CN207527582U - 燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 - Google Patents
燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，包括炉膛、炉墙以及从内向外依次套设的中心燃料输送管道、一次风通道和混合通道，中心燃料输送管道、一次风通道和混合通道的前端均穿过炉墙伸入炉膛内；混合通道的外侧壁上设置有若干段再循环通道，再循环通道位于炉膛内；中心燃料输送管道前端设置中心燃料喷头和若干个二级燃料喷头；混合通道内布置若干个三级燃料枪和二次风喷枪，中心燃料输送管道和三级燃料枪均连接燃料供给装置；一次风通道和二次风喷枪均连接氧化剂供给装置。本实用新型能够有效改善燃烧状况，燃烧效率高，有效地降低了氮氧化物的浓度。
Description
技术领域
本实用新型属于燃气燃烧器领域，特别涉及一种燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器。
背景技术
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，它除了形成酸雨，还能形成光化学烟雾，危害人类健康。但是使用现有的化石燃料的燃烧器无法避免由于燃烧时的化学反应而产生的具有NO和NO2的化学式的氮氧化物(NOX)。工业中通过改善燃料与空气的混合形态、空气燃料比例等燃烧器的结构来发展用于抑制氮氧化物的低NOX燃烧技术。
目前使用的低NOX燃烧器主要有两种。一种是空气分级燃烧器。空气分级燃烧器使助燃空气分流为一次风和二次风，使燃气先在贫氧的第一燃烧区燃烧，减少NOX的形成，再在二次风的作用下在第二燃烧区燃尽。另一种低NOX燃烧器是燃气分级燃烧器，助燃空气一次全部引入第一燃烧区，但在第一燃烧区内只有部分燃料被燃烧，剩余的燃料被分别引入到第二燃烧区，利用第一燃烧区过剩的氧进行燃烧。在这种燃烧器中，第一燃烧区过剩的空气稀释了燃料，燃烧温度较低，减少了NOX的形成。
烟气再循环(FGR)是另一种低NOX燃烧方法。烟气再循环(FGR)就是使一部分燃烧完成的烟气循环返回风箱，与新鲜燃料混合后，与燃料再次回到燃烧区。对气体燃烧器而言，烟气再循环(FGR)是最有效且结构较简单的减少NOX的系统，并能够与其它低NOX方法结合使用。但是外置烟气再循环结构复杂，需要额外的设备，经济性不如内置烟气再循环。
随着国家节能减排政策的深入，一些城市已经要求NOX排放低于30mg/m3。仅通过一种低氮燃烧技术难以达到上述要求，因此，采取的技术方案是将空气分级、燃料分级和内置烟气再循环等技术结合起来。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，能够对燃气空气精确分级，提高燃烧效率，降低氮氧化物含量。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
包括炉膛、炉墙以及从内向外依次套设的中心燃料输送管道、一次风通道和混合通道，中心燃料输送管道、一次风通道和混合通道的前端均穿过炉墙伸入炉膛内；混合通道的外侧壁上设置有若干段再循环通道，再循环通道位于炉膛内；
中心燃料输送管道前端设置中心燃料喷头和若干个二级燃料喷头；混合通道内布置若干个三级燃料枪和二次风喷枪，中心燃料输送管道和三级燃料枪均连接燃料供给装置；一次风通道和二次风喷枪均连接氧化剂供给装置。
进一步地，一次风通道上从内向外依次套设内耐火套筒和外耐火套筒，内耐火套筒和外耐火套筒之间留有间隙，该间隙形成混合通道。
进一步地，再循环通道沿周向均匀设置在外耐火套筒上，在轴线方向，再循环通道与混合通道的轴线之间有15～45°夹角，在垂直轴线的平面上，再循环通道与混合通道的内侧壁相切；三级燃料枪和二次风喷枪的前端部均不超过再循环通道的出口。
进一步地，内耐火套筒和外耐火套筒的前端齐平且均分别开有锥形扩口。
进一步地，三级燃料枪和二次风喷枪均匀间隔布置在混合通道内；三级燃料枪的前端为三级燃料喷头，二次风喷枪的前端为二次风喷头，三级燃料喷头和二次风喷头的形状相同且前端均设置用于形成气幕式喷射燃气的若干个分流通道。
进一步地，一次风通道的出口处设置有旋流装置；旋流装置为旋流强度可调的旋流器。
进一步地，二级燃料喷头围绕中心燃料喷头周向均匀布置，且二级燃料喷头位于中心燃料喷头的后侧；二级燃料喷头包括沿轴向分布以及朝旋流装置倾斜设置的喷孔。
进一步地，中心燃料喷头上装有稳燃齿和钝体回流装置。
进一步地，燃料供给装置通过三级燃料输送管道与三级燃料集箱相连，三级燃料集箱与三级燃料枪相连；中心燃料输送管道与燃料供给装置之间以及三级燃料输送管道和燃料供给装置之间均设置阀门。
