CN114811582A - 一种双旋流低氮燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明提供了一种双旋流低氮燃烧器包括：第一壳体，在第一壳体内设置有气流输送组件，气流输送组件将第一壳体内的腔体分割为助燃腔室和燃烧腔室，助燃腔室连通有第一助燃进气口，燃烧腔室设置有燃烧口；气流输送组件包括助燃气体旋流部件、燃料喷射头，助燃气体旋流部件设置有均呈环形的一级旋流区和二级旋流区，燃料喷射头设置于一级旋流区的中部并凸设于燃烧腔室的一侧；一级旋流区设置有环形间隔设置的多个一级旋流通道；二级旋流区设置有环形间隔设置的多个二级旋流通道。本发明利用氨燃料高温缺氧条件下能部分氨气裂解反应成氢气和氨气后燃烧，从而大量减少燃料型氮氧化物生成量，实现低氮燃烧。

Description

一种双旋流低氮燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，特别涉及一种双旋流低氮燃烧器。

背景技术

目前，“氢”能源被认为是未来全球能源结构发展的重要方向，氨作为氢的一种高效零碳载体，质量含氢率高达17.6％，常温下8atm即可液化，制备和储运产业链成熟，并且，液氨能量密度为18.8MJ/kg，是最具潜力替代传统化石能源应用于动力锅炉、工业炉窑、内燃机、燃气轮机等工业热设备的零碳燃料。氨具有无碳的优点，完全燃烧后的排放物只有水和氮气，并且氨作为一种无碳燃料，同时具有热值高、易于储存等优点。然而当氨作为燃料使用时，由于氨含有燃料氮，使得燃烧过程中氮氧化物的排放大量增加，造成了环境的污染。

发明内容

本发明目的在于提供一种双旋流低氮燃烧器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本发明提供了一种双旋流低氮燃烧器包括：第一壳体，在所述第一壳体内设置有气流输送组件，所述气流输送组件将所述第一壳体内的腔体分割为助燃腔室和燃烧腔室，所述助燃腔室连通有第一助燃进气口，所述燃烧腔室设置有燃烧口；所述气流输送组件包括助燃气体旋流部件、燃料喷射头，所述助燃气体旋流部件设置有均呈环形的一级旋流区和二级旋流区，所述一级旋流区与所述二级旋流区同轴内外间隔设置，所述燃料喷射头设置于所述一级旋流区的中部并凸设于所述燃烧腔室的一侧；所述一级旋流区设置有环形间隔设置的多个一级旋流通道，所述一级旋流通道沿通气方向螺旋设置，所述一级旋流通孔连通所述助燃腔室和燃烧腔室；所述二级旋流区设置有环形间隔设置的多个二级旋流通道，所述二级旋流通道沿通气方向螺旋设置，所述二级旋流通孔连通所述助燃腔室和燃烧腔室。

本发明的有益效果是：

使用时，助燃气体经第一助燃进气口进入助燃腔室，分别经过一级旋流通道和二级旋流通道进入燃烧腔室，同时氨燃料经燃料喷射头喷射出，在氨燃料喷出的过程中，部分燃料会与一级旋流通道的一次风混合燃烧，燃烧一定时间后形成高温区域，在这个高温区域中由于一级旋流通道的一次风中的氧气有限，导致其余部分氨燃料因缺氧而裂解反应成氢气和氮气，氢气往外扩并与二级旋流通道的二次风混合完全燃烧，并消耗二次风中的氧，降低氮氧化物的生成量。此外，所述一级旋流通道和二级旋流通道均沿通气方向螺旋设置，助燃气体螺旋出气，与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加充分稳定。本发明利用氨燃料高温缺氧条件下能部分氨气裂解反应成氢气和氨气后燃烧，从而大量减少燃料型氮氧化物生成量，实现低氮燃烧，大量减少氮氧化物的排放。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃料喷射头外周壁设置有多个燃料喷口，多个所述燃料喷口呈环形间隔设置在所述燃料喷射头的外周壁，氨燃料沿着燃料喷射头的径向喷出，与一次风充分混合燃烧，及时产生高温条件，促进氨气分解成氢气燃烧。

