一种切缝旋流低氮氧化物燃烧器的制作方法

本发明涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种切缝旋流低氮氧化物燃烧器。

背景技术：

目前，工业用燃烧器得到了广泛的应用。工业用燃烧器需要考虑燃气与助燃空气能否充分混合，火焰能否稳定燃烧，更为重要的是需要考虑排放物的成分及其含量，其中，考虑排放物的成分及其含量是因为天然气是高热值气体，在空气作助燃气体燃烧时，会因高温产生热力型氮氧化物。氮氧化物不仅会影响人类身体健康，还会造成酸雨等严重的环境问题。

氮氧化物的生成机理有三种，分别是热力型、快速型、燃料型。热力型氮氧化物是燃烧温度超过1500℃时，空气中的氮气直接被氧化而形成，另外氧浓度以及生成物在高温区的停留时间也是影响热力型氮氧化物的影响因素。快速型是当空气量不足时，在火焰锋面内碳氢燃料燃烧过程中的自由基与氮气反应形成no。燃料型是燃料内部的氮直接被氧化而得。在工业燃烧器领域，一般为空气过量，因此不会出现因空气量不足而出现的快速型氮氧化物。针对于天然气等气体燃料，其中含有氮元素极其微量，对于燃料型氮氧化物也可忽略，因此对于工业用天然气燃烧器主要控制的是热力型氮氧化物的形成。

通过合理的燃烧器结构设计使火焰局部高温区的温度降低，并且减少烟气在高温区的停留时间，这样可以有效的减少氮氧化物的形成。此外为了使燃料得到充分燃烧，一般助燃空气添加比例会超过理论值5％—20％，在燃烧过程中所产生的热量一部分起到了加热助燃空气的作用，而这部分能量并没有起到实际生产中加热工件的作用。因此要使过量空气系数尽量接近理论化学当量比，这样可以节约加热空气所使用的能量。更为严重的是，因结构设计的问题而造成即使空气过量，也会有部分燃料没有得到充分的燃烧而排放到大气中，造成能源的浪费和环境的污染。

综上，燃烧器的设计要考虑到氮氧化物生成量的控制，燃料与助燃空气混合的充分且均匀，使得燃料燃烧充分助燃空气过剩量降低。这样才能起到节能减排的双重效果。

目前现有的燃烧器在结构设计方面主要通过分级燃烧以及通过旋转射流的方式来实现以上目的。然而燃料与空气流量分级比例的控制是分级燃烧的一项技术问题。在旋转射流方面，现有技术的工业用燃烧器在实际的使用过程中多采用机械式旋流器的叶片来产生旋转射流使空气和燃气进行混合。这种混合方式存在的不足为：1、燃烧器的加工难度较大，成本高；2、空气和燃气通过燃烧器时，压降较大；3、由于燃气与空气混合过于集中，形成了局部高温区域，导致排放的废气中氮氧化物含量较大，加剧了对环境的污染。

因此，亟须一种加工简单、压降较小，燃料与助燃空气混合均匀充分，且废气中氮氧化物含量较少的切缝旋流低氮氧化物燃烧器。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种加工简单、压降较低且废气中氮氧化物含量较少的切缝旋流低氮氧化物燃烧器。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种切缝旋流低氮氧化物燃烧器。具体地，该切缝旋流低氮氧化物燃烧器包括：燃气管、烧嘴及助燃风传输管；

