燃烧器及燃气燃烧方法与流程

本发明涉及工业燃烧器领域，更具体地，涉及一种燃烧器及燃气燃烧方法。

背景技术：

工业燃烧器是一种将燃料与助燃气以一定方式混合并且喷出，使燃料燃烧放热的装置，可用于工业炉和锅炉等装置的加热。

现有的燃烧器为了实现低氮排放，会单独采用分级燃烧、贫燃预混和烟气再循环等技术。其中单独采用分级燃烧方法无法实现超低氮；烟气再循环方法存在燃烧不稳定、排烟温度升高效率降低、烟气冷却产生冷凝水影响风机及燃烧器使用寿命等问题；而以全预混表面燃烧方法为代表的贫燃预混方法存在燃烧头及滤网易堵塞、易回火不安全、过剩空气量大(燃烧产物中氧气浓度高于5％)、效率低等问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种燃烧器及燃气燃烧方法，采用贫燃预混耦合分级燃烧的方式降低氮氧化物的排放，精简燃烧器的体积。

根据本发明的一方面，提供的一种燃烧器，用于加热待加热装置，包括：混合器，包括助燃气入口以及第一燃气入口；混合气喷口，与所述混合器连通，并且伸入所述待加热装置中；以及第二燃气入口和燃气喷口，所述燃气喷口与所述第二燃气入口连通，并且伸入所述待加热装置中，其中，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，所述第一部分燃气通过所述第一燃气入口进入所述混合器与自所述助燃气入口进入的助燃气混合形成混合气，所述混合气通过所述混合气喷口喷入至所述待加热装置中燃烧并形成烟气，所述第二部分燃气通过所述第二燃气入口及所述燃气喷口喷入至所述待加热装置中与所述烟气混合并燃烧。

优选地，所述第一部分燃气占所述燃气总量的52％至62％。

优选地，所述燃烧器还包括：稳焰器，连接在所述混合器与所述混合气喷口之间。

优选地，所述稳焰器为圆台形或圆柱形。

优选地，所述混合气喷口为多个。

优选地，多个所述混合气喷口在所述稳焰器的侧面均匀分布。

优选地，多个所述混合气喷口的总面积占所述稳焰器表面积的29％至34％。

优选地，所述第一通孔为圆形孔、腰型孔或菱形孔。

优选地，所述混合器还包括孔板，所述孔板垂直于所述混合气的流动方向设置。

优选地，所述孔板为防火材料制成。

优选地，所述混合器包括筒状结构，所述助燃气入口设置在所述筒状结构的一端，所述稳焰器与所述筒状结构的另一端连通，所述第一燃气入口位于所述筒状结构的侧面。

优选地，所述混合器还包括设置在所述筒状结构的侧面外侧的第一腔体，所述第一燃气入口设置在所述第一腔体上，所述筒状结构的侧面设有连通所述第一腔体与所述筒状结构内部的多个通孔。

优选地，所述燃烧器还包括：设置在所述筒状结构的侧面外侧的第二腔体，所述第二腔体部分伸入所述待加热装置中，所述第二燃气入口设置在所述第二腔体未伸入所述待加热装置的部分上，所述燃气喷口设置在所述第二腔体伸入所述待加热装置的一端上。

优选地，所述燃烧器还包括：管道，所述管道自所述筒状结构的侧面外侧穿入、在所述筒状结构及所述稳焰器内延伸并穿过所述稳焰器伸入至所述待加热装置中，所述燃气喷口设置在所述管道伸入至所述待加热装置的一端上，所述第二燃气入口设置在所述管道的另一端上。

根据本发明的另一方面，提供的一种燃气燃烧方法，其中燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，所述第一部分燃气进入混合器与助燃气混合形成混合气，所述混合气通过混合气喷口喷入至待加热装置中燃烧并形成烟气，所述第二部分燃气通过燃气喷口喷入至所述待加热装置中与所述烟气混合并燃烧。

