈(33)的内外管壁。
4.根据权利要求1所述的内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：所述外焰喷头(141)包括一根沿内焰中心管(12)的径向方向延伸设置的且一端与对应外焰支管(14)相连接的喷头总管(1411)以及两根以上沿平行内焰中心管(12)的轴向方向延伸设置的且沿内焰中心管(12)的径向方向间隔排列设置在喷头总管(1411)上的喷头支管(1412)，喷头支管(1412)的外端部穿过并露置在外焰旋流板(37)外，同一组外焰喷头(141)的各喷头支管(1412)由旋流板外圈(33)向靠近扩散板外圈(32)方向排列过程中，各喷头支管(1412)的长度依次减短且口径依次增大。
5.根据权利要求4所述的内外双旋流分级低氮气体燃烧器，其特征在于：同一组外焰喷头(141)中喷头支管(1412)的数量为三个。
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