CN113864780A - 低氮燃气燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种低氮燃气燃烧器，包括中心风管、内环助燃风筒体、外环助燃风筒体和燃烧器壳体，内环助燃风筒体与中心风管之间构成内环助燃风通道，外环助燃风筒体和内环助燃风筒体之间构成外环助燃风通道；中心风管内穿设有一次燃料管，中心风管和一次燃料管之间构成中心助燃风通道；内环助燃风通道内穿设有内环燃料管；外环助燃风通道内穿设有外环燃料管；中心助燃风通道的出口端设置旋流盘，旋流盘上连接旋流盘调节结构。本发明结合了强化燃气与助燃气的混合、浓淡燃烧、分级分段燃烧等技术手段，能够强化燃料与助燃气的混合，从而达到强化燃烧、降低燃烧火焰峰值温度、降低燃烧过量空气系数、将NOx等污染物降到最低的有益效果。

Description

低氮燃气燃烧器
技术领域
本发明涉及燃气燃烧技术领域，尤其涉及一种低氮燃气燃烧器。
背景技术
大气污染的治理是环境治理的重要组成部分，随着工业发展和生活水平的提高，人们愈来愈注重环境问题和大气环保问题。氮氧化物(NOx)是一类主要的大气污染物，是形成酸雨、光化学烟雾以及PM2.5污染的主要因素之一。
在锅炉燃烧过程中生成的NO和NO2气体合称为NOx。根据NOx的生成机理，可将其分为热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。热力型NOx是燃烧过程中空气中的氮气在炉膛温度高于1350℃时被大量氧化生成的，因此对于低热值的燃气来说其生成量很小，一般可以忽略不计；燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化生成的，占整个燃烧过程中NOx生成量的90％以上；快速型NOx是在燃烧初期燃料中的碳氢化合物和空气中的氮气预混燃烧生成的，它的生成时间极短，生成量不足5％，通常可以忽略不计。
目前我国工业源NOx排放占NOx排放总量的70％以上，工业烟气中NOx的控制排放技术主要包括燃烧控制技术和燃烧后控制技术。燃烧控制技术包括低氮燃烧技术、再燃烧技术和烟气再循环技术。在燃烧后控制技术中，选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)和SCR－SNCR混合技术是主要技术。燃烧控制技术具有适用范围广、经济效益好、脱氮效率高且设备简单等优势；燃烧后控制技术中虽然能够大幅度降低NOx排放量，但设备昂贵、运行费用高、布置要求高。
目前，常采用的低NOX燃烧技术主要有三种。第一，空气分级技术，使助燃空气分流进入炉膛，建立贫氧的第一燃烧区，燃料在贫氧条件下，产生CO、H2等还原性气体，抑制了NOX的生成，在第二燃烧区通入过量空气，使燃料完全燃烧，从而控制整个燃烧过程的NOX生成量。第二，燃料分级技术，在第一燃烧区通入部分燃料，第二燃烧区或第三燃烧区依次通入剩余燃料，使燃料在整个燃烧区分布均匀尽量，降低火焰峰值温度，从而减少热力型NOX生成量。第三，烟气再循环技术，利用助燃空气、燃料高速射流产生低压区，或借助外力使烟气再循环到火焰区，既降低了火焰的峰值温度，又降低了燃烧区的氧分压，从而减少NOX生成。
此外，由于在钢铁行业的工业设备中，通常会产生大量的高炉煤气，该类型燃气具有着火温度高、着火浓度范围窄、燃烧稳定性差、容易熄火等缺陷，其适用范围受限，造成大量热能浪费。
高炉煤气由于其着火温度比焦炉煤气高，着火温度范围窄，一旦出现压力波动会使得燃烧器脱火，造成炉内熄火、煤气外泄。高炉煤气虽然热值低，但由于其在绝热烟道中进行燃烧，其产生的高温烟气温度可达1200-1400℃，且在点火过程中，如采用天然气或者油枪点火，燃烧温度会更高，可达到1500-1700℃，而普通的耐火浇注料使用温度是1300℃左右，因此容易造成点火风道浇注料的脱落，然后风筒钢板受高温变形，寿命缩短；如使用性能更好的耐火浇注料如氧化铝空心球浇注料，则会因其价格昂贵，造成制造成本大幅增加；此外，还有一些厂家采用大的过剩空气系数来使燃烧烟温降低，但这种方式会大量增加额外空气进行加热，从而导致需要增加更多的燃气，致使经济性变差。
因此亟需一种技术方案能够解决低热值燃气燃烧稳定性差、易熄火的问题，同时能够有效地降低氮氧化物的排放。
现有技术中有一种锅炉用燃气低氮燃烧器(CN210485721U)，包括燃气通道和助燃风通道，所述燃气通道分为中心燃气通道和外层燃气通道，所有燃气均通过集气环配供；所述助燃风通道分为中心一次风通道和外侧的二次风通道，所有助燃风均通过风道入口供入。该燃烧器中，通过调节燃气和助燃空气的流量调节燃烧器的燃烧负荷，流量变化造成火焰喷射距离存在明显变化，烟气动能和搅拌能力存在较大波动；火焰燃烧器负荷调节范围较小，无法满足燃烧负荷大范围调节的需求。
