预混敞开式超低氮燃烧器的制作方法

本实用新型涉及燃烧器制造领域，尤其涉及一种预混敞开式超低氮燃烧器。

背景技术：

环境问题，特别是工业锅炉NOx排放导致的空气污染，已经严重影响人民的生活和健康。NOx排放导致酸雨形成、空气中雾霾的产生，已经越来越受到政府和人民的重视。在工业锅炉领域、以及电站锅炉领域，国家已经出台了严格的排放标准和法规。现有燃烧器的NOx排放量一般都为低氮级（80mg/m³以下），目前的技术能够达到超低氮级（30mg/m³以下）的甚少。

目前常用的低氮燃烧技术主要包括分级燃烧、烟气再循环、全预混表面燃烧技术、多孔介质燃烧、无焰燃烧等。其中，分级燃烧技术要求炉内温度均布，避免出现局部高温，从而降低NOx生成，但如何实现良好的空气/燃气分级是一个难点。烟气再循环技术将锅炉烟气抽取出一部分与新鲜空气混合后送入燃烧炉与燃气混合燃烧，降低空气中的氧浓度，减少空气中的氮与氧结合的概率。但存在以下问题：外部烟气再循环占地空间大、投资较高，而内部烟气再循环降低氮氧化物排放的效果较差。预混燃烧技术虽然通过风门和燃气阀门可适当调整空燃比例，但是燃气的充分燃烧并非将两种气体比例兑好便可实现，而是要将两种气体充分混合、搅匀，即让燃气分子与所需要的氧气分子充分接触碰撞、混合。因此，现有技术中的预混燃烧，既效果不佳，也会出现爆燃的安全隐患。同时，因燃烧火焰过于集中造成氮氧化物和一氧化碳过高。

随着国家对环境排放以及节能降耗的要求不断提高，研制一种高效燃烧、低污染排放的超低氮氧化物气体燃烧器，市场前景将十分广阔且刻不容缓。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述问题，而提出了一种预混敞开式超低氮燃烧器，实现空气、燃气在燃前得以充分混合，确保燃烧完全，火焰稳定，NOx排放量低的特性。

本实用新型的技术方案为：

本实用新型所述一种预混敞开式超低氮燃烧器，包括燃烧筒、燃气管和设置在燃烧筒上的燃气进气口、空气进气口、扩散口，燃气管设置在燃烧筒内与燃气进气口相连通，所述扩散口位于燃烧筒出口端，其特征在于：所述扩散口内设有预混器，所述预混器具有一气体分配室，所述燃气管出口端设有喷头，所述喷头上沿外圆周壁均布有多个连通至气体分配室的分气管；所述气体分配室内还插设有多个预混管，所述预混管两端均为开放端，一端为与燃烧筒内腔相连通的空气输入端，另一端为混合气输出端；所述预混管上设置有多个连通预混管内部与气体分配室的燃气输入孔；所述预混管沿气体分配室轴向向外倾斜延伸，其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为2-8°；其中部分预混管的混合气输出端还设有用于径向扩散混合气的外引流部。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述外引流部为管状结构且沿气体分配室轴向向外弯折倾斜，分为一组或多组，每组外引流部的轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为30-60°，实现交叉流射。本结构保证进入到各个预混管中的空气量径向分布均匀，且自预混管混合气输出端输出的混合气在内环、外环的分布量也均匀，进一步确保其燃烧稳定、充分。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，当所述外引流部为一组时，其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为45°。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述预混管轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为5°，以消除啸叫及扩大燃烧面积。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述预混器包括内圆筒、外圆筒、第一圆环板和第二圆环板，内圆筒同轴嵌套在外圆筒内，内圆筒与外圆筒的轴向一端通过第一圆环板封合，轴向另一端通过第二圆环板封合，由此所述内圆筒、外圆筒、第一圆环板和第二圆环板共同围设形成气体分配室，所述预混管贯穿在第一圆环板和第二圆环板之间，所述喷头穿设到内圆筒内部，所述分气管径向贯通内圆筒。上述结构中，所述气体分配室为圆环腔体式结构，保证燃气在内部环形均匀分布。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述预混管环绕气体分配室轴线均匀分布，数量为9-18个。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，每个预混管上的燃气输入孔可分为设置在预混管不同圆周线上的至少两组，且每组燃气输入孔在其所在的圆周线上均等间距分布。且每组燃气输入孔在其所在的圆周线上均等间距分布。

