燃烧器和燃烧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及燃烧器和燃烧系统。该燃烧器包括：一次燃烧段，其构造为中空的管段，并且包括流体连通的混合区和一次燃烧区，所述混合区靠近所述一次燃烧段的外侧；二次燃烧段，其构造为中空的管段并且连接于所述一次燃烧段的内端部，其包括二次燃烧区，所述二次燃烧区与所述一次燃烧区流体连通；其中，所述混合区的外侧设置有燃料入口和一次助燃空气入口，所述二次燃烧区的外侧设置有二次助燃空气入口。采用这种燃烧器进行生产可以有效地减少NOx排放量，利于环保。
【专利说明】燃烧器和燃烧系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及高温燃烧【技术领域】，特别涉及一种燃烧器。此外，本实用新型还涉 及一种包括所述燃烧器的燃烧系统。
【背景技术】
[0002] 工业炉窑通常采用燃烧器进行生产，采用燃烧器能够获取高温火焰。生产时，燃烧 器将燃料和助燃空气混合后燃烧，从而获取高温烟气。但是现有技术中采用的燃烧器在燃 烧过程中会产生大量的NOx，作为示例，为了使得燃烧炉的炉膛温度达到1200°C，在空气预 混系数a=l的情况下高温燃烧时NOx排放量达到5000ppm。因此，急需一种低NOx排放量的 燃烧器。 实用新型内容
[0003] 针对上述的问题，本实用新型提出了一种燃烧器，使用这种燃烧器进行生产可以 有效地减少NOx排放量，利于环保。此外，本实用新型还提出了一种包括上述燃烧器的燃烧 系统。
[0004] 根据本实用新型的第一方面，提出了一种燃烧器，其包括：一次燃烧段，其构造为 中空的管段，并且包括流体连通的混合区和一次燃烧区，混合区靠近一次燃烧段的外侧；二 次燃烧段，其构造为中空的管段并且连接于一次燃烧段的内端部，其包括二次燃烧区，二次 燃烧区与一次燃烧区流体连通；其中，混合区的外侧设置有燃料入口和一次助燃空气入口， 二次燃烧区的外侧设置有二次助燃空气入口。
[0005] 采用本实用新型的燃烧器进行生产时，由于一次助燃空气与二次助燃空气的供给 量分别小于给定燃料能够完全燃烧所需的助燃空气总量，因此，燃料分别在一次燃烧区和 二次燃烧区内不充分燃烧，特别是在一次燃烧区中，参与燃烧的氧气浓度低，同时火焰内还 存在N0的还原反应，从而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0006] 在一个实施例中，二次燃烧段的侧壁上设置有流体连通二次燃烧段的内侧与二次 燃烧区的炉膛烟气通道。采用这样的结构，在二次燃烧区中燃烧时能够通过炉膛烟气通道 卷吸燃烧炉的炉膛烟气进入到二次燃烧区，因此炉膛内烟气的混入使得二次燃烧时的氧气 浓度降低，从而抑制了二次燃烧的火焰温度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0007] 在一个优选实施例中，炉膛烟气通道延伸至二次燃烧段的外端部。由此使得从一 次燃烧区进入到二次燃烧区的混合气体同时被二次助燃空气和炉膛烟气混合，从而有效地 降低燃烧火焰周围的氧气浓度。进一步地，炉膛烟气通道与二次燃烧区的连通处朝向二次 燃烧区呈扩口状。由此加快炉膛烟气在二次燃烧区内的扩散，利于二次燃烧区内氧气浓度 的降低。
[0008] 在一个实施例中，一次燃烧段的侧壁上沿轴线方向设置有与二次助燃空气入口连 通的二次助燃空气通道。由此可以在一次燃烧段的外侧同时供给一次助燃空气和二次助燃 空气，提高助燃空气供给的便利性。
[0009] 在一个实施例中，混合区的孔径不大于一次燃烧区的孔径，并且混合区构造为自 内向外呈扩口状。采用这样的结构的目的是，保证燃料与一次助燃空气在混合区能够充分 混合，另外当在一次燃烧区燃烧时可以保证一次燃烧段不会承受过大的压力。
[0010] 在一个实施例中，一次燃烧区的孔径小于二次燃烧区的孔径。由于二次燃烧区内 导入二次助燃空气，甚至炉膛烟气也会进入到其中，一次燃烧区的孔径小于二次燃烧区的 孔径可以保证二次燃烧段不会承受过大的压力，确保燃烧器产品的可靠性。
[0011] 在一个实施例中，燃料入口为燃气喷嘴，一次助燃空气入口设置于燃气喷嘴的周 围。由此便于燃料的供应，并且可以使得一次助燃空气能够与燃料充分混合。
[0012] 在一个实施例中，燃气喷嘴为氮化硅结合碳化硅材料，和/或者烧嘴砖是高温浇 注材料。提高了燃烧器的耐高温能力。
[0013] 根据本实用新型的第二方面，还提供了一种燃烧系统，该燃烧系统包括燃烧炉和 根据上文所述的燃烧器，燃烧炉的炉膛设置于二次燃烧段的内侧。当采用这样的燃烧系统 生产时，二次燃烧区内产生的燃烧火焰喷向炉膛内。
