CN209605154U - 一种低热值燃气燃烧器 - Google Patents

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宋林波
朱新龙
李冬
龚泽儒
邹鹏
王晓娜
张一坤
史立祥
迟枫林
吕新磊
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本申请公开了一种低热值燃气燃烧器,包括:中心预混筒,所述中心预混筒的一端连通设置有一次燃气管道和一次助燃气管道,所述中心预混筒的另一端为预混气体出口,所述一次燃气管道用于通入低热值燃气;等离子体发生器,所述等离子体发生器的电弧端与所述中心预混筒的内部连通。工作时,低热值燃气和助燃气体分别通过一次燃气管道和一次助燃气管道通入中心预混筒中,在中心预混筒中逐渐混合均匀,预混气体到达等离子体发生器的电弧端时,预混气体与高温电弧接触快速着火燃烧,火焰喷出预混气体出口形成一个稳定的“火核”,与现有技术相比,不需要高热值燃气伴烧,减少了能源消耗,降低了运行成本,减少了风机负荷。

Description

一种低热值燃气燃烧器
技术领域
本实用新型涉及燃烧器技术领域,特别涉及一种低热值燃气燃烧器。
背景技术
目前,在石油化工、冶金等行业的生产过程中会产生大量低热值燃气,该低热值燃气中含有少量CO、CH4等可燃气体,大部分则为如N2、CO2等的不可燃烧气体,若直接排放则会造成大气污染,因此为满足环保、节能要求一般将该类型低热值气体通入锅炉中进行燃烧,或用来发电或用来产生热蒸汽。由于该燃气热值太低因此燃烧时容易灭火。
为了不让低热值燃气灭火,通常采用高热值气体来进行伴烧,即通过高品质燃气的持续伴随燃烧来保证低热值燃气的稳定燃烧,这样就会造成高品质燃气的浪费,进而增加运行成本。
综上所述,如何在不增加运行成本的同时,保证低热值燃气的稳定燃烧成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种低热值燃气燃烧器,以在不增加运行成本的同时,保证低热值燃气的稳定燃烧。
为到达上述目的,本实用新型提供以下技术方案:
一种低热值燃气燃烧器,包括:
中心预混筒,所述中心预混筒的一端连通设置有一次燃气管道和一次助燃气管道,所述中心预混筒的另一端为预混气体出口,所述一次燃气管道用于通入低热值燃气;
等离子体发生器,所述等离子体发生器的电弧端与所述中心预混筒的内部连通。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,还包括:
二次燃气管道,套设于所述中心预混筒的外部,所述二次燃气管道的一端设置有二次燃气进口,所述二次燃气管道的另一端为与所述预混气体出口连通的二次燃气出口,所述二次燃气管道内用于通入低热值燃气;
二次助燃气管道,套设于所述二次燃气管道的外部,所述二次助燃气管道的一端设置有二次助燃气进口,所述二次助燃气管道的另一端为与二次燃气出口连通的二次助燃气出口。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述二次燃气出口位置和所述二次助燃气出口位置均设置有旋流叶片。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,还包括依次穿过所述二次助燃气管道、所述二次燃气管道和中心预混筒的护套,所述等离子体发生器密封套设于所述护套中。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述等离子体发生器的轴线倾斜于所述中心预混筒的轴线。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述等离子体发生器套设于所述中心预混筒内,且所述等离子体发生器的与所述电弧端相对的另一端密封伸出所述中心预混筒的外部。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述一次助燃气管道和一次燃气管道上均设置有阀门。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述中心预混筒中通入的一次低热值燃气量小于或等于通入所述低热值燃气燃烧器中的低热值燃气总量的50%,所述中心预混筒中的通入的一次助燃气体量为所述一次低热值燃气量完全燃烧所需理论助燃气体量的30%~70%。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述中心预混筒中还设置有用于混合低热值燃气和助燃气体的整流装置。
