CN113757665A - 一种燃气燃烧器系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气燃烧器系统及其工作方法。燃气燃烧器系统包括：供风道、内筒、外筒、第1燃料供给系统以及第2燃料供给系统；供风道用于将助燃空气引导到燃烧室的内部；内筒的上游套设在供风道的出口内，内筒与供风道出口之间形成的环形通道构成空气喷嘴；外筒套设在供风道的出口和内筒外，外筒与内筒之间形成的通道构成烟气回流混和通道；第1燃料供给系统配置在内筒的内部，下游端部设置喷头，用于给中心火焰供给燃气；第2燃料供给系统配置在供风道和外筒外部，设置有围绕在外筒外的多个外围喷嘴，用于给主火焰提供燃气。本发明方案可以降低燃烧区的峰值温度，从而抑制NOx的生成，有效的降低氮氧化物的排放。

Description

一种燃气燃烧器系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及燃气燃烧器技术领域，具体涉及一种燃气燃烧器系统及其工作方法。
背景技术
国家环保政策日趋严格，对锅炉氮氧化物排放要求也越来越高。对于燃气的燃烧来说，NOx的生成机理主要是热力型，即当火焰温度足够高，会破坏N2共价键得到游离的N离子，与氧原子结合形成NOx。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气燃烧器系统及其工作方法，用于降低燃烧区的峰值温度，从而抑制NOx的生成。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种燃气燃烧器系统，包括：供风道、内筒、外筒、第1燃料供给系统以及第2燃料供给系统；所述供风道用于将助燃空气引导到燃烧室的内部；所述内筒的上游套设在所述供风道的出口内，所述内筒与所述供风道出口之间形成的环形通道构成空气喷嘴；所述外筒套设在所述供风道的出口和所述内筒外，所述外筒与所述内筒之间形成的通道构成烟气回流混和通道；所述第1燃料供给系统配置在所述内筒的内部，下游端部设置喷头，用于给中心火焰供给燃气；所述第2燃料供给系统配置在所述供风道和所述外筒外部，设置有围绕在所述外筒外的多个外围喷嘴，用于给主火焰提供燃气。
可选的，所述供风道的出口为缩口，该缩口的口径小于所述外筒的直径，该缩口与所述内筒之间构成所述空气喷嘴的出口，该缩口与所述外筒之间构成所述烟气回流混和通道的入口。
可选的，所述喷头包括喷头本体和连接于所述喷头本体的多个中心喷嘴，所述喷头本体上设有多个喷孔，所述中心喷嘴和所述喷孔相对于所述供风道的轴向呈放射状分布。
一种可选方式中，所述喷头还包括环绕所述喷头本体的孔板，所述孔板是一表面设置有多个气孔的圆环盘，所述孔板设置在多个所述中心喷嘴之间或者设置在多个所述中心喷嘴的上游。
另一种可选方式中，所述喷头还包括环绕所述喷头本体的旋流盘，所述旋流盘是一表面设置有多个旋片的圆环盘，所述旋流盘设置在多个所述中心喷嘴之间或者设置在多个所述中心喷嘴的上游。
可选的，所述外筒的出口为扩口。
可选的，所述内筒的出口为缩口。
可选的，所述喷头伸出所述内筒的出口外，位于所述外筒的出口内。
可选的，所述外围喷嘴外套设有引射管。
本发明第二方面提供一种如上所述的燃气燃烧器系统的工作方法，该方法包括：
通过供风道供给助燃空气；其中，一部分助燃空气通过空气喷嘴，在烟气回流混合通道内形成低压区并将燃烧室内烟气中的惰性燃烧产物吸入，助燃空气与惰性燃烧产物在烟气回流混合通道内完成初步混合；另一部分助燃空气通过内筒后流出；
通过第1燃料供给系统供给一部分燃气，所供给的燃气经喷头呈放射状射出，与通过内筒流出的助燃空气混合并燃烧，形成中心火焰；
通过第2燃料供给系统供给一部分燃气，所供给的燃气从外围喷嘴向燃烧室方向喷射，卷吸燃烧室内烟气中的惰性燃烧产物跟随并混合，并且在进入主燃烧区前与外筒中流出的混合气进一步边混合边燃烧，形成主火焰。
可选的，通过第1燃料供给系统供给的燃气，占燃气燃烧器系统总供给燃气的体积比不大于30％；通过第2燃料供给系统供给的燃气，占燃气燃烧器系统总供给燃气的体积比不小于30％。
