CN115585457B - 一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧器技术领域，提出了一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，包括壳体、空气进气管、燃气管和隔板；壳体具有内腔，壳体为圆柱状；空气进气管设置在壳体侧边上，空气进气管与内腔连通；燃气管穿过壳体设置在内腔内，燃气管靠近第一燃烧口一端侧边上设有若干出气孔；隔板设置在燃气管侧边上，靠近第一燃烧口，隔板与燃气管形成混合空间，出气孔与混合空间连通，隔板上具有若干进气孔，进气孔与内腔连通，若干出气孔均在混合空间内。通过上述技术方案，解决了现有技术中常规分级燃烧器火焰长度短、刚度差，火焰热密度高，燃烧产生的NOx较多，炉膛温度分布不均匀的问题。

Description

一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器

技术领域

本发明涉及低氮燃烧技术领域，具体的，涉及一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器。

背景技术

燃烧系统是燃气工业炉的核心部分，是金属热加工过程质量控制的关键；燃烧的化学反应过程，释放热量并产生烟气，燃烧的结果决定了能源利用水平和污染物排放结果。由于NOx对人体健康危害和对大气污染，降低NOx的排放浓度和排放总量是燃烧系统发展趋势。

烟气中NOx是由燃气和空气中的氮元素在燃烧过程中氧化而来。采取降低燃烧温度，减少氧气浓度，缩短反应时间，改善燃气与空气的混合条件等措施可有效控制燃烧产生的热力型NOx和快速型NOx，经过多年的发展，分级燃烧、烟气再循环、MILD燃烧、催化燃烧等低氮燃烧技术应运而生，但是从应用效果来看，炉内气氛控制不理想、氮氧化物生成量居高等现象广泛存在，带来高合金材料氧化脱碳、污染物排放超标的问题，燃烧系统及其配套技术亟待升级。

金属热加工加热炉普遍使用分级燃烧器，现有分级燃烧器在燃烧时因为火焰长度短、刚度差，火焰热密度高，燃烧产生的NOx较多并导致炉膛工件受热不均匀，影响产品品质，对于环境污染严重。

发明内容

本发明提出一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，解决了常规分级燃烧器火焰长度短、刚度差，火焰热密度高，燃烧产生的NOx较多，炉膛温度分布不均匀的问题。

本发明的技术方案如下：

一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，包括

壳体，具有内腔，所述壳体为圆柱状；

第一燃烧口，设置在所述壳体一侧圆形端面上，所述第一燃烧口为锥形，所述第一燃烧口截面积较小一端远离所述壳体，所述第一燃烧口与所述内腔连通；

空气进气管，设置在所述壳体侧边上，所述空气进气管与所述内腔连通；

燃气管，穿过所述壳体设置在所述内腔内，所述燃气管靠近所述第一燃烧口一端侧边上设有若干出气孔；

第二燃烧口，设置在所述燃气管靠近所述第一燃烧口一端，所述第二燃烧口为锥形，所述第二燃烧口截面积较小一端远离所述燃气管，所述第二燃烧口位于所述第一燃烧口内；

隔板，设置在所述燃气管侧边上，靠近所述第一燃烧口，所述隔板与所述燃气管形成混合空间，所述出气孔与所述混合空间连通，所述隔板上具有若干进气孔，所述进气孔与所述内腔连通，若干所述出气孔均在所述混合空间内；

第三燃烧口，设置在所述隔板上，所述第三燃烧口为锥形，所述第三燃烧口截面积较小一端远离所述隔板，所述第三燃烧口位于所述第一燃烧口和所述第二燃烧口之间。

作为进一步的技术方案，所述第一燃烧口、所述第二燃烧口和所述第三燃烧口端面沿垂直所述壳体轴线垂直方向齐平。

作为进一步的技术方案，所述第一燃烧口和所述第二燃烧口锥度为30°-75°，所述第三燃烧口锥度为。

作为进一步的技术方案，所述出气孔轴线与所述壳体轴线之间的夹角为25°-75°，所述出气孔轴线远离所述壳体轴线一端靠近所述第一燃烧口。

作为进一步的技术方案，所述进气孔轴线与所述壳体轴线之间的夹角为25°-75°，所述进气孔轴线靠近所述壳体轴线一侧靠近所述第一燃烧口。

作为进一步的技术方案，所述出气孔轴线和所述壳体轴线不共面。

作为进一步的技术方案，所述进气孔轴线和所述壳体轴线不共面。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明中通过隔板和燃气管形成混合空间，使部分燃气和空气在混合空间内预混，通过第三燃烧口使混合空间内的预混气体以较高流速射入炉膛，燃气、空气和预混气体从多个通道以扩散的方式进入炉膛，形成多层火焰形态；预混形成的轴向气流，减弱了燃气与空气混合反应速度，避免火焰局部高温，有效抑制了NOx的生成；

