CN117989541A - 一种分段式燃烧的低氮燃烧头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式燃烧的低氮燃烧头，包括中心燃烧头、火焰筒以及次级燃气喷嘴，火焰筒套设在中心燃烧头外围；中心燃烧头包括中心燃气分配器、多个预混喷嘴以及中心燃气连接管；火焰筒壁与所述中心燃气分配器的外壁之间具有环形间隙，火焰筒内通入助燃空气，一部分助燃空气与燃气在预混喷嘴的直管内部相遇混合，在流出直管时被点燃，形成多个独立的燃烧火苗，另一部分助燃空气通过环形间隙流出。本发明将燃烧分段控制，初阶段采用富氧贫燃来控制氮氧化物产生，次阶段利用初阶段燃烧产生的烟气和热量，将次级燃烧所需助燃空气和燃料进行稀释和预热，使得次阶段燃烧扩散到更大空间，并以无焰燃烧的方式进行，燃烧更加均匀，避免局部高温，实现整体的低氮燃烧。

Description

一种分段式燃烧的低氮燃烧头

技术领域

本发明属于燃烧器及其相关的空气-燃气-烟气混合装置技术领域，具体涉及一种分段式燃烧，分级预混富氧贫燃的低氮燃烧头。本发明涉及关联的工业燃烧器，类型涵盖包括安装在燃烧室上的燃烧头，燃料为天然气，用于不带有外部烟气循环的系统。

背景技术

众所周知，氮氧化物（NOx）是有毒有害气体，其中燃烧过程中主要以热力型氮氧化物为主，其特点是随着火焰和燃烧区域的温度升高，污染物氮氧化物的排放也呈指数级升高，如何控制降低燃烧的火焰温度成为降低热力型氮氧化物的主要技术手段。

烟气循环技术是一种低氮燃烧技术，被广泛用于锅炉系统中，烟气循环技术是利用燃烧产生的烟气，主要成分是二氧化碳，水蒸汽和氮气，通过循环方式将不可燃的烟气再次输送到燃烧区域内，使得在发生燃烧的化学反应过程中，可燃物和氧化剂被烟气稀释后再燃烧，以降低燃烧反应的强度，降低火焰温度，同时使得燃烧区域的温度也下降，有效的减弱了氧气与氮气生成热力型氮氧化物的条件，从而减少了氮氧化物的生成。

烟气循环技术基本上分为烟气外部循环和烟气内部循环两类烟气循环技术。烟气外部循环是通过在锅炉尾部烟气出口处抽取一部分烟气，将烟气送入助燃空气中，与助燃空气混合后，一同进入燃烧区域；烟气内部循环是通过在锅炉燃烧室内部形成的回旋气流，将烟气在燃烧室内部直接循环送入燃烧区域。内外烟气循环的区别，是指烟气的循环是发生在燃烧室的内部还是外部。很多情况是内外循环结合使用，NOx≤80mg/m3的内循环技术比较成熟，结合外循环可以达到NOx≤30mg/m3。

市场上广泛使用的机型是附加烟气外循环技术的扩散式燃烧器 ，以此来降低氮氧化物的排放量。此种类型燃烧器的燃烧头结构相对比较简单，运行较可靠。由于其工作原理是利用风机将烟气进行循环燃烧，需要加大鼓风机的功率或使用烟气循环风机，这造成了投资成本的增加。

此外，多数现场安装的烟气回流管道，连接到燃烧器鼓风机进风侧，烟气温度较高，助燃空气温度较低，在两者交汇时烟气里的水蒸气遇冷会凝结变成水，造成交汇处的腐蚀，严重时冷凝水进入燃烧器导致火焰检测器感应部件以及点火元件出现故障，产生安全隐患。另外冷凝水进入燃烧器机壳，对于鼓风机叶轮，燃烧器内部零部件以及壳体本身造成侵蚀，影响了燃烧器的使用寿命。

市场上使用的烟气内循环机型，为了满足降低氮氧化物的效果，通常要求锅炉燃烧室的直径足够大，内循环的回流空间充足，才可以保证足够烟气量的内循环效果。加大燃烧室尺寸，造成了锅炉成本的大幅增加。

