CN113883510B - 基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气燃烧处理技术领域，具体涉及基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置；本发明提供了基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，依据连接扭曲映射理论，利用简单的结构实现特定比例的燃气和空气两种流体在低流速下的高效混合，简化燃烧器结构，降低流动阻力损失，降低能量消耗，实现特定空气过量系数下的充分燃烧，降低排放。

Description

基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置

技术领域

本发明涉及燃气燃烧处理技术领域，具体涉及基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置。

背景技术

随着国际上对于NOx排放量限制的日趋严格，燃气工业锅炉各个环节都在努力减排，不过由于实现减排的难易程度和代价不同，降低污染物排放的各种技术手段中顺利获得实施的方法通常显示出局部有效性。

以燃烧环节的专利技术为例，通过在燃烧器喉口外侧周边均布多个喷枪，径向分配燃料和内、外层旋流装置的共同作用，将燃料气和助燃空气分级，或者使用能够提升燃气与空气的混合气体中空气系数的喷嘴，进而提升燃气的燃烧充分度，进一步提高燃气的燃烧热效率及利用率，再就是改造燃烧器结构，用分级燃烧技术，烟气再循环技术，浓淡燃烧技术等，降低工业燃气燃烧器炉膛内的温度，降低烟气和空气混合物中的氧浓度，减少中间产物含氮基团和氧气的反应概率以降低排放。

现有的这些方法，通常的思路是“加”，即主动增加工业流程或者处理工序，采用增加过程的能量输入等技术手段来达到降低排放的目的，这样设计出来的燃烧器，确实降低了NOx的排放，暂时达到了排放标准，但燃烧器结构复杂，阻力损失增大，能量消耗增加；

并且燃气燃烧器中空气和天然气的输入有一定的比例，但是为了充分燃尽天然气，一般都会用过量的空气，造成流体比例靠近混合爆炸比例，存在安全隐患。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于背景技术提出的技术问题，而提供了基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，从燃烧器燃气输送管道内部的流动特性考虑，从整体的流动特征入手，设计可以充分混合合适比例的燃气和空气，提高燃烧效率的同时，减少NOx排放量。

(二)技术方案

基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，包括主体通道及套合在主体通道外围的环形通道，

主体通道用于燃气和空气的混合通道，其出气端与燃烧器连接；主体通道外壁周向均匀设置了若干根分路燃气管道，用于燃气燃烧之前的点火；环形通道作为点火前以及点火时的空气通道；

环形通道进气端一侧连接有一号空气管，用于点火前和点火时的空气供应；主体通道进气端伸出环形通道，一侧连接有二号空气管、另一侧连接有二号燃气管；分路燃气管道也伸出环形通道，汇聚并连接一号燃气管；

主体通道内设置有导流机构，用于促进空气和燃气混合。

优选的，导流机构沿气流方向间隔设置了多组、并周期变化设置方向，其中每组均包括薄板Ⅰ、薄板Ⅱ、薄板Ⅲ和薄板Ⅳ，四块薄板结构相同、间隔水平或者竖直放置；

薄板呈方形、上面沿对角线方向分别设置有引导板；同一块薄板的上下两块引导板方向一致，但薄板Ⅰ、薄板Ⅲ的引导板方向相反，薄板Ⅱ、薄板Ⅳ的引导板方向相反。

优选的，引导板与薄板结构相同，高度为主体通道半径的60％。

优选的，一号燃气管、二号燃气管汇聚并连接有燃气总管；

一号燃气管上设置有一号控制阀，在点火成功后关闭，二号燃气管上设置有二号控制阀，控制点火成功后的燃气总管进气量。

优选的，一号空气管和二号空气管汇聚后与离心风机连接，一号空气管设置有三号控制阀、并在点火成功后关闭。

优选的，点火成功后，环形通道的流量逐渐减少到零，分路燃气管道的流量逐渐减少到零。

优选的，主体通道的出气端周向均匀设置有旋流板；旋流板与主体通道呈斜向设置，内端与主体通道外壁连接。

优选的，主体通道的出气端还设置有表面纤维网。

(三)有益效果

本发明提供了基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，依据连接扭曲映射理论，利用简单的结构实现特定比例的燃气和空气两种流体在低流速下的高效混合，简化燃烧器结构，降低流动阻力损失，降低能量消耗，实现特定空气过量系数下的充分燃烧，降低排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，保护一些实施例，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他的附图。

图1为总体的结构图；

图2为内部结构图；

图3为左视结构图；

图4为导流机构的结构图；

图5为空气与燃气的在主体通道出气端混合情况的模拟图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-薄板Ⅰ，2-薄板Ⅱ，3-薄板Ⅲ，4-薄板Ⅳ，5-旋流板，6-分路燃气管道，7-环形通道，8-主体通道，9-表面纤维网，10-一号空气管，11-二号空气管，12-一号燃气管，13-一号控制阀，14-二号燃气管，15-二号控制阀，16-燃气总管，17-主体通道进口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参看附图1、2，基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，包括主体通道8及套合在主体通道8外围的环形通道7，

主体通道8用于燃气和空气的混合通道，其出气端与燃烧器连接；主体通道8外壁周向均匀设置了若干根分路燃气管道6，用于燃气燃烧之前的点火；环形通道7作为点火前以及点火时的空气通道；

环形通道7进气端一侧连接有一号空气管10，用于点火前和点火时的空气供应；主体通道8进气端伸出环形通道7，一侧连接有二号空气管11、另一侧连接有二号燃气管14；分路燃气管道6也伸出环形通道7，汇聚并连接一号燃气管12；