现有技术中还有一种超低氮多级可调强弱旋流对冲气体燃烧器(CN 103727536B)，包括燃烧器箱壳，以及设置在燃烧器箱壳后端的燃气环形集箱；燃烧器箱壳内由外及内分别设置用于向炉膛通入助燃空气的外风筒、内风筒以及中心风筒；中心风筒的外侧套设有中心稳燃燃气喷枪，二者以套管组合的形式安装在燃烧器箱壳的中心；外风筒与燃烧器箱壳之间的环形空间内均匀且间隔分布有若干内强旋对冲燃气喷枪和外弱旋对冲燃气喷枪。其存在问题是：1、燃气流量调节只能整体调节，无法实现局部燃气流量的调节；2、整体燃烧器喷射口呈圆形截面，火焰喷射处不利于热量的快速传递，容易产生局部高温。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种低氮燃气燃烧器，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低氮燃气燃烧器，克服现有技术中存在的问题，本发明结合了强化燃气与助燃气的混合、浓淡燃烧、分级分段燃烧等技术手段，能够强化燃料与助燃气的混合，从而达到强化燃烧、降低燃烧火焰峰值温度、降低燃烧过量空气系数、将NOx等污染物降到最低的有益效果。
本发明的目的是这样实现的，一种低氮燃气燃烧器，包括自内向外同轴设置的中心风管、内环助燃风筒体、外环助燃风筒体和燃烧器壳体，所述内环助燃风筒体与所述中心风管之间构成内环助燃风通道，所述外环助燃风筒体和所述内环助燃风筒体之间构成外环助燃风通道；所述中心风管内穿设有一次燃料管，所述中心风管和所述一次燃料管之间构成中心助燃风通道；所述内环助燃风通道内穿设有内环燃料管；所述外环助燃风通道内穿设有外环燃料管；所述一次燃料管与所述中心助燃风通道的出口端形成中心燃烧区，所述内环燃料管与所述内环助燃风通道的出口端形成内环燃料燃烧区，所述外环燃料管与所述外环助燃风通道的出口端形成外环燃料燃烧区；所述中心助燃风通道的出口端设置旋流盘，所述旋流盘上连接旋流盘调节结构，所述旋流盘调节结构用于调节所述旋流盘在中心助燃风通道内的轴向位置以调节中心助燃风通道的助燃风旋流强度；
还包括控制部，所述控制部能控制所述中心助燃风通道、所述内环助燃风通道、所述外环助燃风通道、所述一次燃料管、所述内环燃料管和所述外环燃料管的开闭和流量，所述控制部还能通过所述旋流盘调节结构调节旋流盘的轴向位置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环燃料管的数量为多个，多个所述内环燃料管沿第一假想圆的周向均匀间隔设置，所述第一假想圆与所述中心风管同轴设置，各所述内环燃料管的出口端分别能拆卸地连接内环燃料喷嘴，各所述内环燃料管的入口端均与内环燃料环形分布箱连通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述外环燃料管的数量为多个，多个所述外环燃料管沿第二假想圆的周向均匀间隔设置，所述第二假想圆与所述中心风管同轴设置，各所述外环燃料管的出口端分别能拆卸地连接外环燃料喷嘴，各所述外环燃料喷嘴与各所述内环燃料喷嘴呈周向交错设置；各所述外环燃料管的入口端均与外环燃料环形分布箱连通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述一次燃料管上设置一次燃料入口，所述一次燃料入口处设置第一调节阀；所述内环燃料环形分布箱上设置内环燃料入口，所述内环燃料入口处设置第二调节阀，所述第二调节阀用于调节所述内环燃料管的开闭和内环燃料流量；所述外环燃料环形分布箱上设置外环燃料入口，所述外环燃料入口处设置第三调节阀，所述第三调节阀用于调节所述外环燃料管的开闭和外环燃料流量；所述第二调节阀和所述第三调节阀均与所述控制部电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环助燃风通道的一端设置第四调节阀，所述第四调节阀用于调节所述内环助燃风通道的开闭和内环助燃风流量；所述外环助燃风通道的一端设置第五调节阀，所述第五调节阀用于调节所述外环助燃风通道的开闭和外环助燃风流量；所述中心助燃风通道的一端设置第六调节阀，所述第六调节阀用于调节中心助燃风通道的开闭和中心助燃风流量；所述第四调节阀、所述第五调节阀和所述第六调节阀均与控制部电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋流盘包括同轴设置的旋流内筒体和旋流外筒体，所述旋流内筒体套设于一次燃料管的出口端设置的中心燃料喷嘴上，所述旋流外筒体穿设于所述中心风管内；所述旋流内筒体和所述旋流外筒体之间设置多个旋流叶片，各所述旋流叶片上设置叶片转轴，所述旋流叶片能绕所述叶片转轴摆动，各所述叶片转轴位于旋流内筒体的一横截面上；各所述旋流叶片呈倾斜弧状设置，所述旋流叶片与所述旋流内筒体的径向呈第一夹角设置；所述旋流叶片能绕所述叶片转轴摆动第二夹角，所述第二夹角构成旋流盘的旋流角度。