烧嘴为圆锥形，烧嘴的外径较大的一端为第一端，烧嘴的外径较小的一端为第二端；

烧嘴内嵌于助燃风传输管的内腔中，烧嘴的第一端的外壁与助燃风传输管的内壁密封固定；

烧嘴沿轴向设置有通孔，燃气管一端的第一管段自烧嘴的第二端插在烧嘴的通孔中，用于使燃气管中的气体流进烧嘴的通孔中；

烧嘴上设置有至少一条在烧嘴第一端和第二端之间延伸的狭长的切缝。

进一步地，在烧嘴的至少一个横截面上，每条切缝的两侧边非径向设置在烧嘴上。

进一步地，切缝在烧嘴的圆锥外壁上螺旋布置。

进一步地，烧嘴的展开形状为扇形，扇形包括外圆弧边和内圆弧边；

切缝在扇形上的开口为等腰梯形，等腰梯形的上底靠近外圆弧边，等腰梯形的下底靠近内圆弧边，上底大于下底；

等腰梯形的对称轴与内圆弧边之间形成交点，扇形中通过交点的一根母线与等腰梯形的对称轴之间成30-65度夹角。

进一步地，烧嘴的锥角为45-75度。

进一步地，燃气管包括插入助燃风传输管并与第一管段邻接的第二管段，第二管段的管壁上设置有至少一个第一通孔。

进一步地，在燃气管的至少一个横截面上，每个第一通孔非径向设置在燃气管上。

进一步地，燃气管的第一管段的管壁上设置有至少一个第二通孔，每个第二通孔的轴线与其对应的燃气管内壁的直径在燃气管的横截面上重合；

烧嘴的第二端上设置有至少一个第三通孔，第三通孔的轴线与其对应的烧嘴的母线垂直。

进一步地，烧嘴在其外侧还设置有与至少一条切缝对应的至少一个导流挡板，一个导流挡板位于一条切缝的空气下游一侧。

进一步地，本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器还包括：

火道，火道与烧嘴第一端的端面密封固定。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，燃气管内部的气体与助燃风传输管内部的空气在烧嘴的通孔中混合；

本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，助燃风传输管内部的空气通过切缝进入烧嘴的通孔中，切缝使得空气在进入烧嘴通孔的初始位置不会集中在一个区域，进而使得空气与从燃气管进入烧嘴的气体之间的混合不会集中在一个区域，气体燃烧时也就不会集中在一个区域，燃烧温度的最高值就相对变低，废气中的氮氧化物的含量减少；

本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，助燃风传输管中的空气通过切缝进入烧嘴的通孔，空气在流通的过程中除了自身引起的压降，仅受到切缝和气体对其的阻碍作用，压降较小；

本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，燃气管中的气体进入烧嘴的通孔时，气体在流通的过程中除了自身引起的压降，仅受到空气对其的阻碍作用，压降较小；

本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，无需设置旋流器，即无需加工叶片，即可利用设置在烧嘴上的切缝实现空气与气体的混合，而切缝的加工仅需要在扇形板件上加工即可，加工简单。

综上，本发明的切缝旋流低氮氧化物燃烧器加工简单、压降较小且废气中氮氧化物含量较少。

附图说明

图1为具体实施方式中切缝旋流低氮氧化物燃烧器的局部刨面图；

图2为具体实施方式中切缝旋流低氮氧化物燃烧器的结构示意图；

图3为具体实施方式中燃气管横截面上第一通孔的刨视图；

图4为具体实施方式中烧嘴横截面上切缝的刨视图；

图5为具体实施方式中烧嘴展开成扇形后的结构示意图。

【附图标记说明】

图中：

1：燃气管；11：第一通孔；12：第二通孔；

2：烧嘴；21：切缝；22：第三通孔；23：导流挡板；

3：助燃风传输管；

4：火道。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参照图1-图5，本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器至少包括：燃气管1、烧嘴2及助燃风传输管3。

本实施例中，空气指来自助燃风传输管中的物质。燃气指来自燃气管且未和空气混和前的物质。气体指来自燃气管的燃气和空气经过第一次混合后且第二次混合前的物质。

本实施例中，燃气管1的一端分为第一管段和第二管段，第一管段为燃气管1插入烧嘴2中且设置有第二通孔12的部分管段，第二管段为燃气管1插入助燃风传输管3中且设置有第一通孔11的部分管段，如图1所示。

本实施例中，图1为切缝旋流低氮氧化物燃烧器的局部刨面图，局部刨部分用于展现第二通孔12、切缝21和导流挡板23的位置。

烧嘴2为圆锥形，进一步地，烧嘴2的锥角为45-75度，优选地，烧嘴2的锥角为60度。在相同含量的燃气和空气下，当烧嘴2的锥角大于45度且小于75度时，废气中氮氧化物的含量较少。其中，当烧嘴2的锥角为60度时，废气中氮氧化物的含量达到最少。

烧嘴2的外径较大的一端为第一端，烧嘴2的外径较小的一端为第二端。

烧嘴2内嵌于助燃风传输管3的内腔中，烧嘴2的第一端的外壁与助燃风传输管3的内壁密封固定。

烧嘴2沿轴向设置有通孔，燃气管1一端的第一管段自烧嘴2的第二段插在烧嘴2的通孔中，用于使燃气管1中的气体流进烧嘴2的通孔中。来自助燃风传输管3的空气和来自燃气管1的气体在烧嘴2的通孔中进行混合。

