专利名称：一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置及其燃烧方法
技术领域：
本发明涉及大功率工业燃烧器用燃气燃烧器技术，尤其涉及一种燃气回喷，火焰在炉膛整个空间均匀分布、产生均匀的温度场的低排放大功率预混燃烧器。
背景技术：
随着国内环保要求的提高，低碳低排放、节能减排政策的出台和应用，对大功率燃气燃烧器在安全、环保等方面提出了更高要求。传统的国内燃气燃烧器一般功率不超过 21MW，而且存在燃烧不稳定，排放大等问题。国内外燃气燃烧器多数使用扩散(非预混)燃烧技术，特别是7MW以上的燃气燃烧器，即燃气与助燃空气在燃烧前分别通过不同的通道流向燃烧室内，混合燃烧。该类燃烧形式比较容易产生高过量空气系数、降低了锅炉效率；燃烧火焰相对较长，甚至脱火；燃气与空气在锅炉炉膛内混合不均匀容易产生局部高温、进而产生较大量N0x、C0等问题。在1536度以上，NOx大量生成，在不使用烟气外循环的情况下 NOx排放量相对较高等问题，而CO则是由于燃气未完全燃烧产生的结果。燃气燃烧器在国外也有采用无焰燃烧技术(预混燃烧技术)，即燃气与助燃空气在进入燃烧室前先在一容器内混合好。该类燃烧器燃烧温度均衡，过量空气系数极小，燃烧在燃烧室内整个空间点均匀进行，产生的NOx量较扩散式燃烧器低得多，但是该类燃烧器若使用不当或者技术不到位则容易产生回火甚至产生爆炸等严重问题，严重阻碍了该技术的发展应用，所以国外先进燃烧器厂家也只生产该类小功率(6MW以下的)燃气燃烧器。
发明内容
本发明的目的是克服以往采用扩散式(非预混)燃烧技术燃气燃烧器遇到的NOx 排放量高、过量空气系数优化等缺陷，在大功率燃烧器上安全可靠地使用预混燃烧技术，提供一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置及其燃烧方法。为达到上述目的，采用的技术方案是一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置，包括旋流器，回喷型锤式燃气枪，燃烧装置喉口，其特征在于所述喉口中心，轴向设置中心筒， 所述中心筒的上端部与同轴设置的旋流器相接，所述中心筒的内外径与所述旋流器内环的内外径吻合一致，所述旋流器的外环周边与所述喉口内壁之间置有周边轴流风通道，所述喉口径向均布置有回喷型锤式燃气枪。所述回喷型锤式燃气枪轴向为燃气进入通道，径向外端，较短，置有多个燃气直回喷孔，径向里侧，较长，置有多个燃气斜回喷孔。所述回喷型锤式燃气枪每支有5 16个燃气回喷孔。所述燃气回喷式预混低NOx燃烧装置的燃烧方法，其特征在于
助燃空气分三股(1)由中间筒进入，少量低速中心冷却风，主要起到冷却根部火焰的作用；⑵通过旋流器进入，中间高速旋流风，主要起到加速燃气与空气的混合，以及稳定火焰； ⑶从所述周边轴流风通道进入，高速周边轴流风；
燃气自回喷型锤式燃气枪的进入通道进入后，分成二部分，⑴燃气直回喷孔喷出的燃气，沿轴向回喷与周边轴流风对冲；⑵燃气斜回喷孔喷出的燃气，与燃烧装置的轴线呈一 α角，与旋流风切向对冲回喷。本发明的积极效果是从燃燃气枪上的燃气孔喷出的燃气流部分与轴流风相向对冲，其余部分则与旋流风对冲。加上单位质量燃气的动量大于助燃空气的动量，使得燃气与空气在燃烧装置的喉口内，以最快速度充分均匀地混合，但燃气不会回喷至燃烧装置深处， 即在喉口根部未燃烧前已经均匀混合(预混)，各处燃气浓度几乎一致，从而燃气与空气混合物喷向炉膛时，能在各个空间点均匀燃烧，炉膛内温度均匀，避免了扩散燃烧方式中的火焰温度峰值区域，并在保证火焰稳定的前提下减小根部火焰，从而抑制了 NOx的产生，产生小于29ppm的极少量NOx，并且无CO产生。燃烧需要的过量空气小，锅炉效率提高，燃烧稳定可靠。单机功率最大可达70MW以上。
以下结合附图
和实施例对本发明作进一步说明。图I.为本发明结构示意图(燃气枪位于旋流器与喉口之间)；
图2.为图I的A-A剖视结构示意图3.为旋流器结构示意图4.燃气枪头结构示意图5.为图4的B向结构示意图。图中，I 一喉口 ；2—回喷型锤式燃气枪；3—旋流器；4 一中间筒；5—旋流器内环； 6—旋流器叶片；7—旋流器外环；8 —燃气直回喷孔；9 一燃气斜回喷孔；10—中心冷却风； 11 一中间高速旋流风；12 —周边轴流风；13 —燃气进入通道。
