一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，其燃燒頭主要包括圓柱形空氣流道、旋流盤、一次燃料噴管、一次燃料穩焰盤、二次燃料噴管、擴口、和分級燃料噴管，并進一步對各部件組成結構以及各部件間相對結構進行優化設置，從而最終實現一種具有廣泛應用前景的強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，能夠在減少NOx生成的同時解決預混火焰與煙氣再循環的燃燒不穩定、熱效率低等問題，具有燃燒污染物排放少、燃燒完全、燃燒穩定性好、燃燒效率高、結構簡單可靠等優點，適合于民用和工業爐、重整器以及燃氣輪機的燃燒使用。
【專利說明】
一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種低氮氣體燃燒器，尤其涉及一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器。
【背景技術】
[0002]氮氧化物(NOx)是大氣的主要污染源之一，也是PM2.5二次顆粒物的重要前驅物。隨著環境污染不斷加劇，我國重點區域頻繁出現霧霾，已經對人們的健康造成了巨大的危害。隨著天然氣、石油液化氣以及煤合成氣的燃燒利用，氣體燃燒的污染問題，尤其降低NOx的排放，是一項刻不容緩的任務。因此，控制天然氣燃燒過程中NOx的產生，大力發展低氮燃燒技術具有重要意義。
[0003]現有的低氮燃燒技術包括分級燃燒、預混燃燒、煙氣再循環、多孔介質燃燒、無焰燃燒、化學鏈燃燒等技術，其各自存在著優勢與缺點。
[0004]分級燃燒技術的原理為燃燒溫度在當量比為I的情況下達到最高，在貧燃或者富燃的情況下進行燃燒，其燃燒溫度比當量比為I的燃燒溫度要低，能合理分配爐內的溫度場分布，避免出現局部高溫，達到降低NOx生成的效果。
[0005]預混燃燒是一種降低NOx生成的有效技術，對于控制NOx的生成，這項技術的優點是可以通過對當量比的完全控制來實現對燃燒溫度的控制。通過貧燃燃燒使得燃燒溫度降低，同時使得混合物的當量比小于I，這樣熱力型NOx和快速型NOx生成將降低。但是預混燃燒技術未廣泛應用的限制因素在于:燃燒不穩定，可能導致回火或者熄火;過剩空氣系數較大，降低系統熱效率。
[0006]煙氣再循環可以實現燃燒溫度的降低，通過將煙氣的燃燒產物加入到燃燒區域內，降低了燃燒溫度，同時加入的煙氣降低了氧氣的分壓，這將減弱氧氣與氮氣生成熱力型NOx的過程，從而減少了NOx的生成。研究表明，外部煙氣再循環將減少70%的NOx生成。煙氣再循環的主要問題在于氧氣分壓降低、空氣流速增加使得燃燒不穩定，出現熄火、震蕩等現象。
[0007]在現有技術的基礎上，吸取各個不同低氮燃燒技術的優勢，避開其技術缺陷，從而提出具有超低氮排放量、高燃燒效率及穩定性的低氮燃燒技術，成為目前的研究熱點。
【實用新型內容】
[0008]有鑒于上述現有技術，本新型提出了一種熱效率高、NOx排放濃度較低、燃燒穩定的強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器。
[0009]主要技術方案如下:
[0010]一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，其包括一燃燒頭，該燃燒頭包括:一圓柱形空氣流道;一設置在該圓柱形空氣流道內部的旋流盤，該旋流盤包括旋流盤外環、旋流盤內環、設置在該外環和內環之間的旋流片；其特征在于，該燃燒頭還包括:一設置在燃燒器旋流盤的中心側的一次燃料噴管，該一次燃料噴管包括一次燃料管以及分別設置于該一次燃料管正面與側面的一次燃料正面噴口和側面噴口； 一設置在一次燃料噴管上的一次燃料穩焰盤，該穩焰盤位于一次燃料正面噴口和一次燃料側面噴口之間；多個設置在空氣流道內的二次燃料噴管，二次燃料噴管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空氣流道出口處的二次燃料噴口，二次燃料噴管有兩種布置形式，一種噴管沿軸向布置，燃料沿軸向噴出，另一種噴管沿徑向布置，燃料沿徑向噴出；一設置在空氣流道出口處的擴口；多個設置在擴口周圍的分級燃料噴管，該分級燃料噴管包括分級燃料管以及設置于該分級燃料管正面的分級燃料噴口；在實施過程中，分級燃料比例固定，一二次燃料比例可以調節;所述一次燃料為純燃料或部分預混氣體，預混比例可調節;所述二次燃料為純燃料;所述分級燃料為純燃料;所述一次燃料正面噴口為4個，且直徑為3-5mm，側面噴口為8_12個，且直徑為2-3mm，所述二次燃料噴管為8-16根且噴口直徑為6_10mm，所述的分級燃料噴管為4_6根，且噴口直徑為3-5mm。
[0011]較佳的，分級燃料比例占總燃料比例為10%左右。
[0012]較佳的，二次燃料噴管可全部沿軸向布置、全部沿徑向布置或軸向與徑向交錯布置。
[0013]較佳的，所述沿徑向的二次燃料噴口距離所述外環的距離為該燃料噴口直徑的3倍。
[0014]較佳的，二次燃料比例占總燃料比例為50-70%。
[0015]較佳的，一次燃料正面噴口可軸向或斜向噴出。
[0016]較佳的，分級燃料可沿軸向或斜向噴出。