进一步地，氧化剂供给装置通过阀门和二次风集箱连接二次风喷枪。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型通过设置中心燃料输送管道、一次风通道和混合通道，使空气和燃气沿轴向进行三级分布，通过设置内置的再循环通道，则初始燃烧的烟气在炉膛底部循环，通过内置的烟气再循环通道形成旋流，并与三级燃料和二次风相混合，稀释了混合气体的氧浓度，从而抑制了NOX的形成。因此，本实用新型NOX在氧化性的初始燃烧区形成，在再燃区与中心燃料混合并被还原，在二次风和三级燃料喷入的燃尽区彻底还原，并将未燃燃料和CO彻底燃尽，本实用新型能够有效改善燃烧状况，燃烧效率高，有效地降低了氮氧化物的浓度。
进一步地，本实用新型通过设置内耐火套筒和外耐火套筒，内、外两个耐火套筒不仅分隔了一次风、二次风和烟气，同时也在燃烧后发挥着稳燃的作用。
进一步地，本实用新型再循环通道与混合通道轴线之间存在夹角，可使烟气进入混合通道后向上流动，避免90°烟气直接垂直冲撞内耐火套筒的外壁损失能量；再循环通道在垂直轴线的平面方向与混合通道相切，烟气通过再循环通道后的运动方向与混合通道的内侧壁相切，防止烟气因为撞到内耐火套筒的外壁而损失部分动能。
进一步地，本实用新型通过在内耐火套筒和外耐火套筒的前端设置直径沿燃烧器轴线向深入炉膛方向逐渐扩大的锥形扩口，利于烟气循环。
进一步地，本实用新型三级燃料喷头和二次风喷头的形状相同，前端均设置若干个分流通道，能够形成气幕式喷射，并引射再循环烟气。
进一步地，本实用新型通过设置旋流装置，二级燃料与一次风通过旋流装置产生旋流喷入炉膛，在炉膛内形成燃烧产物的中心回流区，对未反应空气和燃料进行预热和稀释，在高速射流下形成稳定的火焰。
进一步地，本实用新型通过将二级燃料喷头设置在中心燃料喷头的后侧，实现中心燃料与二级燃料的轴向分级燃烧；在二级燃料喷头上设置两个方向的喷孔，燃气通过二级燃料喷头一部分轴向喷射，一部分周向逆一次旋流风方向喷射。
进一步地，本实用新型通过设置稳燃齿和钝体回流装置，使中心燃气形成回流，从而也会卷吸烟气回流，形成一个小的烟气再循环区域。
附图说明
图1为本实用新型的主剖视图。
图2为本实用新型的俯剖视图。
图3(a)为本实用新型的二级燃料喷头的示意图，图3(b)为二级燃料喷头上喷孔的示意图。
图4(a)为本实用新型的三级燃料喷头的主视图，图4(b)为侧视图，图4(c)为俯视图。
图5(a)为本实用新型的中心燃料喷头的主视图，图5(b)为中心燃料喷头的俯视图。
1-中心燃料输送管道、2-氧化剂供给装置、3-三级燃料集箱、4-二次风集箱、5-炉墙、6-三级燃料枪、7-三级燃料喷头、8-外耐火套筒、9-混合通道、10-旋流装置、11-二级燃料喷头、12-钝体回流装置、13-中心燃料喷头、14-内耐火套筒、15-二次风喷头、16二次风喷枪、17-再循环通道、18-三级燃料输送管道、19-集箱套筒、20-一次风套筒、21-阀门、22-燃料供给装置、23-稳燃齿、24-一次风通道、25-喷孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
参见图1至图5(b)，本实用新型包括炉膛、炉墙5以及从内向外依次套设的中心燃料输送管道1、一次风通道24和混合通道9，中心燃料输送管道1、一次风通道24和混合通道9的前端均穿过炉墙5伸入炉膛内。
中心燃料输送管道1前端设置中心燃料喷头13和若干个二级燃料喷头11；混合通道9内间隔并均匀布置若干个三级燃料枪6和二次风喷枪16。三级燃料枪6通过环状的三级燃料集箱3与三级燃料输送管道18相连，由三次燃料环状集箱3统一供给燃料，中心燃料输送管道1和三级燃料输送管道18均通过阀门21连接燃料供给装置22；二次风喷枪16连接二次风集箱4，一次风通道24连接一次风套筒20，二次风集箱4和一次风套筒20均通过阀门21连接氧化剂供给装置2。阀门21为电磁阀。
参见图2，一次风通道24上从内向外依次套设内耐火套筒14和外耐火套筒8，内耐火套筒14和外耐火套筒8之间留有间隙，该间隙形成混合通道9。内耐火套筒14和外耐火套筒8的前端齐平且均分别开有锥形扩口，即深入炉膛深度相同，均用耐火材料，如AZS砖、刚玉砖或直接结合镁铬砖等制成。外耐火套筒8的侧壁上沿周向均匀设置有若干段再循环通道17；三级燃料枪6和二次风喷枪16的前端部均不超过再循环通道17的出口。再循环通道17靠近炉墙5，如图1所示，再循环通道17的中心线沿轴线z方向有15～45°夹角，可使烟气进入混合通道9后向上流动，避免90°烟气直接垂直冲撞内耐火套筒14的外壁损失能量；从图2来看，再循环通道17在xy平面上中心线的方向与混合通道9相切，即烟气通过再循环通道17后的运动方向与混合通道9的内侧壁相切，防止烟气因为撞到内耐火套筒14的外壁而损失部分动能，本实用新型使用横截面为矩形的斜向上方孔这种特殊的通道形状使再循环烟气形成旋流，旋流方向与一次风空气旋流方向一致，并利用三级燃料枪6喷射的三次燃料和二次风喷枪16喷射的二次风引射。
三级燃料枪6的前端为三级燃料喷头7，二次风喷枪16的前端为二次风喷头15，三级燃料喷头7和二次风喷头15的形状相同，均采用特殊形状，以三级燃料喷头7为例，即从匹配三级燃料枪6的圆管过渡为内置多个分流通道的出口截面为扁矩形的喷头且其出口截面矩形面积小于三级燃料枪6的圆管横截面积，使管内燃气形成气幕式喷射，布置在每个再循环通道17出口的下缘，沿周向均匀分布并与二次风喷枪16间隔布置。