这些烟气再循环型燃烧器，利用将烟气通过循环方式送入燃烧区域，虽然达到了降低氮氧化物的目的，但是在追求更低排放指标的情况下，必须加大烟气的循环量，使燃烧火焰的强度进一步降低，这些做法会造成燃烧稳定性的下降，容易出现燃烧喘动，火焰不稳定，伴随燃烧器运行的故障率上升。

在专利号为DE 3811477 A1的专利文件中记载，对于燃气燃烧器，燃气与空气混合在燃烧室入口处，燃气通过一些混合管进入。其中燃气直接经由混合气管及其喷嘴送入燃烧室入口，与助燃空气混合进入燃烧室。燃气管出口在燃烧器混合腔内按照发散方向分布在不同的切面。

在DE 195 09 219的专利文件中记载的是一种方式及其燃烧器的燃烧头，关于燃料气燃烧的同时供应助燃空气，利用带非活性气体降低氮氧化物，其中燃料气分两级，一级叠加在另一级后面，在助燃空气的流动方向上由火焰的根部吹入，第一级超化学反应比的助燃空气与燃料气的混合气体流向火焰，补充的燃料气在第二级切面加入，在哪里循环回来的烟气作为非活性气体加入到第二级，一部分的燃烧气体注入第二级与循环烟气形成低于化学反应比的混合气体，在到达火焰前进行混合。

专利EP 0 635 676的记载的是一种方法用在液体燃料或者气体燃料的低NOx燃烧装置，所用燃烧器伸入到锅炉的燃烧室中，它的燃烧器火焰筒中至少有一个燃料喷嘴用于供应燃料并邻近稳焰盘，这种方法将大量的燃气由稳焰盘向外送到火焰筒的内壁区域，在火焰筒与稳焰盘间隙流过的快速气流会在火焰筒的前缘处产生负压，燃烧室内产生的烟气而通过内部循环，被送到了该负压区，火焰筒上有多个深入到负压区的导流尖角。

中国专利CN112178626B 记载了一种内循环低氮燃气燃烧器 ，旋流器套设在第一燃气管的一端，环形燃气头套设在旋流器的外侧并与旋流器间隙配合 ，第二燃气管向环形燃气头输送燃气，分流管套设在环形燃气头的外侧，隔流件套 设在分流管的外侧，并与分流管形成烟气通道。多组内圈燃气组件位于烟气通道内，多组外圈燃气组件安装在隔流件的周侧。分流管用于分流空气形成混烟用空气以及混燃用空气，混烟用空气流经烟气通道时在进烟口处产生负压，从而吸入燃烧室内的烟气，并重新参与燃烧。由于利用真空直接回收烟气的方式，不但省去了烟气通道，消除了安全隐患，而且降低了使用成本 。

中国专利CN107120652记载了一种分级燃气低氮燃烧器，涉及燃烧器技术领域。分级燃气低氮燃烧器包括分配器、导流盘、点火电极、点火燃料管和燃烧筒体。分配器用于给燃气和空气提供流动路径，包括本体、多个燃气喷管、燃气分配环和多个空气分配管。本体为带有第一夹层的筒体，燃气通过本体进入燃气管后由燃气分配环喷出。空气流经本体的中空部、空气分配管和分配器外侧形成空气流动路径，给燃气提供助燃气体。CN107120652的分配环厚度较薄，图中所示不大于燃气分配孔的4倍直径，只是将燃气作为内外圈分配，并没有将空气分隔的功能。CN107120652的导流盘对于多个空气分配管导入的空气进行导流，形成旋转空气气流，主体是空气，未设置燃气分配装置。

上述已知的这些专利方法和结构要想实现日益增加的对于燃烧设备降低污染物排放的需求是不够的，尤其是当法律规定要求达到的氮氧化物的排放指标进一步降低时，这些方法和结构是有限的，还是存在氮氧化物过高或燃烧不稳定的问题，难以满足环保排放标准的要求。

