CN212777340U - 基于旋流的分级低氮燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，包括依次设置的燃烧器筒体、衔接筒体、燃烧器头罩；燃烧器筒体的直径小于燃烧器头罩，衔接筒体自燃烧器筒体至燃烧器头罩方向直径逐渐扩大；主燃气喷管与辅助燃气喷管之间还设置有旋流稳焰盘；旋流稳焰盘包括同轴设置的第一圆筒及第二圆筒；第一圆筒置于所述第二圆筒的内部；第一圆筒与第二圆筒之间设置有第一旋流叶片，第二圆筒的周向还设置有稳焰盘端部；第二圆筒与稳焰盘端部之间设置有第二旋流叶片；第一旋流叶片在中心轴方向上与所述燃烧器筒体的距离小于所述第二旋流叶片在中心轴方向上与燃烧器筒体的距离；应用本技术方案可实现增强气体之间的混合程度，从而提高燃烧器的关键性能。

Description

基于旋流的分级低氮燃气燃烧器

技术领域

本实用新型涉及燃烧器领域，具体是指一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器。

背景技术

随着环保政策对NOx即氮氧化物排放限制的不断趋严，燃烧器的低氮改造刻不容缓。根据研究报告表明，影响烟气中NOx形成的主要因素可归纳为三个方面：第一方面是与燃料特性有关，燃料中氮元素越多，越易生成NOx。第二方面与燃烧过程中的一些技术参数有关，如燃烧温度达到某一临界温度时，NOx 的含量随温度呈指数关系上升。第三方面与燃烧器的类型有关。

随着NOx的排放问题引起社会越来越高的重视，国家对NOx排放的标准日趋严格,超低NOx燃气燃烧器将成为燃烧器发展的主流。目前超低NOx燃气燃烧器市场需求大，现有的低氮燃烧器，其空气流动路径为一单独设置的密封通道，空气只能在通道的出口处与燃气混合，不利于燃气与空气的充分混合燃烧，造成燃烧不完全、燃烧不稳定和NOx排放不满足环保要求等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，实现增强气体之间的混合程度，从而提高燃烧器的关键性能。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，包括依次设置的燃烧器筒体、衔接筒体、燃烧器头罩；所述燃烧器筒体的直径小于所述燃烧器头罩，所述衔接筒体自所述燃烧器筒体至所述燃烧器头罩方向直径逐渐扩大；

所述燃烧器筒体的末端至所述衔接筒体的部位内设有燃气喷射装置；所述燃气喷射装置包括主燃气喷管及辅助燃气喷管；所述辅助燃气喷管以所述主燃气喷管的长度方向为中心轴中心对称地分布并与所述主燃气喷管连通；

所述主燃气喷管与辅助燃气喷管之间还设置有旋流稳焰盘；所述旋流稳焰盘包括同轴设置的第一圆筒及第二圆筒；所述第一圆筒置于所述第二圆筒的内部；所述第一圆筒与第二圆筒之间设置有第一旋流叶片，所述第二圆筒的周向还设置有稳焰盘端部；所述第二圆筒与稳焰盘端部之间设置有第二旋流叶片；所述第一旋流叶片在中心轴方向上与所述燃烧器筒体的距离小于所述第二旋流叶片在中心轴方向上与燃烧器筒体的距离；

所述主燃气喷管远离所述辅助燃气喷管的一端连通有燃气进气管；燃气由所述燃气进气管通入并由燃气进气管进入主燃气喷管及辅助燃气喷管。

在一较佳的实施例中，所述第一旋流叶片具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第一圆筒的外部；所述第一旋流叶片垂直于中心轴方向的截面具体为圆弧段，所述圆弧段的径向垂直于所述中心轴方向。

在一较佳的实施例中，所述第二旋流叶片具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第二圆筒的外部；所述第二旋流叶片具体由垂直于中心轴方向设置的旋流叶片倾斜第一角度形成。

