一种多点直喷对切快混径向喷射低氮燃烧器的制作方法

本发明涉及燃烧器的技术领域，特别涉及一种多点直喷对切快混径向喷射低氮燃烧器，其为使用气态燃料的燃烧器，适用于使用气态燃料的工业炉或者燃气锅炉，其能够使燃烧当量比分布更均匀，烟气内循环，降低氮氧化物的排放。

背景技术：

目前首都北京受雾霾的影响一年比一年严重，前期对北京的燃煤锅炉进行全面的改造，以气代煤，从能源上削减污染物的排放，达到治理大气污染的的作用。燃气锅炉低氮改造，为的是减少空气中的氮氧化物气体以及水蒸气，也是北京市清洁空气行动计划中的重点工程任务。目前北京市的燃气锅炉以小型锅炉为主，10蒸吨以下约占88％，容量占比约为47％，北京市燃气锅炉产生的氮氧化物平均值约为146毫克/立方米。

2015年6月10日，北京市环保局发布大气污染物排放地方标准，其中《锅炉大气污染物排放标准》修订实施的主要目的即为严控氮氧化物排放。2016年7月1日起，标准中第一阶段的排放限值将开始施行，即新建锅炉排放限值由现行的150毫克/立方米收严到80毫克/立方米。2017年4月1日起，新建锅炉将实施第二阶段排放限值，即氮氧化物进一步收严到30毫克/立方米。

针对低氮的要求，各单位提出了不同燃气锅炉定制专门的改造技术方案，主要包括：更换新型低氮燃烧器，采用空气分级、燃料分级等多种先进技术，控制燃烧速率、扩大还原区域；优化燃烧控制系统，精确调节助燃风与燃料量配比；增加烟气再循环系统,控制燃烧区的含氧量；采用燃料与空气预混方式，控制燃烧区当量比分布。通过以上措施，抑制热力型氮氧化物的生成，从而降低排放。

烟气再循环又分为烟气外循环和烟气内循环。烟气外循环需要再搭建一套烟气外循环系统，目前应用较广泛，但是其增加了电量的消耗以及增加了系统的复杂性。而烟气内循环在实现烟气循环的同时而不增加新的系统，是一个性价比较高的方案。目前烟气内循环也有很多方案，多是在燃烧器头部做一些设计，使进入工业炉或者燃气锅炉内的气流能够回流，产生内循环，或者是从炉膛的角落通过角涡回流实现，内循环的循环量有限，如果要进一步提升内循环的烟气量就需要与炉膛耦合来产生回流。

贫燃预混燃烧又分为表面燃烧(即金属网全表面预混燃烧)和预混稳焰燃烧两种方式。目前表面预混燃烧方案较为成熟，但是存在金属网堵塞造成锅炉爆炸的风险；预混稳焰燃烧，存在的问题主要是点火过程的爆轰和燃烧过程的震荡，这都是预混燃烧面临的问题和挑战。

综上所述，对于降低工业炉或者燃气锅炉的氮氧化物排放，很多改造技术都会增加很大的建设成本及运行成本，而预混燃烧又会带来无法预测的潜在危险。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多点直喷对切快混径向喷射低氮燃烧器，通过多点直喷对切快混的方案设计，发挥类比于预混燃烧当量比分布均匀的优势，又避免因预混而带来的回火震荡等问题，而且采用径向喷射方式，通过与炉膛耦合，来产生两类型旋涡，使烟气能够内循环，控制燃烧温度以降低氮氧化物排放。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种多点直喷对切快混径向喷射低氮燃烧器，由燃烧器气路主管、燃烧器头部挡板、中心燃料供给管、主路燃料喷射装置、稳火路燃料喷射管构成；燃烧器要伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛内部，保证一定的燃烧器伸入长度；燃烧器头部挡板与燃烧器气路主管末端通过间隔窄段焊接上；点火电极固定在点火路燃料管上，整体插入到燃烧器内的中心燃料供给管附近，保证点火电极能够工作；首先从燃烧器气路主管进口通入空气，接着给点火路燃料管单独供给气态燃料，点火电极工作；当点火路燃料管出口形成一股点火用高温燃气后，给中心燃料供给管通入气态燃料；燃烧器气路主管末端与燃烧器头部挡板之间形成径向开口的缝槽，空气经由主路燃料喷射装置两侧顺径向缝槽加速流出，气态燃料经燃料喷射装置的两侧小孔横向喷入加速的空气流中，燃料喷射装置两侧气流交汇剪切，加快空气与燃料的掺混，混合气经径向缝槽喷射至炉膛；混合气气流与炉膛碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡，另外一股沿炉膛壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡；混合气气流在炉膛壁面附近形成低速区，被之前点火路产生的高温燃气点燃并稳火，此时关闭点火路燃料管的气态燃料；燃料多点直喷，燃烧当量比分布均匀，减少了高温释热区域，此外，火焰冲击炉膛壁面，加速换热，使燃烧温度降低，而且上游旋涡流动的存在，形成了烟气内循环。

