CN219414752U - 一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，可有效解决燃气与空煤的充分且均匀的预混合，提高燃气完全燃烧程度、有效防止回火与燃烧震荡，提高节能低氮排放的性能问题。离心式助燃风机与旋流变速喷射燃烧器经燃烧器预混气流进气管相互连通，燃气进口主管插入助燃风机出口管内端头部分，分成多支燃气分支管，燃气分支管与燃烧器预混气流进气管的进口相连通，调节气流进气管沿燃烧器中心插入且调节燃气喷射口朝向燃烧器出口，在蜗壳状的离心式助燃风机的机壳内装有助燃风机叶轮，沿助燃风机叶轮轴向装有助燃风机进气口管以及沿周边切向接助燃风机出口管，离心式助燃风机轴向另一端与提供动力的助燃风机驱动电机的电机轴相连。

Description

一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及燃烧装置，特别是采用高压高热值燃气高速喷射卷吸助燃空气，并以强旋流且变速的方式进行空燃气快速剧烈的预混合，从而实现空燃气充分均匀预混燃烧的一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置。

背景技术

燃烧装置是各种以石化燃料为能源的热利用设备，如加热炉、锅炉及各种炉窑等能源提供的主要与重要的装备，对于使用气体燃料的燃烧装置（燃烧器）而言，提高空气与燃气间的充分均匀的预混合以实现高效完全燃烧（充分均匀的预混燃烧），以及在控制氧浓度下降低氮氧化物排放是当前较为紧迫的现实问题。但传统的燃烧方式对这一点极为忽视，有些即使在形式上是预混燃烧器结构，其实做不到充分预混合与均匀预混合的技术效果，这实质上是对如何实现预混燃烧缺乏认识以及传统定义的得不明确。同时，燃烧装置出口气流分布的均匀程度、燃烧装置的紧凑化设计、以及燃烧装置热功率（热负荷）的提升等也是一些值得持续探索与研究的方向。此外，由于很多燃烧器在结构上存在的问题，严重影响热设备的性能和使用效果。为此，提出一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，该装置采用高压燃气引射助燃空气快速预混，继而采用强旋高（变）速的结构达到充分均匀预混的全预混燃烧装置，由于实现燃气与空煤的充分且均匀的预混合，提高了燃气完全燃烧程度、有效控制了氮氧化物生成，同时有效防止回火与燃烧震荡、促进燃烧装置结构的紧凑，其高效节能低氮排放的性能十分显著，是一种结构稳定与性能优化的结构独特的燃烧装置，但至今未见有公开报导。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，可有效解决燃气与空煤的充分且均匀的预混合，提高燃气完全燃烧程度、控制氮氧化物生成，有效防止回火与燃烧震荡、促进燃烧装置结构的紧凑，提高节能低氮排放的性能问题。

本实用新型解决的技术方案是，一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，包括助燃风机、燃烧器和驱动电机，平行设置的离心式助燃风机与旋流变速喷射燃烧器经燃烧器预混气流进气管相互连通，燃气进口主管插入助燃风机出口管内端头部分，分成多支互相平行的燃气分支管，每个燃气分支管的出口与燃烧器预混气流进气管的进口相连通，调节气流进气管沿燃烧器中心插入且调节燃气喷射口朝向燃烧器出口，在蜗壳状的离心式助燃风机的机壳内装有助燃风机叶轮，沿助燃风机叶轮轴向装有助燃风机进气口管以及沿周边切向接助燃风机出口管，离心式助燃风机轴向另一端与提供动力的助燃风机驱动电机的电机轴相连，燃烧器的壳体为一端封闭的喇叭状的空壳，在接近封闭端有连通助燃风机出口管的燃烧器预混气流进气管切向接入并连通强旋流预混室的沿周向设置的强旋流预混环槽，燃烧器中段的缩放状的预混气流缩放流道连接燃烧器出口，燃烧器出口内装有陶瓷格栅，在燃烧器壳体缩放段最窄处为旋流预混气喷出口，调节气流进气管上装有调节燃气控制阀，调节气流进气管上端从燃烧器封闭端沿其轴线插入，穿过强旋流预混室并端部收缩形成调节燃气喷射口进入且连通预混气缩放流道，调节燃气喷射口的出口端按照炉膛结构渐变为椭圆形或矩形。