在一较佳的实施例中，所述稳焰盘端部沿其周向设置有多个容置缺口，所述辅助燃气喷管沿垂直于中心轴方向进入所述容置缺口并置于所述容置缺口内。

在一较佳的实施例中，所述辅助燃气喷管的末端与所述燃烧器头罩远离所述燃烧器筒体的距离小于所述主燃气喷管的末端与所述燃烧器头罩远离所述燃烧器筒体的距离；所述主燃气喷管的管径大于所述辅助燃气喷管的管径；所述主燃气喷管的远离所述辅助燃气喷管的一端置于所述燃烧器筒体内，所述主燃气喷管靠近所述辅助燃气喷管的一端与所述辅助燃气喷管均设置于所述燃烧器头罩内。

在一较佳的实施例中，所述辅助燃气喷管由所述主燃气喷管上沿垂直于所述主燃气喷管的长度方向延伸一段距离后向平行于所述主燃气喷管的长度方向延伸一段距离，再向外倾斜第二角度形成。

在一较佳的实施例中，所述燃烧器筒体与燃气喷射装置之间还设置有一燃烧器扩展段；还包括隔离钝体以及隔离扩展段；所述隔离扩展段设置于所述隔离钝体与燃烧器扩展段之间；所述燃烧器扩展段、隔离钝体与燃烧器扩展段均设置于所述燃烧器筒体及衔接筒体内；所述燃气喷射装置置于所述燃烧器扩展段及燃烧器扩展段及隔离钝体内，所述辅助燃气喷管的末端不超过所述隔离钝体。

在一较佳的实施例中，隔离钝体垂直于所述中心轴的截面均为圆，所述隔离钝体垂直于所述中心轴的截面沿燃气喷射方向其半径逐渐增大；所述隔离钝体的倾斜角度与所述第二角度相同。

在一较佳的实施例中，所述隔离钝体上设置有多个风流通孔。

在一较佳的实施例中，所述主燃气喷管的末端以其中点为中心中心对称设置有多个所述流通小孔；所述辅助燃气喷管的末端设置有辅助燃气喷嘴，所述辅助燃气喷嘴具体为球面末端，所述球面末端上设置有多个喷嘴小孔。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

本实用新型提供了一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，通过设置多个管道分配燃气，并将混合后的气体点燃。具体的多个管道包括中心燃气喷管和辅助燃气喷管。本实用新型的低氮燃烧器可以将燃气首先从主燃气喷管进入，然后进入辅助燃气喷管，燃气分别进入不同的管道内，使得通入的燃气能够快速、及时地被点燃，又由于通入的其他气体能够与燃气在燃烧器内形成良好的空气动力场，以此稳定燃气的燃烧状况，能够有效的避免炉内出现回火或脱火情况。通过设置所述主燃气喷管与辅助燃气喷管的管径的不同，实现燃气按照一定比例进行喷射的效果，可以将燃料和空气更好地进行预混合，由于喷嘴数量较多而且又进行了位置的分布，所以产生的火焰不会太集中的堆积在一起，提升了火焰传播速度，提高燃烧效率。同时让炉内气体燃烧均匀，避免局部高温，减少炉内热力型氮氧化物的生成。

另外，本实用新型在主燃气喷管靠近其出口处设有旋流稳焰盘有助于形成强烈的旋转扰动，以此在炉内形成更适合于燃烧的空气动力场，燃烧气流的扰动性增强，炉内燃气充分燃烧，燃烧状态更为稳定。由于燃气和空气的混合度加强，燃烧强度增大，在炉内的燃烧火炬变短，因此，在具备相同燃烧负荷的前提下可以相应地缩小炉膛的尺寸。与此同时，较小的炉膛尺寸又进一步地提高了燃烧器的燃烧效率和锅炉的热效率。设置不同类型的第一旋流叶片和第二旋流叶片的目的也是在于加强燃气和空气的混合，提高燃烧气流的扰动性，以在炉内形成利于持续燃烧的空气动力场，从而实现燃气的快速点燃，且持续、稳定、充分的燃烧。

本实用新型在第二旋流叶片的外围设置了一个隔离钝体。所述的锥形钝体结构会让隔离钝体内的流体运动更加紧凑，增加流动中气流所受到的阻力，因此改变流程的分布。同时也能将外围的二级气流在头罩内向中心收缩，减小高温对燃烧器避免的辐射，削弱热应力对头罩的影响。在所述的隔离钝体设置有相同尺寸大小的风流通孔，有利于形成较好的空气流场，利用空气与燃料更好的结合，提高燃烧效率。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中基于旋流的分级低氮燃气燃烧器的整体结构轴向剖面图；