本发明利用分阶段燃烧的概念，将燃烧分段控制，初阶段采用富氧贫燃的原理来控制氮氧化物的产生，次阶段利用初阶段燃烧产生的烟气和热量，为次阶段燃烧创造一个，满足次级燃烧所需助燃空气被稀释和预热，燃料也被稀释和预热的条件，使得次阶段燃烧扩散到更大的空间，以类似无焰燃烧的方式进行，这种扩散后，更加均匀的燃烧，避免出现局部高温，使得氮氧化物的生成被抑制，从而实现了整体的低氮燃烧。

本发明最为重要和不同的是，创新发明了中心多级预混燃烧头，利用多个预混喷嘴的均匀分布，将燃烧火焰分为多个独立火苗，充分发挥了富氧贫燃的降氮效果，同时由于空气与燃气在每个预混喷嘴内混合，避免了大部分预混燃烧器，需要先预混，再分配燃烧而有可能出现的回火，爆燃风险。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种稳定安全 、结构紧凑、高效环保的分阶段燃烧的低氮燃气燃烧器 。

本发明的技术方案是一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其包括初阶段利用多级预混结构，结合富氧贫燃低氮原理的初级燃烧，和次阶段利用初阶段燃烧烟气与剩余空气和燃气混合后再燃烧的，烟气内循环低氮原理的次级燃烧。

本发明所述的分段式燃烧的低氮燃烧头，其包括中心燃烧头、火焰筒以及环绕所述火焰筒分布设置的次级燃气喷嘴，所述火焰筒同轴套设在所述中心燃烧头的外围；其中所述中心燃烧头包括中心燃气分配器、多个预混喷嘴以及中心燃气连接管，所述中心燃气分配器为内部中空的圆筒形，所述中心燃气连接管连通到中心燃气分配器的内部，每个所述预混喷嘴为贯穿所述中心燃气分配器内部的直管，每个直管的内壁上均开设有燃气孔，通过该燃气孔连通所述中心燃气分配器内部，多个直管状的所述预混喷嘴均匀分布在所述中心燃气分配器上，所述中心燃气连接管通入的燃气通过中心燃气分配器的内部然后穿过燃气孔通入到所述预混喷嘴内；火焰筒壁与所述中心燃气分配器的外壁之间具有环形间隙，所述火焰筒内通入助燃空气，一部分助燃空气与燃气在预混喷嘴的直管内部相遇混合，在流出直管时被点燃，在所述中心燃气分配器位于燃烧室一侧形成多个独立的燃烧火苗，另一部分助燃空气通过火焰筒与中心燃气分配器之间的间隙流出。

进一步地，中空圆筒形的中心燃气分配器由圆筒体和前后两个端盖构成，前后两个端盖与圆筒体围成中空圆筒形空间，前后两个端盖上具有位置相对应的通孔，直管状预混喷嘴内嵌并贯穿前后两个端盖的通孔，所述中心燃气连接管的燃气出口端与前端盖相连通，并且预混喷嘴的直管从后端盖延伸凸出，每个直管状预混喷嘴之间有间隔，燃烧时每个预混喷嘴之间在根部形成相互独立火苗，从而形成与预混喷嘴数量相同的初级燃烧分级火焰。

进一步地，所述火焰筒为锥形收口结构，所述中心燃气分配器相对于火焰筒锥口的距离能够在轴向上调整，从而能够改变所述火焰筒与所述中心燃气分配器之间环形间隙的大小。

进一步地，所述中心燃气连接管的燃气入口端经由中心燃气调节阀与主燃气管相连接，从而中心燃气调节阀能够调节中心燃气分配器的燃气量。

进一步地，在与所述火焰筒锥形收口相对的另一端连接有次级燃气分配器，所述次级燃气分配器为一圆筒形的环形腔体，该环形腔体直径大于火焰筒的直径，且该环形腔体朝向燃烧室一端的端面上均匀布置多个连通的次级燃气喷嘴，

进一步地，所述环形腔体与所述火焰筒连接端具有用于与锅炉前墙相连的连接法兰，另一端具有与鼓风机相连的连接法兰，在所述环形腔体锅炉一侧连接法兰面连接安装火焰筒，并在此法兰面布置多个燃气喷嘴的连接孔，用于连接所述次级燃气喷嘴。