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一夹角的范围为15°～60°。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二夹角的范围为10°～70°。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋流盘调节结构包括能沿所述内环助燃风筒体的轴向伸缩的推拉结构，所述推拉结构的一端与所述旋流叶片连接，所述推拉结构能推动各所述旋流叶片沿所述中心助燃风通道的轴向移动。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋流内筒体的侧壁上沿轴向间隔设置第一限位挡块和第二限位挡块，各所述旋流叶片能在所述第一限位挡块和所述第二限位挡块之间移动。
在本发明的一较佳实施方式中，所述一次燃料管的出口端设置中心燃料喷嘴。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环燃料喷嘴、所述外环燃料喷嘴和所述中心燃料喷嘴均包括喷嘴扰流板、燃料中心喷射孔和多个燃料环形喷射孔，所述喷嘴扰流板呈花瓣形设置，所述燃料中心喷射孔和各所述燃料环形喷射孔的周边均设置多个孔缘扰流板，各所述孔缘扰流板呈弧形设置；多个所述燃料环形喷射孔沿第三假想圆的周向均匀间隔设置，所述第三假想圆与所述燃料中心喷射孔呈同轴设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环燃料喷嘴的喷射方向与所述中心风管的中心轴之间呈能调整第三夹角设置，所述第三夹角的范围为0°～40°。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环助燃风筒体和所述外环助燃风筒体的横截面呈花瓣形设置，所述内环助燃风筒体的横截面包括多个沿周向相连的第一弧形边，所述第一弧形边的数量与所述内环燃料喷嘴的数量呈相同设置；所述外环助燃风筒体的横截面包括多个沿周向相连的第二弧形边，所述第二弧形边的数量与所述外环燃料喷嘴的数量呈相同设置，各所述第二弧形边与各所述第一弧形边呈周向交错设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述内环助燃风通道和所述外环助燃风通道内设置多孔板，所述多孔板上设置多个直通孔，所述内环燃料管和所述外环燃料管穿过所述多孔板。
在本发明的一较佳实施方式中，所述中心风管的出口端设置第一折流板，所述第一折流板与所述中心风管的中心轴之间呈第四夹角设置；所述内环助燃风筒体的出口端设置第二折流板，所述第二折流板与所述中心风管的中心轴之间呈第五夹角设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第四夹角的范围为0°～45°，所述第五夹角的范围为0°～60°。
在本发明的一较佳实施方式中，所述燃烧器壳体和所述外环助燃风筒体之间填充有耐火填料单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述燃烧器壳体的出口端设有直径呈渐增设置的壳体扩口段，所述壳体扩口段的扩口角度范围为10°～60°。
由上所述，本发明的低氮燃气燃烧器具有如下有益效果：
本发明提供的低氮燃气燃烧器中，一次燃料管、内环燃料管和外环燃料管呈独立设置并由控制部分别控制，实现燃料的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的燃料精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道、内环助燃风通道和外环助燃风通道呈独立设置并由控制部分别控制，实现助燃风的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的助燃风精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道内设置旋流盘，实现一次燃料管喷射的燃料与中心助燃风通道供应的助燃风的快速混合，实现燃烧的稳定运行；
内环助燃风筒体、外环助燃风筒体采用弧形花瓣形设计方案，增大了火焰燃烧区域与火焰燃烧区外部烟气的接触面积，提高了火焰高温区热量的传导和对流速度，有效提高了烟气升温速度，降低了中心火焰的峰值温度，避免中心火焰温度过高形成NOx等污染物；
