CN205090378U - 一种低阻力的无焰燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低阻力的无焰燃烧器，它包括：一燃气喷管，一同轴套设在所述燃气喷管外部的高速空气喷管，同轴套设在所述高速空气喷管外部的低速空气喷管，以及一设置在所述低速空气喷管前端的稳焰钝体；其中，所述燃气喷管的后端设置有燃气进口，所述燃气喷管的前端为燃气喷口；所述高速空气喷管的后端设置有高速空气进口，所述稳焰钝体与所述燃气喷管的前端合围成一渐缩的通道作为高速空气喷口；所述低速空气喷管的后端设置有低速空气进口，所述低速空气喷管的前端与所述稳焰钝体合围成一渐缩的通道作为低速空气喷口。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无焰燃烧器，特别是关于一种低阻力的无焰燃烧器。
背景技术
燃烧过程中产生的大量氮氧化物是近几年雾霾天气的主要成因之一，控制氮氧化物的排放不仅能避免雾霾天气，也是防止全球气候变暖和酸雨的重要途径。无焰燃烧(MILDcombustion,Flamelesscombustion)作为一种新型的清洁燃烧技术，能直接从燃烧过程中降低氮氧化物排放，燃烧后的烟气甚至达到了排放标准，不需要进行烟气后处理，受到科学界和工程界的一致重视。无焰燃烧状态下，温度均匀，一般维持在1200摄氏度或以下，NOx将不会通过热力型反应路径产生，从而降低了整个燃烧过程的NOx排放。
实现无焰燃烧目前主流的方式是通过高速射流将燃料和空气送入温度已经被预热至燃料自燃点以上的炉膛内，通过卷吸高温烟气来对燃料和氧化剂进行加热和稀释，从而建立无焰燃烧的条件。然而，由于无焰燃烧的实现需要比传统燃烧更高的燃料/空气入射速度，因此需要更高的输送压强，同时由于燃烧器阻力导致的压降损失也会更大，间接地浪费了能源，降低了整个燃烧系统的燃烧效率。压力损失过大的问题在目前已有的无焰燃烧器中未能得到有效解决。例如，申请号为201210421560.5的发明专利提出一种引射预燃式无焰燃烧器，该发明需要通过很高速的燃气射流，将热空气引射到预燃室内进行混合，才能最终实现无焰燃烧。这要求燃料和空气的气源压强远高于大气压，因此对鼓风机/引风机的风压有较高要求，不利于无焰燃烧技术的大规模工业应用。申请号201410019516.0的发明专利申请提出了一种直喷式燃气无焰燃烧器，该发明利用中间燃气管与周围多个空气管平行高速直喷的方式进行燃烧。由于有多个平行空气管需要产生高速射流，气源压力需求也很高，且容易产生单个空气管堵塞失效或者由于加工不精确而导致气流不均的问题。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种可大幅度降低实现无焰燃烧的气源压力需求的低阻力的无焰燃烧器。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，它包括：一燃气喷管，一同轴套设在所述燃气喷管外部的高速空气喷管，同轴套设在所述高速空气喷管外部的低速空气喷管，以及一设置在所述低速空气喷管前端的稳焰钝体；其中，所述燃气喷管的后端设置有燃气进口，所述燃气喷管的前端为燃气喷口；所述高速空气喷管的后端设置有高速空气进口，所述稳焰钝体与所述燃气喷管的前端合围成一渐缩的通道作为高速空气喷口；所述低速空气喷管的后端设置有低速空气进口，所述低速空气喷管的前端与所述稳焰钝体合围成一渐缩的通道作为低速空气喷口。
所述高速空气喷口的面积为所述燃气喷口的面积的1～10倍，所述低速空气喷口的面积为所述燃气喷口的面积的10～500倍。
所述稳焰钝体与所述燃气喷管的前端面平齐；所述低速空气喷管的前端面与所述燃气喷管的前端面平齐或落后于所述燃气喷管的前端面1～3倍所述低速空气喷管直径的距离。
所述低速空气喷口的流量是所述高速空气喷口的流量的5～100倍。
