CN116379426B - 一种逆向喷射氨燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆向喷射氨燃烧器，包括外套管和内套管，外套管内周与内套管外周之间形成环形风道，在内套管出口端设有喷射体，喷射体的外径沿内套管轴向往外套管出口的方向逐渐增大，以使喷射体外周形成环形锥面状的导流壁，在导流壁上环形分布有若干朝向环形风道进风方向的喷氨孔，喷氨孔与内套管连通。在使用时，氨气走内套管，空气走外套管，由于逆向喷氨，使得氨气滞留时间增长，同时增加扰动，从而加强该部分的空气与氨气的混合，混合气经过一次混合后继续往前输送，在导流壁的导流下，该混合气往前并向外周流动并与流过外环区上的空气进行二次混合，增强空气与氨气的混合充分。本发明可应用于氨气燃烧领域。

Description

一种逆向喷射氨燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器的领域，特别涉及一种逆向喷射氨燃烧器。

背景技术

燃烧器广泛应用于高温制造业中将燃料的化学能转化成热能。在高温制造业领域，亟需开发针对低碳及零碳燃料的高效稳定燃烧技术。

其中高温制造行业的二氧化碳排放大部分是在燃烧化石燃料产生的，因此，采用先进的零碳燃料替换原有的化石燃料是最直接有效的减碳方式之一。目前，可选的零碳燃料只有氢和氨。但是氢气储运困难，极大地限制了氢气大规模用作工业燃料。氨气相对于氢气有诸多优点，尤为重要的是氨可以大容量储运，成本大幅低于氢的储运。氨燃料经济性明显优于氢燃料，但氨气不容易点火，不容易燃烧，高温燃烧时会产生燃料型氮氧化物（NOx）。因此，开发设计先进的氨气燃烧器对于高温制造业碳减排有着十分重大的意义，现有的氨气燃烧器存在氨气与空气混合不充分、结构复杂、加工难度大、氨气的喷射孔位于高温燃烧区，对设备材料性能、冷却要求高的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种逆向喷射氨燃烧器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本发明提供一种逆向喷射氨燃烧器，其包括：外套管和内套管，内套管设于外套管内，所述外套管内周与内套管外周之间形成环形风道，在所述内套管出口端设有喷射体，所述喷射体的外径沿内套管轴向往外套管出口的方向逐渐增大，以使喷射体外周形成环形锥面状的导流壁，在所述导流壁上环形分布有若干朝向环形风道进风方向的喷氨孔，所述喷氨孔与内套管连通。

本发明的有益效果是：在使用时，氨气供应管路连接于内套管的进口端，空气供应管路连接外套管，即是氨气走内套管，空气走外套管，氨气输送至喷射体后从若干个喷氨孔逆向喷出，其中环形风道的过流截面分为靠近内套管外周的内环区、靠近外套管的外环区，首先流过内环区上的空气与氨气相对冲撞进行一次混合，由于逆向喷氨，使得氨气滞留时间增长，同时增加扰动，从而加强该部分的空气与氨气的混合，该混合气经过一次混合后继续往前输送，在导流壁的导流下，该混合气往前并向外周流动并与流过外环区上的空气进行二次混合，增强空气与氨气的混合，有利于稳定点火和提高燃烧器温度均匀度，最终有利于稳定燃烧和降低氮氧化物排放。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括一次风导流部和二次风导流部，所述一次风导流部环设于内套管与外套管之间、且与所述导流壁在轴向上相对设置，二次风导流部环设于一次风导流部与外套管之间。

本方案设置了一次风导流部来对上述内环区的空气进行导流以形成特定的一次风，使得一次风直接流向导流壁上的喷氨孔，同时设置了二次风导流部来对上述的外环区的空气进行导流以形成特定的二次风，二次风与一次混合后的混合气再次进行二次混合，其中可根据实际需求，来设定一次风和二次风的流向、流速和流量，也就是说一次风导流部和二次风导流部的设置，可对空气进行导流调节。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次风导流部环形均匀分布有若干贯通式的一次风旋流通道，所述二次风导流部环形均匀分布有若干贯通式的二次风旋流通道。

本方案中的一次风导流部通过若干一次风旋流通道来对一次风进行旋流导流，使得经过一次风旋流通道的一次风成为旋流风，使得一次混合时产生涡流，提高一次混合的效果，以及二次风导流部也通过若干二次风旋流通道来对二次风进行旋流导流，也使得二次混合时产生涡流，提高二次混合的效果，此外在喷射体下游处形成回流区，经过二次混合后的混合气将进行再次混合，在燃烧喷射时，高温燃烧区形成于回流区中，这样对喷氨孔处的材料性能、冷却要求降低。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次风导流部包括呈环形放射状设置的多片一次风旋流叶片，所述二次风导流部包括呈环形放射状设置的多片二次风旋流叶片。

本方案通过一次风旋流叶片来形成上述的一次风旋流通道，一次风旋流通道形成于相邻的两片一次风旋流叶片之间，并且根据实际的需求，来设定一次风旋流叶片的角度，以满足不同的混合燃烧需求；而二次风旋流通道也形成于相邻的两片二次风旋流叶片之间。

