CN109297018B - 一种低氮气体燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种低氮气体燃烧器，其包括筒体、旋流盘、天然气通道机构及助燃空气通道机构。筒体的喉口的壁部开设多个烟气内循环孔。天然气通道机构包括多个***管道、多个过渡区域管道及中心管道，助燃空气通道机构包括中间层空气通道和外层空气通道。来自中间层空气通道的助燃空气与中心喷射孔喷出的天然气混合形成中心燃烧区域；来自外层空气通道的部分助燃空气与过渡区域管道的喷射孔喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域；来自外层空气通道的另一部分助燃空气与***管道的喷射孔喷出的天然气混合形成***燃烧区域；燃烧后的部分烟气能够经由烟气内循环孔进入筒体内部。
Description
技术领域
本发明涉及天然气洁净燃烧技术领域，特别提出一种自带烟气内循环型、低NOx燃烧器结构。
背景技术
NOx是大气污染物的一种重要组成部分，也是引发雾霾和酸雨的重要因素之一。目前随着环保要求的不断提高，对于NOx排放量的限制也日趋严格，
天然气燃烧器是以天然气为燃料，可降低NOx排放量，因而近些年天然气燃烧器得到了大力发展。天然气燃烧器具有清洁高效、安全简便等优点。
具体的，天然气燃烧器是通过将天然气和空气进行混合和燃烧来达到化学能转变为热能的目的。通过合理的燃烧器结构设计，可以使天然气和空气混合均匀，在保证高效燃烧的基础上，减少局部高温区的产生，从而抑制燃烧过程中NOx的生成，达到低NOx的排放量。例如专利CN 105135432A，采用内、外两层燃料***构形式，调整燃烧区域内燃料和空气的分布，减少高温区域的形成，降低NOx的排放量。
进入燃烧区之前的燃料和空气的混合对燃烧效果影响很大，然而在进入燃烧区前，燃料枪喷出的天然气与空气的混合在时间和空间上都很受限，这会导致这一区域天然气和空气的混合效果变差，进而燃烧区域内浓度、温度分布不均匀，使NOx的生成量增多。
因此，天然气燃烧器的NOx排放仍有很大的改善空间，还有很多降低污染物排放的技术手段有待开发。仍然需要设计更加合理有效的超低NOx排放燃烧器结构形式来有效降低燃烧和控制污染物排放。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种低氮气体燃烧器，以解决现有天然气燃烧器中天然气和空气的掺混效果差的问题，以组织燃烧和降低污染物的生成和排放。
为达成上述目的，本发明提供一种低氮气体燃烧器，其包括筒体、旋流盘、天然气通道机构及助燃空气通道机构。
筒体的一端具有喉口，喉口的壁部开设多个烟气内循环孔。旋流盘包括旋流内环、旋流外环及旋流叶片，旋流盘居中的位于筒体内，且与筒体同轴，旋流叶片设置于旋流内环与旋流外环之间。
天然气通道机构包括多个***管道、多个过渡区域管道及中心管道，多个***管道围绕筒体设置，且***管道的喷射孔位于筒体的外部，并靠近喉口；中心管道穿设于旋流内环，中心管道包括中心天然***、天然气气室及中心喷射孔，天然气气室设于中心天然***的靠近喉口的一端，中心喷射孔经由天然气气室与中心天然***连通；多个过渡区域管道围绕中心管道设置，且过渡区域管道的一端穿过旋流叶片。
助燃空气通道机构包括中间层空气通道和外层空气通道，中心管道与过渡区域管道之间的区域定义为中间层空气通道，***管道与过渡区域管道之间的区域定义为外层空气通道。
其中，来自中间层空气通道的助燃空气与中心喷射孔喷出的天然气混合形成中心燃烧区域；来自外层空气通道的部分助燃空气与过渡区域管道的喷射孔喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域；来自外层空气通道的另一部分助燃空气与***管道的喷射孔喷出的天然气混合形成***燃烧区域；燃烧后的部分烟气能够经由烟气内循环孔进入筒体内部。
本发明相较于现有技术的有益效果在于：本发明的低氮气体燃烧器通过内、外层天然气分配方式以及相应的两层助燃空气分配方式以及烟气内循环的共同作用，在燃烧器下游形成高效、可靠的燃烧场，通过将天然气合理均匀的进行分布，利用烟气内循环孔，有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1是本发明的低氮气体燃烧器的结构示意图。
图2是本发明的低氮气体燃烧器的立体剖视图。
图3是图1的局部放大图，其中示出了烟气内循环路径。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
实施例中可能使用相对性的用语，例如“较低”或“底部”及“较高”或“顶部”，以描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“较低”侧的组件将会成为在“较高”侧的组件。此外，当某层在其它层或基板“上”时，有可能是指“直接”在其它层或基板上，或指某层在其它层或基板上，或指其它层或基板之间夹设其它层。