内环助燃风通道和外环助燃风通道内设置多孔板，有利于实现助燃风的均压和流速的均匀分布，采用直燃风的喷射方式，可以实现火焰燃烧区域具有较大的出口动能，具有较好的火焰燃烧形状保持能力，促进燃烧火焰形成稳定的回流燃烧，实现低NOx燃烧；
中心燃烧区、内环燃料燃烧区、外环燃料燃烧区实现分区独立控制，可以实现不同区域燃烧强度负荷的动态调节，同时可实现不同燃烧区域的开启和关闭，实现不同的燃烧区域组合方式，满足不同燃烧强度、不同燃烧火焰形状、不同火焰出口动能的调节，具有大范围调节燃烧器燃烧负荷的功能；
本发明结合了强化燃气与助燃气的混合、浓淡燃烧、分级分段燃烧等技术手段，能够强化燃料与助燃气的混合，从而达到强化燃烧、降低燃烧火焰峰值温度、降低燃烧过量空气系数、将NOx等污染物降到最低的有益效果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：
图1：为本发明的低氮燃气燃烧器的结构示意图。
图2：为图1中A向视图。
图3：为本发明的中心风管和外环助燃风筒体之间的侧视图。
图4：为本发明的内环燃料喷嘴的结构示意图。
图5：为本发明的旋流盘的示意图。
图中：
100、低氮燃气燃烧器；
101、内环助燃风通道；102、外环助燃风通道；103、中心助燃风通道；
1、中心风管；11、第一折流板；12、中心风管入口；
2、内环助燃风筒体；21、第一弧形边；22、第二折流板；23、第四调节阀；
3、外环助燃风筒体；31、第二弧形边；32、多孔板；33、第五调节阀；
4、燃烧器壳体；41、耐火填料单元；42、壳体扩口段；
5、一次燃料管；51、中心燃料喷嘴；52、一次燃料入口；
6、内环燃料管；
61、内环燃料喷嘴；611、喷嘴扰流板；612、燃料中心喷射孔；613、燃料环形喷射孔；614、孔缘扰流板；
62、内环燃料环形分布箱；621、内环燃料入口；
7、外环燃料管；71、外环燃料喷嘴；72、外环燃料环形分布箱；721、外环燃料入口；
8、旋流盘；81、旋流内筒体；82、旋流外筒体；83、旋流叶片；
9、旋流盘调节结构。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1至图5所示，本发明提供一种低氮燃气燃烧器100，包括自内向外同轴设置的中心风管1、内环助燃风筒体2、外环助燃风筒体3和燃烧器壳体4，内环助燃风筒体2与中心风管1之间构成内环助燃风通道101，外环助燃风筒体3和内环助燃风筒体2之间构成外环助燃风通道102；中心风管1内穿设有一次燃料管5，中心风管1和一次燃料管5之间构成中心助燃风通道103；内环助燃风通道101内穿设有内环燃料管6；外环助燃风通道102内穿设有外环燃料管7；中心助燃风通道103的出口端设置旋流盘8，旋流盘8上连接旋流盘调节结构9，旋流盘调节结构9用于调节旋流盘8在中心助燃风通道103内的轴向位置以调节中心助燃风通道的助燃风旋流强度；
一次燃料管5与中心助燃风通道103的出口端形成中心燃烧区，内环燃料管6与内环助燃风通道101的出口端形成内环燃料燃烧区，外环燃料管7与外环助燃风通道102的出口端形成外环燃料燃烧区，中心燃烧区、内环燃料燃烧区、外环燃料燃烧区实现分区独立控制，可以实现不同区域燃烧强度负荷的动态调节，同时可实现不同燃烧区域的开启和关闭，实现不同的燃烧区域组合方式，满足不同燃烧强度、不同燃烧火焰形状、不同火焰出口动能的调节，具有大范围调节燃烧器燃烧负荷的功能。
还包括控制部，控制部能控制中心助燃风通道103、内环助燃风通道101、外环助燃风通道102、一次燃料管5、内环燃料管6和外环燃料管7的开闭和流量，控制部还能通过旋流盘调节结构9调节旋流盘8的轴向位置。
本发明提供的低氮燃气燃烧器中，一次燃料管、内环燃料管和外环燃料管呈独立设置并由控制部分别控制，实现燃料的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的燃料精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道、内环助燃风通道和外环助燃风通道呈独立设置并由控制部分别控制，实现助燃风的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的助燃风精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道内设置旋流盘，实现一次燃料管喷射的燃料与中心助燃风通道供应的助燃风的快速混合，实现燃烧的稳定运行；
中心燃烧区、内环燃料燃烧区、外环燃料燃烧区实现分区独立控制，可以实现不同区域燃烧强度负荷的动态调节，同时可实现不同燃烧区域的开启和关闭，实现不同的燃烧区域组合方式，满足不同燃烧强度、不同燃烧火焰形状、不同火焰出口动能的调节，具有大范围调节燃烧器燃烧负荷的功能；
