本实用新型涉及一种低氮气体燃烧器，特别涉及一种燃料强化分级超低氮气体燃烧器。
背景技术：
空气中的氮氧化物NOx是酸雨产生的重要来源，它使得土壤和水源酸化，影响农作物的生长。另外，氮氧化物NOx还会破坏臭氧层，臭氧层的变化引起气候的变化，进而影响到整个生态环境。现代科学也已经证实人类许多疾病的产生与空气中的氮氧化物NOx有着直接的关系。锅炉燃烧是大气NOx污染的主要污染源之一，减少烟气中NOx排放可有效降低大气中的氮氧化物NOx。低氮控制技术主要有低氮燃烧技术与烟气脱销技术，与烟气脱硝技术相比，低氮燃烧技术因具有相对简单，投资、运行费用较低等特点而广泛推广。
燃料分级燃烧低氮技术是通过控制过量比来降低燃烧区域的温度，燃烧温度在当量比为1的情况下达到最高，在贫燃或者富燃的情况下进行燃烧，其燃烧温度比当量比为1的燃烧温度要低，能合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生成的效果。然而，燃烧温度的降低对火焰的形状与稳定性造成影响，不利于锅炉的安全运行。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服上述低氮技术存在的缺陷，提出一种热效率高、 NOx排放浓度较低、燃烧稳定的燃料强化分级超低氮气体燃烧器。
本实用新型采用如下技术方案：一种燃料强化分级超低氮气体燃烧器，包括一燃烧头，该燃烧头包括一圆柱形空气通道和一设置在该圆柱形空气通道内部的旋流盘，所述旋流盘包括旋流内环、旋流外环和设置在旋流内环与旋流外环之间的旋流片；所述燃烧头还包括：一根设置在旋流盘中心的一级燃料管、一个设置在旋流盘外侧且在空气通道内的环形稳焰板，所述环形稳焰板上设置有多根二级燃料管和多根三级燃料管；所述一级燃料管的正面设有一级燃料正面喷口，所述二级燃料管的正面与侧面分别设有二级燃料正面喷口和二级燃料侧面喷口，所述三级燃料管的正面设有三级燃料正面喷口，所述环形稳焰板上设有多个稳焰空气通孔。
优选的，所述一级燃料正面喷口数量为4个，且喷口直径为4～6mm；所述二级燃料管数量为6～10根，所述每根二级燃料管的二级燃料正面喷口数量为3 个，且喷口直径为3～5mm；所述每根二级燃料管的二级燃料侧面喷口数量为8～ 12个，且喷口直径为2～3mm；所述三级燃料管数量为10～16根，所述每根三级燃料管的三级燃料正面喷口数量为3个，且喷口直径为3～5mm。
优选的，所述一级燃料管、二级燃料管和三级燃料管的顶端高度不一致，所述二级燃料管和三级燃料管沿环形稳焰板均匀分布，且二级燃料管位于三级燃料管内侧。
优选的，所述一级燃料管顶端高于所述旋流盘顶端3～5mm；所述二级燃料管顶端高于所述一级燃料管顶端5～15mm；所述三级燃料管顶端高于所述二级燃料管顶端15～30mm。
优选的，所述稳焰空气通孔数量为3～30个，通孔直径为5～8mm。
优选的，所述一级燃料管燃烧一级燃料，所述二级燃料管燃烧二级燃料，所述三级燃料管燃烧三级燃料，所述一、二、三级燃料比例可调节；所述一级燃料为纯燃料或部分预混气体，且预混比例可调节；所述二级燃料和三级燃料为纯燃料。
优选的，所述二级燃料侧面喷口的位置距离所述旋流外环的距离为该二级燃料侧面喷口直径的1～3倍。
优选的，所述一级燃料比例占总燃料比例的50-70％，所述二级燃料管喷出的燃料方向为轴向或径向。
优选的，所述旋流盘面积占整个空气通道总面积的70％以上，所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30°。
优选的，所述空气通道出口处设置有扩口，所述扩口倾斜角度小于20°，扩口长度为100-150mm。
本实用新型采用如上技术方案带来的有益技术效果是：本实用新型所提供的燃料强化分级超低氮气体燃烧器，能在减少NOx生成的同时解决预混火焰与烟气再循环的燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，适合于民用和工业炉、重整器以及燃气轮机的燃烧使用，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例中燃料强化分级超低氮气体燃烧器的立体结构示意图；
图2是本实用新型一个实施例中燃料强化分级超低氮气体燃烧器的截面图；
图3是本实用新型一个实施例中燃料强化分级超低氮气体燃烧器的稳焰板示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
如图1～3所示，附图标记说明如下：1、扩口；2、一级燃料管；3、二级燃料管；4、三级燃料管；5、环形稳焰板；6、旋流内环；7、旋流片；8、旋流外环；9、空气通道；10、稳焰空气通孔。
