CN106949471A - 一种低排放冷焰多级预混燃烧器 - Google Patents

一种低排放冷焰多级预混燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低排放冷焰多级预混燃烧器，包括点火枪、燃气喷气管，所述燃气喷气管上设有三处喷气出口，通过三个燃烧区，分级燃烧；预混火焰从喷气出口高速喷射出，迅速接触到热传输管，使得火焰温度快速下降，接触到冷媒的火焰，被反射回来，形成燃烧的气帘，使得燃烧后的废气参与到二次燃烧中，充当烟气再循环，有效降低了氮氧化物的产生；独特的文丘里预混结构使得空气、燃料混合更充分；通过高调节比，宽空气过剩系数范围的点火枪，保证了火焰能够顺利建立。

Description

一种低排放冷焰多级预混燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，特别是一种锅炉用低排放冷焰多级预混燃烧器。
背景技术
随着工业快速发展，环境污染变得日益严重，高效低污染的燃烧技术及产品的开发研究日趋重要。
低污染的燃烧即是控制燃烧过程中氮氧化物(NOX)的排放，NOX的生成主要与燃烧火焰的温度、燃烧气体中氧的浓度、燃烧气体在高温下的滞留时间及燃料中的含氧量因素有关。
现有的锅炉燃烧器使用金属纤维做燃烧管，将预混燃气在金属表面燃烧，为了实现低排放，通常过剩空气需要控制在40％左右，表面燃烧的效率低。由于金属纤维的纤维网格小，且多层排列，一旦空气中的脏的颗粒进入，会堵住网格，导致局部温度变高，金属纤维随之被烧毁。
烟气再循环技术即将一部分排气返回到送气***，降低混合气中的氧浓度，起热量吸收体的作用，不致使燃烧温度变得过高，从而抑制氮氧化物的生成。烟气循环率通常是尾气总量的5-20％，使NOX产生量降低10-90％。但是利用烟气再循环，需要增加管路，空间不足，如果烟气和助燃风机入口距离远，废气温度太高，不太实用，冬天温度低，会产生冷凝水，增加了维修难度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种结构简单的低排放冷焰多级预混燃烧器。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低排放冷焰多级预混燃烧器，包括：
燃气喷气管，设有三处喷气出口，所述燃气喷气管外部区域与被加热体之间形成燃烧室；
点火枪，其点火口设置在所述三处喷气出口的任意一处或多处。
进一步地，所述燃气喷气管头部的顶壁上开有第一喷气出口，用于当流过所述第一喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时建立第一火焰，所述第一火焰从所述燃气喷气管头部的顶壁向外延伸，所述第一喷气出口为多个小通孔，所述小通孔从顶壁中心向周向侧壁延伸排列。
进一步地，所述燃气喷气管头部的周向侧壁开有第二喷气出口，所述第二喷气出口朝向被加热体，用于当流过所述第二喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第二火焰，所述第二火焰在被加热体表面形成稳定的尖端。
进一步地，所述燃气喷气管的周向侧壁开有第三喷气出口，所述第三喷气出口朝向被加热体，用于当流过所述第三喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第三火焰，所述第三火焰在被加热体表面形成稳定的尖端。
采用上述优选的方案，通过三个燃烧区，分级燃烧；点火枪设在第一喷气出口处，第一火焰在此产生，在点燃时在中心和周边边缘之间延伸，以保持分离的第二火焰的点燃；第一火焰产生之后第二喷气出口处的第二火焰(主火)即被引燃；当主火流量加大时，第三喷气出口处的第三火焰产生，形成花瓣形火焰；第二火焰(主火)从第二喷气出口高速喷射出，迅速接触到被加热体，使得火焰温度快速下降，接触到冷媒的火焰，被反射回来，形成燃烧的气帘，使得燃烧后的废气参与到第三喷气出口处的二次燃烧中，充当烟气再循环，有效降低了氮氧化物的产生。
进一步地，所述点火枪位于所述燃气喷气管内部，所述点火枪包括由里向外依次套设的火花塞、点火枪燃气管、点火枪空气管，所述火花塞点火口、点火枪燃气管出口、点火枪空气管出口均设置在所述第一喷气出口处，所述点火枪燃气管、点火枪空气管尾部分别设有点火枪燃气进口、点火枪空气进口。
采用上述优选的方案，点火枪设于燃气喷气管内部，拥有单独的燃气管、空气管结构，其过剩空气系数入范围可以实现0.5-100，用于实现抗复杂燃烧环境气压、气流的变化，稳定建立点火火焰。
进一步地，所述第一喷气出口导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量，所述第二喷气出口导出所述空气-燃料混合物的40％-80％的出气量，所述第三喷气出口导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量。
采用上述优选的方案，通过各喷气出口的构造提供各喷气出口相应的出气量，以实现烟气再循环，确保氮氧化物的低排放。
进一步地，所述第二喷气出口与第三喷气出口之间的距离为所述燃气喷气管直径的2-4倍。
