一种热管式低氮燃气燃烧器的制作方法

本发明涉及天热气锅炉节能减排技术领域，特别是涉及一种燃气低氮燃烧装置。

背景技术：

随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源消耗持续增加，减少大气污染形势严峻，大气环境问题日益突出。2015年入冬以来北京市频繁遭遇雾霆天气的袭扰，而且愈演愈烈。雾霆天气的出现，不仅影响了我们的生活，而且已进一步影响到了我们的健康。

为了减少雾霆天气发生，进一步促进环境质量改善，北京市开始在全市区范围内推行压减燃煤、空气清洁行动计划。北京市政府发布的《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》，明确要求“不断推进燃气锅炉低氮燃烧技术改造，实施氮氧化物治理”。并且北京市环保局于2015年5月13日发布了《锅炉大气污染物排放标准》(db11/139-2015)，要求自2017年4月1日起，在用燃气锅炉氮氧化物排放限值小于80mg/m³；新建燃气锅炉氮氧化物排放限值小于30mg/m³。显然对燃气锅炉降低烟气氮氧化物排放浓度成为主要减排任务。

经研究，燃气燃烧过程中生成的氮氧化物，可分为三类：燃料型、热力型和快速型。燃料型氮氧化物是燃料中含有氮的化合物在燃烧过程中氧化生成；热力型氮氧化物是燃烧过程中空气中的氮气在高温下氧化生成；快速型氮氧化物是由空气中的nz与燃料中的碳氢离子团(ch等)反应生成。对于燃气锅炉燃烧产生的氮氧化物约80％属于热力型氮氧化物，小部分为快速型氮氧化物，基本不含燃料型氮氧化物。

而降低燃烧火焰温度可以显著降低热力型氮氧化物的产生，从而可以从源头降低氮氧化物的排放。而目前常采用的主要降低燃烧火焰温度的方式是将燃烧的热量转移至烟气中，这将增加排烟热损失，从而降低锅炉效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种热管式低氮燃气燃烧器，其可在降低氮氧化物产生的同时，避免对锅炉热效率带来影响。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，包括套管，所述套管的管壁内设有空腔，所述空腔与锅炉的回路连通，所述空腔用于盛装锅炉水，所述套管的一端设有燃烧机，所述燃烧机的喷嘴朝向所述套管的内腔，所述内腔中固定设置有螺旋管，所述螺旋管内设有换热介质，所述螺旋管内所述螺旋管呈喇叭状，所述螺旋管的小端靠近燃烧机布置，所述螺旋管上设置有与螺旋管相连通的毛细管，所述毛细管延伸至所述套管的空腔内，所述螺旋管与所述燃烧机的喷嘴之间设有加热环和弹簧，所述弹簧的一端固定连接在螺旋管上，所述弹簧的另一端与所述加热环固定连接，所述弹簧由记忆金属制成，当弹簧的温度小于等于第一温度时，所述记忆金属处于舒展状态，当弹簧的温度大于等于第二温度时，所述记忆金属处于收缩状态，当弹簧从第一温度上升至第二温度时，所述记忆金属从舒展状态逐渐变为收缩状态。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧设为一根，所述弹簧的第一温度为1600℃，所述弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由两段分弹簧连接而成，两段分弹簧分别为第一分弹簧和第二分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第二分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1750℃，所述第二分弹簧的第一温度为1750℃，所述第二分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由三段分弹簧依次连接而成，三段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧和第三分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第三分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1700℃，所述第二分弹簧的第一温度为1700℃，所述第二分弹簧的第二温度为1800℃，所述第三分弹簧的第一温度为1800℃，所述第三分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由四段分弹簧依次连接而成，四段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧和第四分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第四分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1675℃，所述第二分弹簧的第一温度为1675℃，所述第二分弹簧的第二温度为1750℃，所述第三分弹簧的第一温度为1750℃，所述第三分弹簧的第二温度为1825℃，所述第四分弹簧的第一温度为1825℃，所述第四分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由五段分弹簧依次连接而成，五段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧和第五分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第五分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1660℃，所述第二分弹簧的第一温度为1660℃，所述第二分弹簧的第二温度为1720℃，所述第三分弹簧的第一温度为1720℃，所述第三分弹簧的第二温度为1780℃，所述第四分弹簧的第一温度为1780℃，所述第四分弹簧的第二温度为1840℃，所述第五分弹簧的第一温度为1840℃，所述第五分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由六段分弹簧依次连接而成，六段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧、第五分弹簧和第六分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第六分弹簧由第六记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第六分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1650℃，所述第二分弹簧的第一温度为1650℃，所述第二分弹簧的第二温度为1700℃，所述第三分弹簧的第一温度为1700℃，所述第三分弹簧的第二温度为1750℃，所述第四分弹簧的第一温度为1750℃，所述第四分弹簧的第二温度为1800℃，所述第五分弹簧的第一温度为1800℃，所述第五分弹簧的第二温度为1850℃，所述第六分弹簧的第一温度为1850℃，所述第六分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧由七段分弹簧依次连接而成，七段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧、第五分弹簧、第六分弹簧和第七分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第六分弹簧由第六记忆金属制成，所述第七分弹簧由第七记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环连接，所述第七分弹簧与所述螺旋管连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1643℃，所述第二分弹簧的第一温度为1643℃，所述第二分弹簧的第二温度为1686℃，所述第三分弹簧的第一温度为1686℃，所述第三分弹簧的第二温度为1729℃，所述第四分弹簧的第一温度为1729℃，所述第四分弹簧的第二温度为1772℃，所述第五分弹簧的第一温度为1772℃，所述第五分弹簧的第二温度为1815℃，所述第六分弹簧的第一温度为1815℃，所述第六分弹簧的第二温度为1858℃，所述第七分弹簧的第一温度为1858℃，所述第七分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明在使用时，由燃烧机喷嘴喷入燃气并与空气混合后燃烧，形成类锥形燃烧火焰，火焰的周围为吸热螺旋管，螺旋管内设有换热介质，由于螺旋管的存在，火焰周围的热量被不断吸收，进入螺旋管，从而降低了火焰燃烧温度，氮氧化物的产生条件被破坏，氮氧化物的产生量大大降低。螺旋管吸热后，内部的换热介质被加热汽化，气化后的换热介质由于密度差和压力的推动，由毛细管的吸热端向另一端移动(位于锅炉水内)，汽化后携带热量的介质在套管管壁内与锅炉水接触，放出热量液化，将携带的热量释放入锅炉水中，加热了锅炉水；放热后液化的换热介质重新留回螺旋管，重新进行吸热，完成整个循环。在加热初期，火焰较小，弹簧也未达到第一温度，弹簧处于舒展状态，此时，加热环离燃烧机的喷嘴最近，火焰能够将热量充分地通过加热环和弹簧传递给螺旋管，螺旋管中的换热介质即开始吸收火焰的热量。当加热一段时间后，火焰变大，弹簧的温度也逐渐大于第一温度，并从第一温度向第二温度过渡，弹簧也逐渐从舒展状态变为收缩状态，此时加热环远离燃烧机的喷嘴，火焰此时即能够通过加热环和弹簧将热量传递给螺旋管，也能通过火焰直接加热螺旋管。通过采用记忆金属制成的弹簧，使火焰在任何时候都能够将热量传递给锅炉水，传热效果更好。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明热管式低氮燃气燃烧器的结构示意图；