所述低速空气喷管所引用的气体为空气，或为纯氧经惰性气体稀释的氧气混合物。
所述高速空气喷管所引用的气体为空气，或为纯氧经惰性气体稀释的氧气混合物，或为惰性气体。
所述惰性气体为氮气，或为二氧化碳，或为燃烧后的烟气混合物。
所述稳焰钝体采用中空的圆台形的结构，所述稳焰钝体剖面的内曲线由两个45°的圆弧拼接而成，外曲线采用直径为10倍所述高速空气喷管直径的圆弧。
所述稳焰钝体采用旋流稳压器、孔板稳焰器或圆台稳焰器。
所述低速空气喷口、高速空气喷口、燃气喷口的面积比为20：1.5：1。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型以嵌套从内到外设置燃气喷管、高速空气喷管和低速空气喷管，并且在高速空气喷管的前端设置稳焰钝体，在利用燃气和低速空气以传统的有焰燃烧方式升温至燃料的自燃点以上时，通入高速空气，高速空气射流将燃料与低速空气分隔开，此时火焰不能稳定在稳焰钝体附近，形成吹熄的效果，高速空气射流与燃料射流在炉膛卷吸大量的高温烟气进行自加热和自稀释，而低速空气也有充足的时间与炉膛烟气进行混合稀释升温，整个炉膛的温度和燃烧物组分都达到实现无焰燃烧的条件，从而炉膛内建立无焰燃烧。2、本实用新型通过控制高速空气进口的关闭和打开即可实现传统燃烧过程与无焰燃烧过程的切换，燃烧过程稳定。3、本实用新型结构简单、易于加工且造价低，有利于无焰燃烧技术在工业锅炉、冶金等多个工业领域的推广。
附图说明
图1是本实用新型的主视结构示意图；
图2是本实用新型的右视结构示意图；
图3是本实用新型的立体结构示意图；
图4是本实用新型在燃烧初始阶段的流场示意图；
图5是本实用新型在无焰燃烧阶段的流场示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1～3所示，本实用新型提出了一种低阻力的无焰燃烧器，该无焰燃烧器包括一燃气喷管1、一同轴套设在燃气喷管1外部的高速空气喷管2、一同轴套设在高速空气喷管2外部的低速空气喷管3，以及一设置在高速空气喷管2前端的稳焰钝体4。其中，稳焰钝体4作用是保证火焰不会熄灭且能够以较大的功率进行燃烧。燃气喷管1的后端设置有燃气进口5，燃气喷管1的前端为燃气喷口6。高速空气喷管2的后端设置有高速空气进口7，稳焰钝体4与燃气喷管1的前端合围成一渐缩的通道作为高速空气喷口8。低速空气喷管3的后端设置有低速空气进口9，低速空气喷管3的前端与稳焰钝体4合围成一渐缩的通道作为低速空气喷口10。
在一个优选的实施例中，高速空气喷口8的面积为燃气喷口6的面积的1～10倍，低速空气喷口10的面积为燃气喷口6的面积的10～500倍。在一个更具体的实施例中，低速空气喷口10、高速空气喷口8、燃气喷口6的面积比采用20：1.5：1。
在一个优选的实施例中，稳焰钝体4与燃气喷管1的前端面平齐；低速空气喷管10的前端面与燃气喷管1的前端面可以是平齐，也可以是落后于燃气喷管1前端面1～3倍低速空气喷管10直径的距离，后者可以实现更低的进气阻力。
在一个优选的实施例中，低速空气喷口10的流量是高速空气喷口8的流量的5～100倍。
在一个优选的实施例中，低速空气喷管3所引用的气体为空气，或为纯氧经氮气、二氧化碳等惰性气体稀释的氧气混合物；高速空气喷管2所引用的气体为空气，或为纯氧经氮气、二氧化碳等惰性气体稀释的氧气混合物，或为氮气、二氧化碳、烟气混合物等惰性气体。
在一个优选的实施例中，稳焰钝体4采用中空的圆台形的结构，稳焰钝体4剖面的内曲线由两个45°的圆弧拼接而成，外曲线采用直径为10倍高速空气喷管2直径的圆弧。除此之外，稳焰钝体4也可以直接选用旋流稳焰器、孔板稳焰器或圆台稳焰器。