具体地，燃气管1包括插入助燃风传输管3并与第一管段邻接的第二管段，第二管段的管壁上设置有至少一个第一通孔11。在燃气管1的至少一个横截面上，每个第一通孔11非径向设置在燃气管1上。每个第一通孔11的轴线与其对应的燃气管1内壁的直径在燃气管1的横截面上成夹角，如图3所示，具体地，与其对应的燃气管1内壁的直径指交点所在的燃气管1内壁的直径(如图3中θ1所示)，交点为第一通孔11的轴线与燃气管1的内壁的交点。第一通孔11使得助燃风传输管3内部的空气进入燃气管1后沿燃气管1的内壁形成旋流，并使得进入燃气管1内部的空气和燃气管1内部的燃气实现一次混合形成气体。

具体地，燃气管1的第一管段的管壁上设置有至少一个第二通孔12，每个第二通孔12的轴线与其对应的燃气管1内壁的直径在燃气管1的横截面上重合。烧嘴2的第二端上设置有至少一个第三通孔22，第三通孔22的轴线与其对应的烧嘴2的母线垂直。通过第二通孔12和第三通孔22，燃气管1内部的气体和助燃风传输管3内部的空气在烧嘴2的通孔中实现二次混合。

烧嘴2上设置有至少一条在烧嘴2第一端和第二端之间延伸的狭长的切缝21，切缝21在烧嘴2的轴向上存在一定的狭长的投影，优选地，切缝21在烧嘴2的轴向上的投影至少占烧嘴2轴向高度的30％以上。切缝21用于助燃风传输管3中的空气流进烧嘴2的通孔中，并与气体在烧嘴2的通孔中混合。本实施例中，切缝21的数量为四条，四条切缝21对称设置在烧嘴2上。

具体地，在烧嘴2的至少一个横截面上，每条切缝21的两侧边非径向设置在烧嘴2上。切缝21穿过烧嘴壁的延伸方向与烧嘴2横截面的直径方向成夹角(如图4中θ2所示)，用于当空气从助燃风传输管3流进烧嘴2的通孔时，减弱切缝21对空气切向速度的阻碍作用，当空气从切缝21流向烧嘴2的通孔后，能够以一定的径向和切向的复合速度进入烧嘴2，并形成旋流。

具体地，切缝21在烧嘴2的圆锥外壁上螺旋布置，每条切缝21在烧嘴2上螺旋布置所形成的包络角在0-90度的范围内，切缝21在烧嘴2的圆锥外壁上螺旋布置能够使得空气在烧嘴2的通孔中对气体产生吹向烧嘴2的第一端的旋流加强混合并且稳定火焰的作用。

具体地，烧嘴2的展开形状为扇形，扇形包括外圆弧边和内圆弧边；切缝21在扇形上的开口为等腰梯形，等腰梯形的上底靠近外圆弧边，等腰梯形的下底靠近内圆弧边，上底大于下底；等腰梯形的对称轴与内圆弧边之间形成交点，扇形中通过交点的一根母线与等腰梯形的对称轴之间成30-65度夹角，优选地，夹角为52度(如图5中θ3所示)。空气从切缝21以一定的高压进入烧嘴21的通孔中，对烧嘴2中的气体有旋流且加强混合，并且有稳定火焰作用，当扇形中通过交点的一根母线与等腰梯形的对称轴之间的角度小于30度或者大于65度时，旋流加强混合并且稳定火焰的作用不明显，造成气体在烧嘴2的通孔中处于相对集中区域，燃烧时燃烧温度的最高值较高。当夹角为52度时，从切缝21进入烧嘴2的空气造成的旋流加强混合并且稳定火焰的作用最好。

