CN208186334U - 一种直流式燃油无焰燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种直流式燃油无焰燃烧器，其包括：锅炉、烟气喷嘴、空气喷嘴和燃油喷嘴。烟气喷嘴将锅炉排出的部分烟气通过烟气再循环风机喷入锅炉的炉膛内，空气喷嘴将空气以直流高速射流喷入炉膛内，燃油喷嘴将燃油雾化喷入炉膛内。因此，本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器能够利用直流高速空气射流卷吸炉膛内高温烟气，使炉膛内迅速形成氧气浓度约3％左右的低氧环境，在炉膛温度大于燃油着火温度的情况下实现燃油的无焰燃烧，从而降低烟气中NOx的排放浓度。
Description
技术领域
本实用新型属于热能工程燃烧技术领域，涉及一种直流式燃油无焰燃烧器。
背景技术
目前，燃油燃烧降低NOx的方法有以下几种：空气分级、燃料分级、烟气再循环等。燃油燃烧NOx排放浓度降低到小于120mg/Nm3非常困难。燃气降低NOx的主要方法有高温空气燃烧和表面燃烧法，高温空气的燃气无焰燃烧已得到大规模工业应用，而工业锅炉上无法利用，表面燃烧推广应用以来，有堵塞、表面热负荷不均匀造成的安全性问题。因此，开发一种降低燃油NOx排放浓度的新型燃烧器有重要理论意义和现实价值。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足，其目的在于提供一种直流式燃油无焰燃烧器，其能够使燃油无焰燃烧，从而降低锅炉烟气中的NOx排放浓度。
为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种直流式燃油无焰燃烧器，其包括：锅炉、烟气喷嘴、空气喷嘴、燃油喷嘴、烟气再循环风机和鼓风机。烟气喷嘴、空气喷嘴和燃油喷嘴同设于炉膛的一端。
锅炉的炉膛内的容积热负荷为650‐1150kW/m3，最高温度小于1400℃，炉膛中心温度的波动系数小于20％。
烟气再循环风机的一端与锅炉的出口管道相连接，另一端与烟气喷嘴的进口管道相连接。烟气喷嘴为旋流数为0.5‐0.1的旋流配风器，再循环烟气的体积占锅炉排出烟气总体积的20‐25％。旋流配风器的直径范围为50‐80mm，旋流数为0.5‐1.0，烟气喷嘴所产生的旋流烟气的轴向分速度为20‐30m/s。
空气喷嘴的数目有6‐8个，以炉膛为轴线呈轴对称的圆环状布置。空气喷嘴的射流速度为100‐200m/s，空气喷嘴所成的圆环的半径为炉膛半径的0.5‐0.65倍。鼓风机将燃烧空气送入圆环状布置的空气喷嘴中。
燃油喷嘴的雾化角为30‐60°，雾化平均粒径为100‐110μm。燃油喷嘴的喷油量为15‐35kg/h。燃油喷嘴位于燃烧器中心。
由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器能够利用直流空气高速射流卷吸高温烟气，使炉膛内迅速形成氧气浓度约为3％左右的低氧环境，在炉膛温度大于燃油着火温度的情况下，实现燃油的无焰燃烧，从而降低烟气中NOx的浓度。
附图说明
图1为本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器的系统结构示意图。
图2为本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器的结构示意图。
图3为本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器炉膛的侧视图。
图4为本实用新型的再循环烟气配风器的结构示意图。γ为30‐60°。
图5为本实用新型的直流式燃油无焰燃烧器的炉膛气体动力场的示意图。
图6为本实用新型实施例一的炉膛中心截面的氧气质量分数数值模拟图。
图7为本实用新型实施例一的炉膛中心截面的温度数值模拟图。
图8为本实用新型实施例一的炉膛中心截面的速度数值模拟图。
图9为本实用新型实施例二的炉膛中心截面的氧气质量分数数值模拟图。