作为上述技术方案的进一步改进，在所述一级旋流区与所述二级旋流区之间设置有环形的挡板，所述挡板朝向燃烧腔室的一侧连接有呈筒状的挡壳，所述一级旋流区和所述燃料喷射头设置于挡壳内。

挡壳内形成高温回流区，使得少部分氨气在高温回流区燃烧形成高温条件，促使氨气分解成氢气，减少氨气直接燃烧量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃料喷射头设置有多个第一燃料喷口和多个第二燃料喷口，多个所述第一燃料喷口呈环形间隔设置于所述燃料喷射头的外周壁，多个第二燃料喷口呈环形间隔设置于燃料喷射头的端面，所述第二燃料喷口的喷出方向往外倾斜设置。挡壳内均为低氧区，因此第一燃料喷口和多个第二燃料喷口的设置使得一次风与燃料充分混合，更易于氨气的燃烧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一级旋流通道的通气量小于所述二级旋流通道的通气量。一级旋流通道的通气量主要保证氨气燃烧产生高温条件，促使氨气分解成氢气，减少氨气直接燃烧量，从而减少氮氧化物的产生，因此要减少氮氧化物的产生，一级旋流通道的通气量相对较少。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一级旋流区与所述二级旋流区同轴内外间隔的距离大于50mm，所述一级旋流器的通气量占总通气量比例13％至17％。间隔大于50mm，燃料燃烧需要一定时间产生高温条件，避免大量氨气直接燃料。所述一级旋流器的通气量占总通气量比例13％至17％，该通气量的比例有助于部分氨气的直接燃烧，又能大部分的氨分解。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一级旋流区设置有环形可转动的一级叶轮，所述一级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个一级旋流叶片，相邻两个所述一级旋流叶片之间形成所述一级旋流通道，所述二级旋流区设置有环形可转动的二级叶轮，所述二级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个二级旋流叶片，相邻两个所述二级旋流叶片之间形成所述二级旋流通道。一次风和二次风与氨燃料充分混合，燃烧更加充分。

作为上述技术方案的进一步改进，所述双旋流低氮燃烧器还包括第二壳体，所述第二壳体设置于所述助燃腔室内，所述第二壳体将所述助燃腔室分隔为内腔室和外腔室，所述内腔室与所述一级旋流区连通，所述外腔室与所述二级旋流区连通，所述第一助燃进气口与所述外腔室连通，所述内腔室设置有第二助燃进气口，可直接控制进入内腔室和外腔室的通气量，即直接控制一次风量和二次风量的大小，进而控制大部分氨气直接燃烧的数量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一助燃进气口连通有第一进气管，所述第二助燃进气口连通有第二进气管，所述第一进气管连接有第一控制阀，所述第二进气管连通有第二控制阀。

可根据氮氧化物数量增加，调整一次风量和二次风量的大小，以找到合适的进气量比例，使得氮氧化物产生的数量较少。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一壳体为圆筒状壳体，所述圆筒状壳体的两端分别为第一端和第二端，所述第一端封闭设置，所述第二端敞开设置，所述气流输送组件设置于所述圆筒状壳体内将所述圆筒状壳体分为助燃腔室和燃烧腔室，所述第一助燃进气口设置在所述圆筒状壳体的侧壁，所述燃烧口设置于所述第二端，圆筒状壳体能使得氨燃料与助燃气体混合更加均匀，所述燃烧口设置于所述第二端有助于火焰的喷射。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例的结构示意图，其中四箭头分别表示左向、右向、上向和下向；

图2是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例气流输送组件的结构示意图，其中四箭头分别表示左向、右向、上向和下向；

图3是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例的结右视图；

图4是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例的结构示意图，其中四箭头分别表示左向、右向、上向和下向；

图5是图4中的A的放大图；

图6是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例的结构示意图，其中四箭头分别表示左向、右向、上向和下向；