本实用新型是充分均匀预混可控燃烧与蓄热体流场可调的装置，集多种流体流动、燃气燃烧、传热与蓄热技术于一体的具有综合创新与独特创新相互融合与优化的一种新型热风炉结构，其燃烧器中空煤气分层次交错排列的旋流预混合结构更能有效实现空煤气充分且均匀预混合的功能（预混合程度的提升），其高压气流强旋流燃烧调节装置更具有维持燃烧过程中主动与强制调节的功能，充分实现在热风炉运行过程中对燃烧强度、燃烧方式、及燃烧温度的主动有效控制，同时停止燃烧后高压气流的吹扫有效防止与避免了充风过程中残余煤气爆燃的发生，以及对送风温度的调节与控制温度；其蓄热体气流调节层的设置有效实现了对蓄热体气流分布均匀性的调节，尤其是在送风周期能有效克服气流温度高流动阻力大的特性引起的气流流动自发偏斜现象，由于旋流燃烧室中堆砌蓄热体格子砖，使得热风炉结构更加紧凑，在有效提高燃烧强度的同时提高热风炉高温结构的稳定性，且还能降低热风炉的初投资费用，是燃烧装置上的一大创新，有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型结构的主视剖面图。

图2为本实用新型结构的俯视剖面图。

图中：燃气进口主管1-0、燃气分支管1-1、燃气分支管的出口1-2、离心式助燃风机2-0、助燃风机叶轮2-1、助燃风机进气口管2-2、助燃风机出口管2-3、助燃风机驱动电机2-4、燃烧器3-0、燃烧器预混气流进气管3-1、强旋流预混环槽3-2、强旋流预混室3-3、预混气缩放流道3-4、旋流预混气喷出口3-5、燃烧器出口3-6、陶瓷格栅3-7、调节气流进气管4-0、调节燃气控制阀4-1、调节燃气喷射口4-2。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

由图1、2所示，本实用新型一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，包括助燃风机、燃烧器和驱动电机，平行设置的离心式助燃风机2-0与旋流变速喷射燃烧器3-0经燃烧器预混气流进气管3-1相互连通，燃气进口主管1-0插入助燃风机出口管2-3内端头部分，分成多支互相平行的燃气分支管1-1，每个燃气分支管1-1的出口1-2与燃烧器预混气流进气管3-1的进口相连通，调节气流进气管4-0沿燃烧器3-0中心插入且调节燃气喷射口4-2朝向燃烧器出口3-6，在蜗壳状的离心式助燃风机2-0的机壳内装有助燃风机叶轮2-1，沿助燃风机叶轮2-1轴向装有助燃风机进气口管2-2以及沿周边切向接助燃风机出口管2-3，离心式助燃风机2-0轴向另一端与提供动力的助燃风机驱动电机2-4的电机轴相连，燃烧器3-0的壳体为一端封闭的喇叭状的空壳，在接近封闭端有连通助燃风机出口管2-3的燃烧器预混气流进气管3-1切向接入并连通强旋流预混室3-3的沿周向设置的强旋流预混环槽3-2，燃烧器中段的缩放状的预混气流缩放流道3-4连接燃烧器出口3-6，燃烧器出口3-6内装有陶瓷格栅3-7，在燃烧器壳体缩放段最窄处为旋流预混气喷出口3-5，调节气流进气管4-0上装有调节燃气控制阀4-1，调节气流进气管4-0上端从燃烧器封闭端沿其轴线插入，穿过强旋流预混室3-3并端部收缩形成调节燃气喷射口4-2进入且连通预混气缩放流道3-4，调节燃气喷射口4-2的出口端按照炉膛结构渐变为椭圆形或矩形。