进一步地，所述次级燃气喷嘴为直管，所述次级燃气喷嘴的直管长度延伸超出火焰筒空气出口，并伸入燃烧室。

进一步地，其中所述环形腔体的内腔径向厚度大于所述次级燃气喷嘴的直径，所述次级燃气喷嘴通过喷嘴孔与环形腔体内部连通。

进一步地，在所述环形腔体的外壁开孔，开孔处布置连接法兰，通过连接法兰连接有次级燃气调节阀，次级燃气调节阀与主燃气管相连接，所述次级燃气调节阀用于调整次阶段燃气量。

进一步地，所述次级燃气分配器的内筒中空，所述中心燃烧头通过在内筒空间布置的支架，安装固定在燃气分配器的内筒之中，鼓风机将助燃空气由次级燃气分配器的内筒输送进入火焰筒，继而经过中心燃气分配器上的预混喷嘴和与火焰筒的环形间隙进入燃烧室。

综上所述，本发明的有益效果在于：

本发明的分段式燃烧的低氮燃烧头，包括初阶段利用富氧贫燃低氮原理的初级燃烧部件，和次阶段利用烟气循环低氮原理，将满足初阶段燃烧所需空气以外的富余空气，混合初级燃烧烟气后，将次级燃气混合回流烟气后，再相互混合燃烧的次级燃气分配部件。本发明的低氮燃烧头初阶段富氧贫燃燃烧，由中心燃气分配器预混喷嘴流出的空气和燃气，按照富氧贫燃低氮来设置高过剩空气系数的空燃比。满足初阶段燃烧所需空气以外的其他富余的空气，经由中心燃气分配器与火焰筒所构成的环形间隙流出燃烧头，这部分富余的空气环绕初级中心的多级火焰，像一个环形套管一样，以层流的方式与初阶段的多级燃烧火焰同轴向流动，在初阶段燃烧的中后段，与初阶段燃烧尾气相互扩散混合。多个次级燃气喷嘴环绕火焰筒均匀布置，次级燃气喷嘴出口超过火焰筒空气出口端，伸入燃烧室，次级燃气喷嘴在轴向上与火焰筒出口存在间隔空间，燃气喷射方向是中心主气流相同的方向，通常间隔空间中分布的是回流烟气，这部分次级燃气喷出后不会立刻接触到富余空气气流，所以不会立即燃烧，而是随着中心主气流在中后段形成的伴随涡流，与回流烟气和富余空气相互扩散和混合，继而燃烧。初阶段燃烧输出功率需要满足产生的热量和烟气量足够大，能够对于富余空气加温和稀释，富余的空气混合初阶段烟气后，温度不低于燃气的自燃点温度，富余空气被混入的烟气稀释，燃气分子与氧分子扩散到更大的空间，次阶段的燃烧是在满足燃气自燃点温度以上的环境中发生的化学反应，没有明显的驻点火焰现象。

本发明通过初阶段的多级预混结构和富氧贫燃的配比，实现初阶段的低氮燃烧，并为次阶段创造条件，使得助燃空气和燃气，在都混合烟气和预热的情况下，再混合燃烧，使得次阶段燃烧发生在充分扩散的空间，避免了局部高温，限制了氮氧化物的生成。这种分阶段燃烧技术可以，满足在燃烧室直径较小的情况下，实现低氮氧化物排放。由于次阶段燃烧是在燃气与空气充分扩散的情况下发生的，整个炉膛内温度均匀，提高了锅炉的热交换效率，使得用热设备更加高效和环保。

附图说明

图1为本发明的一种分段式燃烧低氮燃烧头安装于燃烧室的结构剖视图。

图2为本发明的一种分段式燃烧低氮燃烧头在燃烧室内的燃气和助燃空气以及烟气的流向示意图。

图3为本发明的一种分段式燃烧低氮燃烧头的中心燃烧头的结构示意图。

图4为本发明的一种分段式燃烧低氮燃烧头结构剖视图。

附图标记：1、燃烧室；2、燃烧头；3、中心燃烧头；4、次级燃气分配器；5、主燃气管；11、燃烧室前墙；12、燃烧室炉壁；13、热媒；21、火焰筒；31、中心燃气分配器；32、预混喷嘴；33、燃气孔；34、中心燃气连接管；35、中心燃气调节阀；36、中心调节阀执行器；41、环形腔体；42、锅炉连接法兰；43、鼓风机连接法兰；44、次级燃气喷嘴；45、次级燃气连接管；46、次级燃气调节阀；47、次级调节阀执行器；48、中心燃烧头固定支架；A、助燃空气；B1、中心燃气；B2、次级燃气；C、烟气；C1、初阶段燃烧烟气；C2、回流烟气；D、伴生涡流；C3、循环烟气；F、火苗。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、技术特征、达成目的与技术功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

