CN214949016U

CN214949016U - 一种低氮燃烧器

Info

Publication number: CN214949016U
Application number: CN202121086500.3U
Authority: CN
Inventors: 杨国东; 吴立早
Original assignee: Hualan Thermal Equipment Wuxi Co ltd
Current assignee: Hualan Thermal Equipment Wuxi Co ltd
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2031-05-19

Abstract

本实用新型提供了一种低氮燃烧器，包括：安装板；垂直设置于安装板上的扩散筒，扩散筒嵌设有纵向凸伸出扩散筒的内筒，内筒包括远离扩散筒的自由端，自由端的端口处凸伸形成稳流齿部，扩散筒外部设置若干燃料喷管，以及稳焰盘，稳焰盘垂直贯穿设置中心喷管，燃料喷管由主燃料喷管以及与主燃料喷管相连的输气管组成，主燃料喷管的自由端形成于内筒开口的侧前方；主燃料喷管和输气管的连接处形成位于扩散筒远离安装板的一端的侧前方的混气入口。本实用新型通过在内筒的自由端的端口处设置稳流齿部，实现了对低氮燃烧器末端气流的稳流作用。

Description

一种低氮燃烧器

技术领域

本实用新型涉及燃烧器领域，更具体涉及一种低氮燃烧器。

背景技术

在工业锅炉、隧道窑炉和大型工业加热器中通常设置以天燃气(主要成分为甲烷)或者油等石化燃料为燃料的燃烧器，通过燃烧产生热量。现有技术中的燃烧器基本为采用扩散燃烧技术，并在燃烧器中通常设置主喷枪及旋风盘。天然气在主喷枪的前半段预热后将天然气与空气混合后进行燃烧。但这种结构的燃烧器的尾气中依然存在较高NO_X的问题，不符合国家节能减排及环保要求。低氮燃烧器是一种旨在降低燃烧器在燃烧时产生对环境有害的NO_X(即氮氧化合物)的新型燃烧器。

申请人经仔细检索后发现，公开号为CN109099425A的中国发明专利还公开了一种烟气内循环超低氮燃烧器。该现有技术采用稳燃燃料管及旋流器起到稳定火焰的作用。热力型氮氧化物是燃烧用空气中的N₂在高温下氧化而生成的氮氧化物，其也是锅炉燃烧中最大的氮氧化物来源，也是低氮氧化物排放量控制的关键着眼点。在该现有技术中，虽然在旋流器外侧增加锥形环，由分级燃料管喷出的部分燃料撞击锥形环，可增加燃料与空气的混合，促进燃烧稳定，并能够促进烟气内循环的形成，减低燃烧区域的温度。然而，申请人指出该现有技术中的旋流器凹设于锥形环的中心内部，锥形环在事实上只能起到收拢火焰的技术效果。而其所揭示的烟气卷吸环虽然能实现一定程度上的烟气内循环，但是烟气卷吸环所开设的一圈卷吸孔远离旋流器，从而导致其所主张的通过设置烟气卷吸环能够显著减低氮氧化物的技术效果存疑，且该现有技术中所揭示的燃烧器点燃外围火焰的效果较差。

申请人在先申请的申请号为202022516259.5的实用新型专利公开了一种低氮燃烧器，解决了现有技术中超低氮燃烧器点燃外围火焰效果不佳且对氮氧化合物排放的抑制效果不佳的问题。但是该技术在实际应用中可能会产生紊流以及扰流，影响低氮燃烧器的可靠性。

有鉴于此，有必要对现有技术中的低氮燃烧器予以改进，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于公开一种低氮燃烧器，以解决现有技术中产生紊流及扰流影响燃烧效果的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种低氮燃烧器，包括：安装板；

垂直设置于安装板上的扩散筒，所述扩散筒嵌设有纵向凸伸出所述扩散筒的内筒，所述内筒包括远离所述扩散筒的自由端，所述自由端的端口处凸伸形成稳流齿部，所述扩散筒外部设置若干燃料喷管；以及，