本实用新型的一个实施例中，公开了一种燃料强化分级超低氮气体燃烧器，具体如附图1～3所示，其包括一燃烧头，该燃烧头由外向内依次包括：位于最外环一扩口1；与扩口1连接的一圆柱形空气通道9；空气通道9内有一个环形稳焰板5，环形稳焰板5上焊有多个沿环形稳焰板均匀分布的三级燃料管4和二级燃料管3，每根二级燃料管与每根三级燃料管交错分布，三级燃料管4的正面设有三级燃料正面喷口，二级燃料管3位于三级燃料管4的内侧，且该二级燃料管在正面与侧面分别设置有二级燃料正面喷口和二级燃料侧面喷口；在环形稳焰板5的内部有一旋流盘，该旋流盘包括旋流外环8、旋流内环6、设置在该旋流外环8和旋流内环6之间的旋流片7；在旋流盘的中心设有一级燃料管2，该一级燃料管的正面设置有4个一级燃料正面喷口。
在一个具体实施例中，旋流盘设置于燃烧头的最中心处，提供旋流气流，获得强旋流效果，使得气流发生翻转，产生回流区，大大促进气体混合，促进火焰稳定燃烧。由二级燃料管3喷出的燃料方向可为轴向或径向(可调节火焰形状)，径向喷出的高速射流燃料撞击旋流盘，一方面加强燃料与空气的混合，促进燃烧稳定，一方面会促进烟气内循环的形成，降低燃烧区域的温度。在二级燃料管、三级燃料管出口外侧后端设置环形稳焰板5，可减少二级燃料管、三级燃料管处的风量和风速，起保护火焰稳定作用，同时也促进了烟气内循环的形成，有利于降低NOx的生成。空气通道9外侧设置扩口1，起到增压整流稳燃的作用。
在一些更具体的实施例中，为了改变火焰的形状和稳定性，使各级燃料管的长度不一致，一级燃料管顶端高于旋流盘顶端3～5mm，二级燃料管顶端高于一级燃料管顶端5～15mm，三级燃料管顶端高于二级燃料管顶端15～30mm。由于各级燃料管长度不等，由空气通道进入的气流依次与一级燃料、二级燃料、三级燃料混合反应，在燃料管周围形成锥形环形火焰，进一步强化分级燃烧，避免某一个区域温度过高生成大量氮氧化物，同时促进火焰的稳定。
在另一些更具体的实施例中，设置所述旋流盘面积占整个空气通道总面积的 70％以上，最佳为70％-90％之间，以达到强旋流效果。还可进一步的，设置所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30°，以强化旋流。
在另一些更具体的实施例中，环形稳焰板设置在旋流盘外侧且在空气通道内，为了使火焰更稳定，在环形稳焰板5上设置多个稳焰空气通孔10，设置稳焰空气通孔数量为3-30个，通孔直径为5～8mm，通过调整稳焰空气通孔的个数和直径控制风量和风速，保证火焰的稳定性。
在另一些更具体的实施例中，对各级燃料管及其喷口的个数和尺寸进行具体的优化设计，使得燃烧更加稳定。例如，一级燃料正面喷口数量为4个，喷口直径为4～6mm；所述二级燃料管数量为6～10根，所述每根二级燃料管的二级燃料正面喷口数量为3个，且喷口直径为3～5mm；所述每根二级燃料管的二级燃料侧面喷口数量为8～12个，且喷口直径为2～3mm；所述三级燃料管数量为10～ 16根，所述每根三级燃料管的三级燃料正面喷口数量为3个，且喷口直径为3～ 5mm。此外，还可对喷口的布置位置进行具体的优化设计，也可增强燃料的稳定燃烧，例如，设置所述二级燃料侧面喷口的位置距离所述旋流外环的距离为该二级燃料侧面喷口直径的1～3倍。进一步的，当二级燃料侧面喷口的位置距离所述旋流外环的距离为该二级燃料侧面喷口直径的3倍时，燃烧效果更稳定。
在另一些更具体的实施例中，一级燃料管燃烧一级燃料，二级燃料管燃烧二级燃料，三级燃料管燃烧三级燃料。为了实现较优的分级燃烧，可对各级燃料比例进行适当的调节，例如，一级燃料比例占总燃料比例的50-70％。另外，在更具体实施中，一级燃料为纯燃料或部分预混气体，预混比例可调节，二级燃料和三级燃料为纯燃料。
在另一些更具体的实施例中，为了方便安装，将二级燃料管、三级燃料管以焊接的方式固定在环形稳焰板上。
此外，为了进一步保证燃烧的稳定性，在另一些实施方式中，在燃烧器空气通道9出口处设置有扩口，该扩口倾斜角度小于20°，且长度为100-150mm。
综上，与现有技术相比较，本实用新型所提供的燃料强化分级超低氮气体燃烧器，通过燃料分级来控制燃烧区域温度，最终有效地降低NOx的生成，同时通过设置各级燃料管长度不一致使燃料与气流充分混合的区域变大，有效稳定火焰的形状。环形稳焰板可稳定火焰且在其周围形成的烟气内循环也可有效控制NOx 的生成。另通过旋流盘的强旋气流能形成烟气内循环，在降低氮氧化物的同时可以实现火焰的稳定燃烧。该实用新型结合了分级燃烧、烟气循环、部分预混等技术对燃烧火焰进行控制，可满足高烟气再循环条件下的火焰稳定性，从而把NOx 生成降低到小于10mg/Nm3(@3.5％O2)的超低排放水平，同时也具有较强的燃料适应性。
可见，基于上述技术方案，本实用新型所提供的燃料强化分级超低氮气体燃烧器，能在减少NOx生成的同时解决火焰形状与燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，适合于民用和工业炉、重整器以及燃气轮机的燃烧使用，具有广泛的应用前景。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。