带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置的制作方法

本实用新型涉及燃料燃烧技术领域，特别涉及一种带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置。

背景技术：

随着我国工业和经济的发展，各类污染物排放问题日益突出，给环境造成巨大压力。天然气是一种清洁程度很高的燃料，使用过程中不会产生硫氧化物和粉尘，大大优于煤炭和燃油，很有发展前途。然而，天然气燃烧中仍会排放氮氧化物污染(NOx)，NOx是酸雨的主要来源之一，也是光化学烟雾形成的重要前驱物，对人类和生态环境均有很大危害。

在燃气过程中，NOx主要由空气中的氮气在高温下被氧化形成的。为了减少燃气过程中的氮氧化物排放，学者们提出了空气分级、燃料分级、主燃区喷水及烟气再循环等方法，其主要思路是试图降低燃烧时的局部高温区。

脉动燃烧是一种特殊的周期性燃烧过程，一般由燃烧火焰系统与燃烧管内声学振动正向相互激励引起。脉动燃烧具有燃烧效率高、燃烧强度和换热强度大等优点。另外，脉动燃烧下火焰的峰值温度低，温度分布更均匀，局部高温区小；脉动使火焰内部的空气掺混量增加，强化了化学反应速率；脉动燃烧减小了反应区域，缩短了气体在高温区的停留时间，使得NOx生成量小。因此，脉动燃烧是一种高效且具有低NOx排放特性的燃烧手段。

传统的脉动燃烧是利用管内声学特性与火焰系统相匹配的方式实现的，常用的设备包括施密特型和亥姆霍兹型脉动燃烧器两种。然而，这两种燃烧器结构设计要求高，需要详细考虑燃烧器声学特性，并且难以在燃烧器内实现空气分级和燃料分级等常规低NOx技术。同时，燃烧器脉动频率不可控，调节范围小。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置。

本实用新型的技术方案为：

一种带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置，其特征在于，包括燃气管道、空气管道和燃气燃烧器等，在燃气管道和空气管道内设置旋转式节流阀，每个节流阀均配有伺服电机，伺服电机与可调频电源相连，所述节流阀在工作中以一定的频率高速旋转。

所述的节流阀采用蝶阀形式，其面积与气流管道的流通面积之比为0.1～0.2。

每个节流阀均配置的伺服电机均连接同一套可调频电源，在初始位置时两个节流阀的开度一致。

所述的可调频电源的频率与燃烧器燃烧的脉动频率一致，频率范围为50-500Hz。

所述的燃气燃烧器可以是任意类型的，只需在燃气管道和空气管道上布置旋转节流阀，就可以使用本方法进行脉动燃烧。

采用所述带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧方法：在燃气燃烧器的空气管道和燃气管道内均设置旋转节流阀，节流阀以一定的频率转动，从而产生脉动阻力，当空气压力与燃气压力不变时，空气与燃气流量有规律地波动。空气与燃气节流阀均与同一台可调频电源相连，并且初始时两个节流阀开度一致，这样能够保证两个节流阀开度状态在任意时刻始终保持一致，空气与燃气流量的变化规律一致，空气量低时燃气量也低，反之亦然，可以保证空燃比恒定。在此情况下，形成脉动燃烧，燃气与空气混合强度增加，可以使用较低的过量空气系数，同时脉动燃烧减小了反应区域，缩短了燃气在高温区的停留时间，降低了NOx排放。

本实用新型的有益效果为：

1、相比于传统的声学脉动燃烧方式，本实用新型利用旋转节流阀产生的脉动燃烧的频率可以任意调节，不受燃烧器腔体几何尺寸等因素影响。

2、本实用新型的燃烧方法，既适用于新燃气燃烧系统，也适用于现有燃烧器改造，后者只需要在燃气和空气管道内增设节流阀及相关控制设备即可。

3、采用脉动燃烧时，燃气与空气混合强度增加，可以使用较低的过量空气系数，同时脉动燃烧减小了反应区域，缩短了燃气在高温区的停留时间，降低了NOx排放。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置。

图2是旋转节流阀的两个典型的工作位置，(a)为节流阀与气流方向平行，几乎不产生阻力；(b)为节流阀与气流方向垂直，能够产生一定的阻力。

图3是节流阀安装在气流管道内的三维示意图。

图4是2t/h燃气燃烧器使用本方法时的NOx排放实验测量结果，其中燃气量为164Nm³/h，风温和燃气温度均为常温，燃烧器为旋流燃气燃烧器。

图中：1、燃气管道；2、燃气节流阀；3、燃气节流阀伺服电机；4、空气节流阀；5、空气节流阀伺服电机；6、空气管道；7、燃气燃烧器；8、可调频电源。

具体实施方式

如图1所示，一种带旋转节流阀的低NOx脉动燃气燃烧装置，包括燃气管道1、空气管道6和燃气燃烧器7等，在燃气管道1和空气管道6内设置旋转式节流阀2和4，每个节流阀均配有伺服电机3和5，两个伺服电机与可调频电源8相连。节流阀在工作中以一定的频率高速旋转，只是起到产生脉动阻力的作用，并不能切断气流。如图2所示，当节流阀与管道气流方向平行时，几乎不产生阻力，当旋转至与气流方向垂直时，能够产生一定的阻力。当节流阀持续旋转时，空气和燃气流量发生规律脉动。如图3所示，节流阀采用蝶阀形式，其面积与气流管道的流通面积之比为0.1～0.2。燃气管道1与空气管道6内的节流阀，其伺服电机均由同一套电源控制，且在初始时开度一致，因此可以保证两个节流阀在任意时刻的开度均一致。可调频电源的频率，与燃烧的脉动频率一致，频率范围为50-500Hz。

其工作原理是：节流阀2和4以一定的频率转动，从而产生脉动阻力，当空气压力与燃气压力不变时，空气与燃气流量有规律地波动。空气与燃气节流阀均与同一台可调频电源8相连，并且初始时两个节流阀开度一致，这样能够保证两个节流阀开度状态在任意时刻始终保持一致，空气与燃气流量的变化规律一致，空气量低时燃气量也低，反之亦然，可以保证空燃比恒定。在此情况下，形成脉动燃烧，燃气与空气混合强度增加，可以使用较低的过量空气系数，同时脉动燃烧减小了反应区域，缩短了燃气在高温区的停留时间，降低了NOx排放。

应用实施例

如图4所示，按本实用新型的方法进行了实验验证。选用一台2t/h旋流燃气燃烧器，风温和燃气温度均为常温，燃气量为164Nm³/h，在燃气管和空气管内安装了旋转节流阀，当旋转节流阀频率为200Hz时，产生了脉动燃烧，火焰发生了波动，NOx排放值明显降低，与稳态燃烧(旋转节流阀全开并保持固定)相比，在不同的空燃比值时，NOx减排量约为25％左右。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，本领域的普通技术人员不经创造性劳动就可做出的各种变形和修改，均在本实用新型的保护范围内。