稳焰盘，所述稳焰盘垂直贯穿设置中心喷管；

其中，所述燃料喷管由主燃料喷管以及与所述主燃料喷管相连的输气管组成，所述主燃料喷管的自由端形成于内筒自由端的侧前方；

所述主燃料喷管和所述输气管的连接处形成位于所述扩散筒远离安装板的一端的侧前方的混气入口。

作为本实用新型的进一步，所述内筒为直筒结构。

作为本实用新型的进一步，所述自由端还包括收缩部，所述收缩部沿所述内筒的轴向设置于所述端口的内侧，所述收缩部由相对靠近所述扩散筒的一端朝着所述端口径向向内收缩。

作为本实用新型的进一步，所述稳流齿部包括若干连续且均匀排布的齿形单元，所述齿形单元形状为圆弧状、矩形齿状或三角状。

作为本实用新型的进一步，所述输气管贴合所述扩散筒的外侧壁布置。

作为本实用新型的进一步，所述输气管位于所述扩散筒的外侧且垂直配置于所述安装板上。

作为本实用新型的进一步，所述输气管的自由端纵向贯穿于所述主燃料喷管内，且所述主燃料喷管的管壁形成有围绕输气管自由端方向环形布置的多个出气孔，多个所述出气孔形成混气入口。

作为本实用新型的进一步，所述混气入口由主燃料喷管及输气管纵向分离所形成，且所述主燃料喷管的自由端的端面与所述主燃料喷管的横向截面平行且相匹配。

作为本实用新型的进一步，在所述扩散筒的外部设置部分包裹输气管与扩散筒的保温筒，所述保温筒内部填充保温材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型公开的一种低氮燃烧器采用在安装板上垂直设置扩散筒，同时在扩散筒嵌设纵向凸伸出扩散筒的内筒，内筒包括远离扩散筒的自由端，自由端的端口处凸伸形成稳流齿部，实现了对低氮燃烧器末端气体的稳流作用。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的一种低氮燃烧器的内部结构示意图；

图2为本实用新型的另一个实施例的一种低氮燃烧器的内部结构示意图；

图3为与图1所示出的一种低氮燃烧器连接的引风装置的内部结构示意图；

图4为本实用新型的一种低氮燃烧器中燃料喷管的示意性结构图；

图5为本实用新型的一种低氮燃烧器中气体流动路径及火焰喷射路径图；

图6为图5中的A部分一个实施例的放大示意图；

图7为图5中的A部分另一个实施例的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

需要理解的是，在本申请中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术方案的限制。

实施例一：

在详细阐述本实用新型的一种低氮燃烧器之前，对涉及的技术概念予以必要说明。本实施例所披露的一种低氮燃烧器以图2与图3所示出的视角所对应的组件水平对接而成，并嵌入安装在图2的炉墙100中。该炉墙100可作为锅炉的一部分。表示空间方位的术语“内侧”与“外侧”均是相对于图2中的中心喷管30的中轴线200而言。表示空间方位的术语“侧前方”及“侧后方”中的前后位置关系均是指以图1或图2所示出的视角中的纵向方向，其中，远离安装板52的方向是“前方”，靠近安装板52的方向是“后方”。因此，“侧前方”与“侧后方”是指同时相对于中轴线200的径向方向及纵向方向。同时，在本实施例中，术语“低氮”与术语“低氮氧化物”(低NOx)具等同技术含义。“燃料”特指具可流动性且能够燃烧的气体，在本实施例中，申请人将燃料选用天然气(其主要成分为甲烷，CH₄)作示范性说明，因此“燃料”与“天然气”在本实施例可作为等同技术特征予以理解。

参图2至图6所揭示的本实用新型一种低氮燃烧器的一种具体实施方式。

本实施例所揭示的一种低氮燃烧器，其包括：安装板52，垂直配置于安装板52上的扩散筒60，扩散筒60嵌设有纵向凸伸出扩散筒60的内筒40，内筒40为直筒结构。内筒40包括远离扩散筒60的自由端，自由端的端口处凸伸形成稳流齿部41，稳流齿部41包括若干连续且均匀排布的齿形单元410，齿形单元410形状为圆弧状。值得说明的是，齿形单元410的形状不唯一，还可以为矩形齿状或者三角状。扩散筒60外侧环布有若干燃料喷管；以及，稳焰盘31，稳焰盘31垂直贯穿有中心喷管30。燃料喷管由主燃料喷管20、与主燃料喷管20相连的输气管21组成，具体地，安装板52呈圆形并通过螺栓(未示出)与炉墙100的内壁面贴合以可靠连接，从而将整个低氮燃烧器安装在炉墙100的内壁面上。同时，扩散筒60、中心喷管30、及稳焰盘31等实体组件均采用能够承受1200℃以上的耐热不锈钢合金制成。

