CN205480976U - 一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，其燃烧头主要包括圆柱形空气流道、旋流盘、一次燃料喷管、一次燃料稳焰盘、二次燃料喷管、扩口、和分级燃料喷管，并进一步对各部件组成结构以及各部件间相对结构进行优化设置，从而最终实现一种具有广泛应用前景的强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，能够在减少NOx生成的同时解决预混火焰与烟气再循环的燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，适合于民用和工业炉、重整器以及燃气轮机的燃烧使用。

Description

一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种低氮气体燃烧器，尤其涉及一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器。

背景技术

氮氧化物(NOx)是大气的主要污染源之一，也是PM2.5二次颗粒物的重要前驱物。随着环境污染不断加剧，我国重点区域频繁出现雾霾，已经对人们的健康造成了巨大的危害。随着天然气、石油液化气以及煤合成气的燃烧利用，气体燃烧的污染问题，尤其降低NOx的排放，是一项刻不容缓的任务。因此，控制天然气燃烧过程中NOx的产生，大力发展低氮燃烧技术具有重要意义。

现有的低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质燃烧、无焰燃烧、化学链燃烧等技术，其各自存在着优势与缺点。

分级燃烧技术的原理为燃烧温度在当量比为1的情况下达到最高，在贫燃或者富燃的情况下进行燃烧，其燃烧温度比当量比为1的燃烧温度要低，能合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生成的效果。

预混燃烧是一种降低NOx生成的有效技术，对于控制NOx的生成，这项技术的优点是可以通过对当量比的完全控制来实现对燃烧温度的控制。通过贫燃燃烧使得燃烧温度降低，同时使得混合物的当量比小于1，这样热力型NOx和快速型NOx生成将降低。但是预混燃烧技术未广泛应用的限制因素在于：燃烧不稳定，可能导致回火或者熄火；过剩空气系数较大，降低系统热效率。

烟气再循环可以实现燃烧温度的降低，通过将烟气的燃烧产物加入到燃烧区域内，降低了燃烧温度，同时加入的烟气降低了氧气的分压，这将减弱氧气与氮气生成热力型NOx的过程，从而减少了NOx的生成。研究表明，外部烟气再循环将减少70％的NOx生成。烟气再循环的主要问题在于氧气分压降低、空气流速增加使得燃烧不稳定，出现熄火、震荡等现象。

在现有技术的基础上，吸取各个不同低氮燃烧技术的优势，避开其技术缺陷，从而提出具有超低氮排放量、高燃烧效率及稳定性的低氮燃烧技术，成为目前的研究热点。

实用新型内容

有鉴于上述现有技术，本新型提出了一种热效率高、NOx排放浓度较低、燃烧稳定的强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器。

主要技术方案如下：

一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，其包括一燃烧头，该燃烧头包括：一圆柱形空气流道；一设置在该圆柱形空气流道内部的旋流盘，该旋流盘包括旋流盘外环、旋流盘内环、设置在该外环和内环之间的旋流片；其特征在于，该燃烧头还包括：一设置在燃烧器旋流盘的中心侧的一次燃料喷管，该一次燃料喷管包括一次燃料管以及分别设置于该一次燃料管正面与侧面的一次燃料正面喷口和侧面喷口；一设置在一次燃料喷管上的一次燃料稳焰盘，该稳焰盘位于一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口之间；多个设置在空气流道内的二次燃料喷管，二次燃料喷管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空气流道出口处的二次燃料喷口，二次燃料喷管有两种布置形式，一种喷管沿轴向布置，燃料沿轴向喷出，另一种喷管沿径向布置，燃料沿径向喷出；一设置在空气流道出口处的扩口；多个设置在扩口周围的分级燃料喷管，该分级燃料喷管包括分级燃料管以及设置于该分级燃料管正面的分级燃料喷口；在实施过程中，分级燃料比例固定，一二次燃料比例可以调节；所述一次燃料为纯燃料或部分预混气体，预混比例可调节；所述二次燃料为纯燃料；所述分级燃料为纯燃料；所述一次燃料正面喷口为4个，且直径为3-5mm，侧面喷口为8-12个，且直径为2-3mm，所述二次燃料喷管为8-16根且喷口直径为6-10mm，所述的分级燃料喷管为4-6根，且喷口直径为3-5mm。

