CN110345478A - 一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃烧器领域,并具体公开了一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器。该无焰燃烧器的中心燃气喷管的出口与振荡腔体连接,用于提供燃气;空气调节喷管对称设置在振荡腔体的两侧,用于为燃气在振荡腔体内燃烧形成值班火焰提供空气;振荡腔体利用振荡作用激发值班火焰燃烧后剩余的燃气形成振荡射流后喷出;空气旋流喷管嵌套在振荡腔体的外部,用于在预热阶段提供旋流空气;空气直喷喷管平行并且对称设置在中心燃气喷管的外侧,用于在无焰燃烧阶段提供空气。本发明通过设置振荡腔体,不仅能够形成振荡射流,从而保证炉膛内的燃气均匀分布,并且能够在振荡腔体内形成值班火焰,从而避免在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时出现熄火问题。
Description
技术领域
本发明属于燃烧器领域,更具体地,涉及一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器。
背景技术
近年来,我国多地频繁出现的雾霾天气危害人民健康,因此,空气质量问题受到广泛关注。其中,氮氧化物是雾霾天气出现的元凶之一,故氮氧化物减排正成为政府环保工作的重点。当前工业界使用的低氮燃烧技术主要有分级燃烧技术、烟气再循环技术和预混燃烧技术,这些技术存在减排效果有限、不能同时兼顾高效与清洁等问题,与日益严格的环保要求存在差距。而无焰燃烧(Moderate&Intense Low Oxygen Dilution,MILD)因其较好地平衡了高效和低污染的目标,受到国际燃烧界的广泛关注。
无焰燃烧需要先通过有焰燃烧方式加热炉膛,使助燃空气温度达到燃料的自燃温度,再切换至无焰燃烧。为实现这一过程,可以利用炉外预热、使用蓄热体预热、使用催化剂降低自燃点、炉内烟气混合预热等方式。基于催化剂能降低燃料着火浓度要求的原理,CN201710893746.3提出了一种催化无焰燃烧装置,该装置先使用小火焰预热,再通过增大燃气和空气流速切换至无焰燃烧,但存在着切换过程不稳定、催化剂成本较高等问题,CA2240411C提出了一种无焰燃烧器,其在燃烧室内设置催化表面以降低燃料自燃点,有利于无焰燃烧的点火,但存在结构复杂、运行成本增加的问题。基于炉内烟气混合预热原理,CN201610512122.8提出了一种换热式的无焰燃烧炉膛及无焰燃烧控制方法,通过渐扩式的炉膛促进烟气的回流以促进炉内混合,但仍没有解决预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时燃烧稳定性的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其中通过设置振荡腔体并对其结构及具体设置方式进行研究和设计,相应的可有效解决无焰燃烧器预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时可能出现的熄火问题,因而尤其适用于无焰燃烧的应用场合。
为实现上述目的,本发明提出了一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,该无焰燃烧器包括中心燃气喷管、振荡腔体、空气调节喷管、空气旋流喷管和空气直喷喷管,其中:
所述中心燃气喷管的出口与所述振荡腔体连接,用于为所述振荡腔体提供燃气;
所述空气调节喷管对称设置在所述振荡腔体的两侧,用于为所述燃气在所述振荡腔体内燃烧形成值班火焰提供空气;
所述振荡腔体利用振荡作用激发所述值班火焰燃烧后剩余的燃气形成振荡燃气并进行喷射,同时该振荡腔体内的值班火焰在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时发挥稳火的作用;
所述空气旋流喷管嵌套在所述振荡腔体的外部,用于在预热阶段输送和喷射空气,同时该空气旋流喷管的环路出口与所述振荡腔体的出口平行,所述环路出口与所述振荡腔体之间沿周向方向均匀设置有旋流叶片,用于带动空气沿所述无焰燃烧器的中心轴线旋转,从而喷射旋流空气;
所述空气直喷喷管平行并且对称设置在中心燃气喷管的外侧,用于在无焰燃烧阶段输送和喷射空气。
作为进一步优选地,所述中心燃气喷管与所述振荡腔体的直径之比优选为0.2~0.5。
作为进一步优选地,所述振荡腔体的长度与直径之比大于优选为1.5~5。
作为进一步优选地,所述振荡腔体的出口设置有楔形的挡板,用于卷吸炉膛内的烟气,在所述振荡腔体的内部形成回流。
作为进一步优选地,所述无焰燃烧器还包括钝体,所述钝体设置在所述振荡腔体的出口,并通过连杆与所述中心燃气喷管连接,工作时炉膛内的燃气在所述钝体处产生回流,从而使得所述燃气与空气混合均匀。
作为进一步优选地,所述无焰燃烧器还包括燃气调节喷管,所述燃气调节喷管对称设置在所述中心燃气喷管的出口,用于调节所述中心燃气喷管喷出的燃气形状以及所述振荡腔体的腔内反应状态。