可选的，内筒的出口与喷头之间流出的助燃空气与喷头呈放射状射出的燃气呈近垂直的角度交叉射流，快速掺混。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
1、本发明方案中，利用烟气回流混合通道，可以在燃烧发生之前分别将燃气与烟气中部分惰性燃烧产物混合在一起，以及将空气与烟气中部分惰性燃烧产物混合，大大降低燃烧区火焰的峰值温度，从而抑制NOx的生成，有效的降低氮氧化物的排放，而且与烟气外循环技术相比，不会牺牲燃烧器在火焰长度、调节比和稳定性方面的性能。
2、进一步的方案中，中心稳焰区采用助燃空气与燃气接近直角交叉射流的方式，从而加快风、气混和，保证燃烧的稳定性的同时，可进一步有效降低火焰峰值，有效抑制氮氧化物生成。
3、进一步的方案中，本发明方案可以提供10:1至20:1的调节比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的剖视结构图；
图2是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的侧视图；
图3是本发明实施例中一种带孔板的喷头的结构示意图；
图4是本发明实施例中另一种带孔板的喷头的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种带旋流盘的喷头的结构示意图；
图6是本发明实施例中另一种带旋流盘的喷头的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的燃烧原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。另外，本发明的说明书及权利要求书中所使用的“入口”、“出口”、“上游”、“下游”是按照气流方向进行定义的。
下面通过具体实施例，对本发明方案进行详细的说明。
请参考图1和图2，本发明实施例提供一种燃气燃烧器系统100。该系统100包括：供风道110、内筒150、外筒140、第1燃料供给系统120和第2燃料供给系统130等。
供风道110，以向燃烧室的内部突出的方式安装，用于将助燃空气引导到燃烧室的内部；该供风道110主要由风筒111、缩口管112构成，所述缩口管112大端连接风筒111；利用缩口管112，供风道110的出口为缩口，从而使通过供风道110的助燃空气流速加快。
内筒150，其上游或者说入口套设在供风道110的出口内；内筒150与供风道110出口之间的环形通道构成空气喷嘴。可选的，内筒150的出口为缩口。
外筒140，由口径不变的直筒段141及口径扩张的扩压部142构成，即，外筒140的出口为扩口。其中，直筒段141下游连接扩压部的小端。外筒140套设在供风道110出口及内筒150外，外筒140与内筒150间的通道构成烟气回流混和通道。可选的，所述外筒140的出口为扩口。
可选的，作为供风道110出口的缩口，其口径小于所述外筒140的入口处的直径，该缩口与所述内筒150之间构成所述空气喷嘴的出口，该缩口与所述外筒140之间构成所述烟气回流混和通道的入口。
第1燃料供给系统120，其配置在供风道110的内部，用于给中心火焰供给燃料，主要由主管121和喷头122构成，主管121下游端部连通喷头122，喷头122超出或者说伸出内筒150出口之外，并位于外筒140的出口内。
如图3至图6所示，所述喷头122包括喷头本体122-0和连接于所述喷头本体122-0的多个管状的中心喷嘴122-1，所述喷头本体122-0的表面上还设有多个喷孔122-2，所述中心喷嘴122-1和所述喷孔122-2相对于所述供风道110的轴向呈放射状分布，喷射方向垂直于供风道110的轴向。
一种实现方式中，如图3和图4所示，所述喷头122还包括环绕所述喷头本体122-0的孔板122-3，所述孔板122-3是一表面设置有多个气孔的圆环盘。所述孔板122-3设置在多个所述中心喷嘴122-1之间，如图3所示；或者，所述孔板122-3设置在多个所述中心喷嘴122-1的上游，如图4所示。