优选地，所述第一部分燃气占所述燃气总量的52％至62％。

优选地，所述混合气喷口的喷射速度为20m/s至50m/s。

根据本发明的燃烧器及燃气燃烧方法，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，第一部分燃气进入混合器与全部助燃气预混形成混合气，混合气通过混合气喷口喷入至待加热装置中进行一次燃烧，同时产生烟气，由于混合气中燃气浓度较低，燃烧温度也较低，避免了热力氮氧化物的生成。接着，第二部分燃气通过燃气喷口喷入至所述待加热装置中，与一次燃烧产生的烟气混合并进行二次燃烧，由于二次燃烧时氧气的浓度较低，可以有效抑制氮氧化物的生成，经过两次燃烧最终得到的烟气中余氧浓度可低于1％，烟气热损失小、运行成本低。

燃烧器还可以包括稳焰器，以稳定混合气的燃烧。多个混合气喷口在稳焰器的侧面均匀分布，使得混合气喷入至待加热装置中时分布更均匀。多个混合气喷口的总面积可以占该稳焰器表面积的29％至34％，混合气喷口处的混合气流动速度可达20m/s至50m/s，使得本发明的燃烧器在减少氮氧化物排放、降低余氧浓度的同时，其功率更高，完成同样加热任务所需要的燃烧器的截面积更小，结构更紧凑。

混合器还包括孔板，其垂直于混合气的流动方向设置，孔板可以是防火材料制成，在正常状态下，孔板可以促进混合器内燃气与助燃气更均匀地混合，稳定气流速度分布。在发生异常、出现回火现象时，防火材料的孔板可以作为阻火器。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明第一实施例的燃烧器的截面图。

图2示出图1中A区域的的放大图。

图3a至3c示出根据本发明第一实施例的燃烧器的混合气喷口的结构图。

图4示出根据本发明第二实施例的燃烧器的截面图。

图5示出图4中B区域的的放大图。

图6示出根据本发明第三实施例的燃烧器的截面图。

图7示出图6中C区域的的放大图。

图8示出根据本发明实施例的燃气燃烧方法的框图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1示出根据本发明第一实施例的燃烧器的截面图，图2示出图1中A区域的的放大图。该燃烧器用于加热工业炉、锅炉等待加热装置，包括：混合器110、混合气喷口122、第二燃气入口131和燃气喷口132。混合器110包括助燃气入口111以及第一燃气入口112；混合气喷口122与混合器110连通，并且伸入待加热装置140中；燃气喷口132与第二燃气入口131连通，并且也伸入待加热装置140中。

第一燃气入口112、第二燃气入口131提供燃气，例如是天然气；助燃气入口111提供助燃气，例如是空气。其中，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，第一部分燃气通过第一燃气入口112进入混合器110与自助燃气入口111进入的助燃气混合形成混合气，混合气通过混合气喷口122喷入至待加热装置140中燃烧并形成烟气，第二部分燃气通过第二燃气入口131及燃气喷口132喷入至待加热装置140中与烟气混合并燃烧。

优选地，第一部分燃气占燃气总量的52％至62％，第一部分燃气进入混合器110与全部助燃气预混形成混合气，该燃气例如是天然气时，混合气中的甲烷浓度为5.0％至5.9％，混合气通过混合气喷口122喷入至待加热装置140中进行一次燃烧，同时产生烟气，一次燃烧产生的烟气余氧浓度为8％至10％，由于混合气中燃气浓度较低，燃烧温度也较低，避免了热力氮氧化物的生成。同时，占燃气总量38％至48％的第二部分燃气通过燃气喷口132喷入至待加热装置中，与一次燃烧产生的烟气混合并进行二次燃烧，由于二次燃烧时氧气的浓度较低，可以有效抑制氮氧化物的生成，经过两次燃烧最终得到的烟气中余氧浓度为0.9％至1.7％，烟气热损失小、运行成本低。