为了保证使用效果和使用方便，所述的燃烧器3-0的壳体为适应高温环境的耐热钢或不锈钢材质制成的横截面为圆形的空心体。

所述的强旋流预混环槽3-2的截面为圆弧形，以便在高速旋流过程中产生二次对涡旋流，强化空燃气之间的进一步充分均匀混合。

所述的陶瓷格栅3-7是用耐高温陶瓷材料制作成的网格状结构，厚度平面形成气流界面小、长度长的小孔道，防止高温热辐射进入燃烧器。

所述的调节气流进气管4-0插入燃烧器并逐步收缩成为调节燃气喷射口4-2，并在预混气缩放流道3-4最窄处的旋流预混气喷出口3-5中心附近与之连通，便于气流精准的调节与控制。

由以上可以看出，本实用新型一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，包括助燃风机、燃烧器和驱动电机，在平行水平方向设置助燃风机与喇叭状的预混燃烧器，并通过连通管道将它们在垂直水平方向相互连通，高压燃气管道分为多根支管水平方向插入连通管道；连通管道是由助燃风机水平出风管和燃烧器水平切向进口管组合而成，燃气管道多根支管的喷出口设置在它们分界面附近；燃烧器是一端封闭一端开口中部收缩的结构形状，封闭端为旋流预混室，有水平切向进口管与之连通，继而缩放喷管与旋流预混室连通，缩放喷管出口端设置有用于稳焰的陶瓷格栅，调节燃气管从燃烧器封闭端中心轴向插入，一直延伸到接近缩放喷管最小截面处。

本实用新型使用时，开启助燃风机驱动电机2-4，带动助燃风机，助燃空气在助燃风机出口处与从高压燃气管支管喷射出的燃气相遇，受其高压喷射携带一起通过其出口经燃烧器水平切向进口管而进入燃烧器旋流预混室，在其圆周向预混环槽的作用下实现空燃气之间充分均匀的预混合，其瞬时预混合程度取决于切向流速与轴向流速的相对大小（即旋流强度的大小），其值越大效果越好；燃气与空气经充分均匀预混合之后，进入缩放状的预混气流喷出管，在此预混气流切向流速与轴向流速均完成先加速后减速的流动过程，以进一步达到预混气的更加充分均匀的预混合；之后，流经陶瓷格栅3-7（稳焰装置），轴向流速增加而过滤掉大的旋流流动而达到均匀且充分的紊流预混气流进入炉膛完成预热、着火与燃烧过程，由于极快的化学反应速率，形成视觉上的无焰燃烧状态；调节气流采用高压燃气气流，一则起到主动调控作用，二则防止扩散段中心回流的出现，三则是削弱已经形成气流的预混程度，从而实现对燃烧过程起到积极主动地调节功能，集引射、强旋、变速、稳焰及调节于一体，有效利用高压气流引射混合在节能的基础上完成初步预混，接着采用涡环旋流实现充分预混合，再进入缩放喷管实现旋流变速混合达到几乎100%的化学当量级别的完全预混，旋流无分离扩散实现均匀分布，再经由陶瓷网格稳焰体滤掉大漩涡并提高流速形成均化防回火预混燃烧。

本实用新型与现有技术相比，有显著的技术优势，可归纳为：

1、高压燃气引射卷吸空气预混合与强旋涡旋流动的结合有效实现空燃气间的充分且均匀的预混合，为预混燃烧提供有利条件；

2、利用缩放喷管的收缩段使得强旋流预混气流在周向与轴向速度进一步提升的过程中强化预混合程度，实现几乎100%的预混气流，进而利用扩散段完成预混气流的旋流无分离均匀化；由于收缩段的高流速也能有效阻断在扩散段的燃烧过程向旋流预混室蔓延（深度回火）；

