CN220249984U - 一种多级喷射低氮燃烧头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级喷射低氮燃烧头，其包括火焰筒、燃气分配管以及燃气集散器，其中所述火焰筒进风端连接导风管，所述火焰筒的末端封闭，在所述火焰筒的筒壁上均匀的布置有多级空气通孔，多根所述燃气分配管环绕所述火焰筒的筒壁布置，所述燃气分配管一端与所述燃气集散器连接，另一端直达所述火焰筒末端，每根所述燃气分配管上均布置有多级喷嘴，每个所述喷嘴与所述火焰筒筒壁上的空气通孔一一对应设置，使得燃气能够均匀的向每一个所述空气通孔分配，并使燃气流与空气流交汇合流。通过这种多级喷射的燃烧方式将整个燃烧按照开孔数平均分配，使得火焰的强度被平均，相对的温度更加平均，减少了局部高温的发生，降低了氮氧化物的产生。

Description

一种多级喷射低氮燃烧头

技术领域

本实用新型属于燃烧器及其相关的空气-燃气-烟气混合装置技术领域，具体涉及一种采用了燃气和空气的多级喷射方式的低氮燃烧头。本实用新型涉及关联的工业燃烧器，类型涵盖包括安装在燃烧室上的燃烧头，燃料为天然气，用于不带外部烟气循环的系统。

背景技术

众所周知，氮氧化物（NOx）是有毒有害气体，其中燃烧过程中主要以热力型氮氧化物为主，其特点是随着火焰和燃烧区域的温度升高，污染物氮氧化物的排放也呈指数级升高，如何控制降低燃烧的火焰温度成为降低热力型氮氧化物的主要技术手段。

目前市场上对于不使用烟气外循环的低氮燃烧器技术，主要有两个方向，一个是烟气内循环低氮燃烧器，另一个是全预混表面燃烧燃烧器。

其中烟气内循环低氮燃烧器的原理是在燃烧头位置使用类似文丘里管的导风环空气部件，利用空气气流被压迫再释放的瞬间会产生吸力的作用，将燃烧室内产生的燃烧烟气重新循环回燃烧的火焰当中，以降低火焰温度，减少氮氧化物的产生。由于近些年我国对于环境保护的要求不断的提高，氮氧化物排放的指标不断在刷新，使得市场上使用的烟气内循环机型，为了满足降低氮氧化物的效果，不得不要求锅炉燃烧室的直径足够大，只有内循环的回流空间充足，才可以保证足够烟气量的内循环效果。加大炉膛尺寸，造成了锅炉成本的大幅增加。而且这些烟气再循环型燃烧器，利用将烟气通过循环方式送入燃烧区域，虽然达到了降低氮氧化物的目的，但是在追求更低排放指标的情况下，必须加大烟气的循环量，使燃烧火焰的强度进一步降低，这些做法会造成燃烧稳定性的下降，容易出现燃烧喘动，火焰不稳定，伴随燃烧器运行的故障率上升。

全预混表面燃烧技术是另一种低氮燃烧技术，同样被广泛用于锅炉系统中，全预混表面燃烧机的头部是由极细金属纤维制成的。金属纤维既能够烧结在一起，形成刚性而多孔的板材，也能够通过纺织工艺制成松软的织物包裹燃烧头。由于金属纤维织物的匀称透气性，燃气与空气经过完全混合后，由金属纤维网喷出，在金属纤维网表面形成一层燃烧火焰，燃烧以两种方式进行，既红外热辐射方式和蓝焰方式。红外热辐射方式是可燃混合物在织物里面进行燃烧，金属纤维织物被加热至白炽状况，热量以辐射方式放出。蓝焰方式是可燃混合物在织物上方燃烧，火焰承蓝色浮在表面上，热量以对流方式放出。特点是燃烧温度匀称，没有局部高温存在，所以降低了氮氧化物的生成。

全预混表面燃烧的缺点主要有以下几点：

空气需要过滤，由于金属表面纤维网非常的细密，空气里的灰尘会堵塞表面织网，造成织网的烧结损坏。为了防止这个问题，通常会增加空气过滤器，但是通常锅炉房的环境灰尘较大，过滤器的可用时间较短，维修频繁，尤其是超过维修周期，过滤器堵塞会造成供风不足，当空气严重不足时,尤其是大功率运行工况下,如果不及时停止加热,极容易损坏表面织物,严重情况下会发生回火。

燃烧热效率低，其次全预混表面燃烧技术，对于氮氧化物的降低，完全依靠增加过剩空气来冷却火焰温度，一般情况下NOx低于30mg的排放要求，通常需要超过50%的过剩空气才能达到，这部分过剩空气将热量白白的带走，浪费能源。