作为进一步优选地,预热阶段,所述空气旋流喷管的出口流速为15m/s~30m/s,无焰燃烧阶段,所述空气直喷喷管的出口流速为70m/s~150m/s。
作为进一步优选地,所述中心燃气喷管的出口流速为8m/s~30m/s。
作为进一步优选地,所述空气直喷喷管的数量优选为2个~4个。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
1.本发明通过在中心燃气喷管的出口处设置振荡腔体,并在该振荡腔体的两侧设置空气调节喷管,不仅能够利用振荡作用激发燃气形成振荡燃气射流,从而保证炉膛内的燃气均匀分布,并且能够在振荡腔体内形成值班火焰,从而避免在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换的过程中可能出现熄火问题,从而提高无焰燃烧器的稳定性与燃烧安全性,并且振荡腔体内为富燃料贫氧气的还原性气氛,能够避免值班火焰燃烧产生大量的NOx;
2.尤其是,本发明通过优化振荡腔体的具体参数,能够保证振荡燃气射流的建立,通过在振荡腔体的出口设置楔形挡板,能够卷吸炉膛内的烟气,从而补充振荡腔体内值班火焰燃烧所需的氧气;
3.同时,本发明还在振荡腔体的出口设置有钝体,炉膛内的燃气在钝体处产生回流,从而使得燃气与空气更加充分地接触,有利于提高火焰的稳定性,避免预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换的过程中出现熄火问题;
4.此外,本发明通过优化中心燃气喷管、空气旋流喷管、空气直喷喷管的出口流速,能够分别满足预热阶段和无焰燃烧阶段的燃烧条件,从而快捷并且稳定地实现模式切换。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器;
图2是空气直喷喷管的数量为2个时图1中A-A面的剖视图;
图3是空气直喷喷管的数量为3个时图1中A-A面的剖视图;
图4是空气直喷喷管的数量为4个时图1中A-A面的剖视图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
1-中心燃气喷管,2-振荡腔体,3-钝体,4-空气直喷喷管,5-叶片,6-空气旋流喷管,7-燃气调节喷管,8-空气调节喷管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明优选实施例提出了一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,该无焰燃烧器包括中心燃气喷管1、振荡腔体2、空气调节喷管8、空气旋流喷管6和空气直喷喷管4,其中:
中心燃气喷管1的出口与振荡腔体2连接,用于为振荡腔体2提供燃气;
空气调节喷管8对称设置在振荡腔体2的两侧,用于为燃气在振荡腔体2内燃烧形成值班火焰提供空气,因值班火焰的存在可以有效解决预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时燃烧稳定性的问题;
振荡腔体2利用振荡作用激发值班火焰燃烧后剩余的燃气形成振荡燃气并进行喷射,与空气充分混合后燃烧,从而保证炉膛内的燃气分布更加均匀,同时该振荡腔体2内的值班火焰能够在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时发挥稳火的作用,避免出现熄火的问题从而提高燃烧器的稳定性,此外振荡腔体2的出口设置有楔形的挡板,用于卷吸炉膛内的烟气,在振荡腔体2的内部形成回流,补充值班火焰燃烧所需的氧气;
空气旋流喷管6嵌套在振荡腔体的外部,用于在预热阶段输送和喷射空气,同时该空气旋流喷管6的环路出口与振荡腔体2的出口平行,环路出口与振荡腔体2之间沿周向方向均匀设置有旋流叶片5,用于带动空气沿无焰燃烧器的中心轴线旋转,从而喷出旋流空气;
空气直喷喷管4平行并且对称设置在中心燃气喷管1的外侧,用于在无焰燃烧阶段输送和喷射空气。
进一步,中心燃气喷管1与振荡腔体2的直径之比优选为0.2~0.5,避免振荡腔体2的进口截面积过小或者过大,对振荡燃气的形成造成影响,同时振荡腔体2的长度与直径之比优选为1.5~5,从而为振荡燃气的形成提供适合的激发条件。
进一步,无焰燃烧器还包括钝体3,钝体3设置在振荡腔体2的出口,并通过连杆与中心燃气喷管2连接,工作时炉膛内的燃气在钝体3处产生回流,从而使得燃气与空气接触更加充分,进而提高燃烧的稳定性,避免预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换的过程中出现熄火的问题。
进一步,无焰燃烧器还包括燃气调节喷管7,燃气调节喷管7对称设置在中心燃气喷管1的出口,用于调节中心燃气喷管1喷射燃气形状,从而调整中心燃气喷管1喷射燃气的扩张角,有利于提高后续的振荡和混合效果,实现对振荡腔体2的腔内反应状态的调节。