较佳的，分级燃料比例占总燃料比例为10％左右。

较佳的，二次燃料喷管可全部沿轴向布置、全部沿径向布置或轴向与径向交错布置。

较佳的，所述沿径向的二次燃料喷口距离所述外环的距离为该燃料喷口直径的3倍。

较佳的，二次燃料比例占总燃料比例为50-70％。

较佳的，一次燃料正面喷口可轴向或斜向喷出。

较佳的，分级燃料可沿轴向或斜向喷出。

较佳的，所述旋流器面积占整个空气流道面积的70％以上。

较佳的，所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30°。

较佳的，在所述燃烧器出口设置有扩口，该扩口倾斜角度小于20°，且长度为100-150mm。

基于上述技术方案，本实用新型所提供的强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，能在减少NOx生成的同时解决预混火焰与烟气再循环的燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，适合于民用和工业炉、重整器以及燃气轮机的燃烧使用，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本新型一个实施例中强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器立体结构示意图；

图2是本新型一个实施例中强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器的主视图；

图3是本新型一个实施例中强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器的一次燃料喷管及一次燃料稳焰盘示意图。

具体实施方式

以下结合附图1，通过具体实施例对本新型做进一步说明。该附图1中附图标记说明如下：1、空气流道；2、一次燃料喷管；3、一次燃料稳焰盘；4旋流盘内环；5旋流叶片；6、旋流盘外环；7、二次燃料喷管；8、扩口；9、分级燃料喷管。

本新型的一个实施例中公开了一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，具体如附图1-3所示，其包括一燃烧头，该燃烧头包括：一圆柱形空气流道1；一设置在该圆柱形空气流道内部的旋流盘，该旋流盘包括旋流盘外环6、旋流盘内环4、设置在该外环6和内环4之间的旋流片5；一设置在燃烧器旋流盘内环4的中心的一次燃料喷管2，该一次燃料喷管包括一次燃料管以及分别设置于该一次燃料管正面与侧面的一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口；一设置在一次燃料喷管2上的一次燃料稳焰盘3，该稳焰盘位于一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口之间；多个设置在空气流道1内的二次燃料喷管7，二次燃料喷管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空气流道出口处的二次燃料喷口，二次燃料喷管7有两种布置形式，一种喷管沿轴向布置，燃料沿轴向喷出，另一种喷管沿径向布置，燃料沿径向喷出；一设置在空气流道1出口处的扩口8；多个设置在扩口周围的分级燃料喷管9，该分级燃料喷管包括分级燃料管以及设置于该分级燃料管正面的分级燃料喷口；在实施过程中，分级燃料比例固定，一二次燃料比例可以调节；所述一次燃料为纯燃料或部分预混气体，预混比例可调节；所述二次燃料为纯燃料；所述分级燃料为纯燃料。

相应的，从附图1中可知该燃烧器从内至外的结构安排，一次燃料喷口位于最中心处，即最中心的圆孔，该一次燃料喷口为四个，燃料喷射方向可为轴向、径向或斜向(可调节火焰形状)，斜向稳定性最好，径向火焰最短，周围为一次燃料稳焰盘3，起稳定燃烧作用；一次燃料喷管2的周围为旋流盘，提供旋流气流，获得强旋流效果，使得气流发生翻转，产生回流区，大大促进混合，促进了火焰的稳定燃烧；再周围为空气流道1，该直流空气流道1内有二次燃料喷管7，燃料可从喷管4沿轴向或径向喷出，沿轴向喷出为自由射流，火焰长度较长，沿径向喷出侧燃料撞击旋流器加强混合，火焰长度较短，沿轴向与沿径向的燃料喷管交错布置可以达到分级燃烧的目的；再周围为扩口8，起到增压整流稳燃的作用；再周围为分级燃料喷管9，燃料从喷管高速喷出，达到深度分级燃烧的作用，同时可以起到再燃的效果，可以大大降低NOx的生成。

在一些更具体的实施例中，对喷管及喷口的个数和尺寸进行具体的优化设计，使得燃烧更加稳定，例如，设置所述一次燃料喷口为4个，所述二次燃料喷管7为8-16根且直径为6-10mm；此外，还可对喷口的布置位置进行具体的优化设计，也可增强燃料的稳定燃烧，例如，设置所述二次燃料喷口距离所述外环的距离为该燃料喷口直径的1-3倍。