图10为本实用新型实施例二的炉膛中心截面的温度数值模拟图。
图11为本实用新型实施例二的炉膛中心截面的速度数值模拟图。
附图标记：
锅炉的炉膛1、烟气喷嘴2、空气喷嘴3、燃油喷嘴4、燃烧器进口截面5、锅炉出口6、烟气再循环风机7、烟气再循环管道8、锅炉烟气的出口管道9、鼓风机10、烟气再循环风机的出口管道11、烟气旋流配风器12、鼓风机的出口管道13、高速空气射流14、诱导涡区15。
具体实施方式
本实用新型提供了一种直流式燃油无焰燃烧器。如图1所示，该直流式燃油无焰燃烧器包括：锅炉的炉膛1、烟气喷嘴2、空气喷嘴3、燃油喷嘴4、烟气再循环风机7和鼓风机10等。烟气喷嘴2、空气喷嘴3和燃油喷嘴4位于炉膛1的同一端。
其中，锅炉的炉膛1用于对燃油进行燃烧，并且排出燃烧后的烟气。炉膛1为圆柱形，其容积热负荷为650‐1150kW/m3，其内的最高温度小于1400℃，其内温度波动系数小于20％。温度波动系数计算公式为其中Ti为N个测点中每一个测点的温度值，为N个测点的温度值的平均值。
烟气喷嘴2为旋流配风器，其一端通过烟气再循环风机的出口管道11与烟气再循环风机7相连，另一端与锅炉的炉膛1相连通，将锅炉排出的部分烟气通过烟气再循环风机喷入该锅炉的炉膛内，如图2和图3所示。烟气再循环量为锅炉烟气出口管道9烟气总体积流量的20‐25％，旋流叶片数为10‐15，直径范围可以为50‐80mm，如图4所示。旋流数为0.5‐1.0，其轴向分速度Vx为20‐30m/s，如图5所示。
空气喷嘴有6‐8个喷口，一端与鼓风机10相连，一端以辐射状分流均匀分布在半径为炉膛半径0.5‐0.65倍的圆环上。空气喷嘴将空气以直流高速射流喷入炉膛内，高速空气射流14的流速Va为100‐200m/s。因为空气射流14的流速Va与烟气速度V形成速度差，所以空气射流14卷吸气炉膛内高温烟气，并形成诱导涡区。该诱导涡区内的氧气含量较低，约为3％。
燃油喷嘴4位于炉膛中心，将燃油以雾化角30‐60°、雾化平均粒径(SMD)为100‐110μm的油滴射入炉膛的诱导涡区，在炉膛温度大于燃油着火温度的情况下，能够实现燃油的无焰燃烧。内循环率为炉膛各径向截面上内回流烟气质量流量与进口射流质量流量之比。通过每个工况下内循环速率沿炉膛轴线的变化曲线发现当内循环速率大于2.5可以实现MILD燃烧。
实施例一
本实施例提供了一种280kW的直流式燃油无焰燃烧锅炉。
其中，炉膛的直径为400mm，长度为1973mm。燃油喷嘴的喷油量35kg/h，雾化粒径为110μm。锅炉烟气出口温度为120℃，烟气外循环倍率为25％，即炉膛排出总烟气中的25％(体积比)的烟气进入直径范围为60‐80mm的烟气旋流配风器，其叶片数为15，其旋流数为1。空气喷嘴有8个喷口，喷口直径8.5mm均匀布置在直径为250mm的圆环上。空气喷嘴的速度为200m/s。
本实施例的直流式燃油无焰燃烧锅炉的炉膛中心截面的氧气质量分数分布、温度分布和速度分布的数值模拟图分别如图6、图7和图8所示。图6为炉膛中心截面的氧气质量分数分布，可见炉内氧浓度基本在3％以下；图7为中心截面的温度分布，最高温为1600K，炉膛大部分区域小于1200K；图8为中心截面的速度分布，可见燃烧器喷口出口处由于高速空气的卷吸，速度梯度较大，之后整体速度场较均匀。本实施例的直流式燃油无焰燃烧锅炉出口的烟气NOx排放浓度为72mg/Nm3。
实施例二
本实施例提供了一种218kW的直流式燃油无焰燃烧锅炉。
其中，炉膛的直径为400mm，长度为1973mm。燃油喷嘴的喷油量27kg/h，雾化平均粒径为100μm。锅炉烟气出口温度为52℃，烟气外循环倍率为20％，即锅炉出口烟气中的20％(体积比)进入直径范围为50‐70mm的旋流配风器，其叶片数为10个，旋流数为0.5，其轴向分速度为20m/s。空气喷嘴有8个喷口，喷口直径为7.2mm均匀布置在直径为200mm的圆环上，空气喷嘴的速度为100m/s。