如图1至图4所示，其示出了本发明分段式燃烧低氮燃烧头的具体原理和具体结构。

如图1所示，本发明的一种分段式燃烧低氮燃烧头2，燃烧头2包括中心燃烧头3、火焰筒21以及环绕所述火焰筒21分布设置的次级燃气喷嘴44，火焰筒21同轴套设在中心燃烧头3的外围。该燃烧头2通过次级燃气分配器4的锅炉连接法兰42安装在燃烧室1的燃烧室前墙11上，燃烧室炉壁12的外侧是热媒13，所述燃烧头2的中心燃烧头3，以及火焰筒21和环绕火焰筒均匀布置的次级燃气喷嘴44，均超出燃烧室前墙平面11，伸入到燃烧室1内部；同时该燃烧头2通过次级燃气分配器4的鼓风机连接法兰43与燃烧器鼓风机相连接。

如图1至图4所示，本发明的燃烧头包括位于燃烧头2中心，采用多级预混燃烧方式的中心燃烧头3，中心燃烧头3包括中心燃气分配器31，和多个预混喷嘴32和中心燃气连接管34，中心燃气分配器31为中空的圆筒形，由圆筒体和前后圆盘形端盖围成中空圆筒形空间，中心燃气连接管34与前端盖相连并连通到圆筒体内部空间，前端盖和后端盖上对应的位置上均匀布置多个通孔，且前后两个端盖的通孔位置以及大小均相同，所述预混喷嘴32为直管结构，该直管内嵌并贯穿前端盖和后端盖上的通孔，并且预混喷嘴32的直管从后端盖延伸凸出，直管的长度，满足燃气与空气的均匀混合所需。每个直管状预混喷嘴32之间有间隔，在预混喷嘴32的每根直管上开有燃气孔33，该燃气孔33连通直管的内外壁，即连通到中心燃气分配器31内部。工作时，火焰筒21内通入助燃空气，一部分助燃空气通过预混喷嘴32的直管内壁穿过燃气分配器31的盘面，进入燃烧室1，燃气经由中心燃气连接管34进入中心燃气分配器31，再通过这些直管上的燃气孔33进入预混喷嘴32的直管内部，助燃空气与燃气在预混喷嘴32的直管内部相遇混合，在流出直管时被点燃，在中心燃气分配器31位于燃烧室1一侧的盘面，燃烧时每个预混喷嘴之间在根部形成相互独立火苗，从而形成与预混喷嘴数量相同的初级燃烧分级火焰。

燃烧运行时，由中心燃气分配器31上预混喷嘴32流出的是初阶段燃烧所需助燃空气，其他富余的空气经由中心燃气分配器31与火焰筒21所构成的环形间隙流出燃烧头，多个次级燃气喷嘴44环绕火焰筒21均匀布置，次级燃气喷嘴44的长度长于火焰筒21的长度，故次级燃气喷嘴44出口超过火焰筒21空气出口端并伸入燃烧室1内，次级燃气喷嘴44与火焰筒21空气出口，在轴向上具有不小于锥形收口的间隔空间，燃气喷射方向是中心主气流相同方向。