[0014] 需要说明的是，本实用新型所使用的方位术语"内"是指当燃烧器安装至燃烧炉上 时靠近燃烧炉的炉膛为"内"，而远离燃烧炉的炉膛的方向为"外"。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于，在二次燃烧区中燃烧时能够通过炉膛 烟气通道卷吸燃烧炉的炉膛烟气进入到二次燃烧区，由此降低了二次燃烧区中氧气的浓 度。炉膛烟气通道延伸至二次燃烧段的外端部。由此使得从一次燃烧区进入到二次燃烧区 的混合气体同时被二次助燃空气和炉膛烟气混合，从而有效地降低燃烧火焰周围的氧气浓 度。进一步地，炉膛烟气通道与二次燃烧区的连通处朝向二次燃烧区呈扩口状。由此加快 炉膛烟气在二次燃烧区的扩散，利于二次燃烧区内氧气浓度的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
[0017] 图1是根据本实用新型的一个优选实施例的燃烧器的截面图；
[0018] 在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0020] 如图1所示，本实用新型提出的燃烧器包括一次燃烧段10和二次燃烧段20,燃料 和一次助燃空气首先在一次燃烧段10内混合后进行一次燃烧，然后再进入到二次燃烧段 20中进行二次燃烧，同时二次助燃空气导入至二次燃烧段20中参与二次燃烧。下面将详细 描述本实用新型的燃烧器及其各部分。
[0021] 需要说明的是，本实用新型所述的燃料为气体燃料，例如天然气或者煤气等均可。 另外，一次助燃空气与二次助燃空气的供给量分别小于给定燃料能够完全燃烧所需的助燃 空气总量。作为优选的示例，一次助燃空气量约为助燃空气总量的50?60%，二次助燃空气 量约为助燃空气总量的40?50%。
[0022] 如图1所示，一次燃烧段10构造为中空的管段，一次燃烧段10包括流体连通的混 合区11和一次燃烧区12,混合区11靠近一次燃烧段10的外侧。混合区11的外侧设置有 燃料入口和一次助燃空气入口，混合区11用于燃料和一次助燃空气的混合，图中混合区11 中的箭头的方向为燃料和一次助燃空气的流向。优选地，如图所示，燃料入口为燃气喷嘴 13。而一次助燃空气入口 14设置于燃气喷嘴13的周围，由此便于燃气与一次助燃空气的 充分混合。进一步地，图中一次助燃空气入口 14处设置有旋流器，可以提供较强的旋流风， 利于燃气与一次助燃空气的混合。
[0023] 如图1所示，二次燃烧段20同样构造为中空的管段，二次燃烧段20连接于一次燃 烧段10的内端部。优选地，一次燃烧段10和二次燃烧段20可以形成为一体。如图所示， 二次燃烧段20包括二次燃烧区21，二次燃烧区21与一次燃烧区12流体连通。由此燃料 完成一次燃烧后并不能充分燃烧，从一次燃烧区12进入到二次燃烧区21，在二次燃烧区21 内进行二次燃烧。需要说明的是，二次燃烧区21的外侧(也就是靠近一次燃烧区)设置有二 次助燃空气入口 22,用以提供二次助燃空气，二次助燃空气参与二次燃烧区内的二次燃烧。
[0024] 采用本实用新型的燃烧器进行生产时，燃料分别在一次燃烧区12和二次燃烧区 21内不充分燃烧，致使燃烧温度低于理论燃烧温度，特别是在一次燃烧区12中，燃料过浓， 一次燃烧过剩空气系数小于1，致使燃烧温度低于理论燃烧温度，另外参与燃烧的氧气浓度 低，同时火焰内还存在N0的还原反应，从而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0025] 如图1所示，作为优选的实施例，二次燃烧段20的侧壁上设置炉膛烟气通道23,炉 膛烟气通道23流体连通二次燃烧段20的内侧与二次燃烧区21。从图中可以看出，二次燃 烧区21的内端部是敞开的，用于燃料二次燃烧的火焰以及高温烟气喷向炉膛内。而炉膛烟 气通道23的设置可以在二次燃烧区中燃烧时能够通过炉膛烟气通道23卷吸燃烧炉的炉膛 烟气进入到二次燃烧区21，因此炉膛烟气的混入使得二次燃烧时的氧气浓度降低，从而抑 制了燃料二次燃烧的火焰温度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0026] 优选地，如图所示，炉膛烟气通道23延伸至二次燃烧段20的外端部。图中炉膛烟 气通道23中的箭头方向为炉膛烟气的流向，由此使得从一次燃烧区12进入到二次燃烧区 21的混合气体同时被二次助燃空气和炉膛烟气混合，从而有效地降低燃烧火焰周围的氧气 浓度。进一步地，炉膛烟气通道23与二次燃烧区21的连通处24朝向二次燃烧区21呈扩 口状。图中连通处24的箭头方向为炉膛烟气的流动方向，从而加快炉膛烟气在二次燃烧区 21内的扩散，利于二次燃烧区21内氧气浓度的降低。
[0027] 作为优选的实施例，一次燃烧段10的侧壁上沿轴线方向设置有与二次助燃空气 入口 22连通的二次助燃空气通道16。图中二次助燃空气通道16中的箭头方向为二次助燃 空气的流向，由此可以在一次燃烧段10的外侧同时供给一次助燃空气和二次助燃空气，提 高助燃空气供给的便利性。