另一种实现方式中，如图5和图6所示，所述喷头122还包括环绕所述喷头本体122-0的旋流盘122-4，所述旋流盘122-4是一表面设置有多个旋片122-5的圆环盘。可选的，旋流盘122-4上还可以根据需要开设多个气孔，或者，不开设气孔。所述旋流盘122-4设置在多个所述中心喷嘴122-1之间，如图5所示；或者，所述旋流盘122-4设置在多个所述中心喷嘴122-1的上游，如图6所示。内筒150的助燃空气经旋流盘122-4流出时，在旋流盘122-4的作用下形成中心旋流区，可以保证中心区火焰的稳定。
第2燃料供给系统130，其配置在所述供风道110的外部，用于给主火焰提供燃料，包括多个支管132、连接于各个支管132的外围喷嘴133及连接于各个外围喷嘴133的引射管134。其中，支管132端部连接外围喷嘴133，引射管134套设在外围喷嘴133出口外，外围喷嘴133均匀围绕在外筒140外。
以上，对本发明实施例提供的燃气燃烧器系统的结构进行了说明。
下面，还提供如上所述的燃气燃烧器系统的工作操作方法，包括：
通过供风道110供给助燃空气；其中，一部分助燃空气通过空气喷嘴，另一部分助燃空气进入内筒150后流出。通过空气喷嘴后的高速助燃空气，会在烟气回流混合通道内形成低压区并将炉膛即燃烧室内的烟气中的惰性燃烧产物吸入，助燃空气与惰性燃烧产物在烟气回流混合通道内完成初步混合。
通过第1燃料供给系统120向中心燃烧区供给燃气；所供给燃气的气量，占燃烧器系统总供给燃气量的小部分例如体积比在10％—30％，而内筒150流出的助燃空气风量占总风量的30％—60％。通过第1燃料供给系统120供给的燃气经喷头11呈放射状射出，与通过内筒150流出的助燃空气混合，在中心燃烧区形成富氧燃烧，利于降低中心燃烧区燃烧温度。进一步的，由于中心喷嘴122-1、喷孔122-2呈放射状分布，内筒150与喷头122的孔板122-3或者旋流盘122-4之间流出的空气与燃气呈近垂直的角度交叉射流，掺混速度快，利于降低燃烧温度。其中，当采用包括孔板的喷头时，孔板的阻风作用可以保证中心区火焰的稳定。当采用包括旋流盘的喷头时，旋流盘的旋流作用可以形成中心旋流区，更好的保证中心区火焰的稳定。
通过第2燃料供给系统130向燃烧室供给燃气，所供给燃气占总燃烧器系统总供给燃气量的大部分例如体积比在70％—90％，该部分燃气从外围喷嘴133向燃气燃烧室方向喷射，这些高速燃气射流在引射管134内开始燃烧，并卷吸炉膛内烟气中的惰性燃烧产物跟随进入引射管134进行初步混合，在进入主燃烧区前与外筒中流出的混合气进一步边混合边燃烧，总体上燃烧为缺氧燃烧，利于降低主燃烧区温度。
综上，本发明实施例公开了一种燃气燃烧器系统及其工作方法。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
1、本发明方案中，利用烟气回流混合通道，可以在燃烧发生之前分别将燃气与烟气中部分惰性燃烧产物混合在一起，以及将空气与烟气中部分惰性燃烧产物混合，大大降低燃烧区火焰的峰值温度，从而抑制NOx的生成，有效的降低氮氧化物的排放，而且与烟气外循环技术相比，不会牺牲燃烧器在火焰长度、调节比和稳定性方面的性能。
2、进一步的方案中，中心稳焰区采用助燃空气与燃气接近直角交叉射流的方式，从而加快风、气混和，保证燃烧的稳定性的同时，可进一步有效降低火焰峰值，有效抑制氮氧化物生成。
3、进一步的方案中，本发明方案可以提供10:1至20:1的调节比。
以上，通过具体实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
应当理解，上述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员，可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和保护范围。

Claims (10)

1.一种燃气燃烧器系统，其特征在于，包括：供风道(110)、内筒(150)、外筒(140)、第1燃料供给系统(120)以及第2燃料供给系统(130)；
所述供风道(110)用于将助燃空气引导到燃烧室的内部；
所述内筒(150)的上游套设在所述供风道(110)的出口内，所述内筒(150)与所述供风道(110)出口之间形成的环形通道构成空气喷嘴；