[0017]較佳的，所述旋流器面積占整個空氣流道面積的70%以上。
[0018]較佳的，所述旋流片的個數為10-20個，所述旋流片的傾斜角度范圍為10-30°。
[0019]較佳的，在所述燃燒器出口設置有擴口，該擴口傾斜角度小于20°，且長度為100-150mmο
[0020]基于上述技術方案，本實用新型所提供的強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，能在減少NOx生成的同時解決預混火焰與煙氣再循環的燃燒不穩定、熱效率低等問題，具有燃燒污染物排放少、燃燒完全、燃燒穩定性好、燃燒效率高、結構簡單可靠等優點，適合于民用和工業爐、重整器以及燃氣輪機的燃燒使用，具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本新型一個實施例中強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器立體結構示意圖；
[0022]圖2是本新型一個實施例中強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器的主視圖；
[0023]圖3是本新型一個實施例中強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器的一次燃料噴管及一次燃料穩焰盤示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖1，通過具體實施例對本新型做進一步說明。該附圖1中附圖標記說明如下:1、空氣流道;2、一次燃料噴管;3、一次燃料穩焰盤;4旋流盤內環;5旋流葉片;6、旋流盤外環;7、二次燃料噴管;8、擴口； 9、分級燃料噴管。
[0025]本新型的一個實施例中公開了一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，具體如附圖1-3所示，其包括一燃燒頭，該燃燒頭包括:一圓柱形空氣流道I; 一設置在該圓柱形空氣流道內部的旋流盤，該旋流盤包括旋流盤外環6、旋流盤內環4、設置在該外環6和內環4之間的旋流片5; —設置在燃燒器旋流盤內環4的中心的一次燃料噴管2，該一次燃料噴管包括一次燃料管以及分別設置于該一次燃料管正面與側面的一次燃料正面噴口和一次燃料側面噴口 ；一設置在一次燃料噴管2上的一次燃料穩焰盤3，該穩焰盤位于一次燃料正面噴口和一次燃料側面噴口之間；多個設置在空氣流道I內的二次燃料噴管7，二次燃料噴管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空氣流道出口處的二次燃料噴口，二次燃料噴管7有兩種布置形式，一種噴管沿軸向布置，燃料沿軸向噴出，另一種噴管沿徑向布置，燃料沿徑向噴出；一設置在空氣流道I出口處的擴口8;多個設置在擴口周圍的分級燃料噴管9，該分級燃料噴管包括分級燃料管以及設置于該分級燃料管正面的分級燃料噴口；在實施過程中，分級燃料比例固定，一二次燃料比例可以調節;所述一次燃料為純燃料或部分預混氣體，預混比例可調節;所述二次燃料為純燃料;所述分級燃料為純燃料。
[0026]相應的，從附圖1中可知該燃燒器從內至外的結構安排，一次燃料噴口位于最中心處，即最中心的圓孔，該一次燃料噴口為四個，燃料噴射方向可為軸向、徑向或斜向(可調節火焰形狀)，斜向穩定性最好，徑向火焰最短，周圍為一次燃料穩焰盤3，起穩定燃燒作用;一次燃料噴管2的周圍為旋流盤，提供旋流氣流，獲得強旋流效果，使得氣流發生翻轉，產生回流區，大大促進混合，促進了火焰的穩定燃燒;再周圍為空氣流道I，該直流空氣流道I內有二次燃料噴管7，燃料可從噴管4沿軸向或徑向噴出，沿軸向噴出為自由射流，火焰長度較長，沿徑向噴出側燃料撞擊旋流器加強混合，火焰長度較短，沿軸向與沿徑向的燃料噴管交錯布置可以達到分級燃燒的目的；再周圍為擴口8，起到增壓整流穩燃的作用;再周圍為分級燃料噴管9，燃料從噴管高速噴出，達到深度分級燃燒的作用，同時可以起到再燃的效果，可以大大降低NOx的生成。
[0027]在一些更具體的實施例中，對噴管及噴口的個數和尺寸進行具體的優化設計，使得燃燒更加穩定，例如，設置所述一次燃料噴口為4個，所述二次燃料噴管7為8-16根且直徑為6-10mm;此外，還可對噴口的布置位置進行具體的優化設計，也可增強燃料的穩定燃燒，例如，設置所述二次燃料噴口距離所述外環的距離為該燃料噴口直徑的1-3倍。
[0028]在另一些更具體的實施例中，分級燃料比例占總燃料比例為10%，為了實現較優的分級燃燒，可對一二次燃料比例進行適當的調節，例如，二次燃料比例占總燃料比例為50-70%。
[0029]在另一些更具體的實施例中，二次燃料噴管可全部沿軸向布置、全部沿徑向布置或軸向與徑向交錯布置。
[0030]在另一些更具體的實施例中，一次燃料可徑向、軸向或斜向噴出。
[0031]在另一些更具體的實施例中，可以對所述旋流器進行具體設計，以實現較好的旋流效果;例如，設置所述旋流器面積占整個空氣流道面積的70 %以上，最佳為70 %-90 %之間，以達到強旋流效果;還可進一步的，設置所述旋流片的個數為10-20個，所述旋流片的傾斜角度范圍為10-30°。