具体实施例方式图I为本发明结构示意图，图2为图I的A-A剖视结构示意图，由图所示可见，一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置，包括旋流器3，回喷型锤式燃气枪2，燃烧装置喉口 1，其特征在于所述喉口 I中心，轴向设置中心筒4，所述中心筒4的端部与同轴设置的旋流器 3相接，所述中心筒4的内外径与所述旋流器内环5的内外径吻合一致，所述旋流器3的外环周边与所述喉口 I内壁之间置有周边轴流风通道12，所述喉口 I径向均布置有回喷型锤式燃气枪2。如图所示，中间筒4在燃烧器中间，中间筒4上端部与旋流器3固定连接，低速中心冷却风10轴向由中间筒4内流出，该部分风占总空气量的5 10%，能起到冷却根部火焰和中心火焰温度的作用。其余空气则由旋流器3分成两大部分，一部分空气流经旋流器 6成中间高速旋流风11，占总风量的35 % 45 %，另一部分则从旋流器3外轴向流动，成周边轴流风12。图3为旋流器结构示意图。图示该旋流器由内环5、外环7和置于内环5外环7之间的若干旋流器叶片6组成，所述叶片6呈弯掠状，由耐高温材料制成，环状均布。流线型叶片6使得空气通过时压损小，流型好，易于与燃料气均匀混合。图I和2可见，喉口 I径向均布若干回喷型锤式燃气枪2。图4、5示出了回喷型锤式燃气枪结构示意图，所述回喷型锤式燃气枪轴向为燃气进入通道13，径向外端较短，置有多个燃气直回喷孔8，径向里侧较长，置有多个燃气斜回喷孔9。每支回喷型锤式燃气枪 2上有5 16个燃气孔(根据燃烧器功率大小，孔的数量不尽相同)。燃气从这些小燃气孔流出，成多股细燃气流。燃气直回喷孔8沿轴向回喷，与周边轴流风12对冲，另一组燃气经燃气斜回喷孔9，与轴向呈一定角度，不与枪体弧面垂直，但与旋流器出来的中间高速旋流风11切向对冲回喷。所以，所有燃气均与助燃空气方向呈对冲状，燃气能最大程度上在未喷出燃烧器喉口、更未燃烧前与助燃空气均匀地混合好。并且控制好燃气孔直径及喷出的动量，使燃烧在燃烧器喉口外进行，在整个炉膛尽可能大的空间里燃烧。由于预混，使得燃气与助燃空气在整个炉膛空间均匀混合燃烧，避免了局部高温的产生，并在保证火焰稳定的前提下减小根部火焰，从而使得产生极少量小于29ppm的NOx，并且无CO产生。燃烧需要的过量空气小，锅炉效率提高，燃烧稳定可靠。单机功率最大可达70MW以上。
权利要求
1.一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置，包括旋流器，回喷型锤式燃气枪，燃烧装置喉口，其特征在于所述喉口中心，轴向设置中心筒，所述中心筒的上端部与同轴设置的旋流器相接，所述中心筒的内外径与所述旋流器内环的内外径吻合一致，所述旋流器的外环周边与所述喉口内壁之间置有周边轴流风通道，所述喉口径向均布置有回喷型锤式燃气枪。
2.根据权利要求I所述一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置，其特征在于所述回喷型锤式燃气枪轴向为燃气进入通道，径向外端较短，置有多个燃气直回喷孔，径向里侧较长，置有多个燃气斜回喷孔。
3.根据权利要求I所述一种燃气回喷式预混低NOx燃烧装置，其特征在于所述回喷型锤式燃气枪每支有5 16个燃气回喷孔。
4.权利要求I所述燃气回喷式预混低NOx燃烧装置的燃烧方法，其特征在于助燃空气分三股(1)由中间筒进入，少量低速中心冷却风，冷却火焰根部；⑵通过旋流器进入，中间高速旋流风，加速燃气与空气的混合，稳定火焰；⑶从所述周边轴流风通道进入，高速周边轴流风；燃气自燃气锤式燃气枪的进入通道进入后，分成二部分，⑴燃气直回喷孔喷出的燃气， 沿轴向回喷与周边轴流风对冲；⑵燃气斜回喷孔喷出的燃气，与燃烧装置的轴线呈一 α 角，与旋流风切向对冲回喷。
全文摘要
本发明燃气回喷式预混低NOx燃烧装置及其燃烧方法，属大功率工业燃烧器技术领域。燃烧装置的特征在于喉口中心，轴向设置中心筒，中心筒的端部与同轴设置的旋流器相接，中心筒的内外径与旋流器内环的内外径吻合一致，旋流器的外环周边与所述喉口内壁之间置有周边轴流风通道，喉口径向均布置有回喷型锤式燃气枪。其燃烧方法特征在于燃气自燃气锤式燃气枪的进入通道进入后，分成二部分直回喷孔喷出的燃气，沿轴向回喷与周边轴流风对冲；斜回喷孔喷出的燃气，与旋流风切向对冲回喷。本发明的积极效果是燃气与空气回喷对冲充分均匀地混合，产生小于29ppm的极少量NOx，并且无CO产生。燃烧稳定可靠，单机功率最大可达70MW以上。
文档编号F23D14/48GK102607025SQ20121007520
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月21日 优先权日2011年12月6日
发明者徐志斌, 肖江东 申请人:上海诺特飞博燃烧设备有限公司