作为上述技术方案的进一步改进，在一次风旋流叶片与二次风旋流叶片设有中间固定环。本方案设置中间固定环将一次风旋流叶片与二次风旋流叶片固定连接在一起，以形成一体式的结构，降低设计和加工的难度，同时提高结构强度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次风旋流叶片内端固定于内套管外周。

为了提高通风量以及对内套管进行支撑固定，一次风旋流叶片的内端直接与内套管的外周壁连接，也就是说一次风旋流叶片与内套管连接为一体。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二次风旋流叶片外端通过外固定环套设于外套管内周。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次风旋流通道与二次风旋流通道的旋流方向相反设置。

本方案中的一次风和二次风的旋向是相反，这样在二次混合时，可产生更强的扰动，以进一步提高混合的效果。

作为上述技术方案的进一步改进，所述喷氨孔的喷射方向沿内套管轴向往外倾斜设置。

其中本方案中的喷氨孔的喷射反向不是沿内套管轴向，而呈往外倾斜的，这样一来一次风与氨气混合时，不正面冲击，而呈一定的角度相互冲击混合的，提高混合效果，二来一次风与氨气混合后形成的混合气体可进行沿轴向往前输送，这样可沿导流壁往外倾斜流动与二次风倾斜冲击混合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述喷射体的外端设于外套管的出口端内。

这样上述的回流区形成于外套管内，氨气与空气进行充分混合燃烧后火焰再喷出，燃烧更加充分。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明所提供的逆向喷射氨燃烧器，其一实施例的结构示意图；

图2是本发明所提供的逆向喷射氨燃烧器，其一实施例的局部剖视图；

图3是本发明所提供的逆向喷射氨燃烧器，其一实施例的进风侧的轴向示意图；

图4是本发明所提供的逆向喷射氨燃烧器，其一实施例的内部空气与氨气流通示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等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。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1~图4，本发明的逆向喷射氨燃烧器作出如下实施例：

本实施例的逆向喷射氨燃烧器包括外套管100和内套管200。

其中内套管200设置在外套管100内，本实施例的外套管100与内套管200同轴相对固定设置的，这样在所述外套管100的内周与内套管200的外周之间就形成了正圆环状的环形风道300，这样空气流通更加均匀，燃烧效果更加。

对于外套管100与内套管200的固定方式有很多，本实施例不详细阐述，可通过固定架进行支撑固定。

在其他实施例中，外套管100与内套管200同轴向延伸即可，也就是说内套管200与外套管100不同轴线设置。

其中外套管100的其中一端为喷射端，内套管200具有进口段和出口端，其中内套管200的出口端与外套管100的喷射端同向设置的，内套管200的出口端连接有喷射体400，喷射体400为壳体状结构，在喷射体400内设有与内套管200连通的气腔。

本实施例的所述喷射体400的外径沿内套管200轴向往外套管100出口端的方向呈逐渐增大设置，这样在喷射体400的外周就形成有呈环形锥面状的导流壁410，也就是说喷射体400为一端小一端大的锥形壳体，小端就与内套管200连接，并且喷射体400与内套管200同轴设置。

在所述导流壁410上环形分布有若干喷氨孔420，喷氨孔420朝向环形风道300的进风方向，也就是说喷氨孔420与环形风道300的通风方向呈相反设置的，喷氨孔420通过气腔与内套管200连通。

在使用时，氨气供应管路连接于内套管200的进口端，空气供应管路连接外套管100，即是氨气走内套管200，空气走外套管100，氨气输送至喷射体400后从若干个喷氨孔420逆向喷出，其中环形风道300的过流截面分为靠近内套管200外周的内环区、靠近外套管100的外环区，首先流过内环区上的空气与氨气相对冲撞进行一次混合，由于逆向喷氨，使得氨气滞留时间增长，同时增加扰动，从而加强该部分的空气与氨气的混合，该混合气经过一次混合后继续往前输送，在导流壁410的导流下，该混合气往前并向外周流动并与流过外环区上的空气进行二次混合，增强空气与氨气的混合，有利于稳定点火和提高燃烧器温度均匀度，最终有利于稳定燃烧和降低氮氧化物排放。

进一步地，本实施例还包括一次风导流部500和二次风导流部600，所述一次风导流部500环设于内套管200与外套管100之间、且与所述导流壁410在轴向上相对设置，二次风导流部600环设于一次风导流部500与外套管100之间。

本实施例设置了一次风导流部500来对上述内环区的空气进行导流以形成特定的一次风，使得一次风直接流向导流壁410上的喷氨孔420，同时设置了二次风导流部600来对上述的外环区的空气进行导流以形成特定的二次风，二次风与一次混合后的混合气再次进行二次混合，其中可根据实际需求，来设定一次风和二次风的流向、流速和流量，也就是说一次风导流部500和二次风导流部600的设置，可对空气进行导流调节。