在另一些更具体的实施例中，分级燃料比例占总燃料比例为10％，为了实现较优的分级燃烧，可对一二次燃料比例进行适当的调节，例如，二次燃料比例占总燃料比例为50-70％。

在另一些更具体的实施例中，二次燃料喷管可全部沿轴向布置、全部沿径向布置或轴向与径向交错布置。

在另一些更具体的实施例中，一次燃料可径向、轴向或斜向喷出。

在另一些更具体的实施例中，可以对所述旋流器进行具体设计，以实现较好的旋流效果；例如，设置所述旋流器面积占整个空气流道面积的70％以上，最佳为70％-90％之间，以达到强旋流效果；还可进一步的，设置所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30°。

此外，为了进一步保证燃烧的稳定性，在另一些实施方式中，在所述燃烧器出口设置有扩口，该扩口倾斜角度小于20°，且长度为100-150mm。

综上，与现有技术相比较，本实用新型所提供的强旋流部分预混超低氮气体燃烧器，通过燃料分级来控制混合分数的空间分布，从而控制燃烧速率、火焰区域的温度以及反应物在高温区的停留时间，最终有效地降低热力型和快速型NOx的生成，同时通过旋流器的强旋气流能形成烟气内循环，在降低氮氧化物的同时可以实现火焰的稳定燃烧，最终在稳定燃烧的情况下实现NOx生成小于50mg/Nm3(@3.5％)。该发明结合了分级燃烧和旋流度对燃烧火焰的控制，可满足高烟气再循环条件下的火焰稳定性，从而把NOx生成降低到小于20mg/Nm3(@3.5％)的超低排放水平，同时也具有较强的燃料适应性。

可见，基于上述技术方案，本实用新型所提供的强旋流部分预混超低氮气体燃烧器，能在减少NOx生成的同时解决预混火焰与烟气再循环的燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，适合于民用和工业炉、重整器以及燃气轮机的燃烧使用，具有广泛的应用前景。

这里本新型的描述和应用是说明性的，并非想将本新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术任一来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术任一应该清楚的是，在不脱离本新型的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，包括一燃烧头，该燃烧头包括：一圆柱形空气流道；一设置在该圆柱形空气流道内部的旋流盘，该旋流盘包括旋流盘外环、旋流盘内环、设置在该外环和内环之间的旋流片；其特征在于，所述燃烧头还包括：一设置在燃烧器旋流器中心侧的一次燃料喷管，该一次燃料喷管包括一次燃料管以及分别设置于一次燃料管正面与侧面的一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口；一设置在一次燃料喷管上的一次燃料稳焰盘，该稳焰盘位于一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口之间；多个设置在空气流道内的二次燃料喷管，二次燃料喷管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空气流道出口处的二次燃料喷口，二次燃料喷管有两种布置形式，一种喷管沿轴向布置，燃料沿轴向喷出，另一种喷管沿径向布置，燃料沿径向喷出；一设置在空气流道出口处的扩口；多个设置在扩口周围的分级燃料喷管，该分级燃料喷管包括分级燃料管以及设置于该分级燃料管正面的分级燃料喷口；在实施过程中，分级燃料比例固定，一二次燃料比例可以调节；所述一次燃料为纯燃料或部分预混气体，预混比例可调节；所述二次燃料为纯燃料；所述分级燃料为纯燃料；所述一次燃料正面喷口为4个，且直径为3-5mm，侧面喷口为8-12个，且直径为2-3mm，所述二次燃料喷管为8-16根且喷口直径为6-10mm，所述的分级燃料喷管为4-6根，且喷口直径为3-5mm。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述分级燃料比例占总燃料比例为10％。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述二次燃料喷管可全部沿轴向布置、全部沿径向布置或轴向与径向交错布置。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述沿径向的二次燃料喷口距离所述外环的距离为该燃料喷口直径的3倍。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述二次燃料比例占总燃料比例为50-70％。

6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述一次燃料正面喷口可轴向或斜向喷出。

7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述分级燃料可沿轴向或斜向喷出。

8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述旋流器的面积占整个空气流道面积的70％以上。

9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30°。

10.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，在所述燃烧器出口设置有扩口，该扩口倾斜角度小于20°，且长度为100-150mm。