本发明结合了强化燃气与助燃气的混合、浓淡燃烧、分级分段燃烧等技术手段，能够强化燃料与助燃气的混合，从而达到强化燃烧、降低燃烧火焰峰值温度、降低燃烧过量空气系数、将NOx等污染物降到最低的有益效果。
进一步，如图1、图2、图3所示，内环燃料管6的数量为多个，多个内环燃料管6沿第一假想圆的周向均匀间隔设置，第一假想圆与中心风管1同轴设置，各内环燃料管6的出口端分别能拆卸地连接内环燃料喷嘴61，各内环燃料管6的入口端均与内环燃料环形分布箱62连通。在本实施方式中，内环燃料管6呈长管状设置，内环燃料管6平行于中心风管1的轴向设置，内环燃料管6穿过内环助燃风通道101。
进一步，如图1、图2、图3所示，外环燃料管7的数量为多个，多个外环燃料管7沿第二假想圆的周向均匀间隔设置，第二假想圆与中心风管1同轴设置，各外环燃料管7的出口端分别能拆卸地连接外环燃料喷嘴71，各外环燃料喷嘴71与各内环燃料喷嘴61呈周向交错设置；各外环燃料管7的入口端均与外环燃料环形分布箱72连通。
内环燃料喷嘴61和外环燃料喷嘴71的数量不少于8个，优选范围为8～24个。各内环燃料喷嘴61和各外环燃料喷嘴71距离燃烧器出口端的距离可以相同设置，也可采用不同距离设置，实现不同燃烧区域的独立控制。
在本发明的一具体实施例中，内环燃料管6、内环燃料喷嘴61、外环燃料管7、外环燃料喷嘴71为8个。
进一步，如图1所示，一次燃料管5上设置一次燃料入口52，一次燃料入口52处设置第一调节阀；内环燃料环形分布箱62上设置内环燃料入口621，内环燃料入口处设置第二调节阀，第二调节阀用于调节内环燃料管6的开闭和内环燃料流量；外环燃料环形分布箱72上设置外环燃料入口721，外环燃料入口处设置第三调节阀，第三调节阀用于调节外环燃料管7的开闭和外环燃料流量；第二调节阀和第三调节阀均与控制部电连接。
一次燃料入口52与燃气主管道通过法兰连接，利用第一调节阀调节一次燃料管5内燃气流量；内环燃料入口621与燃气主管道通过法兰连接，利用第二调节阀调节内环燃料管6内燃气流量；外环燃料入口721与燃气主管道通过法兰连接，利用第三调节阀调节外环燃料管7内燃气流量。
进一步，如图1所示，内环助燃风通道101的一端设置第四调节阀23，第四调节阀用于调节内环助燃风通道的开闭和内环助燃风流量；外环助燃风通道102的一端设置第五调节阀33，第五调节阀用于调节外环助燃风通道的开闭和外环助燃风流量；中心助燃风通道103的一端(中心风管入口12处)设置第六调节阀，第六调节阀用于调节中心助燃风通道的开闭和中心助燃风流量；第四调节阀、第五调节阀和第六调节阀均与控制部电连接。
中心助燃风通道103的一端(中心风管入口12处)与助燃风主管道连接，第六调节阀调节中心助燃风通道的开闭和中心助燃风流量；内环助燃风通道101的一端与助燃风主管道连接，第四调节阀调节内环助燃风通道的开闭和内环助燃风流量；外环助燃风通道102的一端与助燃风主管道连接，第五调节阀调节外环助燃风通道的开闭和外环助燃风流量。
进一步，如图1、图5所示，旋流盘8包括同轴设置的旋流内筒体81和旋流外筒体82，旋流内筒体81套设于一次燃料管的出口端设置的中心燃料喷嘴51上，旋流外筒体82穿设于中心风管1内；旋流内筒体81和旋流外筒体82之间设置多个旋流叶片83，各旋流叶片83上设置叶片转轴，旋流叶片83能绕叶片转轴摆动，各叶片转轴位于旋流内筒体的一横截面上，各旋流叶片83构成圆盘状结构；各旋流叶片83呈倾斜弧状设置，旋流叶片83与旋流内筒体81的径向呈第一夹角δ设置；旋流叶片83能绕叶片转轴摆动第二夹角，第二夹角构成旋流盘的旋流角度。
进一步，第一夹角δ的范围为15°～60°，优选20°～40°。
进一步，第二夹角的范围为10°～70°，优选20°～45°。
进一步，如图1所示，旋流盘调节结构9包括能沿内环助燃风筒体的轴向伸缩的推拉结构，推拉结构的一端与旋流叶片83连接，推拉结构能推动各旋流叶片83沿中心助燃风通道103的轴向移动。
进一步，旋流内筒体81的侧壁上沿轴向间隔设置第一限位挡块和第二限位挡块，各旋流叶片83能在第一限位挡块和第二限位挡块之间移动。
旋流盘调节结构9能够调节旋流盘沿中心助燃风通道103的轴向(燃烧器轴线方向)进行移动，调节旋流盘的旋流叶片与燃烧器出口端的距离以调节助燃风旋流强度，实现助燃风不同旋流强度的动态调节。旋流内筒体81的长度不小于400mm，在旋流内筒体81上设置第一限位挡块和第二限位挡块，第一限位挡块和第二限位挡块能够控制旋流叶片83距离燃烧器出口端的最小距离和最大距离，避免旋流叶片83与旋流内筒体81脱离。
进一步，如图1、图2所示，一次燃料管5的出口端设置中心燃料喷嘴51。
