一种膜式水冷低NOx燃气燃烧装置的制作方法

本发明属于燃气低nox燃烧技术领域，具体涉及一种膜式水冷低nox燃气燃烧装置。

背景技术：

近年来，随着国家对环保问题的重视，对燃气锅炉的nox排放要求越来越严厉，排放标准从原来要求的400mg/m³到150mg/m³，再到80mg/m³，甚至部分城市和地区直接将标准限定到不大于30mg/m³的国际一流标准，整个标准的变化仅用了2-3年的时间；而且，国家环保部也在酝酿和研究5mg/m³的排放指标，这就说明国家对燃气锅炉低氮排放的迫切要求，这也使得低nox燃烧技术得到了广泛的应用。

目前，国外已采用了多种新型的低nox燃烧器，其nox抑制机理不外乎促进混合、分割火焰、烟气再循环、阶段燃烧、浓淡燃烧及其它们的组合形式。根据捷理多维奇机理和阿仑尼乌斯定律，当燃烧温度超过1200℃时，已有少量nox生成；当燃烧温度超过1500℃时，温度每升高100℃，反应速率提高6-7倍，nox生成量也大幅增加。所以对于燃气燃烧来说，如果能大幅降低燃烧火焰锋面温度，就可以降低nox的排放。另外，按照费尼莫机理，生成nox速度仅需60ms，若能提高燃烧速度，也能抑制快速型nox的生成。

目前市场上主流的达到30mg/m³以下的燃气低氮燃烧技术路线主要有三种：第一种是低nox扩散式燃烧+烟气再循环技术；第二种是采用全预混表面燃烧技术；第三种时采用全预混水冷燃烧技术。这两种技术路线中，第一种技术路线使用范围较广，燃烧稳定技术成熟，但也存在系统复杂，能耗较高，且30mg/m³是其排放极限，小型化性价比不高等缺陷。第二种技术路线也有广泛的应用，但也存在诸多不足：①对空气洁净度要求较高；②表面容易堵灰烧结，③温度高易回火；④需要较高的空气过量系数来实现低nox，能耗大。第三种技术路线也有一些应用，解决了第二种技术路线中的问题，但也存在一些不足：①燃烧器结合锅炉进行一体化设计，市场上没有单独的燃烧装置销售，无法对现有的燃气锅炉进行低nox改造；②燃烧炉排采用竖直列管+水冷孔隙，结构复杂；③采用大平面式结构，流场均匀性差，小负荷容易回火；④单个燃烧头容量有限，无法实现大型化设计。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种膜式水冷低nox燃气燃烧装置，外形与常规扩散式燃烧器类似，可以水平、竖直或倾斜安装，便于拆卸和更换，可以适用于现有的任何形式的燃气锅炉。

技术方案：

一种膜式水冷低nox燃气燃烧装置，包括圆柱形的膜式水冷燃烧头、圆环形水室、均流装置、空燃混合装置、点火火检集成装置、风机、进风口消音器、燃烧器连接法兰、进出水口以及燃气进口；所述膜式水冷燃烧头与所述圆环形水室固定连接，所述空燃混合装置固定在所述圆环形水室上，所述风机与所述空燃混合装置连接，在所述风机上设有进风口消音器；

所述膜式水冷燃烧头由不同规格的所述水冷管与多孔板间隔布置形成带许多小火孔的圆柱形结构；

在所述圆环形水室上设有进出水口，所述进出水口与所述水冷管连通，在所述圆环形水室外侧固连有连接法兰，在所述连接法兰上设有点火火检集成装置；

在所述圆环形水室外侧还固定连接有空燃混合装置，在所述空燃混合装置上设有燃气进口；与所述空燃混合装置连接有风机，所述风机通过所述进风口消音器向所述空燃混合装置通入空气，空气与燃气在所述空燃混合装置中混合，所述膜式水冷燃烧头与所述空燃混合装置连通。