所述外筒(140)套设在所述供风道(110)的出口和所述内筒(150)外，所述外筒(140)与所述内筒(150)之间形成的通道构成烟气回流混和通道；
所述第1燃料供给系统(120)配置在所述内筒(150)的内部，下游端部设置喷头(122)，用于给中心火焰供给燃气；
所述第2燃料供给系统(130)配置在所述供风道(110)和所述外筒(140)外部，设置有围绕在所述外筒(140)外的多个外围喷嘴(133)，用于给主火焰提供燃气。
2.根据权利要求1所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述供风道(110)的出口为缩口，该缩口的口径小于所述外筒(140)的直径，该缩口与所述内筒(150)之间构成所述空气喷嘴的出口，该缩口与所述外筒(140)之间构成所述烟气回流混和通道的入口。
3.根据权利要求1所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述喷头(122)包括喷头本体(122-0)和连接于所述喷头本体(122-0)的多个中心喷嘴(122-1)，所述喷头本体(122-0)上设有多个喷孔(122-2)，所述中心喷嘴(122-1)和所述喷孔(122-2)相对于所述供风道(110)的轴向呈放射状分布。
4.根据权利要求3所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述喷头(122)还包括环绕所述喷头本体(122-0)的孔板(122-3)，所述孔板(122-3)是一表面设置有多个气孔的圆环盘，所述孔板(122-3)设置在多个所述中心喷嘴(122-1)之间或者设置在多个所述中心喷嘴(122-1)的上游。
5.根据权利要求3所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述喷头(122)还包括环绕所述喷头本体(122-0)的旋流盘(122-4)，所述旋流盘(122-4)是一表面设置有多个旋片(122-5)的圆环盘，所述旋流盘(122-4)设置在多个所述中心喷嘴(122-1)之间或者设置在多个所述中心喷嘴(122-1)的上游。
6.根据权利要求1所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述外筒(140)的出口为扩口，所述内筒(150)的出口为缩口；所述喷头(122)伸出所述内筒(150)的出口外，位于所述外筒(140)的出口内。
7.根据权利要求1所述的燃气燃烧器系统，其特征在于，所述外围喷嘴(133)外套设有引射管(134)。
8.一种如权利要求1所述的燃气燃烧器系统的工作方法，其特征在于，该方法包括：
通过供风道(110)供给助燃空气；其中，一部分助燃空气通过空气喷嘴，在烟气回流混合通道内形成低压区并将燃烧室内烟气中的惰性燃烧产物吸入，助燃空气与惰性燃烧产物在烟气回流混合通道内完成初步混合；另一部分助燃空气通过内筒(150)后流出；
通过第1燃料供给系统(120)供给一部分燃气，所供给的燃气经喷头(122)呈放射状射出，与通过内筒(150)流出的助燃空气混合并燃烧，形成中心火焰；
通过第2燃料供给系统(130)供给一部分燃气，所供给的燃气从外围喷嘴(133)向燃烧室方向喷射，卷吸燃烧室内烟气中的惰性燃烧产物跟随并混合，并且在进入主燃烧区前与外筒(140)中流出的混合气进一步边混合边燃烧，形成主火焰。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
通过第1燃料供给系统(120)供给的燃气，占燃气燃烧器系统总供给燃气的体积比不大于30％；通过第2燃料供给系统(130)供给的燃气，占燃气燃烧器系统总供给燃气的体积比不小于30％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
内筒(150)的出口与喷头(122)之间流出的助燃空气与喷头(122)呈放射状射出的燃气呈近垂直的角度交叉射流，快速掺混。
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