进一步，如图2、图3、图4所示，内环燃料喷嘴61、外环燃料喷嘴71和中心燃料喷嘴51均包括喷嘴扰流板611、燃料中心喷射孔612和多个燃料环形喷射孔613，喷嘴扰流板611呈花瓣形设置，燃料中心喷射孔612和各燃料环形喷射孔613的周边均设置多个孔缘扰流板614，各孔缘扰流板614呈弧形设置；多个燃料环形喷射孔613沿第三假想圆的周向均匀间隔设置，第三假想圆与燃料中心喷射孔612呈同轴设置。
燃料环形喷射孔613的数量不少于8个，优选范围为8～24个。
内环燃料喷嘴61、外环燃料喷嘴71和中心燃料喷嘴51的喷射端面为平面结构，也可采用斜面结构，也可采用凹面结构，也可采用凸面结构。
内环燃料喷嘴61位于内环助燃风通道101的径向中间位置，外环燃料喷嘴71位于外环助燃风通道102的径向中间位置。
进一步，内环燃料喷嘴的喷射方向与中心风管的中心轴之间呈能调整第三夹角设置，第三夹角的范围为0°～40°，优选0°～15°。内环燃料喷嘴的喷射方向可以偏向燃烧器中心，也可偏向燃烧器圆弧形边部，可结合实际需求进行调节。
进一步，内环燃料喷嘴61和外环燃料喷嘴71的半径不小于20mm，弧形凸缘的圆弧半径不小于200mm，内环燃料喷嘴61的面积和与内环助燃风通道101的横截面积比为1:10～1:3；外环燃料喷嘴71的面积和与外环助燃风通道102的横截面积比为1:10～1:3。
进一步，如图2、图3所示，外环助燃风筒体3和内环助燃风筒体2的横截面呈花瓣形设置，内环助燃风筒体2的横截面包括多个沿周向相连的第一弧形边21，第一弧形边21的数量与内环燃料喷嘴61的数量呈相同设置；外环助燃风筒体3的横截面包括多个沿周向相连的第二弧形边31，第二弧形边31的数量与外环燃料喷嘴71的数量呈相同设置，各第二弧形边31与各第一弧形边21呈周向交错设置。
第一弧形边21和第二弧形边31的长度不小于20mm，优选的长度为30～50mm。
内环助燃风筒体、外环助燃风筒体采用弧形花瓣形设计方案，增大了火焰燃烧区域与火焰燃烧区外部烟气的接触面积，提高了火焰高温区热量的传导和对流速度，有效提高了烟气升温速度，降低了中心火焰的峰值温度，避免中心火焰温度过高形成NOx等污染物。
进一步，如图1所示，内环助燃风通道101和外环助燃风通道102内设置多孔板32，多孔板32上设置多个直通孔，内环燃料管6和外环燃料管7穿过多孔板32。内环助燃风通道101和外环助燃风通道102内设置多孔板，有利于实现助燃风的均压和流速的均匀分布，采用直燃风的喷射方式，可以实现火焰燃烧区域具有较大的出口动能，具有较好的火焰燃烧形状保持能力，促进燃烧火焰形成稳定的回流燃烧，实现低NOx燃烧。
进一步，如图1所示，中心风管1的出口端设置第一折流板11，第一折流板11与中心风管的中心轴之间呈第四夹角α设置；内环助燃风筒体2的出口端设置第二折流板22，第二折流板22与中心风管的中心轴之间呈第五夹角β设置。
进一步，第四夹角α的范围为0°～45°，优选10°～30°；第五夹角β的范围为0°～60°，优选25°～45°。
进一步，如图1、图2所示，燃烧器壳体4和外环助燃风筒体3之间填充有耐火填料单元41。
进一步，如图1所示，燃烧器壳体4的出口端设有直径呈渐增设置的壳体扩口段42，壳体扩口段42的扩口角度γ范围为10°～60°，优选15°～45°，壳体扩口段42的长度为100～300mm。
本发明的低氮燃气燃烧器100的工作原理如下：
根据燃烧负荷需求，由控制部(中央处理器)通过各调节阀实现在线调节各个管道内所需的流量，完成一次燃料(一次燃料管5内燃气)、内环燃料(内环燃料管6内燃气)、外环燃料(外环燃料管7内燃气)、内环助燃风、外环助燃风流量的调整，利用点火器进行点火，中心燃料喷嘴51、内环燃料喷嘴61、外环燃料喷嘴71的燃料稳定喷射，中心助燃风通道103、内环助燃风通道101、外环助燃风通道102内助燃风稳定喷射，满足燃烧器稳定低氮燃烧；
如果工艺要求改变燃烧负荷，可通过调节一次燃料管5、内环燃料管6、外环燃料管7的燃料喷射量以及调节中心助燃风通道103、内环助燃风通道101、外环助燃风通道102内的助燃风风量来实现；
如果存在低负荷的燃烧工艺需求，可结束外环燃料管7的燃料喷射和外环助燃风通道102的助燃风喷射实现低负荷燃烧；
如果存在极低负荷的燃烧工艺需求，可同时结束外环燃料管7和内环燃料管6的燃料喷射、同时结束外环助燃风通道102和内环助燃风通道101的助燃风喷射，采用一次燃料管5和中心助燃风通道103进行燃烧的工艺条件，满足极低燃烧负荷。
实际使用过程中，可以采用一次燃料管5和中心助燃风通道103进行燃烧，同时开启外环燃料管7和外环助燃风通道102进行燃烧，实现低燃烧负荷、大火焰覆盖区域的燃烧方式。
由上所述，本发明的低氮燃气燃烧器具有如下有益效果：