本发明的燃烧器还可以包括稳焰器121，其与混合器110连接，并且伸入待加热装置140中，其中混合气喷口122设置在该稳焰器121上，即混合气喷口122通过稳焰器121与混合器110连通。本实施例中稳焰器121为圆台形，其靠近混合器110一端的直径大于远离混合器110一端的直径。进一步地，混合气喷口122为多个，多个混合气喷口122在稳焰器121的侧面均匀分布，使得混合气喷入至待加热装置140中时分布更均匀。其中，多个混合气喷口122的总面积占该稳焰器121表面积的29％至34％，混合气喷口处的混合气流动速度可达20m/s至50m/s，使得本发明的燃烧器在减少氮氧化物排放、降低余氧浓度的同时，其功率更高，完成同样加热任务所需要的燃烧器的截面积更小，结构更紧凑。

图3a、图3b、图3c分别示出本发明的燃烧器中的多种不同结构的混合气喷口122的示意图。如图3a，多个混合气喷口122可以都是圆形孔。如图3b，多个混合气喷口122可以都是腰型孔。如图3c，多个混合气喷口122还可以都是菱形孔。可以理解的是，混合气喷口122的形状可以不限于上述举例，本邻域技术人员可根据实际需要设置混合气喷口122的形状。

请继续参考图1和图2，混合器110包括筒状结构113，助燃气入口111设置在筒状结构113的一端，稳焰器121与筒状结构113的另一端连通，第一燃气入口112位于筒状结构113的侧面。本实施例中带有混合气喷口122的稳焰器121与混合器110的筒状结构113连通，第一部分燃气与助燃气在筒状结构113内混合后进入稳焰器121并从多个混合气喷口122喷入至待加热装置140中。

混合器110还可以包括孔板116，其位于筒状结构113内，并且垂直于混合气的流动方向设置。优选地，孔板116为防火材料制成。燃烧器在正常工作状态下，孔板116可以促进混合器110内燃气与助燃气更均匀地混合，起到稳定气流速度分布的作用。在发生异常、出现回火现象时，防火材料的孔板116可以兼做阻火器。

混合器110还可以包括设置在筒状结构113的侧面外侧的第一腔体114，第一燃气入口112设置在第一腔体114上，筒状结构113的侧面设有连通第一腔体114与筒状结构113内部的多个通孔115，多个通孔115可以沿筒状结构113的周向均匀布置，使得第一部分燃气自第一燃气入口112进入第一腔体114后能通过多个通孔115更均匀地进入筒状结构113内与助燃气混合。

燃烧器还可以包括设置在筒状结构113的侧面外侧的第二腔体133，第二腔体133部分伸入待加热装置140中，第二燃气入口131设置在第二腔体133未伸入待加热装置140的部分上，而燃气喷口132设置在第二腔体133伸入待加热装置140的一端上，本实施例中，燃气喷口132为多个，均位于筒状结构113与稳焰器121相连接的位置处，多个燃气喷口132以燃烧器中心轴为中心对称分布，使得自多个燃气喷口132喷入至待加热装置140中的第二部分燃气能与烟气更均匀混合。

根据本发明的燃烧器，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，第一部分燃气进入混合器110与全部助燃气预混形成混合气，混合气依次经过混合器110和稳焰器121，通过多个混合气喷口122喷入至待加热装置140中进行一次燃烧，同时产生烟气，由于混合气中燃气浓度较低，燃烧温度也较低，避免了热力氮氧化物的生成。而第二部分燃气依次经过第二燃气入口131以及第二腔体133，通过多个燃气喷口132喷入至待加热装置140中，与一次燃烧产生的烟气混合并进行二次燃烧，由于二次燃烧时氧气的浓度较低，可以有效抑制氮氧化物的生成，经过两次燃烧最终得到的烟气中余氧浓度可低于1％，烟气热损失小、运行成本低。

图4示出根据本发明第二实施例的燃烧器的截面图，图5示出图4中B区域的的放大图。其中第二实施例的燃烧器的部分结构与第一实施例的燃烧器相同，以下将详细说明其与第一实施例的不同之处，相同之处不再详述。