优选地,在上述的低热值燃气燃烧器中,所述预混气体出口的内壁设置有耐火层。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
本实用新型提供的低热值燃气燃烧器中,低热值燃气和助燃气体分别通过一次燃气管道和一次助燃气管道通入中心预混筒中,低热值燃气和助燃气体在中心预混筒中向预混气体出口流动的过程中逐渐混合均匀,预混气体到达等离子体发生器的电弧端时,低热值燃气与助燃气体与高温电弧接触,由于等离子体电弧温度高达4000k以上,在如此高温度条件下氧分子能够被离子化形成原子状态,在原子状态下氧化反应所需的激活能降低为原来的1/10-1/15,这将大大加快氧化反应的进行,非常利于着火的发生,预混气体快速着火燃烧,火焰喷出中心预混的预混气体出口形成一个稳定的“火核”,由于等离子体发生器的等离子体电弧是通过载体风带出,载体风介质为空气,即相当于在燃气中喷入了一部分高温助燃空气,更有利于“火核”的稳定燃烧。本实用新型中的低热值燃气燃烧器通过低热值燃气和助燃气体在燃烧前在中心预混筒内混合均匀,能够保证低热值燃气的稳定燃烧,与现有技术相比,不需要高热值燃气伴烧,减少了能源消耗,降低了运行成本,减少了风机负荷。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种低热值燃气燃烧器的结构示意图。
其中,1为中心预混筒、101为预混气体出口、2为一次助燃气管道、3为二次燃气管道、301为二次燃气进口、4为等离子体发生器、5为护套、6为第一旋流叶片、7为第二旋流叶片、8为二次助燃气管道、801为二次助燃气进口、9为一次燃气管道。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供了一种低热值燃气燃烧器,在不增加运行成本的同时,保证了低热值燃气的稳定燃烧。
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1,本实用新型实施例提供了一种低热值燃气燃烧器,包括中心预混筒1和等离子体发生器4。其中,中心预混筒1的一端封闭,一端为预混气体出口101,中心预混筒1的靠近封闭端的筒壁上连通设置有一次燃气管道9和一次助燃气管道2,一次燃气管道9用于通入低热值燃气,一次助燃气管道2用于通入助燃气体,助燃气体可以是空气或者含氧气体或纯氧;等离子体发生器4的电弧端与中心预混筒1的内部连通,优选地,电弧端靠近预混气体出口101设置,当然也可以不靠近预混气体出口101设置,该等离子体发生器4的等离子体电弧通过载体风带出电弧端,载体风介质为空气。
该低热值燃气燃烧器的工作原理是:低热值燃气和助燃气体分别通过一次燃气管道9和一次助燃气管道2通入中心预混筒1中,低热值燃气和助燃气体在中心预混筒1中向预混气体出口101流动的过程中逐渐混合均匀,预混气体到达等离子体发生器4的电弧端时,预混气体与高温电弧接触,由于等离子体电弧温度高达4000k以上,在如此高温度条件下氧分子能够被离子化形成原子状态,在原子状态下氧化反应所需的激活能降低为原来的1/10-1/15,这将大大加快氧化反应的进行,非常利于着火的发生,且预混后可燃气体分子与助燃气体中的氧分子充分接触,进行氧化反应时的有效碰撞几率较高,预混气体能够快速着火燃烧,另外经过预混后的燃气着火的火焰温度更高,火焰传播速度更快,更有利于进一步燃烧,火焰喷出中心预混筒1的预混气体出口101形成一个稳定的“火核”,由于等离子体发生器4的等离子体电弧是通过载体风带出,载体风介质为空气,即相当于在燃烧的燃气中喷入了一部分高温助燃空气,更有利于“火核”的稳定燃烧。本实用新型中的低热值燃气燃烧器通过低热值燃气和助燃气体在燃烧前在中心预混筒1内混合均匀,能够保证低热值燃气的稳定燃烧,与现有技术相比,不需要高热值燃气伴烧,减少了能源消耗,降低了运行成本,减少了风机负荷。