烧嘴2在其外侧设置有与至少一条切缝21对应的至少一个导流挡板23，一个导流挡板23位于一条切缝21的空气下游一侧，导流挡板23用于对助燃风传输管3内部空气的流向导向。在导流挡板23的作用下，空气在从切缝21进入烧嘴2之前，具有了一定的切向速度和径向速度，当空气以一定的切向速度和径向速度从切缝21进入烧嘴2的通孔中后，和具有一定切向速度、径向速度及轴向速度的气体混合，空气与气体在相互的复合速度之下更加快速的混合，且混合更加均匀。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器还包括火道4，火道4与烧嘴2第一端的端面密封固定，火道4用于对烧嘴2处形成的火苗的窜动方向导向。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器还包括点火电极，点火电极与燃气管1形成导电回路。点火时，首先，接通点火电极开关，点火电极的导线与燃气管1的一端之间形成电火花；其次，开通燃气管1和助燃风传输管3，使得空气和气体相遇，并在电火花的作用下被引燃；最后，当空气和气体燃烧后，断开点火电极开关。本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器中，电极区温度不足以对点火电极造成损坏。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器的工作过程为：经过第一通孔11进入燃气管1的空气具有一定的切向速度和径向速度，燃气管1内的燃气具有一定的轴向速度，空气和燃气混合后在径向速度、切向速度及轴向速度的复合速度作用下旋流前进，使得空气和燃气之间实现一次混合形成气体，其中，一方面，一小部分的气体通过第二通孔12进入燃气管1与烧嘴2的间隙中，与从第三通孔22进入燃气管1与烧嘴2的间隙的空气形成二次混合，经二次混合后，烧嘴2和燃气管1间隙处的空气和气体之间混合更加均匀，此处会最先开始燃烧；另一方面，在导流挡板23和切缝21的作用下，从切缝21进入烧嘴2通孔的空气具有一定的切向速度和径向速度，从燃气管1进入烧嘴2的剩下的大部分气体具有一定的切向速度、径向速度及较大的轴向速度，空气和气体混合后，在整个烧嘴2的通孔内部实现旋流上升，空气和气体在整个烧嘴2的通孔内部燃烧。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，燃气管1内部的气体与助燃风传输管3内部的空气在烧嘴2的通孔中混合。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，助燃风传输管3内部的空气通过切缝21进入烧嘴2的通孔中，切缝21使得空气在进入烧嘴2通孔的初始位置不会集中在一个区域，进而使得空气与从燃气管1进入烧嘴2的气体之间的混合不会集中在一个区域，气体燃烧时也就不会集中在一个区域，燃烧温度的最高值就相对变低，废气中的氮氧化物的含量减少。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，空气在导流挡板23和切缝21的开口方向作用下，进入烧嘴2后具有的一定的切向速度和径向速度，而从燃气管1进入烧嘴2通孔内部的气体具有较大轴向速度和一定的切向速度、径向速度，空气和气体相遇后，在相互的复合速度作用下，会旋流上升，使得燃烧的区域发生在整个烧嘴2的通孔内部，燃烧区域不集中，不会产生较大最高温度，所以废气中产生的氮氧化物的含量较小。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，助燃风传输管3中的空气通过切缝21进入烧嘴2的通孔，空气在流通的过程中除了自身引起的压降，仅受到切缝21和气体对其的阻碍作用，压降较小。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，燃气管1中的气体进入烧嘴2的通孔时，气体在流通的过程中除了自身引起的压降，仅受到空气对其的阻碍作用，压降较小。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，无需设置旋流器，即无需加工叶片，即可利用设置在烧嘴2上的切缝21实现空气与气体的混合，而切缝21的加工仅需要在扇形板件上加工即可，加工简单。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，由于从第二通孔12进入烧嘴2和燃气管1间隙处的气体经过了一次混合，从第二通孔12进入烧嘴2和燃气管1间隙的气体和从第三通孔22进入烧嘴2和燃气管1间隙的空气发生二次混合，烧嘴2和燃气管1间隙处的空气和气体经过了两次混合，混合更加充分，首先引燃此处的气体和空气燃烧，再利用此处的燃烧使得烧嘴2通孔内部的从切缝21进入的空气和从燃气管1管口进入的气体燃烧，点火更加稳定安全。

本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器，利用第一通孔11，使得空气和燃气管1内部的燃气发生第一次的旋流混合，利用第二通孔12和第三通孔22使得空气和气体发生局部的混合，利用导流挡板23和切缝21使得空气和燃气管1内部的气体发生第二次的旋流混合，如此，整个燃烧器中，空气和气体的混合更加均匀，燃烧更加稳定。

综上，本实施例的切缝旋流低氮氧化物燃烧器加工简单、压降较小且废气中氮氧化物含量较少，此外燃烧更加稳定。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。