一种多变负荷灵活性调节的低NOx燃气燃烧器的制作方法

一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器
1.技术领域
2.本发明属于热能与动力工程技术领域，涉及一种低no
x
燃烧器，尤其是一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器。
3.

背景技术：

4.随着能源结构绿色转型以及碳中和目标的提出，我国天然气消费量不断增加。虽然天然气属于清洁能源，但天然气燃烧过程生成的氮氧化物会对大气生态环境和人民身体健康造成危害。因此，降低天然气燃烧中氮氧化物的生成量，成为天然气燃烧利用过程中亟需解决的关键问题。天然气低氮燃烧技术主要围绕如何降低燃烧温度、减少热力no
x
的生成开展，同时考虑强化初期天然气与空气的快速均匀混合以减少快速型no
x
生成。但是随着越来越严格的环境标准，只使用一种低氮燃烧技术已经不能满足现有的环境需求。为了实现天然气燃烧的低氮排放，大多的燃烧器技术提供商使用烟气再循环技术，但烟气再循环会增加烟气再循环风机，且因大量烟气流过炉膛使烟速提高从而缩短了烟气在炉内的停留时间，容易造成炉温降低、燃烧稳定性降低等问题。
5.因此，有必要研发设计满足超低氮排放要求的且不带烟气再循环的新型天然气低no
x
燃烧器。
6.