图7是本发明所提供的一种双旋流低氮燃烧器，其一实施例的结构示意图，其中四箭头分别表示左向、右向、上向和下向。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图7，本发明的一种双旋流低氮燃烧器。本发明利用氨燃料高温缺氧条件下能部分氨气裂解反应成氢气和氨气后燃烧，从而大量减少燃料型氮氧化物生成量，实现低氮燃烧，大量减少氮氧化物的排放。解决传统的氨燃料燃烧结构在燃烧过程中氮氧化物的排放大量大的问题，减少了对环境的污染。同时本申请的一种双旋流低氮燃烧器结构简单，现有的炉膛上只需简单更换双旋流低氮燃烧器即可应用本技术，不设计到燃烧***其它方面的改变，方法简单，效果明显，有效降低为达到氨燃料稳燃低氮目的而采用其它技术手段投入的运行费用和设备费用。以下具体介绍本申请的具体结构。

参照图1，在一实施例中，一种双旋流低氮燃烧器包括第一壳体100，第一壳体100为圆筒状壳体，圆筒状壳体的两端分别为第一端和第二端，第一端封闭设置，第二端敞开设置，气流输送组件200设置于圆筒状壳体内将圆筒状壳体分为助燃腔室110和燃烧腔室120，第一助燃进气口113设置在圆筒状壳体的侧壁，助燃腔室110连通有第一助燃进气口113，燃烧腔室120设置有燃烧口121，燃烧口121设置于第二端，圆筒状壳体能使得氨燃料与助燃气体混合更加均匀，有助于氨燃料的稳定燃烧，燃烧口121设置于第二端，与气流输送方向一致，有助于火焰的喷射。在实际使用时，双旋流低氮燃烧器设置于炉膛侧壁，燃烧口121朝向炉膛内，火焰经燃烧口直接喷向炉膛内。并且一般双旋流低氮燃烧器设置多个，第一助燃进气口113设置在圆筒状壳体的侧壁，可设置双旋流低氮燃烧器的助燃腔室110连通，同时控制进气。

参照图2和图3，对气流输送组件200具体介绍。气流输送组件200包括助燃气体旋流部件、燃料喷射头210，助燃气体旋流部件设置有均呈环形的一级旋流区220和二级旋流区230，一级旋流区220与二级旋流区230同轴内外间隔设置，燃料喷射头210设置于一级旋流区220的中部并凸设于燃烧腔室120的一侧，燃料喷射头210连接有燃料管，燃料管连接有第三控制阀，通过第三控制阀控制燃料进行料，实际中，燃料喷射头210也为氨喷枪喷射头；一级旋流区220设置有环形间隔设置的多个一级旋流通道，一级旋流通孔连通助燃腔室110和燃烧腔室120；二级旋流区230设置有环形间隔设置的多个一级旋流通道，二级旋流通孔连通助燃腔室110和燃烧腔室120。

使用时，气体经第一助燃进气口113进入助燃腔室110，分别经过一级旋流通道和二级旋流通道进入燃烧腔室120，同时燃料经燃料喷射头210喷射，由于一级旋流通道的一次风中的氧气有限，部分燃料与一级旋流通道的一次风混合燃烧，燃烧一定时间后形成高温环境，剩余燃料由于缺氧而部***解反应成氢气和氨气直到和二级旋流通道的二次风混合完全燃烧。一级旋流通道和二级旋流通道均沿通气方向螺旋设置，一级旋流通道和二级旋流通道的旋流方向一致，助燃气体螺旋出气，与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加充分稳定。

而部分燃料在燃烧产生高温区域需要一定的燃烧时间和空间，因此在一级旋流区220与二级旋流区230之间设置有挡板240，也就是当一级旋流区220与二级旋流区230同轴内外需要一定的间隔，当间隔大于50mm时，部分氨气能与一次风混合燃烧产生高温环境，促使氨气分解成氢气，减少氨气直接燃烧量。

为了部分氨气能与一次风混合均匀，燃料喷射头210外周壁设置有多个燃料喷口211，多个燃料喷口呈环形间隔设置在燃料喷射头210的外周壁，氨燃料沿着燃料喷射头210的径向喷出，与一次风充分混合燃烧，及时产生高温条件，促进氨气分解成氢气燃烧，燃烧也更加稳定。