一次风通道24的出口处设置有旋流装置10；旋流装置10为旋流强度可调的旋流器。二级燃料喷头11围绕中心燃料喷头13周向均匀布置；二级燃料喷头11包括沿轴向分布以及朝旋流装置10倾斜设置的喷孔25，其燃气通过二级燃料喷头11一部分轴向喷射，一部分周向逆一次旋流风方向喷射。
中心燃料喷头13上装有稳燃齿23和钝体回流装置12。钝体回流装置12并不局限于附图中所示的带轴向孔的锥形钝体，也可以为圆盘式等其它形状的钝体形成的回流装置。中心燃料喷头13相比旋流装置10和二级燃料喷头11更加向炉膛突出，从而实现中心燃料与二级燃料的轴向分级燃烧。
本实用新型能够实现燃气、空气精确分级和内置烟气再循环，其主要的工作过程及原理：
参见图2，二级燃料喷头11周向喷出的燃气与一次旋流风相逆，三级燃料枪6喷出的三级燃料和二次风喷枪16喷射的二次风引射再循环烟气，再循环烟气通过再循环通道17形成方向与一次风方向相同的旋流。
参见图3(a)和图3(b)，本实用新型的二级燃料喷头11纵截面为梯形，使一部分燃气轴向喷气，一部分燃气周向喷气与一次旋流风混合。
参见图4(a)至图4(c)，本实用新型的三级燃料枪6和二次风喷枪16通过特殊结构使管内气体变为气幕式喷射，并引射再循环烟气。其喷头截面积小于三级燃料枪6和二次风喷枪16的圆管的截面积，从而增加喷射的流速。
参见图5(a)和图5(b)，本实用新型的中心燃料喷头13中心设置有钝体稳燃装置，边缘设有稳燃齿23，钝体回流装置12中开有许多轴向的小孔，稳燃齿23和钝体的形状可以有多种，并不局限于图中所示。
本实用新型利用燃气、空气精确分级、内置烟气再循环和旋流燃烧技术相结合，提供一种燃气、空气沿轴向三级分布，内置烟气再循环的低NOX旋流燃气燃烧器，即二级燃料首先与过量一次风混合燃烧，NOX在氧化性的初始燃烧区如图1中A区形成，中心燃料深入炉膛较远，与烟气混合较慢，当二级燃料燃烧后的烟气与中心燃料混合燃烧时，所生成的NOX会在高温下被烃类和CO等还原，即在再燃区如图1中B区与中心燃料混合并被还原，在二次风和三级燃料喷入的燃尽区如图1中C区彻底还原，并将未燃燃料和CO彻底燃尽，烟气回流方向以及燃气和空气流向如图1中箭头所示。其中，炉膛底部循环的烟气通过内置的烟气再循环通道17形成旋流，并与三级燃料和二次风相混合，稀释了混合气体的氧浓度，从而抑制了NOX的形成。二级燃料与一次风通过旋流装置10产生旋流喷入炉膛，在炉膛内形成燃烧产物的中心回流区，对未反应空气和燃料进行预热和稀释，在高速射流下形成稳定的火焰。其中，一次风通过旋流装置10后旋转的方向如图2中的弧形箭头所示，一部分二级燃气喷出的方向如图2中的直线箭头所示，与一次风旋流方向相逆，加强混合，利于点燃。中心燃料喷头13中的钝体回流装置12和稳燃齿23使中心燃气形成回流，从而也会卷吸烟气回流，形成一个小的烟气再循环区域。内、外两个耐火套筒不仅分隔了一次风、二次风和烟气，同时也在燃烧后发挥着稳燃的作用。本实用新型能够有效改善燃烧状况，燃烧效率高，有效地降低了氮氧化物的浓度。
Claims (10)
1.燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：包括炉膛、炉墙(5)以及从内向外依次套设的中心燃料输送管道(1)、一次风通道(24)和混合通道(9)，中心燃料输送管道(1)、一次风通道(24)和混合通道(9)的前端均穿过炉墙(5)伸入炉膛内；混合通道(9)的外侧壁上设置有若干段再循环通道(17)，再循环通道(17)位于炉膛内；
中心燃料输送管道(1)前端设置中心燃料喷头(13)和若干个二级燃料喷头(11)；混合通道(9)内布置若干个三级燃料枪(6)和二次风喷枪(16)，中心燃料输送管道(1)和三级燃料枪(6)均连接燃料供给装置(22)；一次风通道(24)和二次风喷枪(16)均连接氧化剂供给装置(2)。
2.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：一次风通道(24)上从内向外依次套设内耐火套筒(14)和外耐火套筒(8)，内耐火套筒(14)和外耐火套筒(8)之间留有间隙，该间隙形成混合通道(9)。
3.根据权利要求2所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：再循环通道(17)沿周向均匀设置在外耐火套筒(8)上，在轴线方向，再循环通道(17)与混合通道(9)的轴线之间有15～45°夹角，在垂直轴线的平面上，再循环通道(17)与混合通道(9)的内侧壁相切；三级燃料枪(6)和二次风喷枪(16)的前端部均不超过再循环通道(17)的出口。
4.根据权利要求2所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：内耐火套筒(14)和外耐火套筒(8)的前端齐平且均分别开有锥形扩口。