技术实现要素：

7.本发明的目的在于解决天然气燃烧过程中氮氧化物生成量难以满足超低氮排放要求，对环境造成严重污染的问题，提供一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器。
8.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器，由空气供气管道、燃气供气管道和点火器管道构成，其特征在于，所述空气供气管道包括一次风入口、二次风入口、一次风流道、二次风流道、二次风支管和空气旋流器；燃气供气管道包括内环燃气入口管道、外环燃气入口管道、内环燃气分流箱、外环燃气分流箱、中心燃气支管、内环燃气支管和外环燃气支管；所述空气供气管道呈“t”形设计，所述一次风入口、二次风入口与一次风流道、二次风流道呈垂直布置，一次风入口与二次风入口由隔板隔开；所述一次风流道同轴套设安装于二次风流道内，一次风流道末端端面为一次风出口，二次风流道末端端面连接有多根二次风支管；所述空气旋流器同轴套设安装于一次风流道出口内，空气旋流器与一次风流道之间留有空隙；所述内环燃气分流箱和外环燃气分流箱布置于一次风流道内，内环燃气分流箱和
外环燃气分流箱由隔板隔开；所述内环燃气分流箱入口连接内环燃气入口管道，出口连接有1根中心燃气支管和多根内环燃气支管，内环燃气支管呈圆周阵列布置，中心燃气管和内环燃气支管均套设安装于一次风流道内；所述外环燃气分流箱入口连接外环燃气入口管道，出口连接有多根外环燃气支管，外环燃气支管呈圆周阵列布置，外环燃气支管套设安装于一次风流道内。
9.作为优选，所述在一次风入口与二次风入口处均设置有风量调节阀，可根据不同工况调整一次风和二次风流量配比。
10.作为优选，所述一次风流道同轴套设安装于二次风流道内，一次风流道末端端面为一次风出口，二次风流道末端端面连接有多根二次风支管，二次风支管切向弯曲45
°
与空气旋流器方向相同，出口末端为斜切面，斜切面上设置有多个二次风喷口。
11.作为优选，所述空气旋流器的中心为直流风道，直流风道外侧为旋流风道，旋流风道内设置有旋流叶片。
12.作为优选，所述内环燃气分流箱和外环燃气分流箱布置于一次风流道内，内环燃气分流箱和外环燃气分流箱由隔板隔开，当燃烧器低负荷运行时，只开启内环燃气分流箱而关闭外环燃气分流箱，当燃烧器高负荷运行时，内环燃气分流箱和外环燃气分流箱同时开启。
13.作为优选，所述内环燃气分流箱入口连接内环燃气入口管道，出口连接有1根中心燃气支管和多根内环燃气支管，中心燃气支管和内环燃气支管均套设安装于一次风流道内，中心燃气支管的末端延伸至空气旋流器的中心，内环燃气支管呈圆周阵列布置，内环燃气支管的末端穿过空气旋流器与一次风流道之间的空隙后沿径向向内90
°
弯折。
14.作为优选，所述外环燃气分流箱入口连接外环燃气入口管道，出口连接有多根外环燃气支管，外环燃气支管呈圆周阵列布置，外环燃气支管套设安装于一次风流道内，外环燃气支管的末端穿过空气旋流器与一次风流道之间的空隙后沿径向向外90
°
弯折。
15.作为优选，所述外环燃气支管的数量是内环燃气支管数量的2倍。
16.作为优选，所述中心燃气支管的末端呈半球形，在半球面上设置有多个燃气喷孔，喷孔朝向为半球的半径方向，内环燃气支管和外环燃气支管的末端端面封堵，外环燃气支管侧壁上对称设置燃气喷孔，喷孔朝向为切线方向，内环燃气支管在同侧25
°
和50
°
设置两排燃气喷孔，与空气旋流器旋流方向相同。
17.作为优选，所述点火器管道垂直穿过燃烧器外壁，末端延伸至空气旋流器的中心，点火器管道用于布置点火器。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1. 本发明采用空气分级技术。将助燃空气分为一次风和二次风，一次风入口与二次风入口由隔板隔开，在一次风入口与二次风入口处均设置有风量调节阀，可以根据不同工况调节一次风与二次风的风量配比。一次风经一次风流道送入燃烧室，减小燃气燃烧初期的过量空气系数，可以减缓燃气燃烧反应速度，降低燃烧区温度，从而抑制热力型no
x
的生成。二次风经多根二次风支管送入燃烧室，可以提高燃气燃烧中后期的过量空气系数，保证燃气的燃尽率，提高燃烧器燃烧效率。
19.2. 本发明采用空气旋流技术。利用空气旋流器将一次风分流为直流风与旋流风，
直流风的刚性较强，穿透距离远，可以保证燃气的及时着火与稳定燃烧，旋流风具有较大的切向动量，能够强化空气与燃气的快速混合。
20.3. 本发明采用空气多孔分散射流技术。二次风支管末端为斜切面，斜切面上设置有多个二次风喷口，多孔分散射流技术可以提高二次风在圆周方向上的分散性，并且增大二次风射流速度，另外二次风支管沿空气旋流器方向切向弯曲45
°
，可以达到卷吸烟气的效果进一步强化空气湍动，避免燃气的局部聚集。
21.4. 本发明采用燃气负荷可调节技术。燃烧器配置内环燃气分流箱和外环燃气分流箱，当燃烧器低负荷运行时，只开启内环燃气分流箱而关闭外环燃气分流箱，可使燃气在燃烧器出口处稳定燃烧，当燃烧器高负荷运行时，内环燃气分流箱和外环燃气分流箱同时开启，可使燃气在燃烧器出口分散燃烧，避免出现局部高温区。
22.5. 本发明采用燃气多孔分散射流技术。燃气支管由中心燃气支管、内环燃气支管和外环燃气支管构成，中心燃气支管末端位于燃烧器轴线位置，且中心燃气支管末端呈半球形，在半球面上设置有多个燃气喷孔，达到燃气分散燃烧的效果。内环燃气支管末端穿过空气旋流器与一次风流道之间的空隙后沿径向向内90
°
弯折，外环燃气支管末端穿过空气旋流器与一次风流道之间的空隙后沿径向向外90
°
弯折，内环燃气支管和外环燃气支管的末端端面封堵，外环燃气支管侧壁上对称设置燃气喷孔，内环燃气支管沿空气旋流器方向25
°
和50
°
同侧开孔使燃气喷孔在一次风流道出口截面上形成均匀分散分布，燃气从喷孔喷出后可以与助燃空气形成垂直交叉射流。燃气多孔分散射流技术可以促进燃气与空气的混合，缩减燃气聚集区域，避免局部高温区的形成，可以有效减少no
x
的生成。
23.附图说明