具体地，所述一次风导流部500环形均匀分布有若干一次风旋流通道510，所述二次风导流部600环形均匀分布有若干二次风旋流通道610，一次风旋流通道510和二次风旋流通道610为贯通式。

本实施例的一次风导流部500通过若干一次风旋流通道510来对一次风进行旋流导流，使得经过一次风旋流通道510的一次风成为旋流风，使得一次混合时产生涡流，提高一次混合的效果，以及二次风导流部600也通过若干二次风旋流通道610来对二次风进行旋流导流，也使得二次混合时产生涡流，提高二次混合的效果，此外在喷射体400下游处形成回流区，经过二次混合后的混合气将进行再次混合，在燃烧喷射时，高温燃烧区形成于回流区中，这样对喷氨孔420处的材料性能、冷却要求降低。

其中一次风导流部500包括呈环形放射状设置的多片一次风旋流叶片520，所述二次风导流部600包括呈环形放射状设置的多片二次风旋流叶片620，通过一次风旋流叶片520来形成上述的一次风旋流通道510，一次风旋流通道510形成于相邻的两片一次风旋流叶片520之间，并且根据实际的需求，来设定一次风旋流叶片520的角度，以满足不同的混合燃烧需求；而二次风旋流通道610也形成于相邻的两片二次风旋流叶片620之间。

进一步地，一次风旋流通道510与二次风旋流通道610的旋流方向相反设置，本实施例的一次风和二次风的旋向是相反，这样在二次混合时，可产生更强的扰动，以进一步提高混合的效果。

并且所述喷氨孔420的喷射方向沿内套管200轴向往外倾斜设置，本实施例的喷氨孔420的喷射反向不是沿内套管200轴向，而呈往外倾斜的，这样一来一次风与氨气混合时，不正面冲击，而呈一定的角度相互冲击混合的，提高混合效果，二来一次风与氨气混合后形成的混合气体可进行沿轴向往前输送，这样可沿导流壁410往外倾斜流动与二次风倾斜冲击混合。

本实施例的喷射体400的外端设于外套管100的出口端内，这样上述的回流区形成于外套管100内，氨气与空气进行充分混合燃烧后火焰再喷出，燃烧更加充分。

其中针对一次风旋流叶片520、二次风旋流叶片620与内套管200的固定，本实施例的一次风旋流叶片520内端固定在内套管200外周，为了提高通风量以及对内套管200进行支撑固定，一次风旋流叶片520的内端直接与内套管200的外周壁连接，也就是说一次风旋流叶片520与内套管200连接为一体。

一次风旋流叶片520与二次风旋流叶片620设置有中间固定环700，中间固定环700将一次风旋流叶片520与二次风旋流叶片620固定连接在一起，以形成一体式的结构，降低设计和加工的难度，同时提高结构强度。

此外所述二次风旋流叶片620外端通过外固定环630套设于外套管100内周，这样在安装时，一次风旋流叶片520、二次风旋流叶片620与内套管200为一体结构，直接将它们套入在外套管100内即可。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种逆向喷射氨燃烧器，其特征在于：其包括：

外套管（100）；

内套管（200），其设于外套管（100）内，所述外套管（100）内周与内套管（200）外周之间形成环形风道（300），在所述内套管（200）出口端设有喷射体（400），所述喷射体（400）的外径沿内套管（200）轴向往外套管（100）出口的方向逐渐增大，以使喷射体（400）外周形成环形锥面状的导流壁（410），在所述导流壁（410）上环形分布有若干朝向环形风道（300）进风方向的喷氨孔（420），所述喷氨孔（420）与内套管（200）连通；

还包括一次风导流部（500）和二次风导流部（600），所述一次风导流部（500）环设于内套管（200）与外套管（100）之间、且与所述导流壁（410）在轴向上相对设置，二次风导流部（600）环设于一次风导流部（500）与外套管（100）之间；

所述一次风导流部（500）环形均匀有若干贯通式的一次风旋流通道（510），所述二次风导流部（600）环形均匀有若干贯通式的二次风旋流通道（610）；

所述一次风旋流通道（510）与二次风旋流通道（610）的旋流方向相反设置；

所述喷氨孔（420）的喷射方向沿内套管（200）轴向往外倾斜设置；

所述喷射体（400）的外端设于外套管（100）的出口端内。

2.根据权利要求1所述的一种逆向喷射氨燃烧器，其特征在于：

所述一次风导流部（500）包括呈环形放射状设置的多片一次风旋流叶片（520），所述二次风导流部（600）包括呈环形放射状设置的多片二次风旋流叶片（620）。

3.根据权利要求2所述的一种逆向喷射氨燃烧器，其特征在于：

在一次风旋流叶片（520）与二次风旋流叶片（620）之间设有中间固定环（700）。

4.根据权利要求3所述的一种逆向喷射氨燃烧器，其特征在于：

所述一次风旋流叶片（520）内端固定于内套管（200）外周。

5.根据权利要求4所述的一种逆向喷射氨燃烧器，其特征在于：

所述二次风旋流叶片（620）外端通过外固定环（630）套设于外套管（100）内周。