爆炸的危险，由于使用的是燃气与空气的完全预混合后再燃烧的方式，通常天然气和空气燃烧的混合比例1:10，也就是燃气含量10%，而天然气的爆炸极限是5%~13%，这种使用条件对于调试和操作的准确性要求提高，而出现燃烧头破损后回火爆燃的几率无形中增加了。

应用功率的限制，由于表面燃烧金属网的强度有限，当燃烧器功率增加时，必须使用更大的燃烧头，金属表面燃烧的材料没有办法满足大型燃烧器燃烧头尺寸下的强度要求，一般市场上大于3MW的锅炉设备不建议使用全预混金属表面燃烧燃烧器。

在专利号为DE 3811477 A1的专利文件中记载，对于燃气燃烧器，燃气与空气混合在燃烧室入口处，燃气通过一些混合管进入。其中燃气直接经由混合气管及其喷嘴送入燃烧室入口，与助燃空气混合进入燃烧室。燃气管出口在燃烧器混合腔内按照发散方向分布在不同的切面。

在DE 195 09 219的专利文件中记载的是一种方式及其燃烧器的燃烧头，关于燃料气燃烧的同时供应助燃空气，利用带非活性气体降低氮氧化物，其中燃料气分两级，一级叠加在另一级后面，在助燃空气的流动方向上由火焰的根部吹入，第一级超化学反应比的助燃空气与燃料气的混合气体流向火焰，补充的燃料气在第二级切面加入，在哪里循环回来的烟气作为非活性气体加入到第二级，一部分的燃烧气体注入第二级与循环烟气形成低于化学反应比的混合气体，在到达火焰前进行混合。

专利EP 0 635 676的记载的是一种方法用在液体燃料或者气体燃料的低NOx燃烧装置，所用燃烧器伸入到锅炉的燃烧室中，它的燃烧器火焰筒中至少有一个燃料喷嘴用于供应燃料并邻近稳焰盘，这种方法将大量的燃气由稳焰盘向外送到火焰筒的内壁区域，在火焰筒与稳焰盘间隙流过的快速气流会在火焰筒的前缘处产生负压，燃烧室内产生的烟气而通过内部循环，被送到了该负压区，火焰筒上有多个深入到负压区的导流尖角。

中国专利CN112178626B 记载了一种内循环低氮燃气燃烧器 ，旋流器套设在第一燃气管的一端，环形燃气头套设在旋流器的外侧并与旋流器间隙配合 ，第二燃气管向环形燃气头输送燃气，分流管套设在环形燃气头的外侧，隔流件套 设在分流管的外侧，并与分流管形成烟气通道。多组内圈燃气组件位于烟气通道内，多组外圈燃气组件安装在隔流件的周侧。分流管用于分流空气形成混烟用空气以及混燃用空气，混烟用空气流经烟气通道时在进烟口处产生负压，从而吸入燃烧室内的烟气，并重新参与燃烧。由于利用真空直接回收烟气的方式，不但省去了烟气通道，消除了安全隐患，而且降低了使用成本 。

上述已知的这些专利方法和结构要想实现日益增加的对于燃烧设备降低污染物排放的需求，同时满足高效利用能源，并保证设备使用的可靠性与安全性，以及顾及锅炉设备的制造成本时，是不能兼顾的。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种稳定、安全 、高效的适用多种炉膛尺寸，并且满足目前国内最低排放标准要求的低氮燃气燃烧器 。

本实用新型的技术方案是一种多级喷射低氮燃烧头，其包括火焰筒、燃气分配管以及燃气集散器，其中所述火焰筒进风端连接导风管，所述火焰筒的末端封闭，在所述火焰筒的筒壁上均匀的布置有多级空气通孔，燃烧时助燃空气由所述空气通孔均匀的喷出，多根所述燃气分配管环绕所述火焰筒的筒壁布置，所述燃气分配管一端与所述燃气集散器连接，另一端直达所述火焰筒末端，每根所述燃气分配管上均布置有多级喷嘴，每个所述喷嘴与所述火焰筒筒壁上的空气通孔一一对应设置，使得燃气能够均匀的向每一个所述空气通孔分配，并使燃气流与空气流交汇合流。

进一步地，所述空气通孔的形状为圆形、半圆形、方形或者其他形状。

进一步地，所述火焰筒末端使用端盖封闭，以使助燃空气形成压力后由多级所述空气通孔喷出。

进一步地，在所述火焰筒末端端盖的外缘处布置有数量与所述燃气分配管根数相同的端盖空气通孔，所述燃气分配管的末端轴向喷嘴与所述端盖空气通孔一一对应设置，所述轴向喷嘴喷射出的燃气与所述端盖空气通孔喷出的空气合流，形成燃烧头末端轴向火焰。