该低氮燃烧器与图3所示出的引风装置70连接。引风装置70的作用是从外界吸入含有氧气的空气(氧气含量约为21％)。引风装置70包括燃烧器本体50、电机72，控制器71，与电机72连通的风罩73。风罩73内设置控制空气流量的阀门(未示出)，燃气输送总管51内设置控制燃气流量的阀门(未示出)。控制器71可选用单片机或者PLC控制的控制硬件，以控制电机72的转速与运行时间。控制器71与电机72均与市电连接。具体的，在本实施例中，该控制器71的型号为西门子LMV智能控制器。

电机72的输出轴(未示出)位于风罩73的部分配置叶片，以通过叶片的转动形成空气流300。空气流300可贯穿该燃烧器本体50，在扩散筒60与内筒40作用下分别形成箭头94所示出的空气流、箭头99所示出的空气流。风罩73的底部设置进风口74，外界中的空气沿箭头704进入到风罩73中。空气流300同时通入由扩散筒60与内筒40所形成的环形腔体17、由中心喷管30与内筒40所形成的环形腔体18中。空气在天然气燃烧的过程中起到助燃作用。

结合图1至图3所示，安装板52连接燃烧器本体50及燃气输送总管51。天然气以箭头501的方向通入燃气输送总管51中。该燃气输送总管51的横截面积为S5。燃烧器本体50的内部为空心结构并与燃气输送总管51连接，燃烧器本体50内置有管道54。管道54与中心喷管30连通，以向中心喷管30内输送天然气。天然气以箭头92所示出的方向通入中心喷管30中。该燃烧器本体50的内部设置多个为燃料喷管独立输送天然气的管道215，且上述管道215均与燃气输送总管51连通，天然气以箭头91所示出的方向通入燃料喷管中。需要说明的是，还可以独立的为燃料喷管配置输送天然气的管道215，并将管道215设置于燃烧器本体的外部。

参图2、图4、图5所示，本实施例中的主燃料喷管20环绕布置在内筒40的外侧，其中主燃料喷管20的自由端配置于内筒40的开口的侧前方。输气管21位于扩散筒60的外侧且垂直配置于安装板52上。输气管21的自由端2100横向贯穿于主燃料喷管20内，且主燃料喷管20的管壁形成有围绕输气管21自由端2100方向环形布置的多个出气孔211(多个出气孔211可均匀环布于主燃料喷管20的管壁)。主燃料喷管20内部形成横截面积为S1的混气通道203，输气管21内部形成横截面积的第一燃气通道217。多个出气孔211形成混气入口，混气通道203的横截面积S1与第一燃气通道217的横截面积S2之比为3:1～2:1，优选地，S1与S2之比为2.8:1。中心喷管30内部形成横截面积为S3的第二燃气通道307。

主燃料喷管20的输入端2001形成有供输气管自由端2100贯穿的窗口2002，且输气管21的外管壁与主燃料喷管20输入端2001的窗口边沿相贴合。其中，窗口2002的径向面尺寸小于主燃料喷管20的径向截面尺寸。出气孔211靠近输气管自由端2100的出气口2101，且出气孔211位于输气管自由端2100的出气口2101的侧前方或侧后方，或输气管自由端2100的出气口2101边沿正对出气孔211。如此设置，便于烟气从出气孔211进入混气通道203中混入还原性离子成分的烟气。降低了在燃烧过程中在燃烧室400中的氮气分子与氧气分子的结合概率，从根本上遏制氮气分子与氧气分子的结合几率，从而显著地降低了燃烧室400内热力型氮氧化物的含量。