图2为沿图1中a-a线的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，并结合图2所示，本发明热管式低氮燃气燃烧器包括套管，所述套管的管壁内设有空腔，所述空腔与锅炉的回路连通，所述空腔用于盛装锅炉水5，所述套管的一端设有燃烧机1，所述燃烧机1的喷嘴2朝向所述套管的内腔，所述内腔中固定设置有螺旋管6，所述螺旋管6内设有换热介质，所述螺旋管6内所述螺旋管6呈喇叭状，所述螺旋管6的小端靠近燃烧机1布置，所述螺旋管6上设置有与螺旋管6相连通的毛细管7，所述毛细管7延伸至所述套管的空腔内，所述螺旋管6与所述燃烧机1的喷嘴2之间设有加热环3和弹簧4，所述弹簧4的一端固定连接在螺旋管6上，所述弹簧4的另一端与所述加热环3固定连接，所述弹簧4由记忆金属制成，当弹簧4的温度小于等于第一温度时，所述记忆金属处于舒展状态，当弹簧4的温度大于等于第二温度时，所述记忆金属处于收缩状态，当弹簧4从第一温度上升至第二温度时，所述记忆金属从舒展状态逐渐变为收缩状态。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4设为一根，所述弹簧4的第一温度为1600℃，所述弹簧4的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由两段分弹簧连接而成，两段分弹簧分别为第一分弹簧和第二分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第二分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1750℃，所述第二分弹簧的第一温度为1750℃，所述第二分弹簧的第二温度为1900℃。在火焰的持续加热下，当弹簧的温度从1600℃上升到1750℃时，第一分弹簧从舒展状态逐渐变为收缩状态；再随着弹簧温度从1750℃上升到1900℃，第二分弹簧也从舒展状态变为收缩状态，此时加热环3远离燃烧机1的喷嘴2，火焰此时即能够通过加热环3和弹簧4将热量传递给螺旋管6，也能通过火焰直接加热螺旋管6。通过采用记忆金属制成的弹簧4，使火焰在任何时候都能够将热量传递给锅炉水5，传热效果更好。

