CN110360550B - 工业燃气旋转式节能低氮燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，属于燃气燃烧装置技术领域，包括空气室，在空气室上方周向设置空气热回流仓，空气热回流仓的底部和空气室相连通；在空气室的中部设置燃气主管，在燃气主管的管身中部设置燃气喷口，在燃烧主管的上部设有旋转燃烧头主体，在该旋转燃烧头主体的底部设有驱动叶片，旋转燃烧头主体通过轴承转动固定在燃气主管上。本发明改变传统燃烧器的静态燃烧为旋转式动态燃烧，而旋转燃烧头主体与静态空气热回流仓所形成的空隙区呈静态圆环形火焰包裹旋转燃烧头主体；同时，避免空气和燃气的多级分段燃烧造成的燃料浪费和氮氧化物的居高不下。
Description
技术领域
本发明属于燃气燃烧装置技术领域，具体涉及工业燃气旋转式节能低氮燃烧器。
背景技术
目前，工业生产中，为达到节能增效、降氮的效果，在节能增效方面，都是采用瞬间空燃混合和提前预混的两种方式，而这两种方式均会造成空气过量和空气不足，致使烟气带走大量热能和燃气受热分解而造成燃气的浪费。
近年来采用的余热回收装置，即将排出炉体的烟气热量，通过换热器，将助燃空气进行预热，这种方式确实能降耗节能，缺点是体型大，管道长，增加投入成本，其次，在使用中会消耗大量的风机电能，使使用成本大大增加。
降氮方面，目前常采用的燃气分级燃烧和空气分段配送燃烧，这种方式虽然具有一定的降氮效果，但往往仍达不到氮氧化物排放标准。
近年来，越来越多的企业采用外接烟气回收管道，使用抽风机，将炉内一部分烟气抽出兑入助燃空气中，以降低空气中的氧含量，来达到降氮的目的。这种方式在实际应用中，由于助燃空气中氧含量的降低，致火焰出现不稳定燃烧，出现爆鸣声，增加了安全隐患。同时，回抽的烟气中大量水蒸气遇冷产生冷凝水，时间长了会对管道产生严重的腐蚀。要定期更换回收烟气管道，同样会增加投入和使用成本。这种降氮方式虽然有诸多缺点，但因没有新技术更替，面对降氮需求，企业仍不得已而用之。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，可降低燃烧头及燃烧火焰温度，同时又加热了空气室的助燃空气，避免空气和燃气的多级分段燃烧造成的燃料浪费和氮氧化物的居高不下。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，包括空气室，在空气室上方周向设置空气热回流仓，空气热回流仓的底部和空气室相连通；在所述的空气室的中部设置燃气主管，在燃气主管的管身中部设置燃气喷口，在燃烧主管的上部设有旋转燃烧头主体，在该旋转燃烧头主体的底部设有驱动叶片，所述的旋转燃烧头主体通过轴承转动固定在燃气主管上。
在所述的空气室一侧设置进气口，在所述的燃气主管上设置燃气进气管。
所述的驱动叶片在旋转燃烧头主体的底部呈周向分布。
所述的空气热回流仓上部延伸至火焰燃烧处，中部覆盖旋转燃烧头主体，下部延伸至燃气喷口。
所述的旋转燃烧头主体与空气热回流仓之间形成空隙区。
所述的空隙区的宽度为3-5mm。
所述的空隙区上接旋转燃烧头主体上部的气体，下接预混仓内的气体。
所述的燃气喷口所在的管段和空气热回流仓之间的区域形成预混仓。
在旋转燃烧头主体分布若干单元喷火管，单元喷火管的底部和预混仓相连通。
发明原理：氮氧化物的形成，以天然气为例，天然气没有自带型，其形成机理是热力型和快速型。热力型是燃烧温度局部过高，使空气中氮气和氧气形成结合。这就要求控制燃烧高温区，同时降低过剩空气系数；而快速型是因为过多燃气分解后与空气中的氮气结合，这就要求加大过剩空气系数。热力型和快速型，从降氮原理上来说是一对矛盾体，关键是找到合理的过剩空气系数，实践中，由于外部条件的不确定性，很难把握好，而旋转式燃烧头可以打破燃烧的高温区，同时，烟气的再燃烧降低了过剩空气系数，让节能和降氮做到完美的统一。
旋转燃烧头主体在燃烧时形成离心和离焰，造成燃烧的不稳定，而旋转燃烧头主体与空气热回流仓形成的空隙区对稳定旋转燃烧头主体起到关键作用。同时二级空气的热流动既降低了旋转燃烧头主体的温度，又使助燃空气得到加热。
当空气以一定的压力进入空气室，与一定压力的燃气混合后，混合气体的动能通过驱动叶片带动轴承，使旋转燃烧头主体产生旋转，同时，大部分混合气体进入置于旋转燃烧头主体内部的单元喷火管；另一部分混合气体进入旋转燃烧头主体与空气热回流仓的缝隙区，形成完整的火焰燃烧圆环(称稳焰火焰)。在燃烧过程中，旋转燃烧头主体不断旋转，而稳焰火焰起到稳定火焰燃烧状态的作用。空气热回流仓内的空气进行冷热对流交换，一方面，可降低燃烧头及燃烧火焰温度，同时又加热了空气室的助燃空气。