3、通道陶瓷网格稳焰体提高流速防止回火与防止燃烧器气流的辐射高温影响缩放喷管，同时利用陶瓷网格稳焰体向火面的高温点燃预混气流实现稳定的预混燃烧，更由于预混气流尽可能小的气流分隔也有效防止了燃烧震荡；

4、为实现强旋高速与变速预混燃烧，紧凑的燃烧装置结构是必然选择，其单体的有效热负荷也得以实现，起到降本增效的技术效果；

5、由于燃烧装置能实现空气与燃气的完全充分预混合的可调控燃烧，氮氧化物能得到有效控制，完全达到超低排放的环保要求，有效节省烟气处理费用和设备。

在此需要说明的是，上述给出的仅是该热风炉的实施例，是用于说明本实用新型的具体实施方式，而不是用于限制本实用新型的保护范围，凡是采用等同、等效手段所作出的在本质上与本实用新型相同的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，包括助燃风机、燃烧器和驱动电机，其特征在于，平行设置的离心式助燃风机（2-0）与旋流变速喷射燃烧器（3-0）经燃烧器预混气流进气管（3-1）相互连通，燃气进口主管（1-0）插入助燃风机出口管（2-3）内端头部分，分成多支互相平行的燃气分支管（1-1），每个燃气分支管（1-1）的出口（1-2）与燃烧器预混气流进气管（3-1）的进口相连通，调节气流进气管（4-0）沿燃烧器（3-0）中心插入且调节燃气喷射口（4-2）朝向燃烧器出口（3-6），在蜗壳状的离心式助燃风机（2-0）的机壳内装有助燃风机叶轮（2-1），沿助燃风机叶轮（2-1）轴向装有助燃风机进气口管（2-2）以及沿周边切向接助燃风机出口管（2-3），离心式助燃风机（2-0）轴向另一端与提供动力的助燃风机驱动电机（2-4）的电机轴相连，燃烧器（3-0）的壳体为一端封闭的喇叭状的空壳，在接近封闭端有连通助燃风机出口管（2-3）的燃烧器预混气流进气管（3-1）切向接入并连通强旋流预混室（3-3）的沿周向设置的强旋流预混环槽（3-2），燃烧器中段的缩放状的预混气流缩放流道（3-4）连接燃烧器出口（3-6），燃烧器出口（3-6）内装有陶瓷格栅（3-7），在燃烧器壳体缩放段最窄处为旋流预混气喷出口（3-5），调节气流进气管（4-0）上装有调节燃气控制阀（4-1），调节气流进气管（4-0）上端从燃烧器封闭端沿其轴线插入，穿过强旋流预混室（3-3）并端部收缩形成调节燃气喷射口（4-2）进入且连通预混气缩放流道（3-4），调节燃气喷射口（4-2）的出口端按照炉膛结构渐变为椭圆形或矩形。

2.根据权利要求1所述的燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧器（3-0）的壳体为适应高温环境的耐热钢或不锈钢材质制成的横截面为圆形的空心体。

3.根据权利要求1所述的燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，其特征在于，所述的强旋流预混环槽（3-2）的截面为圆弧形，以便在高速旋流过程中产生二次对涡旋流，强化空燃气之间的进一步充分均匀混合。

4.根据权利要求1所述的燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，其特征在于，所述的陶瓷格栅（3-7）是用耐高温陶瓷材料制作成的网格状结构，厚度平面形成气流界面小、长度长的小孔道，防止高温热辐射进入燃烧器。

5.根据权利要求1所述的燃气引射空气旋流变速预混的高效低氮燃烧装置，其特征在于，所述的调节气流进气管（4-0）插入燃烧器并逐步收缩成为调节燃气喷射口（4-2），并在预混气缩放流道（3-4）最窄处的旋流预混气喷出口（3-5）中心附近与之连通，便于气流精准的调节与控制。