进一步,预热阶段,对喷射空气的速度要求不高,故空气旋流喷管6的出口流速优选为15m/s~30m/s,无焰燃烧阶段,为保证喷射空气具有较高动量,从而搅动整个炉膛,故空气直喷喷管4的出口流速优选为70m/s~150m/s,进而实现无焰燃烧所要求的大尺度卷吸,预热阶段和无焰燃烧阶段,中心燃气喷管1的出口流速优选为8m/s~30m/s。
进一步,如图2~4所示,空气直喷喷管4的数量优选为2个~4个,图2、3、4分别是是空气直喷喷管4的数量为2、3、4个时的分布示意图。
下面对本发明优选实施例提供的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器的工作过程作具体说明:
在振荡腔体2内,中心燃气喷管1提供的燃气与空气调节喷管8提供的空气和卷吸的腔外空气混合后燃烧,形成稳定值班火焰,并且不影响炉膛内预热阶段和无焰燃烧阶段的燃烧过程,因该振荡腔体2的内部处于富燃料低氧气的还原气氛下,因此能够避免值班火焰产生大量的NOx,而在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时,值班火焰可以避免出现熄火的问题,从而提高无焰燃烧器的稳定性;
在预热阶段,空气通过空气旋流喷口6进入,在叶片5的作用下从环路出口喷出旋流空气进入炉膛,与振荡腔体2喷出的振荡射流燃气混合后燃烧,燃气的振荡射流和钝体处的回流,还有空气的旋流均增加了燃气与空气的接触面积和燃气,从而有效提高了预热阶段的加热效率,待炉膛达到燃气自燃温度后,将空气通过空气直喷喷管4喷入炉膛,根据空气直喷喷管4的数量调节出口速度,从而切换到无焰燃烧阶段。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,该无焰燃烧器包括中心燃气喷管(1)、振荡腔体(2)、空气调节喷管(8)、空气旋流喷管(6)和空气直喷喷管(4),其中:
所述中心燃气喷管(1)的出口与所述振荡腔体(2)连接,用于为所述振荡腔体(2)提供燃气;
所述空气调节喷管(8)对称设置在所述振荡腔体(2)的两侧,用于为所述燃气在所述振荡腔体(2)内燃烧形成值班火焰提供空气;
所述振荡腔体(2)利用振荡作用激发所述值班火焰燃烧后剩余的燃气,从而形成振荡燃气并进行喷射,同时该振荡腔体(2)内的值班火焰在预热阶段与无焰燃烧阶段进行切换时发挥稳火的作用;
所述空气旋流喷管(6)嵌套在所述振荡腔体的外部,用于在预热阶段输送和喷射空气,同时该空气旋流喷管(6)的环路出口与所述振荡腔体(2)的出口平行,所述环路出口与所述振荡腔体(2)之间沿周向方向均匀设置有旋流叶片(5),用于带动空气沿所述无焰燃烧器的中心轴线旋转,从而喷射旋流空气;
所述空气直喷喷管(4)平行并且对称设置在中心燃气喷管(1)的外侧,用于在无焰燃烧阶段输送和喷射空气。
2.如权利要求1所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述中心燃气喷管(1)与所述振荡腔体(2)的直径之比优选为0.2~0.5。
3.如权利要求1或2所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述振荡腔体(2)的长度与直径之比优选为1.5~5。
4.如权利要求1~3任一项所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述振荡腔体(2)的出口设置有楔形的挡板,用于卷吸炉膛内的烟气,在所述振荡腔体(2)的内部形成回流。
5.如权利要求1所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述无焰燃烧器还包括钝体(3),所述钝体(3)设置在所述振荡腔体(2)的出口,并通过连杆与所述中心燃气喷管(2)连接进行固定,工作时炉膛内的燃气在所述钝体(3)处产生回流,从而使得所述燃气与空气混合均匀。
6.如权利要求1所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述无焰燃烧器还包括燃气调节喷管(7),所述燃气调节喷管(7)对称设置在所述中心燃气喷管(1)的出口,用于调节所述中心燃气喷管(1)喷出的燃气形状以及所述振荡腔体(2)的腔内反应状态。
7.如权利要求1所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,预热阶段,所述空气旋流喷管(6)的出口流速为15m/s~30m/s,无焰燃烧阶段,所述空气直喷喷管(4)的出口流速为70m/s~150m/s。
8.如权利要求1所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述中心燃气喷管(1)的出口流速为8m/s~30m/s。
9.如权利要求1~8任一项所述的带振荡腔稳火装置的无焰燃烧器,其特征在于,所述空气直喷喷管(4)的数量优选为2个~4个。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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