其中，出气孔211的形状配置为圆形、矩形、多边形等中的至少一种，只要能够便于烟气通过出气孔211进入主燃料喷管20的混气通道203实现烟气混合循环即可，不限于本实施例中对出气孔211的形状所限定的范围。不难理解，在本实施例的低氮燃烧器中，通过由主燃料喷管20的管壁设置的多个出气孔211所形成的第二混气入口，实现对锅炉的燃烧室在燃料燃烧过程中所形成的烟气的循环，以提高烟气循环的利用率。

如图1所示，可在扩散筒60的外部设置部分包裹输气管21与扩散筒60的保温筒22，保温筒22内部填充保温材料221。具体的，该保温材料221选用石棉绳与耐火泥混合制成。

参图1及图2所示，稳焰盘31开设稳焰孔(未示出)，稳焰孔在稳焰盘31中沿径向方向均匀开设，并与环形腔体18连通。以通过稳焰孔形成密集的纵向火焰314。中心喷管30延伸过稳焰盘31的末端部环形分布若干横向喷射孔311，以通过所述横向喷射孔311形成横向火焰315。稳焰盘31横向凹陷布置于内筒40的内部，稳焰盘31与内筒40之间会形成间隙。同时，中心喷管30的末端可配置为插接连接的中心燃烧头32，中心燃烧头32环布一圈横向喷射孔311；或者省略该中心燃烧头32，并直接在末端封闭的中心喷管30的末端直接开设一圈横向喷射孔311。

同时，在本实施例中，所有第一燃气通道217的横截面积S2之和占燃气输送总管51的总燃气输送量的70～90％，所有第二燃气通道307的横截面积S3之和占燃气输送总管51的总燃气输送量的10～30％。进一步优选的，可将上述燃气消耗比例的设定进一步限定为如下：

所有第一燃气通道217的横截面积S2之和占燃气输送总管51的总燃气输送量的90％，所有第二燃气通道307的横截面积S3之和占燃气输送总管51的总燃气输送量的10％。通过上述燃气消耗比例的设定，能够确保一圈主火焰213的持续稳定的燃烧，既能够降低中心火焰的火焰温度，以降低热力型氮氧化物的产生量，又能够确保主火焰213、横向火焰315及纵向火焰314燃烧的稳定性，解决了传统的低氮燃烧器在燃烧时容易发生“脱火”及由于天然气燃烧不充分所导致的“爆燃”现象。

在本实施例中，扩散筒60的厚度整体保持相同，并在该扩散筒60靠近内筒40的一端形成径向向内收缩的径缩环部61，以通过径缩环部61与内筒40提升流经内筒40与扩散筒60之间所形成的环形腔体17中的空气的流速。

本实施例的实际应用，结合图1至图6进行说明，燃烧器点燃后，火焰穿过稳焰孔形成密集的纵向火焰314，使得内筒40的自由端形成低压区M2，由于主燃料喷管20喷出的气体213会形成位于低压区M2前方的高压区M1，由此，主燃料喷管20喷出的气体213向低压区M2方向向中心喷管30的中轴线200作径向收拢(例如，将气体213a的射流路径径向收拢至气体213b的射流路径)，从而便于稳焰盘31处的火焰更容易地点燃主燃料喷管20喷出的气体，以形成一圈主火焰213’，并确保燃烧室400内混合气体的充分燃烧，且能够有效降低热力型氮氧化物的排放量。

燃烧室400中的烟气(烟气中的氧气含量为3～5％)沿图2和图5中的箭头201所示出的流动路径，自该混气入口进入到混气通道203中。在本实施例中，由于在天然气内混入了大量还原性离子成分的烟气，该还原性离子包括碳离子、氢离子、一氧化碳。通过向混气通道203中混入上述还原性离子成分的烟气，降低了主火焰213’在燃烧过程中在燃烧室400中氮气分子与氧气分子的结合概率，从根本上遏制氮气分子与氧气分子的结合几率，从而显著地降低了燃烧室400内热力型氮氧化物的含量；此外，由于向混气通道203中混入上述还原性离子成分的烟气，使得自第一燃气通道217中输送的天然气的能量密度予以降低。由于内筒40向燃烧室400输送新鲜空气，从而在内筒40的开口处形成“富氧区”。由此使得主火焰213’末端空间的烟气及火焰沿箭头97所示出的路径，回流至“富氧区”，从而保证了天然气的充分燃烧，同时降低了主火焰213’的火焰温度，同时能够使得主火焰213’的火焰温度在燃烧室400中趋于均匀。引风装置70所鼓入的新鲜空气沿着箭头95的方向被吹入燃烧室400中参与燃烧，同时，气流自稳流齿部41的齿形单元410的根部向齿形单元410的顶部方向运动(图6中箭头316所指方向)，形成气体屏障，以实现对内筒40自由端气体的稳流作用。