在另一些实施例中，参照图4，还可设置挡壳250隔离出高温回流区域，挡板240朝向燃烧腔室120的一侧连接有呈筒状的挡壳250，一级旋流区220和燃料喷射头210设置于挡壳250内。挡壳250内形成高温回流区，使得少部分氨气在高温回流区燃烧形成高温条件，促使氨气分解成氢气，减少氨气直接燃烧量。

又由于设置了挡壳250，能减少氨气直接与大量氧气接触，参照图5所示，燃料喷射头210外周壁设置有多个第一燃料喷口212和多个第二燃料喷口213，多个第一燃料喷口212呈环形间隔设置在燃料喷射头210的外周壁，多个第二燃料喷口213呈环形间隔设置于燃料喷射头210的端面，第二燃料喷口213的喷出方向往外倾斜设置，一次风与燃料充分混合，更易于氨气的燃烧。

进一步地，一级旋流区220设置有环形可转动的一级叶轮，一级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个一级旋流叶片221，相邻两个一级旋流叶片221之间形成一级旋流通道，二级旋流区230设置有环形可转动的二级叶轮，二级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个二级旋流叶片231，相邻两个二级旋流叶片231之间形成二级旋流通道。一次风和二次风与氨燃料充分混合，燃烧更加充分。一次风和二级旋流叶片231角度可调，叶片角度的叶片角度可调范围为40°到50°，具体角度要根据实际结构及结构的大小来选定，一级旋流叶片221和二级旋流叶片231使得两次出风与氨燃料充分混合，燃烧更加充分。在其他一些实施例中，一级旋流通道和二级旋流通道也可为固定但有一定出风角度的螺旋通道，也具有旋流出风效果。

可以理解的是，一级旋流通道的通气量小于二级旋流通道的通气量，氮氧化物的产生量较少。一级旋流通道的通气量主要保证氨气燃烧产生高温条件，促使氨气分解成氢气，减少氨气直接燃烧量，从而减少氮氧化物的产生，因此要减少氮氧化物的产生，一级旋流通道的通气量相对较少。具体地，一级旋流区220与二级旋流区230同轴内外间隔大于50mm，燃料燃烧需要一定时间产生高温条件，避免大量氨气直接燃料。一级旋流器的通气量占总通气量比例13％至17％，该通气量的比例有助于部分氨气的直接燃烧，又能大部分的氨分解。

为了尽可能地减少氮氧化物的产生，控制通气量的比例，参照4和图7，还提供了一种实施例，在上述的双旋流低氮燃烧器增设第二壳体300，第二壳体300呈圆筒状，第二壳体300设置于助燃腔室110内，第二壳体300将助燃腔室110分隔为内腔室111和外腔室112，内腔室111与一级旋流区220连通，外腔室112与二级旋流区230连通，第一助燃进气口113与外腔室112连通，内腔室111设置有第二助燃进气口310，即直接控制一次风量和二次风量的大小，进而控制大部分氨气直接燃烧的数量。

进一步地，第一助燃进气口113连通有第一进气管400，第二助燃进气口310连通有第二进气管500，第一进气管400连接有第一控制阀，第二进气管500连通有第二控制阀。可根据氮氧化物数量增加，调整一次风量和二次风量的大小，以找到合适的通气量比例，使得氮氧化物产生的数量较少。第一控制阀和第二控制阀可设置为自动控制的电动阀，根据燃烧过程中，氮氧化物数量的变化进行动态调整一次风量和二次风量的大小，使得氮氧化物数量较少，氨燃料燃烧稳定。

当氮氧化物数量增加，控制第一控制阀，减少一次进风量进入燃烧腔室120，又或者控制第二控制阀，增加二次进风量进入燃烧腔室120，或者同时对第一控制阀和第二控制阀的进风量，还可调整燃料喷射头210的喷气量，以使得测量氮氧化物的数量较少。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于，包括：