进一步地,在本实施例中,低热值燃气燃烧器在包含中心预混筒1和等离子体发生器4的基础上,还包括二次燃气管道3和二次助燃气管道8,其中,二次燃气管道3套设于中心预混筒1的外部,二次燃气管道3的一端设置有二次燃气进口301,二次燃气管道3的另一端为与预混气体出口101连通的二次燃气出口,二次燃气管道3内用于通入低热值燃气;二次助燃气管道8套设于二次燃气管道3的外部,二次助燃气管道8的一端设置有二次助燃气进口801,二次助燃气管道8的另一端为与二次燃气出口和预混气体出口均连通的二次助燃气出口,二次助燃气管道8中用于通入助燃气体。
该低热值燃气燃烧器的工作原理是:部分低热值燃气和部分助燃气体分别通过一次燃气管道9和一次助燃气管道2通入中心预混筒1中,低热值燃气和助燃气体在中心预混筒1中混合均匀,预混气体到达等离子体发生器4的电弧端时,预混气体与高温电弧接触快速着火燃烧,火焰喷出中心预混筒1的预混气体出口101形成一个稳定的“火核”。与此同时,大部分低热值燃气通过二次燃气进口301进入二次燃气通道3,并从二次燃气出口排出,与中心预混筒1的预混气体出口101形成的“火核”接触,二次燃气快速被加热并引燃;大部分助燃气体通过二次助燃气进口801进入二次助燃管道8,并从二次助燃气出口排出,该二次助燃气用于补充二次燃气完全燃烧所需的氧气,从而进一步实现了大量低热值燃气的稳定燃烧。等离子体发生器4只点燃部分燃气,再利用这部分燃气产生的热量来点燃其余大量的二次燃气,可以实现在等离子体发生器4较低功率的条件下完成点火及稳燃,节约电能,而且燃烧器负荷调节范围广,等离子体发生器4的功率在10-100kw之间可调。
更进一步地,在本实施例中,二次燃气出口位置和二次助燃气出口位置均设置有旋流叶片,具体地,二次燃气出口位置设置有第一旋流叶片6,二次助燃气出口位置设置有第二旋流叶片7,第一旋流叶片6和第二旋流叶片7可以是活动式旋流叶片或固定式旋流叶片。
如此设置,二次燃气通过二次燃气管道3的二次燃气出口时,在第一旋流叶片6作用下产生一定旋度,强化了二次燃气与“火核”的接触,使二次燃气快速被加热并引燃。二次助燃气体通过二次助燃气管道8的二次助燃气出口时,在第二旋流叶片7的作用下产生一定的旋度,一方面能够加强与已经燃烧的二次燃气快速混合,及时补充氧气,保证持续燃烧,另一方面能够带来一定的烟气回流,从而进一步强化二次燃气的稳定燃烧。
如图1所示,在本实施例中,等离子体发生器4的一种布置结构具体为:低热值燃气燃烧器还包括依次穿过二次助燃气管道8、二次燃气管道3和中心预混筒1的护套5,护套5与二次助燃气管道8、二次燃气管道3和中心预混筒1之间均密封连接,等离子体发生器4密封套设于护套5中,具体通过密封垫密封,等离子体发生器4的电弧端与中心预混筒1的内部连通。
作为优化,等离子体发生器4的轴线倾斜于中心预混筒1的轴线,即护套5的轴线倾斜于中心预混筒1的轴线,等离子体发生器4斜插于护套5中。当然,等离子体发生器4的轴线还可以垂直于中心预混筒1的轴线。
等离子体发生器4的另一种具体的布置结构为:等离子体发生器4套设于中心预混筒1内,且等离子体发生器4的与电弧端相对的另一端密封伸出中心预混筒1的端部外部。即等离子体发生器4直接轴向插入中心预混筒1中,电弧端靠近预混气体出口101,同样能够实现等离子体点火功能。
为了方便低热值燃气燃烧器的负荷调节,在本实施例中,一次助燃气管道2和一次燃气管道9上均设置有阀门,分别用于控制通入中心预混筒1内的一次助燃气体的含量和一次低热值燃气的含量。
进一步地,在本实施例中,中心预混筒1中通入的一次低热值燃气量小于或等于通入低热值燃气燃烧器中的低热值燃气总量的50%,中心预混筒1中的通入的一次助燃气体量为一次低热值燃气量完全燃烧所需理论助燃气体量的30%~70%。即中心预混筒1中的一次低热值燃气和一次助燃气体的含量只要能够实现点火需求即可,其余大部分低热值燃气和助燃气体利用一次助燃气体和一次低热值燃气燃烧的热量进行燃烧。
在实际使用过程中,低热值燃气为高炉煤气或转炉煤气等,在锅炉低负荷运转时,即低热值燃气的含量较少时,可以只向中心预混筒1中通入一次助燃气体和一次低热值燃气进行稳燃。而当锅炉正常运转或高负荷运转时,即低热值燃气的含量较大时,则同时向中心预混筒1、二次燃气管道3和二次助燃气管道8中通入低热值燃气和助燃气体,以保证大量低热值燃气的充分稳定燃烧。