图2为本实用新型优选实施例中基于旋流的分级低氮燃气燃烧器的整体结构示意图；

图3为本实用新型优选实施例中基于旋流的分级低氮燃气燃烧器的燃气喷射装置结构示意图；

图4为本实用新型优选实施例中基于旋流的分级低氮燃气燃烧器的旋流稳焰盘结构示意图；

图5为本实用新型优选实施例中基于旋流的分级低氮燃气燃烧器的燃烧器筒体、衔接筒体及燃烧器头罩的位置关系示意图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，参考图1至5，包括依次设置的燃烧器筒体3、衔接筒体6、燃烧器头罩9；所述燃烧器筒体3的直径小于所述燃烧器头罩9，所述衔接筒体6自所述燃烧器筒体3至所述燃烧器头罩9方向直径逐渐扩大；所述燃烧器筒体3的末端至所述衔接筒体6的部位内设有燃气喷射装置1；所述燃气喷射装置1包括主燃气喷管11及辅助燃气喷管12；所述辅助燃气喷管12以所述主燃气喷管11的长度方向为中心轴中心对称地分布并与所述主燃气喷管11连通；所述主燃气喷管11与辅助燃气喷管12之间还设置有旋流稳焰盘2；所述旋流稳焰盘2包括同轴设置的第一圆筒21及第二圆筒 22；所述第一圆筒21置于所述第二圆筒22的内部；所述第一圆筒21与第二圆筒22之间设置有第一旋流叶片23，所述第二圆筒22的周向还设置有稳焰盘端部25；所述第二圆筒22与稳焰盘端部25之间设置有第二旋流叶片24；所述第一旋流叶片23在中心轴方向上与所述燃烧器筒体3的距离小于所述第二旋流叶片24在中心轴方向上与燃烧器筒体3的距离；所述主燃气喷管11远离所述辅助燃气喷管12的一端连通有燃气进气管8；燃气由所述燃气进气管8通入并由燃气进气管8进入主燃气喷管11及辅助燃气喷管12。

具体来说，所述第一旋流叶片23具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第一圆筒21的外部，在本实施例中，所述第一旋流叶片23设置有16片；所述第一旋流叶片23垂直于中心轴方向的截面具体为圆弧段，所述圆弧段的径向垂直于所述中心轴方向。所述第二旋流叶片24具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第二圆筒22的外部，在本实施例中，所述第二旋流叶片24设置有 24片；所述第二旋流叶片24具体由垂直于中心轴方向设置的旋流叶片倾斜第一角度形成，在本实施例中，所述第一角度具体为35°，还可以设置其他角度，所述第一角度的范围为25°至55°。所述稳焰盘端部25沿其周向设置有多个容置缺口251，所述辅助燃气喷管12沿垂直于中心轴方向进入所述容置缺口 251并置于所述容置缺口251内。通过设置两层旋流叶片可以在燃烧中心形成负压回流区，保证高温烟气的及时回流和燃烧的稳定性，避免出现脱火现象。

所述辅助燃气喷管12的末端与所述燃烧器头罩9远离所述燃烧器筒体3 的距离小于所述主燃气喷管11的末端与所述燃烧器头罩9远离所述燃烧器筒体3的距离；所述主燃气喷管11的管径大于所述辅助燃气喷管12的管径；所述主燃气喷管11的远离所述辅助燃气喷管12的一端置于所述燃烧器筒体3内，所述主燃气喷管11靠近所述辅助燃气喷管12的一端与所述辅助燃气喷管12 均设置于所述燃烧器头罩9内。

所述辅助燃气喷管12由所述主燃气喷管11上沿垂直于所述主燃气喷管11 的长度方向延伸一段距离后向平行于所述主燃气喷管11的长度方向延伸一段距离，再向外倾斜第二角度形成。