如图2，示出了本发明的燃气、助燃空气和烟气的流向示意图，其中助燃空气A进入燃烧头2后，初阶段中心燃烧助燃空气通过中心燃气分配器31端盖上的预混喷嘴32的直通管，进入燃烧室1在中心燃气分配器31盘面后的空间，满足初阶段中心燃烧所需空气以外的富余空气，则通过中心燃气分配器31与火焰筒21之间所构成的环形间隙进入燃烧室1，中心燃气B1通过中心燃气连接管34进入中心燃气分配器31的内部空间，再通过预混喷嘴32上的燃气孔33进入预混喷嘴32直通管内部，与初阶段燃烧空气相混合后，在流出预混喷嘴32时被点燃，形成多级独立的燃烧火苗F，进入燃烧室1；次级燃气B2通过次级燃气连接管45进入次级燃气分配器4的环形腔体41内部，通过环绕火焰筒布置连接的次级喷嘴44进入燃烧室1。通过中心燃气调节阀35可以控制中心燃气量，实现初阶段多级火焰的富氧贫燃空燃比配比的低氮燃烧。满足初阶段中心燃烧所需空气以外的富余空气，通过中心燃气分配器31与火焰筒21之间的环形间隙流出燃烧头，这部分富余空气环绕初级中心的多级火焰，像一个环形套管一样，以层流的方式与初阶段燃烧的多级火焰同轴向流动，在初阶段燃烧的中后段，与初阶段燃烧烟气C1相互扩散混合。其中从预混喷嘴中心流出的空气，和富余空气以及中心多级火焰燃烧产生的烟气，在轴向上的流动方向是一致的，在初阶段燃烧的中后段混合成一股合流的气流，通常这股气流会产生伴生涡流D，尤其是在火焰筒21采用锥形收口结构情况下，空气流出时产生加速作用，火焰筒21空气出口处，环绕锥形收口的外缘，会形成负压区，负压的存在会引导伴生涡流D部分的回流烟气C2回流至燃烧头负压区位置，形成烟气内循环，次级燃气喷嘴44与火焰筒21空气出口，在径向上具有不小于锥形收口的间隔空间，燃气喷射方向是中心气流相同的流动方向，间隔空间中正常分布的是循环烟气C3，这部分次级燃气喷出后不会立刻接触到富余空气流，所以不会立即燃烧，而是随着中心气流在中后段形成的伴随涡流D，与循环烟气C3和富余空气以及初阶段燃烧烟气C1相互扩散和混合，继而燃烧。初阶段燃烧输出功率可调，调整后可满足对于富余空气的加温和稀释，富余的空气混合初段烟气后，温度不低于燃气的自燃点温度，富余空气被混入的烟气稀释，燃气分子与氧分子扩散到更大的空间，次阶段的燃烧是在满足燃气自燃点温度以上的环境中发生的化学反应，反应区域扩大，没有明显的驻点火焰现象，温度平均，限制了氮氧化物的生成。同时次阶段燃烧消耗了初阶段的富余空气，防止出现空气过剩系数高，燃烧效率低的情况。

如图1和图4所示，本发明示出了一种分段式燃烧低氮燃烧头，其中所述火焰筒21为锥形收口结构，通过在轴向上调整中心燃气分配器31与火焰筒21锥口之间的距离位置，可以改变环形间隙的大小，从而可以改变初段燃烧和次段燃烧的空气量配比，以及燃烧输出的总功率。当间隙减小时，风压升高，总风量减少，总功率下降，中心初级风量由于风压升高而增加，初阶段燃烧功率也一同增加，增大间隙，效果相反。

另一方面，当空气快速流经出口时，由于锥形收口的作用，环绕火焰筒21空气出口的外缘，在燃烧室一侧形成负压区，负压的吸力引导燃烧室内部烟气回流，形成烟气内循环效果，回流烟气使得次级燃气喷出后与所述富余空气气流在初始段有效隔离，同时这部分回流的烟气有效的对次级燃气加热并稀释。

如图4所示，本发明示出了一种分段式燃烧低氮燃烧头，其中所述中心燃气分配器31，通过中心燃气连接管34，经由中心燃气调节阀35与主燃气管5相连接并连通，通过中心调节阀执行器36，来调节中心燃气调节阀35，从而能够调整初阶段燃烧中心燃烧头通入的燃气量。