[0032]此外，為了進一步保證燃燒的穩定性，在另一些實施方式中，在所述燃燒器出口設置有擴口，該擴口傾斜角度小于20°，且長度為100-150mm。
[0033]綜上，與現有技術相比較，本實用新型所提供的強旋流部分預混超低氮氣體燃燒器，通過燃料分級來控制混合分數的空間分布，從而控制燃燒速率、火焰區域的溫度以及反應物在高溫區的停留時間，最終有效地降低熱力型和快速型NOx的生成，同時通過旋流器的強旋氣流能形成煙氣內循環，在降低氮氧化物的同時可以實現火焰的穩定燃燒，最終在穩定燃燒的情況下實現NOx生成小于50mg/Nm3(@3.5% )。該發明結合了分級燃燒和旋流度對燃燒火焰的控制，可滿足高煙氣再循環條件下的火焰穩定性，從而把NOx生成降低到小于20mg/Nm3(i3.5%)的超低排放水平，同時也具有較強的燃料適應性。
[0034]可見，基于上述技術方案，本實用新型所提供的強旋流部分預混超低氮氣體燃燒器，能在減少NOx生成的同時解決預混火焰與煙氣再循環的燃燒不穩定、熱效率低等問題，具有燃燒污染物排放少、燃燒完全、燃燒穩定性好、燃燒效率高、結構簡單可靠等優點，適合于民用和工業爐、重整器以及燃氣輪機的燃燒使用，具有廣泛的應用前景。
[0035]這里本新型的描述和應用是說明性的，并非想將本新型的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術任一來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術任一應該清楚的是，在不脫離本新型的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本新型范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
【主權項】
1.一種強旋流燃料分級超低氮氣體燃燒器，包括一燃燒頭，該燃燒頭包括:一圓柱形空氣流道;一設置在該圓柱形空氣流道內部的旋流盤，該旋流盤包括旋流盤外環、旋流盤內環、設置在該外環和內環之間的旋流片；其特征在于，所述燃燒頭還包括:一設置在燃燒器旋流器中心側的一次燃料噴管，該一次燃料噴管包括一次燃料管以及分別設置于一次燃料管正面與側面的一次燃料正面噴口和一次燃料側面噴口； 一設置在一次燃料噴管上的一次燃料穩焰盤，該穩焰盤位于一次燃料正面噴口和一次燃料側面噴口之間；多個設置在空氣流道內的二次燃料噴管，二次燃料噴管包括二次燃料管以及位于二次燃料管正面、空氣流道出口處的二次燃料噴口，二次燃料噴管有兩種布置形式，一種噴管沿軸向布置，燃料沿軸向噴出，另一種噴管沿徑向布置，燃料沿徑向噴出；一設置在空氣流道出口處的擴口；多個設置在擴口周圍的分級燃料噴管，該分級燃料噴管包括分級燃料管以及設置于該分級燃料管正面的分級燃料噴口；在實施過程中，分級燃料比例固定，一二次燃料比例可以調節;所述一次燃料為純燃料或部分預混氣體，預混比例可調節;所述二次燃料為純燃料;所述分級燃料為純燃料;所述一次燃料正面噴口為4個，且直徑為3-5mm，側面噴口為8_12個，且直徑為2-3mm，所述二次燃料噴管為8-16根且噴口直徑為6-10mm，所述的分級燃料噴管為4-6根，且噴口直徑為3-5mm。2.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述分級燃料比例占總燃料比例為10%。3.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述二次燃料噴管可全部沿軸向布置、全部沿徑向布置或軸向與徑向交錯布置。4.根據權利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述沿徑向的二次燃料噴口距離所述外環的距離為該燃料噴口直徑的3倍。5.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述二次燃料比例占總燃料比例為50-70%。6.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述一次燃料正面噴口可軸向或斜向噴出。7.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述分級燃料可沿軸向或斜向噴出。8.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述旋流器的面積占整個空氣流道面積的70%以上。9.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述旋流片的個數為10-20個，所述旋流片的傾斜角度范圍為10-30°。10.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，在所述燃燒器出口設置有擴口，該擴口傾斜角度小于20°，且長度為100_150mm。
【文檔編號】F23D14/58GK205480976SQ201620083228
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月27日
【發明人】潘濤, 宋少鵬, 宋光武, 金大建
【申請人】北京瀧濤環境科技有限公司