以下提到的弹簧4分别由三段、四段、五段、六段和七段分弹簧连接而成，其工作原理同上述提到的由两段分弹簧连接而成的弹簧的工作原理是相同的，下面将不对各个弹簧的工作原理再进行赘述。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由三段分弹簧依次连接而成，三段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧和第三分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第三分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1700℃，所述第二分弹簧的第一温度为1700℃，所述第二分弹簧的第二温度为1800℃，所述第三分弹簧的第一温度为1800℃，所述第三分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由四段分弹簧依次连接而成，四段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧和第四分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第四分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1675℃，所述第二分弹簧的第一温度为1675℃，所述第二分弹簧的第二温度为1750℃，所述第三分弹簧的第一温度为1750℃，所述第三分弹簧的第二温度为1825℃，所述第四分弹簧的第一温度为1825℃，所述第四分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由五段分弹簧依次连接而成，五段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧和第五分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第五分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1660℃，所述第二分弹簧的第一温度为1660℃，所述第二分弹簧的第二温度为1720℃，所述第三分弹簧的第一温度为1720℃，所述第三分弹簧的第二温度为1780℃，所述第四分弹簧的第一温度为1780℃，所述第四分弹簧的第二温度为1840℃，所述第五分弹簧的第一温度为1840℃，所述第五分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由六段分弹簧依次连接而成，六段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧、第五分弹簧和第六分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第六分弹簧由第六记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第六分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1650℃，所述第二分弹簧的第一温度为1650℃，所述第二分弹簧的第二温度为1700℃，所述第三分弹簧的第一温度为1700℃，所述第三分弹簧的第二温度为1750℃，所述第四分弹簧的第一温度为1750℃，所述第四分弹簧的第二温度为1800℃，所述第五分弹簧的第一温度为1800℃，所述第五分弹簧的第二温度为1850℃，所述第六分弹簧的第一温度为1850℃，所述第六分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明热管式低氮燃气燃烧器，其中所述弹簧4由七段分弹簧依次连接而成，七段分弹簧分别为第一分弹簧、第二分弹簧、第三分弹簧、第四分弹簧、第五分弹簧、第六分弹簧和第七分弹簧，所述第一分弹簧由第一记忆金属制成，所述第二分弹簧由第二记忆金属制成，所述第三分弹簧由第三记忆金属制成，所述第四分弹簧由第四记忆金属制成，所述第五分弹簧由第五记忆金属制成，所述第六分弹簧由第六记忆金属制成，所述第七分弹簧由第七记忆金属制成，所述第一分弹簧与所述加热环3连接，所述第七分弹簧与所述螺旋管6连接，所述第一分弹簧的第一温度为1600℃，所述第一分弹簧的第二温度为1643℃，所述第二分弹簧的第一温度为1643℃，所述第二分弹簧的第二温度为1686℃，所述第三分弹簧的第一温度为1686℃，所述第三分弹簧的第二温度为1729℃，所述第四分弹簧的第一温度为1729℃，所述第四分弹簧的第二温度为1772℃，所述第五分弹簧的第一温度为1772℃，所述第五分弹簧的第二温度为1815℃，所述第六分弹簧的第一温度为1815℃，所述第六分弹簧的第二温度为1858℃，所述第七分弹簧的第一温度为1858℃，所述第七分弹簧的第二温度为1900℃。

本发明在使用时，由燃烧机1喷嘴2喷入燃气并与空气混合后燃烧，形成类锥形燃烧火焰，火焰的周围为吸热螺旋管6，螺旋管6内设有换热介质，由于螺旋管6的存在，火焰周围的热量被不断吸收，进入螺旋管6，从而降低了火焰燃烧温度，氮氧化物的产生条件被破坏，氮氧化物的产生量大大降低。螺旋管6吸热后，内部的换热介质被加热汽化，气化后的换热介质由于密度差和压力的推动，由毛细管7的吸热端向另一端移动(位于锅炉水5内)，汽化后携带热量的介质在套管管壁内与锅炉水5接触，放出热量液化，将携带的热量释放入锅炉水5中，加热了锅炉水5；放热后液化的换热介质重新留回螺旋管6，重新进行吸热，完成整个循环。在加热初期，火焰较小，弹簧4也未达到第一温度，弹簧4处于舒展状态，此时，加热环3离燃烧机1的喷嘴2最近，火焰能够将热量充分地通过加热环3和弹簧4传递给螺旋管6，螺旋管6中的换热介质即开始吸收火焰的热量。当加热一段时间后，火焰变大，弹簧4的温度也逐渐大于第一温度，并从第一温度向第二温度过渡，弹簧4也逐渐从舒展状态变为收缩状态，此时加热环3远离燃烧机1的喷嘴2，火焰此时即能够通过加热环3和弹簧4将热量传递给螺旋管6，也能通过火焰直接加热螺旋管6。通过采用记忆金属制成的弹簧4，使火焰在任何时候都能够将热量传递给锅炉水5，传热效果更好。

本发明的目的旨在提供一种燃气燃烧装置，在实现燃气充分燃烧的同时，又能够对燃气燃烧温度进行控制，从而控制烟气氮氧化物的产生，降低氮氧化物排放的目的。

本发明的主要作用如下：

(1)降低火焰燃烧温度，从源头降低了氮氧化物的产生；

(2)将降低燃烧过程吸收的热量转移至锅炉系统，避免了常规低氮燃烧设备带来的热量浪费；

(3)吸热和放热过程为相变过程，吸热和放热温度可以采用不同的换热介质进行控制，从而实现对火焰温度进行控制的目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。