如图1和图4所示，本发明示出了一种分段式燃烧低氮燃烧头，在与火焰筒21锥形收口相对的另一端连接有次级燃气分配器4，次级燃气分配器4为一圆筒形的环形腔体，该环形腔体直径大于火焰筒21的直径，且该环形腔体朝向燃烧室一端的端面上均匀布置多个连通的次级燃气喷嘴44，多个次级燃气喷嘴44环绕火焰筒21均匀布置，环形腔体与火焰筒21连接端具有用于与锅炉前墙相连的锅炉连接法兰42，另一端具有与鼓风机相连的鼓风机连接法兰43，在环形腔体靠近锅炉一侧的锅炉连接法兰面连接安装火焰筒21，并在此法兰面布置多个燃气喷嘴的连接孔，用于连接次级燃气喷嘴44。次级燃气喷嘴44是直管结构，次级燃气喷嘴44的直管长度延伸超出火焰筒21空气出口，伸入燃烧室1。并且其中环形腔体的内腔径向厚度大于次级燃气喷嘴44的直径，次级燃气喷嘴44通过喷嘴孔与环形腔体内部连通。

在环形腔体的外壁上开孔，开孔处布置连接法兰，经由次级燃气调节阀46与主燃气管5相连接， 通过次级调节阀执行器47来调节次级燃气调节阀46，从而调整次阶段燃烧的燃气量。

如图1和图4所示，次级燃气分配器4的内筒中空通透，中心燃烧头3通过在内筒空间布置的支架48，安装固定在次级燃气分配器4的内筒之中，鼓风机将助燃空气由次级燃气分配器4的内筒输送进入火焰筒21，继而经过中心燃气分配器31上的预混喷嘴32和与火焰筒21的环形间隙进入燃烧室。

本发明公开的分段式燃烧的低氮燃烧头，其采用了初阶段利用多级预混结构，结合富氧贫燃低氮原理的初级燃烧，和次阶段利用初级燃烧烟气与剩余的空气和燃气混合后再燃烧的，烟气内循环低氮原理的次级燃烧。燃烧头的结构中包含一个位于燃烧头中心，采用多级预混燃烧方式的初级中心燃烧头，以及火焰筒和环绕火焰筒的次级燃气喷嘴组成。其中，中心燃烧头由中心燃气分配器，多个预混喷嘴和燃气连接管组成，预混喷嘴为直管结构，内嵌在燃气分配器的盘面上，初阶段燃烧所需助燃空气，通过预混喷嘴的直管内壁穿过中心燃气分配器的盘面，进入燃烧室，在预混喷嘴的直管上开有多个小孔，联通直管的内外壁，燃气经由燃气连接管进入中心燃气分配器后，再通过这些小孔进入直管内部，助燃空气与燃气在预混喷嘴的直管内部相遇混合，在流出直管时被点燃，最终在燃气分配器居于燃烧室一侧的盘面，形成多个独立的燃烧火苗，通过空燃比调解，利用过量空气对于火焰的冷却作用，达到预混、富氧、贫燃的初阶段低氮燃烧效果；通常初级燃烧量不超过50%的燃气耗量，却可以利用全部100%的助燃空气，在满足富氧贫燃配比的初阶段燃烧情况下，富余的空气经由中心燃气分配器与火焰筒所构成的环形间隙流出燃烧头，这部分富余的空气环绕初级中心的多级火焰，像一个环形套管一样，以层流的方式与初级燃烧同轴向流动，在初阶段燃烧的中后段，富余空气与初阶段燃烧烟气相互扩散混合。环绕火焰筒均匀布置次级燃气喷嘴，燃气喷嘴出口超过火焰筒空气出口端，伸入燃烧室，次级燃气喷嘴在轴向上与中心燃烧的富余空气气流有间隔空间，燃气喷射方向同样是层流方向，由于间隔空间中分布的是回流烟气，这部分次级燃气喷出后不会立刻接触到空气，所以不会立即燃烧，而是随着主气流在中后段形成的伴随涡流相互扩散和混合，由于初阶段燃烧功率足够大，所以富余的空气混合初段烟气后，温度不低于燃气的自燃点温度，由于富余空气被混入的烟气稀释，次级燃气也被周围的回流烟气所稀释，次阶段的燃烧扩散到更大的空间，在满足燃气自燃点温度以上的环境中，燃气分子与氧分子随时相遇随时反应，没有明显的驻点火焰，没有局部的剧烈燃烧发生，温度平均，没有高温区域，氮氧化物生成被抑制，从而实现了整体的低氮燃烧。

Claims (10)