所述燃烧器伸入长度与燃烧器气路主管的外环直径的比例为1～2；燃烧器气路主管外环直径与炉膛的中间直径即炉膛中径的比例为0.15～0.5。

所述燃烧器气路主管末端与燃烧器头部挡板之间形成径向开口的缝槽宽度与燃烧器气路主管外环直径的比例为0.1～0.2。

所述主路燃料喷射装置由集气箱段与导流锥段构成，其中喷射孔分布在导流锥段的两侧，分别为燃料多点喷射前布孔和燃料多点喷射后布孔，两排孔周向错排，每排孔个数为25-50。

所述中心燃料供给管的内环直径与燃烧器气路主管的外环直径的比例为0.2～0.4。中心燃料供给管通过多根燃料支管与主路燃料喷射装置的集气箱段相连，燃料支管的个数为6-10，燃料支管的直径与中心燃料供给管的内环直径的比例为0.2-0.4。

所述稳火路燃料喷射管的直径与燃料支管直径相同。稳火路燃料喷射管穿过燃烧器头部挡板中心。

本发明的工作原理：首先从燃烧器气路主管进口通入空气，接着给点火路燃料管单独供给气态燃料，点火电极工作；当点火路燃料管出口形成一股点火用高温燃气后，中心燃料供给管通入气态燃料；空气经由主路燃料喷射装置两侧顺径向缝槽加速流出，气态燃料经燃料喷射装置的两侧小孔横向喷入加速的空气流中，燃料喷射装置两侧气流交汇剪切，加快空气与燃料的掺混，混合气经径向缝槽喷射至炉膛；混合气气流与炉膛碰撞后，分成两股，一股偏转向下游，形成一个主流旋涡，另外一股沿炉膛壁面偏转向上游，形成一个上游旋涡；混合气气流在炉膛壁面附近形成低速区，被之前点火路产生的高温燃气点燃并稳火，此时关闭点火路燃料管的气态燃料。

本发明与现有技术相比具有的优点如下：

(1)本发明的低氮燃烧器，采用多点直喷对切快混的掺混模式，实现燃料与空气的快速掺混，使当量比分布更均匀，降低释热集中；

(2)本发明的低氮燃烧器，采用径向喷射组织稳火，燃烧器与炉膛耦合来产生旋涡，实现烟气内循环，可以增大烟气的循环量；

(3)本发明的低氮燃烧器，结构简单，易于加工，成本低。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的燃烧器头部内部结构示意图；

图3为本发明的燃烧器头部外部结构示意图；

图4为本发明的燃烧器燃料喷射装置结构示意图。

图中：1为燃烧器气路主管，2为燃烧器头部挡板，3为中心燃料供给管，4为主路燃料喷射装置，5为稳火路燃料喷射管，6为炉膛，7为燃烧器深入长度，8为间隔窄段，9为点火电极，10为点火路燃料管，11为缝槽，12为缝槽宽度，13为主流漩涡，14为上游漩涡，15为燃烧器气路主管外环直径，16为炉膛中径，17为集气箱段，18为导流锥段，19为燃料多点喷射前布孔，20为燃料多点喷射后布孔，21为中心燃料供给管内环直径，22为燃料支管，23为燃料支管直径。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明实施例主要由燃烧器气路主管1、燃烧器头部挡板2、中心燃料供给管3、主路燃料喷射装置4构成；燃烧器要伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛6内部，保证一定的燃烧器伸入长度7；

如图2所示，点火电极9固定在点火路燃料管10上，整体插入到燃烧器内的中心燃料供给管3附近，保证点火电极9能够工作；燃烧器气路主管1末端与燃烧器头部挡板2之间形成径向开口的缝槽11，缝槽宽度12与燃烧器气路主管外环直径15，有一定的比例范围，保证气流加速径向喷射到炉膛6壁面，以形成上游旋涡14与主流旋涡13；

如图3所示，燃烧器头部挡板2与燃烧器气路主管1末端通过多个间隔窄段8焊接上；稳火路燃料喷射管5穿过燃烧器头部挡板2中心；

如图4所示，主路燃料喷射装置4由集气箱段17与导流锥段18构成，其中喷射孔分布在导流锥段18的两侧，分别为燃料多点喷射前布孔19和燃料多点喷射后布孔20，两排孔周向错排，每排孔的个数有要求，以保证周向均匀性。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。