24.图1为本发明一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器实施例的结构示意图；图2为图1的右视图；图3为图1的整体图；图4为图1的燃气支管结构示意图；其中：1
‑
一次风入口、2
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二次风入口、3
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风量调节阀、4
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一次风流道、5
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二次风流道、6
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二次风支管、7
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空气旋流器、8
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内环燃气入口管道、9
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外环燃气入口管道、10
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内环燃气分流箱、11
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外环燃气分流箱、12
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中心燃气支管、13
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内环燃气支管、14
‑
外环燃气支管、15
‑
点火器管道。
25.具体实施方式
26.实施例：影响燃气燃烧过程中no
x
生成的主要因素有燃烧温度、燃料在高温区的停留时间以及燃料与空气的混合情况，相对应的，实现燃气低no
x
燃烧的方法有降低燃气燃烧温度、强化燃气与空气的快速混合、消除局部高温区等。
27.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1至图4，本发明一种多变负荷灵活性调节的低nox燃气燃烧器，由空气供气管道、燃气供气管道及点火器管道15构成。其中，空气供气管道包括一次风入口1、二次风入
口2、风量调节阀3、一次风流道4、二次风流道5、二次风支管6和空气旋流器7；燃气供气管道包括内环燃气入口管道8、外环燃气入口管道9、内环燃气分流箱10、外环燃气分流箱11、中心燃气支管12、内环燃气支管13和外环燃气支管14；上述部件的连接关系如下：一次风入口1、二次风入口2与一次风流道4、二次风流道5呈垂直布置，一次风入口1与二次风入口2由隔板隔开；在一次风入口1与二次风入口2处均设置有风量调节阀3；一次风流道4同轴套设安装于二次风流道5内，二次风流道5末端端面连接有多根二次风支管6；空气旋流器7同轴套设安装于一次风流道4出口内，空气旋流器7与一次风流道4之间留有空隙；内环燃气分流箱10和外环燃气分流箱11之间由隔板隔开，内环燃气分流箱10和外环燃气分流箱11布置于一次风流道4外；内环燃气分流箱10入口连接内环燃气入口管道8，出口连接中心燃气支管12和内环燃气支管13；外环燃气分流箱11入口连接外环燃气入口管道9，出口连接外环燃气支管14；点火器管道15垂直穿过燃烧器外壁，末端延伸至空气旋流器7的中心。
28.本发明的工作原理为：一是，采用空气分级配风，将助燃空气分为一次风和二次风，一次风入口1与二次风入口2由隔板隔开，在一次风入口1与二次风入口2处均设置有风量调节阀3，可以根据不同工况调节一次风与二次风的风量配比。一次风经一次风流道4送入燃烧室，减小燃气燃烧初期的过量空气系数，可以减缓燃气燃烧反应速度，降低燃烧区温度，从而抑制热力型no
x
的生成。二次风经多根二次风支管6送入燃烧室，可以提高燃气燃烧中后期的过量空气系数，保证燃气的燃尽率，提高燃烧器燃烧效率。
29.二是，利用空气旋流器7将一次风分流为直流风与旋流风，直流风的刚性较强，穿透距离远，可以保证燃气的及时着火与稳定燃烧，而旋流风则具有较大的切向动量，能够强化空气与燃气的快速混合。
30.三是，二次风支管6沿切向45
°
与空气旋流器方向相同，末端为斜切面，斜切面上设置有多个二次风喷口，多孔分散射流技术可以提高二次风在圆周方向上的分散性，并且增大二次风射流速度，进一步强化空气湍动，避免燃气的局部聚集。
31.四是，燃烧器配置2个燃气分流箱。内环燃气分流箱10和外环燃气分流箱11之间由隔板隔开，当燃烧器低负荷运行时，只开启内环燃气分流箱10而外环燃气分流箱11关闭，可使燃气在燃烧器出口处稳定燃烧，当燃烧器高负荷运行时，内环燃气分流箱10和外环燃气分流箱11同时开启，可使燃气在燃烧器出口分散燃烧，避免出现局部高温区。
32.五是，中心燃气支管12末端位于燃烧器轴线位置，且中心燃气支管12末端呈半球形，在半球面上设置有多个燃气喷孔，达到燃气分散燃烧的效果。内环燃气支管13末端穿过空气旋流器7与一次风流道4之间的空隙后沿径向向内90
°
弯折，外环燃气支管14末端穿过空气旋流器7与一次风流道4之间的空隙后沿径向向外90
°
弯折，内环燃气支管13和外环燃气支管14的末端端面封堵，外环燃气支管14侧壁上对称设置燃气喷孔，内环燃气支管13沿空气旋流器方向25
°
和50
°
同侧开孔，燃气喷孔在一次风流道4出口截面上形成均匀分散分布，燃气从喷孔喷出后可以与助燃空气形成垂直交叉射流，强化燃气与空气的混合，缩减燃气聚集区域，避免局部高温区的形成，可以有效减少no
x
的生成。
33.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。