燃烧器的混合器包括筒状结构213、设置筒状结构213一端的助燃气入口211、位于筒状结构213侧面的第一燃气入口212，筒状结构213内可以设置孔板216，稳焰器221与筒状结构213的另一端连通，其中稳焰器221为圆台形，多个混合气喷口222一体形成于稳焰器211的侧面上，每个混合气喷口可以是圆形孔、腰型孔或菱形孔。

混合器还包括设置在筒状结构213的侧面外侧的第一腔体214，第一燃气入口212设置在第一腔体214上，筒状结构213的侧面设有连通第一腔体214与筒状结构213内部的多个通孔215，多个通孔215可以沿筒状结构213的周向均匀布置。

与第一实施例不同的是，本实施例的燃烧器不设有第二腔体，但还包括管道233，其中管道233自筒状结构213的侧面外侧穿入、在筒状结构213及稳焰器221内延伸，本实施例中管道233沿燃烧器的中心轴延伸，并且穿过稳焰器221伸入至待加热装置240中，燃气喷口232设置在管道233伸入至待加热装置240的一端上，第二燃气入口231设置在管道233的另一端上。

根据本实施例的燃烧器，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，第一部分燃气通过第一燃气入口212进入筒状结构213与从助燃气入口211进入的助燃气预混形成混合气，混合气依次经过筒状结构213和稳焰器221，通过多个混合气喷口222喷入至待加热装置240中进行一次燃烧，同时产生烟气，由于混合气中燃气浓度较低，燃烧温度也较低，避免了热力氮氧化物的生成。而第二部分燃气依次经过第二燃气入口231以及管道233，通过多个燃气喷口232喷入至待加热装置240中，与一次燃烧产生的烟气混合并进行二次燃烧，由于二次燃烧时氧气的浓度较低，可以有效抑制氮氧化物的生成，经过两次燃烧最终得到的烟气中余氧浓度可低于1％，烟气热损失小、运行成本低。

需要说明的是，本发明中的筒状结构、稳焰器等部件的形状可以不限于上述实施例，例如在替代的第三实施例中，如图6，示出第三实施例的燃烧器的截面图，图7示出图6中C区域的的放大图，其中第三实施例中将第二实施例的圆台形稳焰器221替换为圆柱形稳焰器221t，其他结构与第二实施例的燃烧器相同。在轴向长度相同时，圆柱形稳焰器221t能具有比圆台形稳焰器221更大侧面表面积，从而能布置更多混合器喷口222，本邻域技术人员可以根据实际工作需要选择合适形状的稳焰器以实现本发明。

本发明还提供一种燃气燃烧方法，图8示出根据本发明实施例的燃气燃烧方法的框图，本发明中的上述各实施例的燃烧器均可以利用该燃气燃烧方法投运，该燃气燃烧方法包括步骤S1至S3，其中燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气。

在步骤S1中，所述第一部分燃气进入混合器与助燃气混合形成混合气；在步骤S2中，所述混合气通过混合气喷口喷入至待加热装置中燃烧并形成烟气；在步骤S3中，所述第二部分燃气通过燃气喷口喷入至所述待加热装置中与所述烟气混合并燃烧。

需要说明的是，利用本发明的燃气燃烧方法进行投运的燃烧器，经过步骤S2在待加热装置中形成烟气后，步骤S3可以与步骤S2同时持续运行，使得步骤S2中的烟气不间断地在步骤S3中与第二部分燃气混合并燃烧。

优选地，所述第一部分燃气占所述燃气总量的52％至62％。则经过步骤S2产生的烟气其余氧浓度为8％至10％，该烟气在步骤S3中与第二部分燃气混合并燃烧后，最终得到的烟气中余氧浓度为0.9％至1.7％，使得烟气热损失小、运行成本低。混合气喷口处的喷射速度可以为20m/s至50m/s，从而在减少氮氧化物排放、降低余氧浓度的同时，能保证一定的工作效率，完成同样加热任务所需要的燃烧器的截面积更小，结构更紧凑。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。