在所述圆环形水室还内置有带小孔的分隔板，所述分隔板将所述圆环形水室分成两半，分别接进出水口。

在所述分隔板上还设置有小孔。

在所述圆环形水室的圆环内固定有均流装置，所述均流装置包括固定翼旋流片以及面向所述膜式水冷燃烧头1的圆台形渐扩管。

所述水冷管与所述多孔板之间通过焊接连接。

在所述连接法兰上设有观火孔，用于观察所述锅炉内的燃烧情况。

所述空燃混合装置采用前后正反向旋流片与多孔缩径喷管的结构。

有益效果：

1、本发明的膜式水冷低nox燃气燃烧装置，可以水平、竖直或倾斜安装，便于拆卸和更换，可以适用于现有的任何形式的燃气锅炉。

2、本发明结构简单、易于加工，能够有效降低烟气温度，形成内部烟气再循环，增加炉膛有效辐射面积，降低燃烧火焰锋面温度，从而降低nox的产生。

3、本发明采用一体化可拆卸的均流装置，内置于燃烧头内部，来保证小孔流速均匀和火焰的稳定，降低或消除低频噪音，扩大燃烧负荷范围，从而减少co排放，提高燃烧效率。

附图说明

图1为本发明的膜式水冷低nox燃气燃烧装置图。

图2为本发明的膜式水冷燃烧头结构图。

图3为本发明的圆环形水室结构图。

图4为本发明的均流装置结构图。

图中的标记如下：膜式水冷燃烧头1，圆环形水室2，均流装置3，空燃混合装置4，点火火检集成装置5，观火孔6，风机7，进风口消音器8，连接法兰9，进出水口10，燃气进口11，水冷管12，多孔板13，分隔板14，固定翼旋流片15，圆台形渐扩管16。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1为本发明的膜式水冷低nox燃气燃烧装置图。如图1所示，本发明的膜式水冷低nox燃气燃烧装置包括圆柱形的膜式水冷燃烧头1、圆环形水室2、均流装置3、空燃混合装置4、点火火检集成装置5、观火孔6、风机7、进风口消音器8、燃烧器连接法兰9、进出水口10以及燃气进口11。所述膜式水冷燃烧头1与所述圆环形水室2固定连接，所述空燃混合装置4固定在所述圆环形水室2上，所述风机7与所述空燃混合装置4连接，在所述风机7上设有进风口消音器8。

图2为本发明的膜式水冷燃烧头结构图。如附图2所示，所述膜式水冷燃烧头1由水冷管12和多孔板13间隔布置组成带许多火孔的膜式水冷壁。所述水冷管12为u形管，并具有不同规格；所述膜式水冷燃烧头1由不同规格的所述水冷管12与多孔板13间隔布置形成带许多小火孔的圆柱形结构；所述水冷管12与所述多孔板13之间通过焊接连接。利用此种膜式水冷结构可以组成一个封闭的圆柱侧面，圆柱端面也采用从周向延伸过来的列管和钢板，互相连接，从而形成一个全封闭的圆柱形膜式水冷燃烧头。在本发明中，所述水冷管12与所述多孔板13之间全焊透连接，确保所述多孔板13被充分冷却，配合不同燃气的“最小的火焰传播速度”来进行开制小孔，完全杜绝了回火爆燃的可能。

图3为本发明的圆环形水室结构图。如图3所示，在所述圆环形水室2上设有进出水口10，所述进出水口10与所述水冷管12连通，本发明采用所述圆环形水室2来实现进出水分流和火焰冷却。在所述圆环形水室2外侧固连有连接法兰9，用于与不同的锅炉本体连接。在所述连接法兰9上设有观火孔6，用于观察所述锅炉内的燃烧情况；在所述连接法兰9上还设有点火火检集成装置5。

在所述圆环形水室2还内置有带小孔的分隔板14，所述分隔板14将所述圆环形水室2分成两半，分别接进出水口10；利用水泵进行强制水循环，确保所述水冷管12被充分冷却，将热量传递给工质。在所述分隔板14上还设置有小孔，确保汽水不会积聚。

在所述圆环形水室2的圆环内固定有均流装置3，图4为本发明的均流装置结构图。如图4所示，所述均流装置3包括固定翼旋流片15以及面向所述膜式水冷燃烧头1的圆台形渐扩管16。通过加强所述固定翼旋流片15的切向旋转速度和改变流道容积来确保小孔流速均匀，从而保证燃烧火焰的稳定，减少或消除低频噪音，扩大燃烧负荷范围，降低co排放，提高燃烧效率。

在所述圆环形水室2外侧还固定连接有空燃混合装置4，在所述空燃混合装置4上设有燃气进口11，与所述空燃混合装置4连接有风机7，所述风机7通过所述进风口消音器8向所述空燃混合装置4通入空气，空气与燃气在所述空燃混合装置4中混合，所述圆台形渐扩管16与所述空燃混合装置4连通。空气和燃气的混合气体经过小孔从圆柱形膜式水冷燃烧头1的内部向外均匀喷出，被点火装置引燃，形成许多离开小孔喷口一定距离、悬浮着的蓝色火苗，如图2所示。火焰长度和悬浮高度随小孔流速的变化而变化。由于火苗从小孔以一定的速度喷出，导致小孔周边形成局部低压，根据引射原理，火苗周边的高温烟气背卷吸到火苗根部，这部分烟气一方面被水冷管冷却，同时与小孔喷出的混合气体再次混合后进行燃烧，使得燃烧火焰温度低于1500℃，从而确保nox含量大幅降低。

本发明装置外形与常规扩散式燃烧器类似，所述燃烧头1采用圆柱形膜式水冷壁结构，可以直接伸进炉膛内，燃烧器与锅炉本体均采用连接法兰9连接，可以实现燃烧器的更换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。