本实用新型的使用过程如下：将燃气进口5连接燃气气源，高速空气进口7连接高压空气气源，低速空气进口9连接低压空气气源。首先以传统有焰的燃烧方式将炉膛加热至燃料的自燃点以上，传统有焰燃烧方式只需开启燃气进口5和低速空气进口9，稳焰钝体4保证了燃气喷口6附近有足够的回流空气，使火焰稳定于稳焰钝体4附近(如图4所示)。待炉膛温度升至燃料自燃点以上时，开启高速空气进口7，此时高速空气射流将从高速空气喷口8喷出，将燃料与低速空气分隔开(如图5所示)。此时火焰不能稳定在稳焰钝体4附近，形成吹熄的效果，高速空气射流与燃料射流在炉膛卷吸大量的高温烟气进行自加热和自稀释，而低速空气也有充足的时间与炉膛烟气进行混合稀释升温，整个炉膛的温度和燃烧物组分都达到实现无焰燃烧的条件，从而炉膛内建立无焰燃烧。由于稳焰钝体4的低阻力设计，以及进气管均为直圆管，阻力极小。最大阻力处为高速空气喷口7处，但由于其流量小于整体流量的10％，因此整体阻力相比于传统有焰燃烧状态不会大幅度增加(经测试，阻力增加的幅度约为5％)。因此，本实用新型的设计将使得该燃烧器具备比现有无焰燃烧器更低的输气阻力，同时保证了燃烧的稳定性和燃烧状态切换的简便性。
本实用新型仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，它包括：
一燃气喷管，
一同轴套设在所述燃气喷管外部的高速空气喷管，
一同轴套设在所述高速空气喷管外部的低速空气喷管，以及
一设置在所述高速空气喷管前端的稳焰钝体；
其中，所述燃气喷管的后端设置有燃气进口，所述燃气喷管的前端为燃气喷口；所述高速空气喷管的后端设置有高速空气进口，所述稳焰钝体与所述燃气喷管的前端合围成一渐缩的通道作为高速空气喷口；所述低速空气喷管的后端设置有低速空气进口，所述低速空气喷管的前端与所述稳焰钝体合围成一渐缩的通道作为低速空气喷口。
2.如权利要求1所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述高速空气喷口的面积为所述燃气喷口的面积的1～10倍，所述低速空气喷口的面积为所述燃气喷口的面积的10～500倍。
3.如权利要求1或2所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述稳焰钝体与所述燃气喷管的前端面平齐；所述低速空气喷管的前端面与所述燃气喷管的前端面平齐或落后于所述燃气喷管的前端面1～3倍所述低速空气喷管直径的距离。
4.如权利要求1或2所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述低速空气喷口的流量是所述高速空气喷口的流量的5～100倍。
5.如权利要求1所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述低速空气喷管所引用的气体为空气，或为纯氧经惰性气体稀释的氧气混合物。
6.如权利要求1所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述高速空气喷管所引用的气体为空气，或为纯氧经惰性气体稀释的氧气混合物，或为惰性气体。
7.如权利要求5或6所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述惰性气体为氮气或二氧化碳。
8.如权利要求1或2所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述稳焰钝体采用中空的圆台形的结构，所述稳焰钝体剖面的内曲线由两个45°的圆弧拼接而成，外曲线采用直径为10倍所述高速空气喷管直径的圆弧。
9.如权利要求1或2所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述稳焰钝体采用旋流稳压器、孔板稳焰器或圆台稳焰器。
10.如权利要求2所述的一种低阻力的无焰燃烧器，其特征在于，所述低速空气喷口、高速空气喷口、燃气喷口的面积比为20：1.5：1。
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