所述燃烧器筒体3与燃气喷射装置1之间还设置有一燃烧器扩展段4；还包括隔离钝体5以及隔离扩展段7；所述隔离扩展段7设置于所述隔离钝体5 与燃烧器扩展段4之间；所述燃烧器扩展段4、隔离钝体5与燃烧器扩展段4 均设置于所述燃烧器筒体3及衔接筒体6内；所述燃气喷射装置1置于所述燃烧器扩展段4及燃烧器扩展段4及隔离钝体5内，所述辅助燃气喷管12的末端不超过所述隔离钝体5。锥形的隔离钝体5外部二次风进入炉膛后卷吸空气, 降低温度和减少NOx排放。设置燃料喷射系统与旋流稳焰盘2的结构紧密结合，大量二次风进入旋转的第一旋流叶片23内，形成旋转气流的小火焰。

隔离钝体5垂直于所述中心轴的截面均为圆，所述隔离钝体5垂直于所述中心轴的截面沿燃气喷射方向其半径逐渐增大；所述隔离钝体5的倾斜角度与所述第二角度相同。所述隔离钝体5上设置有多个风流通孔51。具体来说，所述风流通孔51沿所述隔离钝体5的周向分布三个同心圆周设置；半径最大的圆周沿周向均匀分布28个风流通孔51，位于中部的圆周沿周向均匀分布24个风流通孔51，半径最小的圆周沿周向均匀分布18个风流通孔51。

本实用新型在第二旋流叶片24的外围设置了一个隔离钝体5。所述的锥形钝体结构会让隔离钝体5内的流体运动更加紧凑，增加流动中气流所受到的阻力，因此改变流程的分布。同时也能将外围的二级气流在头罩内向中心收缩，减小高温对燃烧器避免的辐射，削弱热应力对头罩的影响。在所述的隔离钝体 5设置有相同尺寸大小的风流通孔51，有利于形成较好的空气流场，利用空气与燃料更好的结合，提高燃烧效率。

所述主燃气喷管11的末端以其中点为中心中心对称设置有多个所述流通小孔111；所述的流通小孔111呈煤炭蜂窝状，位于所述的103-中心喷气管的上断面，能够实现燃烧筒的中部燃烧，具有燃烧效率高且燃烧较为均匀的优点。所述辅助燃气喷管12的末端设置有辅助燃气喷嘴，所述辅助燃气喷嘴具体为球面末端，所述球面末端上设置有多个喷嘴小孔。所述辅助燃气喷嘴的喷嘴小孔向钝体罩靠拢，有利于与四次空气更好的结合，改变固有燃气的扩散，实现更好的燃烧。燃气首先从燃气进气管8通进入，燃气先流经主燃气喷管11再流经辅助燃气喷管12出气。燃气分别进入不同的辅助燃气喷管12，均匀分散在燃烧室内，使得通入的燃气能够快速、及时地被点燃，又由于通入的其他气体能够与燃气在燃烧器内形成良好的空气动力场，以此稳定燃气的燃烧状况，能够有效的避免炉内出现回火或脱火情况。

本实用新型通过设置旋流稳焰盘2、燃烧器筒体3、隔离钝体5将空气分级。靠近隔离钝体5内部为一次风，隔离钝体5外部为二次风。一、二次风在总空气量的要求下，一次风大量的进入第一旋流叶片23及第二旋流叶片24内。此时α＞1的情况下，大量的助燃空气与辅助燃气喷管12喷出的细股流天然气在旋转叶轮的作用下，形成一圈圈小旋转火焰，向炉内以一定的高速度喷出，形成了燃料的氧化反应，将这一燃烧区域称之为过浓型燃烧。由于风量大，风、气混合时间加快，在燃烧区域停留时间很短，且这一圈火焰流的温度也高不起来，NOx产生的温度为1 300℃以上，从而大大抑制了NOx的生成。

在基于旋流的分级低氮燃烧器的运行过程中，进入燃烧器筒体3的部分助燃空气经过旋流稳焰盘2的作用形成强旋流气体，同主燃气喷管11的流通小孔111喷出的燃料混合，形成稳定的中心燃烧区域；辅助燃气喷管12与一部分助燃空气混合，形成外围燃烧区域。因此，整个燃烧区域至少被划分为富燃料燃烧的中心燃烧区域和贫燃料燃烧的外围燃烧区域。通过局部的富燃料抑制 NOx的生成；外围燃烧区域为贫燃料预混合气体，燃烧温度低，同样起到减少 NOx排放的效果。进一步的，本实用新型所述的燃烧室筒体，由三个部分构成，筒体第一端面是空气入口，端面呈扩张的圆台型，带有扩口的燃烧室，在带有扩口的喷口下，可以增加回流区的尺寸及回流量。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，包括依次设置的燃烧器筒体、衔接筒体、燃烧器头罩；所述燃烧器筒体的直径小于所述燃烧器头罩，所述衔接筒体自所述燃烧器筒体至所述燃烧器头罩方向直径逐渐扩大；