主体通道8内设置有导流机构，用于促进空气和燃气混合。

参看附图2、4，导流机构沿气流方向间隔设置了多组、并周期变化设置方向，其中每组均包括薄板Ⅰ1、薄板Ⅱ2、薄板Ⅲ3和薄板Ⅳ4，四块薄板结构相同、间隔水平或者竖直放置；

薄板呈方形、上面沿对角线方向分别设置有引导板；同一块薄板的上下两块引导板方向一致，但薄板Ⅰ1、薄板Ⅲ3的引导板方向相反，薄板Ⅱ2、薄板Ⅳ4的引导板方向相反。

其中，引导板与薄板结构相同，高度为主体通道8半径的60％。

通过上述的结构设计实现空气、燃气两种混合流体的被动流动方向改变，从而在低速下实现充分混合；通过数值模拟比较了几种不同布置方式的混合结构，研究实验表明，该结构在低流速流动范围内，出口可以实现两种流体的完全混合，如附图5所示。

需要说明的是，上述结构设计基于连接扭曲映射LTM(linked twist maps)的理论，由两种流型引起的具有交叉流线的空间周期流会导致快速混合，即使在低流速下也能实现流体充分混合。

参看附图1、2，一号燃气管12、二号燃气管14汇聚并连接有燃气总管16；

一号燃气管12上装有一号控制阀13，在点火成功后关闭，二号燃气管14上装有二号控制阀15，控制点火成功后的燃气总管16进气量。

一号空气管10和二号空气管11汇聚后与离心风机连接，一号空气管10装有三号控制阀。

本装置在使用时，燃气通过分路燃气管道6分多路进入燃烧器的不同截面位置，燃气分布比较均匀、以便顺利点火成功；

空气通过离心风机引入分成两路：

一路从一号空气管10进入环形空间7；参看附图3，主体通道8的出气端周向均匀设置有旋流板5；旋流板5与主体通道8呈斜向设置，内端与主体通道8外壁连接；旋流板5可促进空气的切向流动，促进点火时空气与燃气的混合；主体通道8的出气端还装有表面纤维网9，阻止燃烧气体回流至进气通道；

另一路从二号空气管11引入主体通道进口17，随后进入燃气和空气混合的主体通道8、并经过导流机构作用，80％-90％的燃烧气体从这里进入锅炉燃烧器；

点火成功后，关闭三号控制阀，环形通道7的流量逐渐减少到零，分路燃气管道6的流量逐渐减少到零。

经过实验，气体流速控制在0.5米/秒以下对应低流速，在过量空气系数为1.7左右时，可以实现近似零排放，从而有效降低污染物排放；并且根据不同的流量、流速，本装置管径可以适应性调整；这样本装置就在避开燃气和空气混合爆炸比例的基础上，用较小的离心风机功率，低流速，低能耗，充分混合天然气和空气，并实现天然气的完全燃烧，使得氮氧化物的排放几乎可以降为零。

需要说明的是，上述电气元件的控制方式为现有技术，为了避免叙述累赘，统一在此处说明；且本申请主要用来保护机械设备，所以文中不再详细解释控制方式和电路连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，包括主体通道(8)及套合在主体通道(8)外围的环形通道(7)，其特征在于，

所述主体通道(8)用于燃气和空气的混合通道，其出气端与燃烧器连接；所述主体通道(8)外壁周向均匀设置了若干根分路燃气管道(6)，用于燃气燃烧之前的点火；所述环形通道(7)作为点火前以及点火时的空气通道；

所述环形通道(7)进气端一侧连接有一号空气管(10)，用于点火前和点火时的空气供应；所述主体通道(8)进气端伸出环形通道(7)，一侧连接有二号空气管(11)、另一侧连接有二号燃气管(14)；所述分路燃气管道(6)也伸出环形通道(7)，汇聚并连接一号燃气管(12)；

所述主体通道(8)内设置有导流机构，用于促进空气和燃气混合；

所述导流机构沿气流方向间隔设置了多组、并周期变化设置方向，其中每组均包括薄板Ⅰ(1)、薄板Ⅱ(2)、薄板Ⅲ(3)和薄板Ⅳ(4)，四块薄板结构相同、间隔水平或者竖直放置；

薄板呈方形、上面沿对角线方向分别设置有引导板；同一块薄板的上下两块引导板方向一致，但薄板Ⅰ(1)、薄板Ⅲ(3)的引导板方向相反，薄板Ⅱ(2)、薄板Ⅳ(4)的引导板方向相反；

所述引导板与薄板结构相同，高度为主体通道(8)半径的60％。

2.根据权利要求1所述的基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，其特征在于，所述一号燃气管(12)、二号燃气管(14)汇聚并连接有燃气总管(16)；

所述一号燃气管(12)上设置有一号控制阀(13)，在点火成功后关闭，二号燃气管(14)上设置有二号控制阀(15)，控制点火成功后的燃气总管(16)进气量。

3.根据权利要求1所述的基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，其特征在于，所述一号空气管(10)和二号空气管(11)汇聚后与离心风机连接，一号空气管(10)设置有三号控制阀、并在点火成功后关闭。

4.根据权利要求1所述的基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，其特征在于，点火成功后，环形通道(7)的流量逐渐减少到零，分路燃气管道(6)的流量逐渐减少到零。

5.根据权利要求1所述的基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，其特征在于，所述主体通道(8)的出气端周向均匀设置有旋流板(5)；所述旋流板(5)与主体通道(8)呈斜向设置，内端与主体通道(8)外壁连接。

6.根据权利要求1所述的基于连接扭曲映射的促进燃气空气混合减排的进气装置，其特征在于，所述主体通道(8)的出气端还设置有表面纤维网(9)。