5.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：三级燃料枪(6)和二次风喷枪(16)均匀间隔布置在混合通道(9)内；三级燃料枪(6)的前端为三级燃料喷头(7)，二次风喷枪(16)的前端为二次风喷头(15)，三级燃料喷头(7)和二次风喷头(15)的形状相同且前端均设置用于形成气幕式喷射燃气的若干个分流通道。
6.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：一次风通道(24)的出口处设置有旋流装置(10)；旋流装置(10)为旋流强度可调的旋流器。
7.根据权利要求6所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：二级燃料喷头(11)围绕中心燃料喷头(13)周向均匀布置，且二级燃料喷头(11)位于中心燃料喷头(13)的后侧；二级燃料喷头(11)包括沿轴向分布以及朝旋流装置(10)倾斜设置的喷孔(25)。
8.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：中心燃料喷头(13)上装有稳燃齿(23)和钝体回流装置(12)。
9.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：燃料供给装置(22)通过三级燃料输送管道(18)与三级燃料集箱(3)相连，三级燃料集箱(3)与三级燃料枪(6)相连；中心燃料输送管道(1)与燃料供给装置(22)之间以及三级燃料输送管道(18)和燃料供给装置(22)之间均设置阀门。
10.根据权利要求1所述的燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器，其特征在于：氧化剂供给装置(2)通过阀门和二次风集箱(4)连接二次风喷枪(16)。
Priority Applications (1)
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| CN201721251818.6U CN207527582U (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721251818.6U CN207527582U (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207527582U true CN207527582U (zh) | 2018-06-22 |
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ID=62568680
Family Applications (1)
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| CN201721251818.6U Active CN207527582U (zh) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | 燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 |
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|---|---|
| CN (1) | CN207527582U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107606613A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-01-19 | 西安交通大学 | 燃气空气精确分级内置烟气再循环的低氮旋流燃气燃烧器 |
| CN109681874A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-04-26 | 北京工业大学 | 一种低NOx天然气燃烧器 |
| CN114636153A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-06-17 | 西安交通大学 | 一种用于燃气锅炉的氨气和天然气双燃料燃烧器 |
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2017
- 2017-09-27 CN CN201721251818.6U patent/CN207527582U/zh active Active
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| CN114636153A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-06-17 | 西安交通大学 | 一种用于燃气锅炉的氨气和天然气双燃料燃烧器 |
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