[0028] 优选地，混合区11的孔径不大于一次燃烧区12的孔径，可以保证在一次燃烧区燃 烧时一次燃烧段10不会承受过大的压力。另外，混合区11构造为自内向外呈扩口状。保 证燃料与一次助燃空气在混合区能够充分混合。此外，混合区11与一次燃烧区12的孔径 的差距使得一次燃烧区的根部(靠近一次燃烧区的位置)形成一次烟气回流区15,利于一次 燃烧的火焰稳定。在采用旋流风的一次助燃空气的情况下，燃烧调节比得到提高。
[0029] 可以理解的是，如图1所示，一次燃烧区12的孔径小于二次燃烧区21的孔径。由 于二次燃烧区21内导入二次助燃空气，甚至炉膛烟气也会进入到其中，一次燃烧区12的孔 径小于二次燃烧区21的孔径可以保证二次燃烧段20不会承受过大的压力。另外，如图所 示，由于一次燃烧区12和二次燃烧区21的孔径的差距使得二次燃烧区的根部(靠仅混合区 的位置）形成二次烟气回流区25,从而利于二次燃烧的火焰稳定，利于燃烧的调节。
[0030] 进一步地，燃气喷嘴13为氮化硅结合碳化硅材料。烧嘴砖是高温浇注材料。由此 提高了燃烧器的耐高温能力。例如，最高使用温度可达到1700°C。
[0031] 根据本实用新型的第二方面，还提供了一种燃烧系统，该燃烧系统包括燃烧炉和 根据上文所述的燃烧器，燃烧炉的炉膛设置于二次燃烧段的内侧。当采用这样的燃烧系统 生产时，二次燃烧区内产生的燃烧火焰和高温烟气喷向炉膛内。对比现有技术，为了使得燃 烧炉的炉膛温度达到1200°c，在空气预混系数a=l的情况下采用本实用新型的燃烧器进行 高温燃烧时NOx排放量低至500ppm，NOx的排放量降低90%。
[0032] 虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范 围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。本实用新型并不 局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1. 一种燃烧器，其特征在于，包括： 一次燃烧段，其构造为中空的管段，并且包括流体连通的混合区和一次燃烧区，所述混 合区靠近所述一次燃烧段的外侧； 二次燃烧段，其构造为中空的管段并且连接于所述一次燃烧段的内端部，其包括二次 燃烧区，所述二次燃烧区与所述一次燃烧区流体连通； 其中，所述混合区的外侧设置有燃料入口和一次助燃空气入口，所述二次燃烧区的外 侧设置有二次助燃空气入口。
2. 根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述二次燃烧段的侧壁上设置有流体 连通所述二次燃烧段的内侧与所述二次燃烧区的炉膛烟气通道。
3. 根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述炉膛烟气通道延伸至所述二次燃 烧段的外端部。
4. 根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述炉膛烟气通道与所述二次燃烧区 的连通处朝向所述二次燃烧区呈扩口状。
5. 根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述一次燃烧段的侧壁上沿轴线方向 设置有与所述二次助燃空气入口连通的二次助燃空气通道。
6. 根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述混合区的孔径不大于所述一次燃 烧区的孔径，并且所述混合区构造为自内向外呈扩口状。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述一次燃烧区的孔径小 于所述二次燃烧区的孔径。
8. 根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料入口为燃气喷嘴，所述一次助 燃空气入口设置于所述燃气喷嘴的周围。
9. 根据权利要求8所述的燃烧器，其特征在于，所述燃气喷嘴为氮化硅结合碳化硅材 料，和/或者烧嘴砖是高温浇注材料。
10. -种燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统包括燃烧炉和根据权利要求1至9中任 一项所述的燃烧器，所述燃烧炉的炉膛设置于所述二次燃烧段的内侧。
【文档编号】F23D14/02GK203893179SQ201420163758
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】周绍芳 申请人:湖南巴陵炉窑节能股份有限公司