所述燃烧器筒体的末端至所述衔接筒体的部位内设有燃气喷射装置；所述燃气喷射装置包括主燃气喷管及辅助燃气喷管；所述辅助燃气喷管以所述主燃气喷管的长度方向为中心轴中心对称地分布并与所述主燃气喷管连通；

所述主燃气喷管与辅助燃气喷管之间还设置有旋流稳焰盘；所述旋流稳焰盘包括同轴设置的第一圆筒及第二圆筒；所述第一圆筒置于所述第二圆筒的内部；所述第一圆筒与第二圆筒之间设置有第一旋流叶片，所述第二圆筒的周向还设置有稳焰盘端部；所述第二圆筒与稳焰盘端部之间设置有第二旋流叶片；所述第一旋流叶片在中心轴方向上与所述燃烧器筒体的距离小于所述第二旋流叶片在中心轴方向上与燃烧器筒体的距离；

所述主燃气喷管远离所述辅助燃气喷管的一端连通有燃气进气管；燃气由所述燃气进气管通入并由燃气进气管进入主燃气喷管及辅助燃气喷管。

2.根据权利要求1所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第一旋流叶片具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第一圆筒的外部；所述第一旋流叶片垂直于中心轴方向的截面具体为圆弧段，所述圆弧段的径向垂直于所述中心轴方向。

3.根据权利要求2所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述第二旋流叶片具体沿中心轴方向中心对称分布于所述第二圆筒的外部；所述第二旋流叶片具体由垂直于中心轴方向设置的旋流叶片倾斜第一角度形成。

4.根据权利要求3所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述稳焰盘端部沿其周向设置有多个容置缺口，所述辅助燃气喷管沿垂直于中心轴方向进入所述容置缺口并置于所述容置缺口内。

5.根据权利要求1所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述辅助燃气喷管的末端与所述燃烧器头罩远离所述燃烧器筒体的距离小于所述主燃气喷管的末端与所述燃烧器头罩远离所述燃烧器筒体的距离；所述主燃气喷管的管径大于所述辅助燃气喷管的管径；所述主燃气喷管的远离所述辅助燃气喷管的一端置于所述燃烧器筒体内，所述主燃气喷管靠近所述辅助燃气喷管的一端与所述辅助燃气喷管均设置于所述燃烧器头罩内。

6.根据权利要求5所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述辅助燃气喷管由所述主燃气喷管上沿垂直于所述主燃气喷管的长度方向延伸一段距离后向平行于所述主燃气喷管的长度方向延伸一段距离，再向外倾斜第二角度形成。

7.根据权利要求6所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述燃烧器筒体与燃气喷射装置之间还设置有一燃烧器扩展段；还包括隔离钝体以及隔离扩展段；所述隔离扩展段设置于所述隔离钝体与燃烧器扩展段之间；所述燃烧器扩展段、隔离钝体与燃烧器扩展段均设置于所述燃烧器筒体及衔接筒体内；所述燃气喷射装置置于所述燃烧器扩展段及燃烧器扩展段及隔离钝体内，所述辅助燃气喷管的末端不超过所述隔离钝体。

8.根据权利要求7所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，隔离钝体垂直于所述中心轴的截面均为圆，所述隔离钝体垂直于所述中心轴的截面沿燃气喷射方向其半径逐渐增大；所述隔离钝体的倾斜角度与所述第二角度相同。

9.根据权利要求8所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述隔离钝体上设置有多个风流通孔。

10.根据权利要求6所述的基于旋流的分级低氮燃气燃烧器，其特征在于，所述主燃气喷管的末端以其中点为中心中心对称设置有多个流通小孔；所述辅助燃气喷管的末端设置有辅助燃气喷嘴，所述辅助燃气喷嘴具体为球面末端，所述球面末端上设置有多个喷嘴小孔。

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