实施例二：

请结合图1、图3、图5和图7所示，本实施例所揭示的一种低氮燃烧器与实施例一所揭示的低氮燃烧器相比，主要区别在于，本实施例中，自由端设置有收缩部42，收缩部42沿内筒40的轴向设置于端口的内侧，收缩部42由相对靠近扩散筒60的一端朝着端口径向向内收缩。稳流齿部41包括若干连续且均匀排布的齿形单元410，齿形单元410形状为圆弧状。值得说明的是，齿形单元410的形状不唯一，还可以为矩形齿状或者三角状。

本实施例中，输气管21位于扩散筒60的外侧且垂直配置于安装板52上。其中，输气管21由垂直配置于安装板52上且靠近扩散筒60外侧的第一垂直段2111、与第一垂直段2111相连且倾斜方向与径缩环部61的收缩方向匹配的倾斜段2112、以及与倾斜段2112相连且与中心喷管30的中轴线200方向平行的第二垂直段2113构成。

本实施例中，主燃料喷管20与输气管21纵向并分离配置以组成燃料喷管，第二混气入口由主燃料喷管20及输气管21纵向分离所形成。燃烧室400中的烟气(烟气中的氧气含量为3～5％)沿图1中的箭头201’所示出的流动路径，自该混气入口进入到混气通道203中。

本实施例的实际应用，引风装置70所鼓入的新鲜空气沿着箭头95的方向被吹入燃烧室400中参与燃烧，同时，气流自稳流齿部41的齿形单元410的根部向齿形单元410的顶部方向运动(图7中箭头316’所指方向)，形成气体屏障，以实现对内筒40自由端气体的稳流作用。

本实施例与实施例一中相同部分的技术方案，请参实施例一所述，在此不再赘述。

上述两个实施例所揭示的低氮燃烧器，采用在安装板52上垂直设置扩散筒60，同时在扩散筒60嵌设纵向凸伸出扩散筒60的内筒40，内筒40包括远离扩散筒60的自由端，自由端的端口处凸伸形成稳流齿部41，以实现低氮燃烧器末端气体的稳流作用。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种低氮燃烧器，其特征在于，包括：

安装板；

稳焰盘，所述稳焰盘垂直贯穿设置中心喷管；

其中，所述燃料喷管由主燃料喷管以及与所述主燃料喷管相连的输气管组成，所述主燃料喷管的自由端形成于所述内筒开口的侧前方；

2.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，所述内筒为直筒结构。

3.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，所述自由端还包括收缩部，所述收缩部沿所述内筒的轴向设置于所述端口的内侧，所述收缩部由相对靠近所述扩散筒的一端朝着所述端口径向向内收缩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低氮燃烧器，其特征在于，所述稳流齿部包括若干连续且均匀排布的齿形单元，所述齿形单元形状为圆弧状、矩形齿状或三角状。

5.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述输气管贴合所述扩散筒的外侧壁布置。

6.根据权利要求4所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述输气管位于所述扩散筒的外侧且垂直配置于所述安装板上。

7.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述输气管的自由端纵向贯穿于所述主燃料喷管内，且所述主燃料喷管的管壁形成有围绕输气管自由端方向环形布置的多个出气孔，多个所述出气孔形成混气入口。

8.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，

所述混气入口由主燃料喷管及输气管纵向分离所形成，且所述主燃料喷管的自由端的端面与所述主燃料喷管的横向截面平行且相匹配。

9.根据权利要求1所述的低氮燃烧器，其特征在于，

在所述扩散筒的外部设置部分包裹输气管与扩散筒的保温筒，所述保温筒内部填充保温材料。