进一步地，被加热体直径为所述燃气喷气管直径的2-4倍。
采用上述优选的方案，合适的尺寸比例设计，更易实现冷焰，保证燃烧的充分和高效，实现超低排放。
进一步地，所述燃气喷气管尾端连接有预混箱，所述预混箱一端与空气供给管相连通，所述预混箱内设置有文丘里管，所述文丘里管大开口端与所述预混箱内壁贴合，所述文丘里管的小开口端与所述燃气喷气管尾端开口相连通，所述文丘里管外部区域与所述预混箱内部区域所形成的腔道为燃料供给通道，所述预混箱箱壁靠文丘里管大开口端设有燃料供给口，所述文丘里管靠小开口端的管壁上设有燃料输出口。
采用上述优选的方案，空气通过文丘里管缩小的过流断面时，出现流速增大的现象，流速的增大伴随着空气压力的降低，对燃料产生了抽吸作用，使得空气与燃料更好地进行预混合。
进一步地，所述空气供给管与所述预混箱垂直设置，连通过渡面为弧面。
采用上述优选的方案，使得空气在预混箱内形成搅动气流，能够与燃料进行更好预混。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是燃气喷气管的结构示意图；
图3是燃气喷气管与被加热体间生成的火焰示意图；
图4是点火***构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
1-被加热体；2-燃气喷气管；21-第一喷气出口；22-第二喷气出口；23-第三喷气出口；211-第一火焰；221-第二火焰；231-第三火焰；3-预混箱；4-文丘里管；5-空气供给管；6-燃料供给口；7-燃料输出口；8-点火枪；81-火花塞；811-火花塞点火口；82-点火枪燃气管；821-点火枪燃气进口；83-点火枪空气管；831-点火枪空气进口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了达到本发明的目的，如图1所示，本发明的一种实施方式为：一种低排放冷焰多级预混燃烧器，包括燃气喷气管2、点火枪8，燃气喷气管2设有三处喷气出口，燃气喷气管2外部区域与被加热体1之间形成燃烧室；点火枪8点火口设置在所述三处喷气出口的任意一处或多处。
采用上述技术方案的有益效果是：通过三个燃烧区，分级燃烧，有效降低了氮氧化物的产生。
如图2-3所示，在本发明的另一些实施方式中，为了达到烟气再循环，以实现低排放的目的，燃气喷气管2头部的顶壁上开有第一喷气出口21，用于当流过第一喷气出口21的空气-燃料混合物的一部分被点燃时建立第一火焰211，第一火焰211从燃气喷气管2头部的顶壁向外延伸，第一喷气出口21为多个小通孔，所述小通孔从顶壁中心向周向侧壁延伸排列；燃气喷气管2头部的周向侧壁开有第二喷气出口22，第二喷气出口22朝向被加热体1，用于当流过第二喷气出口22的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第二火焰221，第二火焰221在被加热体1表面形成稳定的尖端；燃气喷气管2的周向侧壁开有第三喷气出口23，第三喷气出口23朝向被加热体1，用于当流过第三喷气出口23的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第三火焰231，第三火焰231在被加热体1表面形成稳定的尖端。
通过三个燃烧区，分级燃烧；点火枪8设在第一喷气出口21处，第一火焰211在此产生，在点燃时在中心和周边边缘之间延伸，以保持分离的第二火焰221的点燃；第一火焰211产生之后第二喷气出口22处的第二火焰221(主火)即被引燃；当主火流量加大时，第三喷气出口23处的第三火焰231产生，形成花瓣形火焰。采用上述技术方案的有益效果是：第二火焰221(主火)从第二喷气出口22高速喷射出，迅速接触到被加热体1，使得火焰温度快速下降，接触到冷媒的火焰，被反射回来，形成燃烧的气帘，使得燃烧后的废气参与到第三喷气出口23处的二次燃烧中，充当烟气再循环，有效降低了氮氧化物的产生。
如图4所示，在本发明的另一些实施方式中，为了达到稳定建立点火火焰的目的，点火枪8位于燃气喷气管2内部，点火枪8包括由里向外依次套设的火花塞81、点火枪燃气管82、点火枪空气管83，火花塞点火口811、点火枪燃气管出口、点火枪空气管出口均设置在第一喷气出口21处，点火枪燃气管82、点火枪空气管83尾部分别设有点火枪燃气进口821、点火枪空气进口831。采用上述技术方案的有益效果是：点火枪8设于燃气喷气管2内部，拥有单独的燃气管、空气管结构，其过剩空气系数入范围可以实现0.5-100，用于实现抗复杂燃烧环境气压、气流的变化，稳定建立点火火焰。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到更好地实现烟气再循环的目的，第一喷气出口21导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量，第二喷气出口22导出所述空气-燃料混合物的40％-80％的出气量，第三喷气出口23导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量。采用上述技术方案的有益效果是：通过各喷气出口的构造提供各喷气出口相应的出气量，以实现烟气再循环，确保氮氧化物的低排放。