在本实施例中,中心预混筒1中还设置有用于强化混合低热值燃气和助燃气体的整流装置,使低热值燃气和助燃气体在中心预混筒1内加快均匀混合。整流装置可以为扰流板或扰流环等。
为了保护低热值燃气燃烧器,在本实施例中,预混气体出口101的内壁设置有耐火层。由于,低热值燃气在预混气体出口101处燃烧,通过耐火层提高预混气体出口10的耐高温性能,防止烧坏。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低热值燃气燃烧器,其特征在于,包括:
中心预混筒(1),所述中心预混筒(1)的一端连通设置有一次燃气管道(9)和一次助燃气管道(2),所述中心预混筒(1)的另一端为预混气体出口(101),所述一次燃气管道(9)用于通入低热值燃气;
等离子体发生器(4),所述等离子体发生器(4)的电弧端与所述中心预混筒(1)的内部连通。
2.根据权利要求1所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,还包括:
二次燃气管道(3),套设于所述中心预混筒(1)的外部,所述二次燃气管道(3)的一端设置有二次燃气进口(301),所述二次燃气管道(3)的另一端为与所述预混气体出口(101)连通的二次燃气出口,所述二次燃气管道(3)内用于通入低热值燃气;
二次助燃气管道(8),套设于所述二次燃气管道(3)的外部,所述二次助燃气管道(8)的一端设置有二次助燃气进口(801),所述二次助燃气管道(8)的另一端为与二次燃气出口连通的二次助燃气出口。
3.根据权利要求2所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述二次燃气出口位置和所述二次助燃气出口位置均设置有旋流叶片。
4.根据权利要求2所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,还包括依次穿过所述二次助燃气管道(8)、所述二次燃气管道(3)和中心预混筒(1)的护套(5),所述等离子体发生器(4)密封套设于所述护套(5)中。
5.根据权利要求4所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述等离子体发生器(4)的轴线倾斜于所述中心预混筒(1)的轴线。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述等离子体发生器(4)套设于所述中心预混筒(1)内,且所述等离子体发生器(4)的与所述电弧端相对的另一端密封伸出所述中心预混筒(1)的外部。
7.根据权利要求1-5任一项所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述一次助燃气管道(2)和一次燃气管道(9)上均设置有阀门。
8.根据权利要求2-5任一项所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述中心预混筒(1)中通入的一次低热值燃气量小于或等于通入所述低热值燃气燃烧器中的低热值燃气总量的50%,所述中心预混筒(1)中的通入的一次助燃气体量为所述一次低热值燃气量完全燃烧所需理论助燃气体量的30%~70%。
9.根据权利要求1-5任一项所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述中心预混筒(1)中还设置有用于混合低热值燃气和助燃气体的整流装置。
10.根据权利要求1-5任一项所述的低热值燃气燃烧器,其特征在于,所述预混气体出口(101)的内壁设置有耐火层。
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CN111006241A (zh) * 2019-12-03 2020-04-14 哈尔滨工程大学 一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室

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