本发明提供的低氮燃气燃烧器中，一次燃料管、内环燃料管和外环燃料管呈独立设置并由控制部分别控制，实现燃料的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的燃料精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道、内环助燃风通道和外环助燃风通道呈独立设置并由控制部分别控制，实现助燃风的分区域和流量可调节的供应，实现燃烧器局部的助燃风精确喷射量的精确控制；
中心助燃风通道内设置旋流盘，实现一次燃料管喷射的燃料与中心助燃风通道供应的助燃风的快速混合，实现燃烧的稳定运行；
内环助燃风筒体、外环助燃风筒体采用弧形花瓣形设计方案，增大了火焰燃烧区域与火焰燃烧区外部烟气的接触面积，提高了火焰高温区热量的传导和对流速度，有效提高了烟气升温速度，降低了中心火焰的峰值温度，避免中心火焰温度过高形成NOx等污染物；
内环助燃风通道和外环助燃风通道内设置多孔板，有利于实现助燃风的均压和流速的均匀分布，采用直燃风的喷射方式，可以实现火焰燃烧区域具有较大的出口动能，具有较好的火焰燃烧形状保持能力，促进燃烧火焰形成稳定的回流燃烧，实现低NOx燃烧；
中心燃烧区、内环燃料燃烧区、外环燃料燃烧区实现分区独立控制，可以实现不同区域燃烧强度负荷的动态调节，同时可实现不同燃烧区域的开启和关闭，实现不同的燃烧区域组合方式，满足不同燃烧强度、不同燃烧火焰形状、不同火焰出口动能的调节，具有大范围调节燃烧器燃烧负荷的功能；
本发明结合了强化燃气与助燃气的混合、浓淡燃烧、分级分段燃烧等技术手段，能够强化燃料与助燃气的混合，从而达到强化燃烧、降低燃烧火焰峰值温度、降低燃烧过量空气系数、将NOx等污染物降到最低的有益效果。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (19)

1.一种低氮燃气燃烧器，其特征在于，包括自内向外同轴设置的中心风管、内环助燃风筒体、外环助燃风筒体和燃烧器壳体，所述内环助燃风筒体与所述中心风管之间构成内环助燃风通道，所述外环助燃风筒体和所述内环助燃风筒体之间构成外环助燃风通道；所述中心风管内穿设有一次燃料管，所述中心风管和所述一次燃料管之间构成中心助燃风通道；所述内环助燃风通道内穿设有内环燃料管；所述外环助燃风通道内穿设有外环燃料管；所述一次燃料管与所述中心助燃风通道的出口端形成中心燃烧区，所述内环燃料管与所述内环助燃风通道的出口端形成内环燃料燃烧区，所述外环燃料管与所述外环助燃风通道的出口端形成外环燃料燃烧区；所述中心助燃风通道的出口端设置旋流盘，所述旋流盘上连接旋流盘调节结构，所述旋流盘调节结构用于调节所述旋流盘在中心助燃风通道内的轴向位置以调节中心助燃风通道的助燃风旋流强度；
还包括控制部，所述控制部能控制所述中心助燃风通道、所述内环助燃风通道、所述外环助燃风通道、所述一次燃料管、所述内环燃料管和所述外环燃料管的开闭和流量，所述控制部还能通过所述旋流盘调节结构调节旋流盘的轴向位置。
2.如权利要求1所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环燃料管的数量为多个，多个所述内环燃料管沿第一假想圆的周向均匀间隔设置，所述第一假想圆与所述中心风管同轴设置，各所述内环燃料管的出口端分别能拆卸地连接内环燃料喷嘴，各所述内环燃料管的入口端均与内环燃料环形分布箱连通。
3.如权利要求2所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述外环燃料管的数量为多个，多个所述外环燃料管沿第二假想圆的周向均匀间隔设置，所述第二假想圆与所述中心风管同轴设置，各所述外环燃料管的出口端分别能拆卸地连接外环燃料喷嘴，各所述外环燃料喷嘴与各所述内环燃料喷嘴呈周向交错设置；各所述外环燃料管的入口端均与外环燃料环形分布箱连通。
4.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述一次燃料管上设置一次燃料入口，所述一次燃料入口处设置第一调节阀；所述内环燃料环形分布箱上设置内环燃料入口，所述内环燃料入口处设置第二调节阀，所述第二调节阀用于调节所述内环燃料管的开闭和内环燃料流量；所述外环燃料环形分布箱上设置外环燃料入口，所述外环燃料入口处设置第三调节阀，所述第三调节阀用于调节所述外环燃料管的开闭和外环燃料流量；所述第二调节阀和所述第三调节阀均与所述控制部电连接。
5.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环助燃风通道的一端设置第四调节阀，所述第四调节阀用于调节所述内环助燃风通道的开闭和内环助燃风流量；所述外环助燃风通道的一端设置第五调节阀，所述第五调节阀用于调节所述外环助燃风通道的开闭和外环助燃风流量；所述中心助燃风通道的一端设置第六调节阀，所述第六调节阀用于调节中心助燃风通道的开闭和中心助燃风流量；所述第四调节阀、所述第五调节阀和所述第六调节阀均与控制部电连接。