本发明提供一种低氮气体燃烧器，其可为锅炉，或任意一种通过燃烧装置。如图1至图3所示，低氮气体燃烧器包括筒体10、旋流盘20、天然气通道机构及助燃空气通道机构。
筒体10的一端具有喉口11，喉口11的壁部12开设多个烟气内循环孔13。旋流盘20包括旋流内环21、旋流外环22及旋流叶片23，旋流盘20居中的位于筒体10内，且与筒体10同轴，旋流叶片23设置于旋流内环21与旋流外环22之间。
天然气通道机构包括多个***管道31、多个过渡区域管道32及中心管道33，多个***管道31围绕筒体10设置，且***管道31的喷射孔311位于筒体10的外部，并靠近喉口11；中心管道33穿设于旋流内环21，中心管道33包括中心天然***331、天然气气室332及中心喷射孔333，天然气气室332设于中心天然***331的靠近喉口11的一端，中心喷射孔333经由天然气气室332与中心天然***331连通；多个过渡区域管道32围绕中心管道33设置，且过渡区域管道32的一端穿过旋流叶片23。
助燃空气通道机构包括中间层空气通道41和外层空气通道42，中心管道33与过渡区域管道32之间的区域定义为中间层空气通道41，***管道31与过渡区域管道32之间的区域定义为外层空气通道42。
其中，来自中间层空气通道41的助燃空气与中心喷射孔333喷出的天然气混合形成中心燃烧区域；来自外层空气通道42的部分助燃空气与过渡区域管道32的喷射孔321喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域；来自外层空气通道42的另一部分助燃空气与***管道31的喷射孔311喷出的天然气混合形成***燃烧区域；燃烧后的部分高温烟气能够经由烟气内循环孔13进入筒体10内部，被吸入助燃空气通道机构，从而降低燃烧区域含氧量，降低局部燃烧温度，并通过较高的气流速度控制燃烧器下游火焰的形状和范围。
在低氮气体燃烧器的运行过程中，进入筒体10的助燃空气被分成两部分，分别进入中间层空气通道41和外层空气通道42。其中，进入中间层空气通道41的助燃空气，经过旋流盘20的作用形成强旋流气体，同中心喷射孔333喷出的天然气混合，形成稳定的中心燃烧区域；进入外层空气通道42的部分助燃空气与过渡区域管道32的喷射孔321喷出的天然气相互掺混，形成中间的过渡燃烧区域；最外层的***管道31的喷射孔311喷出的天然气射流在径向方向上均匀分布，并与来自外层空气通道42的另一部分助燃空气混合，形成***燃烧区域。
因此，整个燃烧区域分为富燃料燃烧的中心燃烧区域、贫燃料燃烧的过渡燃烧区域和***燃烧区域三部分。通过局部的富燃料抑制NOx的生成；过渡燃烧区域和***燃烧区域为贫燃料预混合气体，燃烧温度低，同样起到减少NOx排放的效果。
并且，由于在喉口11处开设烟气内循环孔13，孔外的压力大于孔内压力，从而能够将外部烟气卷吸入筒体10内，实现烟气进入燃烧区域，降低燃烧局部温度，实现浓淡燃烧。利用较高的气流速度控制燃烧器下游火焰的形状和范围，从而减少NOx排放的效果。
本实施例中，筒体10包括本体14，本体14与喉口11的壁部12连接，喉口11的壁部12相较于本体14朝筒体10内缩，***管道31穿设于本体14，使得***管道31的一部分位于筒体10内部，另一部分位于筒体10外部。其中，***管道31的设有喷射孔311的一端朝筒体10的内部倾斜，从而向筒体10喷射天然气，以与天然气快速、均匀混合。
本实施例中，筒体10还包括导向板15，其连接于喉口11的壁部12的外缘，并朝筒体10的外部倾斜的扩张。其中，导向板15的倾斜角度的范围可为20°-45°。如图3所示，外扩的壁部12使得喉口11呈喇叭口状，部分烟气排出后朝筒内卷吸，一部分经由烟气内循环孔13进入筒内的过渡燃烧区域，一部分被导向板15导向至***管道31，进入***燃烧区域。因此，导向板15与烟气内循环孔13配合能够有助于形成烟气内循环，有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
本实施例中，天然气通道机构还包括多个L形支管34，其包括相互垂直连接的轴向管341和径向管342，轴向管341围绕筒体10的外周，径向管342经由烟气内循环孔13伸入筒体10内部，且径向管342的沿轴向的投影至少部分位于旋流盘20的投影范围内，径向管342的伸入筒体10内部的一端具有径向喷射孔343。
其中，伸入筒体10的径向管342的外周设有多个周向喷射孔344，其与来自中间层空气通道41的助燃空气及中心喷射孔333喷出的天然气混合形成所述中心燃烧区域。
其中，至少一个周向喷射孔344沿轴向的投影位于旋流盘20的投影范围内，其与来自中间层空气通道41的助燃空气及中心喷射孔333喷出的天然气混合形成所述中心燃烧区域；至少一个周向喷射孔344位于外层空气通道42，其与来自外层空气通道42的部分助燃空气及过渡区域管道32的喷射孔321喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域。