2、本发明中第一燃烧口、第二燃烧口、第三燃烧口采用由大变小形成的锥形气流增速结构增加了气体射入炉膛的速度，为拉长火焰提高刚度提供动能，从而使火焰能量密度降低，大大减少了NOx的生成；

3、本发明中通过调节进气孔和出气孔的几何形态参数和数量分布，可以调节预混气体的混合比例以及混合速率，从而调控多层火焰燃烧反应速度，合理选择掺混比，可以兼顾低NOx燃烧和稳定燃烧的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明右视图；

图中：1、壳体，2、内腔，3、第一燃烧口，4、空气进气管，5、燃气管，6、出气孔，7、第二燃烧口，8、隔板，9、混合空间，10、进气孔，11、第三燃烧口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

如图1-2所示，本实施例提出了

一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，包括

壳体1，具有内腔2，壳体1为圆柱状；

第一燃烧口3，设置在壳体1一侧圆形端面上，第一燃烧口3为锥形，第一燃烧口3截面积较小一端远离壳体1，第一燃烧口3与内腔2连通；

空气进气管4，设置在壳体1侧边上，空气进气管4与内腔2连通；

燃气管5，穿过壳体1设置在内腔2内，燃气管5靠近第一燃烧口3一端侧边上设有若干出气孔6；

第二燃烧口7，设置在燃气管5靠近第一燃烧口3一端，第二燃烧口7为锥形，第二燃烧口7截面积较小一端远离燃气管5，第二燃烧口7位于第一燃烧口3内；

隔板8，设置在燃气管5侧边上，靠近第一燃烧口3，隔板8与燃气管5形成混合空间9，出气孔6与混合空间9连通，隔板8上具有若干进气孔10，进气孔10与内腔2连通，若干出气孔6均在混合空间9内；

第三燃烧口11，设置在隔板8上，第三燃烧口11为锥形，第三燃烧口11截面积较小一端远离隔板8，第三燃烧口11位于第一燃烧口3和第二燃烧口7之间。

本实施例中，通过隔板8与燃气管5组成混合空间9，一部分燃气通过出气孔6进入混合空间9，一部分空气通过进气孔10进入混合空间9，空气和燃气在混合空间内预混，预混气体经过第三燃烧口11排出。空气从第一燃烧口3排出，预混气体从第三燃烧口11排出，燃气从第二燃烧口7排出，三种气体分层排出，空气在最外层，中间层是预混气体，内层是燃气，预混气体将燃气和空气间隔开。三种气体流在加热炉膛内形成分层火焰的扩散燃烧，预混气体的阻隔延缓了空气与燃气的燃烧速度，避免了局部高温，从而减少NOx的生成；由于第一燃烧口3、第二燃烧口7和第三燃烧口11都是锥形的气体加速结构，对三种气体流在燃烧器中实施加速，气流的动能增加了火焰长度和刚度，也就是火焰的体积增加，火焰能量密度的降低，大大减少了NOx的产生，并使加热炉内的温度更加均匀。

进一步，第一燃烧口3、第二燃烧口7和第三燃烧口11端面沿垂直壳体1轴线垂直方向齐平。

本实施例中，为了保证空气、预混气体、燃气是同时排出的，第一燃烧口3、第二燃烧口7和第三燃烧口11端面齐平，三种气体同时进入加热炉内。

进一步，第一燃烧口3和第二燃烧口7锥度为0.52-1.42，第三燃烧口11锥度为0.82-1.63。

本实施例中，壳体、空气进气管、燃气管和燃烧口均为锥形，可以增加气体从燃烧器内排出的速度，增加了火焰长度。而且为了适应不同的火焰长度的需求，可以使第一燃烧口和第二燃烧口的锥度为0.52-1.42，锥度越大，形成的火焰长度越长，从而火焰的体积越大，局部高温越少，产生的NOx就少。

本实施例中，进气孔与出气孔的几何参数和数量分布，可以调节预混气体的混合比例和混合速度，从而调节火焰燃烧速度并稳定燃烧。

进一步，出气孔6轴线与壳体1轴线之间的夹角为25°-75°，出气孔6轴线远离壳体1轴线一端靠近第一燃烧口3。

本实施例中，出气孔6与壳体1轴线之间的夹角为25°-75°，角度越大，燃气进入混合空间9速度越慢，从第三燃烧口11排出的速度就会减慢；因为燃气和空气形成对冲，所以燃气和空气混合效果会更好。45°是空气与燃气混合率和速度均衡的角度，既能保证预混气体从第三燃烧口11的速度，也能保证燃气和空气的混合程度。根据现场使用的条件，通过调整出气孔6的角度就可以调整燃气和空气的混合效率。为了保证火焰的刚度，可以减小出气孔6的角度。优选的，若干出气孔6在燃气管5上沿轴线可以分为多级，随着级数的增加，预混气体中的燃气含量增加。在使用的时候，根据现场的需求，通过出气孔6的级数和大小控制预混气体的比例。