6.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述旋流盘包括同轴设置的旋流内筒体和旋流外筒体，所述旋流内筒体套设于一次燃料管的出口端设置的中心燃料喷嘴上，所述旋流外筒体穿设于所述中心风管内；所述旋流内筒体和所述旋流外筒体之间设置多个旋流叶片，各所述旋流叶片上设置叶片转轴，所述旋流叶片能绕所述叶片转轴摆动，各所述叶片转轴位于旋流内筒体的一横截面上；各所述旋流叶片呈倾斜弧状设置，所述旋流叶片与所述旋流内筒体的径向呈第一夹角设置；所述旋流叶片能绕所述叶片转轴摆动第二夹角，所述第二夹角构成旋流盘的旋流角度。
7.如权利要求6所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第一夹角的范围为15°～60°。
8.如权利要求6所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第二夹角的范围为10°～70°。
9.如权利要求6所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述旋流盘调节结构包括能沿所述内环助燃风筒体的轴向伸缩的推拉结构，所述推拉结构的一端与所述旋流叶片连接，所述推拉结构能推动各所述旋流叶片沿所述中心助燃风通道的轴向移动。
10.如权利要求9所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述旋流内筒体的侧壁上沿轴向间隔设置第一限位挡块和第二限位挡块，各所述旋流叶片能在所述第一限位挡块和所述第二限位挡块之间移动。
11.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述一次燃料管的出口端设置中心燃料喷嘴。
12.如权利要求11所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环燃料喷嘴、所述外环燃料喷嘴和所述中心燃料喷嘴均包括喷嘴扰流板、燃料中心喷射孔和多个燃料环形喷射孔，所述喷嘴扰流板呈花瓣形设置，所述燃料中心喷射孔和各所述燃料环形喷射孔的周边均设置多个孔缘扰流板，各所述孔缘扰流板呈弧形设置；多个所述燃料环形喷射孔沿第三假想圆的周向均匀间隔设置，所述第三假想圆与所述燃料中心喷射孔呈同轴设置。
13.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环燃料喷嘴的喷射方向与所述中心风管的中心轴之间呈能调整第三夹角设置，所述第三夹角的范围为0°～40°。
14.如权利要求3所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环助燃风筒体和所述外环助燃风筒体的横截面呈花瓣形设置，所述内环助燃风筒体的横截面包括多个沿周向相连的第一弧形边，所述第一弧形边的数量与所述内环燃料喷嘴的数量呈相同设置；所述外环助燃风筒体的横截面包括多个沿周向相连的第二弧形边，所述第二弧形边的数量与所述外环燃料喷嘴的数量呈相同设置，各所述第二弧形边与各所述第一弧形边呈周向交错设置。
15.如权利要求14所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述内环助燃风通道和所述外环助燃风通道内设置多孔板，所述多孔板上设置多个直通孔，所述内环燃料管和所述外环燃料管穿过所述多孔板。
16.如权利要求14所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述中心风管的出口端设置第一折流板，所述第一折流板与所述中心风管的中心轴之间呈第四夹角设置；所述内环助燃风筒体的出口端设置第二折流板，所述第二折流板与所述中心风管的中心轴之间呈第五夹角设置。
17.如权利要求16所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第四夹角的范围为0°～45°，所述第五夹角的范围为0°～60°。
18.如权利要求14所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述燃烧器壳体和所述外环助燃风筒体之间填充有耐火填料单元。
19.如权利要求1所述的低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述燃烧器壳体的出口端设有直径呈渐增设置的壳体扩口段，所述壳体扩口段的扩口角度范围为10°～60°。
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