1.一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，包括中心燃烧头、火焰筒以及环绕所述火焰筒分布设置的次级燃气喷嘴，所述火焰筒同轴套设在所述中心燃烧头的外围；其中所述中心燃烧头包括中心燃气分配器、多个预混喷嘴以及中心燃气连接管，所述中心燃气分配器为内部中空的圆筒形，所述中心燃气连接管连通到中心燃气分配器的内部，每个所述预混喷嘴为贯穿所述中心燃气分配器内部的直管，每个直管的内壁上均开设有燃气孔，通过该燃气孔连通所述中心燃气分配器内部，多个直管状的所述预混喷嘴均匀分布在所述中心燃气分配器上，所述中心燃气连接管通入的燃气通过中心燃气分配器的内部然后穿过燃气孔通入到所述预混喷嘴内；火焰筒壁与所述中心燃气分配器的外壁之间具有环形间隙，所述火焰筒内通入助燃空气，一部分助燃空气与燃气在预混喷嘴的直管内部相遇混合，在流出直管时被点燃，在所述中心燃气分配器位于燃烧室一侧形成多个独立的燃烧火苗，另一部分助燃空气通过火焰筒与中心燃气分配器之间的间隙流出。

2.根据权利要求1所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，中空圆筒形的中心燃气分配器由圆筒体和前后两个端盖构成，前后两个端盖与圆筒体围成中空圆筒形空间，前后两个端盖上具有位置相对应的通孔，直管状预混喷嘴内嵌并贯穿前后两个端盖的通孔，所述中心燃气连接管的燃气出口端与前端盖相连通，并且预混喷嘴的直管从后端盖延伸凸出，每个直管状预混喷嘴之间有间隔，燃烧时每个预混喷嘴之间在根部形成相互独立火苗，从而形成与预混喷嘴数量相同的初级燃烧分级火焰。

3.根据权利要求1所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，所述火焰筒为锥形收口结构，所述中心燃气分配器相对于火焰筒锥口的距离能够在轴向上调整，从而能够改变所述火焰筒与所述中心燃气分配器之间环形间隙的大小。

4.根据权利要求1所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，所述中心燃气连接管的燃气入口端经由中心燃气调节阀与主燃气管相连接，从而中心燃气调节阀能够调节中心燃气分配器的燃气量。

5.根据权利要求1所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，在与所述火焰筒锥形收口相对的另一端连接有次级燃气分配器，所述次级燃气分配器为一圆筒形的环形腔体，该环形腔体直径大于火焰筒的直径，且该环形腔体朝向燃烧室一端的端面上均匀布置多个连通的次级燃气喷嘴。

6.根据权利要求5所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，所述环形腔体与所述火焰筒连接端具有用于与锅炉前墙相连的锅炉连接法兰，另一端具有与鼓风机相连的鼓风机连接法兰，在所述环形腔体锅炉一侧连接法兰面连接安装火焰筒，并在此法兰面布置多个燃气喷嘴的连接孔，用于连接所述次级燃气喷嘴。

7.根据权利要求6所述的一种分段式燃烧的低氮燃烧头，其特征在于，所述次级燃气喷嘴为直管，所述次级燃气喷嘴的直管长度延伸超出火焰筒空气出口，并伸入燃烧室。

8.根据权利要求7所述的次级燃气分配器，其中所述环形腔体的内腔径向厚度大于所述次级燃气喷嘴的直径，所述次级燃气喷嘴通过喷嘴孔与环形腔体内部连通。

9.根据权利要求8所述的次级燃气分配器，在所述环形腔体的外壁开孔，开孔处布置连接法兰，通过连接法兰连接有次级燃气调节阀，次级燃气调节阀与主燃气管相连接，所述次级燃气调节阀用于调整次阶段燃气量。

10.根据权利要求7所述的次级燃气分配器，其特征在于，所述次级燃气分配器的内筒中空，所述中心燃烧头通过在内筒空间布置的支架，安装固定在燃气分配器的内筒之中，鼓风机将助燃空气由次级燃气分配器的内筒输送进入火焰筒，继而经过中心燃气分配器上的预混喷嘴和与火焰筒的环形间隙进入燃烧室。