有益效果：与现有技术相比，本发明的工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，通过主空气流和燃气的动能驱动与旋转燃烧头主体连接的驱动叶片，带动旋转燃烧头主体进行旋转；改变传统燃烧器的静态燃烧为旋转式动态燃烧，而旋转燃烧头主体与静态空气热回流仓所形成的空隙区呈静态圆环形火焰包裹旋转燃烧头主体；同时，避免空气和燃气的多级分段燃烧造成的燃料浪费和氮氧化物的居高不下。
附图说明
图1是工业燃气旋转式节能低氮燃烧器的剖视图；
图2是旋转燃烧头主体的俯视图；
图3是旋转燃烧头主体的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示，附图标记如下：空气热回流仓1、旋转燃烧头主体2、驱动叶片3、预混仓4、燃气喷口5、燃气主管6、燃气进气管7、空气室8、进气口9、轴承10、单元喷火管11和空隙区12。附图中箭头的方向为气体的流向。
工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，包括空气室8，在空气室8上方周向设置空气热回流仓1，空气热回流仓1的底部和在空气室8相连通。
在空气室8一侧设置进气口9，在空气室8的中部设置燃气主管6，在燃气主管6上设置燃气进气管7，在燃气主管6的管身中部设置燃气喷口5，在燃烧主管6的上部设有旋转燃烧头主体2，在旋转燃烧头主体2的底部设有驱动叶片3；其中，旋转燃烧头主体2通过轴承10转动固定在燃气主管6上。驱动叶片3在旋转燃烧头主体2的底部呈周向分布。
空气热回流仓1上部延伸至火焰燃烧处，中部覆盖旋转燃烧头主体2，下部延伸至燃气喷口5。
旋转燃烧头主体2与空气热回流仓1之间形成空隙区12，空隙区12的宽度为3-5mm。该空隙区12上接旋转燃烧头主体2上部的气体，下接预混仓4内的气体，在实际燃烧过程中，空隙区12处形成静态圆形火焰包裹旋转燃烧头，呈现一个明亮的光圈。
燃气喷口5所在的管段和空气热回流仓1之间的区域形成预混仓4，从燃气喷口5处喷出的燃气遇到从空气室8上来的空气，形成燃气和空气的混合气体。
在旋转燃烧头主体2分布若干单元喷火管11，单元喷火管11的底部和预混仓4相连通。
工作过程：空气和燃气的混合气体进入预混仓4内，驱动叶片3使空气和燃气进行充分的搅拌，达到混合均匀，然后进入旋转燃烧头主体2的每个燃烧单元——单元喷火管11。各个单元喷火管11的孔径可以相同或者不同。当各个单元喷火管11的孔径相同时候，其燃烧过程不会对旋转燃烧头主体2进行加速；当各个单元喷火管11孔径大小不同时，燃烧时会产生横向静压的压差，在空气和燃气主动能驱动下的旋转燃烧头主体2的旋转将得到加速(每个燃烧单元将做360°的旋转)，这样，可使燃烧火焰的温度十分均匀，旋转对烟气产生巨大的卷吸，使烟气循环燃烧；旋转燃烧头主体2喷出的火焰成“龙卷”状向前高速推进，在遇到大空间时，火焰及温度场呈蘑菇状发散，更有利于温度的传递。
Claims (5)
1.工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，其特征在于：包括空气室（8），在空气室（8）上方周向设置空气热回流仓（1），空气热回流仓（1）的底部和空气室（8）相连通；在所述的空气室（8）的中部设置燃气主管（6），在燃气主管（6）的管身中部设置燃气喷口（5），在燃气主管（6）的上部设有旋转燃烧头主体（2），在该旋转燃烧头主体（2）的底部设有驱动叶片（3），所述的旋转燃烧头主体（2）通过轴承（10）转动固定在燃气主管（6）上；
所述的旋转燃烧头主体（2）与空气热回流仓（1）之间形成空隙区（12）；所述的空隙区（12）上接旋转燃烧头主体（2）上部的气体，下接预混仓（4）内的气体；所述的燃气喷口（5）所在的管段和空气热回流仓（1）之间的区域形成预混仓（4）；
在旋转燃烧头主体（2）分布若干单元喷火管（11），单元喷火管（11）的底部和预混仓（4）相连通，且各个单元喷火管（11）孔径大小不同。
2.根据权利要求1所述的工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，其特征在于：在所述的空气室（8）一侧设置进气口（9），在所述的燃气主管（6）上设置燃气进气管（7）。
3.根据权利要求1所述的工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，其特征在于：所述的驱动叶片（3）在旋转燃烧头主体（2）的底部呈周向分布。
4.根据权利要求1所述的工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，其特征在于：所述的空气热回流仓（1）上部延伸至火焰燃烧处，中部覆盖旋转燃烧头主体（2），下部延伸至燃气喷口（5）。
5.根据权利要求1所述的工业燃气旋转式节能低氮燃烧器，其特征在于：所述的空隙区（12）的宽度为3-5mm。
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