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到实现冷焰的目的，所述第二喷气出口22与第三喷气出口23之间的距离为燃气喷气管2直径的2-4倍；被加热体1直径(ΦB)为燃气喷气管2直径(ΦA)的2-4倍。采用上述技术方案的有益效果是：合适的尺寸比例设计，更易实现冷焰，保证燃烧的充分和高效，实现超低排放。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到空气与燃料充分预混的目的，燃气喷气管2尾端连接有预混箱3，预混箱3一端与空气供给管5相连通，预混箱3内设置有文丘里管4，文丘里管4大开口端与预混箱3内壁贴合，文丘里管4的小开口端与燃气喷气管2尾端开口相连通，文丘里管4外部区域与预混箱3内部区域所形成的腔道为燃料供给通道，预混箱3箱壁靠文丘里管4大开口端设有燃料供给口6，文丘里管4靠小开口端的管壁上设有燃料输出口7。采用上述技术方案的有益效果是：空气通过文丘里管缩小的过流断面时，出现流速增大的现象，流速的增大伴随着空气压力的降低，对燃料产生了吸附作用，使得空气与燃料更好地进行预混合。
在本发明的另一些实施方式中，为了达到形成搅动空气流的目的，空气供给管5与预混箱3垂直设置，连通过渡面为弧面。采用上述技术方案的有益效果是：使得空气在预混箱内形成搅动气流，能够与燃料进行更好预混。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，包括：
燃气喷气管，设有三处喷气出口，所述燃气喷气管外部区域与被加热体之间形成燃烧室；
点火枪，其点火口设置在所述三处喷气出口的任意一处或多处。
2.根据权利要求1所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述燃气喷气管头部的顶壁上开有第一喷气出口，用于当流过所述第一喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时建立第一火焰，所述第一火焰从所述燃气喷气管头部的顶壁向外延伸，所述第一喷气出口为多个小通孔，所述小通孔从顶壁中心向周向侧壁延伸排列。
3.根据权利要求2所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述燃气喷气管头部的周向侧壁开有第二喷气出口，所述第二喷气出口朝向被加热体，用于当流过所述第二喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第二火焰，所述第二火焰在被加热体表面形成稳定的尖端。
4.根据权利要求3所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述燃气喷气管的周向侧壁开有第三喷气出口，所述第三喷气出口朝向被加热体，用于当流过所述第三喷气出口的空气-燃料混合物的一部分被点燃时在所述燃烧室中建立第三火焰，所述第三火焰在被加热体表面形成稳定的尖端。
5.根据权利要求4所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述点火枪位于所述燃气喷气管内部，所述点火枪包括由里向外依次套设的火花塞、点火枪燃气管、点火枪空气管，所述火花塞点火口、点火枪燃气管出口、点火枪空气管出口均设置在所述第一喷气出口处，所述点火枪燃气管、点火枪空气管尾部分别设有点火枪燃气进口、点火枪空气进口。
6.根据权利要求4所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述第一喷气出口导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量，所述第二喷气出口导出所述空气-燃料混合物的40％-80％的出气量，所述第三喷气出口导出所述空气-燃料混合物的10％-30％的出气量。
7.根据权利要求6所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述第二喷气出口与第三喷气出口之间的距离为所述燃气喷气管直径的2-4倍。
8.根据权利要求7所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，被加热体直径为所述燃气喷气管直径的2-4倍。
9.根据权利要求1-8任一所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述燃气喷气管尾端连接有预混箱，所述预混箱一端与空气供给管相连通，所述预混箱内设置有文丘里管，所述文丘里管大开口端与所述预混箱内壁贴合，所述文丘里管的小开口端与所述燃气喷气管尾端开口相连通，所述文丘里管外部区域与所述预混箱内部区域所形成的腔道为燃料供给通道，所述预混箱箱壁靠文丘里管大开口端设有燃料供给口，所述文丘里管靠小开口端的管壁上设有燃料输出口。
10.根据权利要求9所述的低排放冷焰多级预混燃烧器，其特征在于，所述空气供给管与所述预混箱垂直设置，连通过渡面为弧面。
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