进一步，进气孔10轴线与壳体1轴线之间的夹角为25°-75°，进气孔10轴线靠近壳体1轴线一侧靠近第一燃烧口3。

本实施例中，进气孔10与轴线的夹角为25°-75°，与出气孔6的原理相同。调节不同角度的进气孔10和出气孔6，从而调控空气和燃气的混合程度和从第三燃烧口11排出的速度。根据实际的需要，选择不同的角度，这些是本领域技术人员通过阅读本申请之后所能做到的。优选的，进气孔10也分为多级，出气孔6不变，进气孔10的级数增加，调节预混气体中空气含量比例。通过调节出气孔6和进气孔10的级数和角度，就可以调节混合程度，也可以调节混合空间11内燃气和空气的含量占比。调节预混气体的混合比例可以调控火焰燃烧速度并兼顾火焰的稳定燃烧。

进一步，出气孔6轴线和壳体1轴线不共面。

进一步，进气孔10轴线和壳体1轴线不共面。

本实施例中，为了增加混合空间9内的气体的流速，出气孔6和进气孔10与壳体1的轴线不共面，可使燃气和空气进入混合空间内后旋转前进，燃气和空气混合效果也会增加。

进一步，壳体1、燃气管5和混合空间9沿气体输送方向的截面逐渐减小，从而使空气、混合气体和燃气在燃烧器内逐渐加速，使气体在排出燃烧器时已经具有较高的流速，从而增加火焰的长度和刚度。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，包括

壳体(1)，具有内腔(2)，所述壳体(1)为锥形圆柱状；

第一燃烧口(3)，设置在所述壳体(1)一侧圆形端面上，所述第一燃烧口(3)为锥形，所述第一燃烧口(3)截面积较小一端远离所述壳体(1)，所述第一燃烧口(3)与所述内腔(2)连通；

空气进气管(4)，设置在所述壳体(1)侧边上，所述空气进气管(4)与所述内腔(2)连通；

燃气管(5)，穿过所述壳体(1)设置在所述内腔(2)内，所述燃气管(5)靠近所述第一燃烧口(3)一端侧边上设有若干出气孔(6)；

第二燃烧口(7)，设置在所述燃气管(5)靠近所述第一燃烧口(3)一端，所述第二燃烧口(7)为锥形，所述第二燃烧口(7)截面积较小一端远离所述燃气管(5)，所述第二燃烧口(7)位于所述第一燃烧口(3)内；

隔板(8)，设置在所述燃气管(5)侧边上，靠近所述第一燃烧口(3)，所述隔板(8)与所述燃气管(5)形成混合空间(9)，所述出气孔(6)与所述混合空间(9)连通，所述隔板(8)上具有若干进气孔(10)，所述进气孔(10)与所述内腔(2)连通，若干所述出气孔(6)均在所述混合空间(9)内；

第三燃烧口(11)，设置在所述隔板(8)上，所述第三燃烧口(11)为锥形，所述第三燃烧口(11)截面积较小一端远离所述隔板(8)，所述第三燃烧口(11)位于所述第一燃烧口(3)和所述第二燃烧口(7)之间。

2.根据权利要求1所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述第一燃烧口(3)、所述第二燃烧口(7)和所述第三燃烧口(11)端面沿垂直所述壳体(1)轴线垂直方向齐平。

3.根据权利要求1所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述第一燃烧口(3)和所述第二燃烧口(7)锥度为30°-75°，所述第三燃烧口(11)锥度为。

4.根据权利要求1所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述出气孔(6)轴线与所述壳体(1)轴线之间的夹角为25°-75°，所述出气孔(6)轴线远离所述壳体(1)轴线一端靠近所述第一燃烧口(3)。

5.根据权利要求1所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述进气孔(10)轴线与所述壳体(1)轴线之间的夹角为25°-75°，所述进气孔(10)轴线靠近所述壳体(1)轴线一侧靠近所述第一燃烧口(3)。

6.根据权利要求4所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述出气孔(6)轴线和所述壳体(1)轴线不共面。

7.根据权利要求5所述的一种部分预混燃烧速率调控直焰燃烧器，其特征在于，所述进气孔(10)轴线和所述壳体(1)轴线不共面。

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