因此，通过天然气通道机构和助燃空气通道机构将助燃空气分为两级，天然气分为三级。天然气可通过中心管道33被喷射至中心，同时L形支管34的径向喷射孔343也可将天然气射入旋流盘20上方，过渡区域管道32的穿过旋流叶片23的一端为朝筒内倾斜的，从而将天然气也射入旋流盘20上方，三股天然气同旋流助燃空气混合。外层燃料直接射入外层助燃空气，保证燃烧器出口处速度分布合理、燃料气和助燃空气掺混均匀，燃烧后烟气经由烟气内循环进入燃烧区域，合理控制燃烧区域，从而保证燃烧的稳定性和良好的NOx减排效果。
本实施例中，L形支管34围绕筒体10等间距的分布，相邻L形支管34之间设有相同数量的***管道31，各L形支管34的径向管342的延长线穿过筒体10的轴线。烟气内循环孔13的个数为6-12个，***管道31的个数为6-24个，每间隔5支***管道31就会布置有一支L形支管34。
本实施例中，旋流叶片23的角度可为25°-60°，旋流叶片23的数量可为6-12个。
综上所述，本发明的低氮气体燃烧器通过内、外层天然气分配方式以及相应的两层助燃空气分配方式以及烟气内循环的共同作用，在燃烧器下游形成高效、可靠的燃烧场，通过将天然气合理均匀的进行分布，利用烟气内循环孔13，有效降低局部高温区的范围，抑制NOx的生成。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种低氮气体燃烧器，包括：
筒体，其一端具有喉口，喉口的壁部开设多个烟气内循环孔；
旋流盘，包括旋流内环、旋流外环及旋流叶片，旋流盘居中的位于筒体内，且与筒体同轴，旋流叶片设置于旋流内环与旋流外环之间；
天然气通道机构，包括多个***管道、多个过渡区域管道及中心管道，多个***管道围绕筒体设置，且***管道的喷射孔位于筒体的外部，并靠近喉口；中心管道穿设于旋流内环，中心管道包括中心天然***、天然气气室及中心喷射孔，天然气气室设于中心天然***的靠近喉口的一端，中心喷射孔经由天然气气室与中心天然***连通；多个过渡区域管道围绕中心管道设置，且过渡区域管道的一端穿过旋流叶片；及
助燃空气通道机构，包括中间层空气通道和外层空气通道，中心管道与过渡区域管道之间的区域定义为中间层空气通道，***管道与过渡区域管道之间的区域定义为外层空气通道；
其中，来自中间层空气通道的助燃空气与中心喷射孔喷出的天然气混合形成中心燃烧区域；来自外层空气通道的部分助燃空气与过渡区域管道的喷射孔喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域；来自外层空气通道的另一部分助燃空气与***管道的喷射孔喷出的天然气混合形成***燃烧区域；燃烧后的部分烟气能够经由烟气内循环孔进入筒体内部。
2.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，筒体包括本体，本体与喉口的壁部连接，喉口的壁部相较于本体朝筒体内缩，***管道穿设于本体，使得***管道的一部分位于筒体内部。
3.如权利要求2所述的低氮气体燃烧器，其中，筒体还包括导向板，其连接于喉口的壁部的外缘，并朝筒体的外部倾斜的扩张。
4.如权利要求3所述的低氮气体燃烧器，其中，导向板的倾斜角度的范围为20°-45°。
5.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，天然气通道机构还包括多个L形支管，其包括相互垂直连接的轴向管和径向管，轴向管围绕筒体的外周，径向管经由烟气内循环孔伸入筒体内部，且径向管的沿轴向的投影至少部分位于旋流盘的投影范围内，径向管的伸入筒体内部的一端具有径向喷射孔。
6.如权利要求5所述的低氮气体燃烧器，其中，伸入筒体的径向管的外周设有多个周向喷射孔，其与来自中间层空气通道的助燃空气及中心喷射孔喷出的天然气混合形成所述中心燃烧区域。
7.如权利要求6所述的低氮气体燃烧器，其中，至少一个周向喷射孔沿轴向的投影位于旋流盘的投影范围内，其与来自中间层空气通道的助燃空气及中心喷射孔喷出的天然气混合形成所述中心燃烧区域；至少一个周向喷射孔位于外层空气通道，其与来自外层空气通道的部分助燃空气及过渡区域管道的喷射孔喷出的天然气混合形成过渡燃烧区域。
8.如权利要求5所述的低氮气体燃烧器，其中，L形支管围绕筒体等间距的分布，相邻L形支管之间设有相同数量的***管道，各L形支管的径向管的延长线穿过筒体的轴线。
9.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，烟气内循环孔的个数为6-12个，***管道的个数为6-24个。
10.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，***管道的设有喷射孔的一端朝筒体的内部倾斜。
11.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，过渡区域管道的穿过旋流叶片的一端朝筒体内部倾斜。
12.如权利要求1所述的低氮气体燃烧器，其中，旋流叶片的角度为25°-60°，旋流叶片的数量为6-12个。
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