第一壳体(100)，在所述第一壳体(100)内设置有气流输送组件(200)，所述气流输送组件(200)将所述第一壳体(100)内的腔体分割为助燃腔室(110)和燃烧腔室(120)，所述助燃腔室(110)连通有第一助燃进气口(113)，所述燃烧腔室(120)设置有燃烧口(121)；

所述气流输送组件(200)包括助燃气体旋流部件、燃料喷射头(210)，所述助燃气体旋流部件设置有均呈环形的一级旋流区(220)和二级旋流区(230)，所述一级旋流区(220)与所述二级旋流区(230)同轴内外间隔设置，所述燃料喷射头(210)设置于所述一级旋流区(220)的中部并凸设于所述燃烧腔室(120)的一侧；

所述一级旋流区(220)设置有环形间隔设置的多个一级旋流通道，所述一级旋流通道沿通气方向螺旋设置，所述一级旋流通孔连通所述助燃腔室(110)和所述燃烧腔室(120)；

所述二级旋流区(230)设置有环形间隔设置的多个二级旋流通道，所述二级旋流通道沿通气方向螺旋设置，所述二级旋流通孔连通所述助燃腔室(110)和所述燃烧腔室(120)。

2.根据权利要求1所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述燃料喷射头(210)外周壁设置有多个燃料喷口(211)，多个所述燃料喷口(211)呈环形间隔设置在所述燃料喷射头(210)的外周壁。

3.根据权利要求1所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

在所述一级旋流区(220)与所述二级旋流区(230)之间设置有环形的挡板(240)，所述挡板(240)朝向所述燃烧腔室(120)的一侧连接有呈筒状的挡壳(250)，所述一级旋流区(220)和所述燃料喷射头(210)设置于所述挡壳(250)内。

4.根据权利要求3所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述燃料喷射头(210)设置有多个第一燃料喷口(212)和多个第二燃料喷口(213)，多个所述第一燃料喷口(212)呈环形间隔设置于所述燃料喷射头(210)的外周壁，多个第二燃料喷口(213)呈环形间隔设置于燃料喷射头(210)的端面，所述第二燃料喷口(213)的喷出方向往外倾斜设置。

5.根据权利要求1所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述一级旋流区(220)的通气量小于所述二级旋流区(230)的通气量。

6.根据权利要求5所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述一级旋流区(220)与所述二级旋流区(230)同轴内外间隔的距离大于50mm，所述一级旋流区(220)通气量为一级旋流区(220)和二级旋流区(230)的总通气量的13％至17％。

7.根据权利要求1所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述一级旋流区(220)设置有环形可转动的一级叶轮，所述一级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个一级旋流叶片(221)，相邻两个所述一级旋流叶片(221)之间形成所述一级旋流通道，所述二级旋流区(230)设置有环形可转动的二级叶轮，所述二级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个二级旋流叶片(231)，相邻两个所述二级旋流叶片(231)之间形成所述二级旋流通道。

8.根据权利要求1所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述双旋流低氮燃烧器还包括第二壳体(300)，所述第二壳体(300)设置于所述助燃腔室(110)内，所述第二壳体(300)将所述助燃腔室(110)分隔为内腔室(111)和外腔室(112)，所述内腔室(111)与所述一级旋流区(220)连通，所述外腔室(112)与所述二级旋流区(230)连通，所述第一助燃进气口(113)与所述外腔室(112)连通，所述内腔室(111)设置有第二助燃进气口(310)。

9.根据权利要求8所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述第一助燃进气口(113)连通有第一进气管(400)，所述第二助燃进气口(310)连通有第二进气管(500)，所述第一进气管(400)连接有第一控制阀，所述第二进气管(500)连通有第二控制阀。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种双旋流低氮燃烧器，其特征在于：

所述第一壳体(100)为圆筒状壳体，所述圆筒状壳体的两端分别为第一端和第二端，所述第一端封闭设置，所述第二端敞开设置，所述气流输送组件(200)设置于所述圆筒状壳体内将所述圆筒状壳体分为助燃腔室(110)和燃烧腔室(120)，所述第一助燃进气口(113)设置在所述圆筒状壳体的侧壁，所述燃烧口(121)设置于所述第二端。

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