进一步地，所述端盖空气通孔形状为半圆、圆形或其他形状。

进一步地，所述空气通孔开口位置布置有条形、十字形、圆形或其他形状的稳焰挡片。

进一步地，所述燃气集散器的一端连接主燃气管道，另一端有多个出气支管分别和对应的燃气分配管相连接，进行燃气分配。

本实用新型通过利用将燃烧头火焰筒末端封闭后，在火焰筒外壁分级分组均匀的布置空气通孔喷口，并将燃气通过燃气分配管以及分配管上的喷嘴均匀配置到每一个空气喷口，形成多级独立火焰的新型燃烧方式，将整体燃烧平均为多组分隔的火焰，从而防止了火焰的局部高温现象，并且随着分级的燃烧烟气流入下一级火焰时，进一步发挥了烟气内循环的作用，使得火焰温度进一步的降低，氮氧化物的排放更加减少。

本实用新型克服了现有燃烧头存在的缺陷，本实用新型的燃气和空气多级喷射低氮燃烧头通过使用封堵了末端出口的火焰筒，将助燃空气由火焰筒外壁的多级空气通孔喷口喷出后与相对应燃气喷嘴的分级燃气合流，混合燃烧的结构，既保证了燃烧发生在燃烧头的火焰筒外部，又有效的降低了火焰温度。在达到降低氮氧化物的目的同时，既保证了燃烧器使用的安全性，又确保了燃烧头的设备强度。对比烟气内循环燃烧器，解决了在较小炉膛直径的情况下，完全满足低氮排放的目前我国最严格环保标准要求，并且燃烧稳定故障率低；对比全预混表面燃烧燃烧器，没有空气过滤的担心，燃烧完全发生在燃烧头外部，良好的解决了产品使用寿命和易用性的问题，同时燃烧头的结构方式保证了基本的机械强度，使得产品功率大小不受限制。

综上所述，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种燃气和空气的多级喷射低氮燃烧头技术，满足在燃烧室直径较小的情况下，实现低氮氧化物排放，燃烧效率更高，燃烧室温度均匀，换热效果更好，锅炉能耗更低，锅炉的制造成本更低。

附图说明

图1所示为本实用新型的多级喷射低氮燃烧头置于燃烧室的结构示意图。

图2所示为本实用新型的多级喷射低氮燃烧头的结构示意图。

图3所示为本实用新型的多级喷射低氮燃烧头结构部分剖视图。

图4所示为本实用新型的多级喷射低氮燃烧头的正视图。

图5所示为本实用新型的多级喷射低氮燃烧头火焰筒结构示意图。

附图标记：1、燃烧室；2、燃烧头；3、火焰筒；4、燃气分配管；5、燃气集散器；6、导风管；11、燃烧室前墙；12、燃烧室炉壁；13、热媒；21、燃烧室连接法兰；31、端盖；32、火焰筒壁；33、空气通孔；34、稳焰挡片；35、端盖空气通孔；36、火焰筒连接法兰；41、喷嘴；51、进气主管；52、出气支管；61、导风管连接法兰。

实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、技术特征、达成目的与技术功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本实用新型作具体阐述。

如图1至图5所示，其示出了本实用新型多级喷射低氮燃烧头的具体原理和具体结构。

如图1所示，本实用新型的一种燃气和空气多级喷射低氮燃烧头，通过燃烧室连接法兰21安装在燃烧室1的燃烧室前墙11上，燃烧室炉壁12的外侧是热媒13，燃烧头2的空气和燃气多级喷射部件伸入到燃烧室1内部。

如图2和图3所示，公开了一种多级喷射低氮燃烧头的具体结构，该燃烧头采用燃气和空气可以多级喷射合流的结构，该燃烧头包括火焰筒3、燃气分配管4、燃气集散器5以及导风管6，其中所述燃气集散器5安装在导风管6内部，火焰筒3的进风端通过火焰筒连接法兰36与导风管6的导风管连接法兰61嵌套连接。所述火焰筒3由端盖31封闭，在火焰筒壁32上均匀的布置多级多组的空气通孔33。由于火焰筒3末端封闭，燃烧时助燃空气在火焰筒3内形成压力，继而空气由火焰筒壁32上的空气通孔33均匀的喷出。同时环绕火焰筒3的筒壁均匀的布置有多根燃气分配管4，所述燃气分配管4一端与燃气集散器5连接，由导风管6与火焰筒3的连接法兰36上的开孔穿出，另一端安装有喷嘴41，并且直达火焰筒3末端。所述燃气分配管4上布置多组喷嘴41，每个所述喷嘴41与所述火焰筒筒壁上的空气通孔33一一对应设置，使得燃气能够通过这些喷嘴41均匀的向每一个空气通孔33准确分配，并与空气流合流，继而实现以每一个空气通孔33为单元的多级多组的独立小火焰，独立小火焰数量等于空气通孔33数量，独立小火焰组成了多级燃烧方式。