本实施例的直流式燃油无焰燃烧锅炉的炉膛中心截面的氧气质量分数分布、温度分布和速度分布的数值模拟图分别如图9、图10和图11所示。图9为炉膛中心截面的氧气质量分数分布，可见炉内氧浓度基本在3％以内；图10为中心截面的温度分布，最高温度为1400K，其余大部分区域小于1200K，温度波动小；图11为中心截面的速度分布，可见由于高速空气射流的卷吸，燃烧器出口附近速度梯度较大，之后炉膛整体的速度场较均匀。本实施例的直流式燃油无焰燃烧锅炉的Nox排放浓度为60mg/Nm3。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：其包括：
锅炉；
烟气喷嘴，将所述锅炉排出的部分烟气通过烟气再循环风机喷入该锅炉的炉膛内；
空气喷嘴，将空气以直流高速射流喷入所述炉膛内；以及
燃油喷嘴，将燃油雾化喷入所述炉膛内；
其中，所述烟气喷嘴、所述空气喷嘴和所述燃油喷嘴同设于所述炉膛的一端。
2.根据权利要求1所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：所述烟气再循环风机的一端与所述锅炉的出口管道相连接，另一端与烟气喷嘴的进口管道相连接。
3.根据权利要求1所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：烟气喷嘴是旋流数为0.5‐0.1的旋流配风器，该旋流配风器的直径范围为50‐80mm，再循环烟气的体积占所述锅炉排出烟气总体积的20‐25％，旋流烟气的轴向分速度为20‐30m/s。
4.根据权利要求1所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：所述锅炉的炉膛为圆柱体；直流式燃油无焰燃烧器包括鼓风机，该鼓风机将燃烧空气送入圆环状布置的空气喷嘴中。
5.根据权利要求4所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：所述空气喷嘴喷出的空气射流流速为100‐200m/s，高速空气喷嘴的数目为6‐8个，高速空气喷嘴相对于炉膛轴线为轴对称布置，空气喷嘴所形成圆环的半径为炉膛半径的0.5‐0.65倍。
6.根据权利要求1所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：所述燃油喷嘴的雾化角为30‐60°，雾化平均粒径为100‐110μm，所述燃油喷嘴的喷油量为15‐35kg/h。
7.根据权利要求1所述的直流式燃油无焰燃烧器，其特征在于：所述锅炉的炉膛内的容积热负荷为650‐1150kW/m3，炉膛内的最高温度小于1400℃，炉膛温度波动系数小于20％。
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| CN201820339027.7U CN208186334U (zh) | 2018-03-13 | 2018-03-13 | 一种直流式燃油无焰燃烧器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109631033A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-04-16 | 同济大学 | 一种深度烟气循环燃油低NOx燃烧方法及其装置 |
| CN109737396A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-10 | 同济大学 | 多模式直流分级配风燃油低NOx燃烧方法及其装置 |
| CN110594739A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-12-20 | 华中科技大学 | 一种无需预热切换的无焰燃烧器 |
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2018
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