本实用新型的火焰筒3外壁布置有多级多组的开孔作为空气通孔33，用于助燃空气的喷出，开孔空间位置布置条形挡片作为稳焰挡片34，在空气气流喷出时，在稳焰挡片34背面形成局部负压区，燃气进入稳焰挡片34背后的负压区并驻留，形成驻点火焰，确保火焰生根，获得稳定可靠的燃烧效果。

如图2和图4所示，火焰筒3末端使用端盖31封闭，在封闭的圆形端面的外缘处，布置数量与燃气分配管4个数相同的轴向端盖空气通孔35，端盖空气通孔35形状为半圆形，用于作为在燃烧头轴向方向燃烧所需的空气分配。轴向的端盖空气通孔35的开孔位置，位于燃气分配管4环绕火焰筒3的相同盘面角度位置，燃气分配管4的末端出口安装燃气喷嘴41，喷射出的燃气与端盖空气通孔35喷出的空气合流，从而形成燃烧头末端轴向火焰。用作空气的喷出。为了防止环绕火焰筒形成的多级燃烧出现不均衡，或者中断的情况下，会出现不完全燃烧产物，一旦有不完全燃烧物产生，末端轴向火焰可用来持续加热这些前几级燃烧产生的不完全燃烧产物，使其能够完全燃烧后再排出燃烧室。

如图2和图5所示，火焰筒3壁上布置有多级多组的空气通孔33，开孔空间位置布置有长方形的稳焰挡片34，当助燃空气气流喷出时，在稳焰挡片34背面形成局部负压区。燃气分配管4上布置多个喷嘴41，燃气通过这些喷嘴41，向每一个空气通孔33的喷口分配，燃气进入稳焰挡片34背后的负压区并驻留，形成驻点火焰。

如图3所示，燃气集散器5的一端连接进气主管51，另一端有多个出气支管52分别和对应的燃气分配管4连接，进行燃气分配。

本实用新型的多组多级每个空气通孔喷口所形成的单独火焰，随着燃烧器运行中负荷增加时，空气通孔33的出口流速也逐渐加快，火焰根部也逐渐脱离火焰筒表面，向炉膛内壁方向移动，火焰根部距离火焰筒外壁增大，可混入烟气量增多，氮氧化物降低越明显。

本实用新型的所述多组多级的每个空气通孔出口所形成的单独火焰，在空气通孔的出口流速足够快的情况下，火焰根部完全脱离火焰筒外壁，燃烧将以燃烧室内壁为驻点，形成围绕炉壁的驻点火焰环。由于火焰直接贴附在炉壁上，受到热媒的直接冷却，可以降低氮氧化物的生成，并且提高了热量的传导效率。

Claims (7)

1.一种多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，包括火焰筒、燃气分配管以及燃气集散器，其中所述火焰筒进风端连接导风管，所述火焰筒的末端封闭，在所述火焰筒的筒壁上均匀的布置有多级空气通孔，燃烧时助燃空气由所述空气通孔均匀的喷出，多根所述燃气分配管环绕所述火焰筒的筒壁布置，所述燃气分配管一端与所述燃气集散器连接，另一端直达所述火焰筒末端，每根所述燃气分配管上均布置有多级喷嘴，每个所述喷嘴与所述火焰筒筒壁上的空气通孔一一对应设置，使得燃气能够均匀的向每一个所述空气通孔分配，并使燃气流与空气流交汇合流。

2.根据权利要求1所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，所述空气通孔的形状为圆形、半圆形或者方形。

3.根据权利要求1所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，所述火焰筒末端使用端盖封闭，以使助燃空气形成压力后由多级所述空气通孔喷出。

4.根据权利要求3所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，在所述火焰筒末端端盖的外缘处布置有数量与所述燃气分配管根数相同的端盖空气通孔，所述燃气分配管的末端轴向喷嘴与所述端盖空气通孔一一对应设置，所述轴向喷嘴喷射出的燃气与所述端盖空气通孔喷出的空气合流，形成燃烧头末端轴向火焰。

5.根据权利要求4所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，所述端盖空气通孔形状为半圆或圆形。

6.根据权利要求1所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，所述空气通孔开口位置布置有条形、十字形或圆形的稳焰挡片。

7.根据权利要求1所述的多级喷射低氮燃烧头，其特征在于，所述燃气集散器安装在所述导风管内部，所述燃气集散器的一端连接主燃气管道，另一端有多个出气支管分别和对应的燃气分配管相连接，进行燃气分配。