本结构一方面能保证燃气径向均匀进气，使得燃气量在管内径向分布更为均匀，且设置不同圆周线高度的燃气输入孔可使得燃气自不同轴向位置进入，进气量充分，与空气在轴向传输中不断混合，预混程度均匀完善。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述燃气输入孔的孔径为20-32mm。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，当燃气输入孔分为两组时，每组燃气输入孔数量为3个，其中一组燃气输入孔所在圆周线到预混管空气输入端的轴向距离为20-80mm，另一组燃气输入孔所在圆周线到预混管空气输入端的轴向距离为40-120mm，且两组燃气输入孔投影在同一圆周线上呈均匀分布。

进一步地，本实用新型所述的预混敞开式超低氮燃烧器中，所述喷头上套装有稳焰旋流盘，能够为燃烧提供更充分的旋流空气，起到增大燃烧区域和降低中心火焰温度的作用。

本实用新型的有益效果是：本结构通过气体分配室与倾斜设置的预混管，借助空气喷射带动径向输入的燃气不断翻滚，形成涡流、射流的充分碰撞，确保其得以充分搅拌均匀，达到理想的空燃配比；还通过设计外引流部有效扩大了火焰燃烧范围，降低了局部高温，提高降氮效果。本结构有效克服了传统技术燃烧不稳定、热效率低等问题，具有燃烧污染物排放少、燃烧完全、燃烧稳定性好、燃烧效率高、结构简单可靠等优点，明显达到超低氮排放水平，应用前景非常广阔。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型所述预混器沿A向示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步的说明：

实施例1

参照图1所示，本实施例所述的一种预混敞开式超低氮燃烧器，包括燃烧筒1、燃气管2和设置在燃烧筒1上的燃气进气口、空气进气口、扩散口3，燃气管2设置在燃烧筒1内与燃气进气口相连通，所述燃气管2沿圆周壁均匀设有多个径向向外延伸的支撑杆4，所述支撑杆4固定连接在燃气管2外壁与燃烧筒1内壁之间。所述扩散口3位于燃烧筒1出口端。

所述扩散口3内设有预混器5，所述预混器5具有一气体分配室。具体的，所述预混器包括内圆筒501、外圆筒502、第一圆环板和第二圆环板，内圆筒501同轴嵌套在外圆筒502内，内圆筒501与外圆筒502的轴向一端通过第一圆环板封合，轴向另一端通过第二圆环板封合，由此所述内圆筒501、外圆筒502、第一圆环板和第二圆环板共同围设形成气体分配室。所述燃气管2出口端设有喷头6，所述喷头6上套装有稳焰旋流盘7。所述喷头6上沿外圆周壁均布有多个连通至气体分配室的分气管8。所述喷头6穿设到内圆筒501内部，所述分气管8径向贯通内圆筒501。

所述气体分配室内还插设有多个预混管9，所述预混管9贯穿在第一圆环板和第二圆环板之间。所述预混管9两端均为开放端，一端为与燃烧筒1内腔相连通的空气输入端，另一端为混合气输出端。所述预混管9上设置有多个连通预混管9内部与气体分配室的燃气输入孔10。每个预混管9上的燃气输入孔10可分为设置在预混管9不同圆周线上的两组，且每组燃气输入孔10在其所在的圆周线上均等间距分布，即与圆心呈60°均布。本实施例中每组燃气输入孔10数量为3个，其中一组燃气输入孔10所在圆周线到预混管9空气输入端的轴向距离为20mm，另一组燃气输入孔10所在圆周线到预混管9空气输入端的轴向距离为40mm，且两组燃气输入孔10投影在同一圆周线上呈均匀分布。所述燃气输入孔10的孔径为20mm。

所述预混管9沿气体分配室轴向向外倾斜延伸，其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为5°，所述预混管9环绕气体分配室轴线均匀分布，数量为12个。其中部分预混管9的混合气输出端还设有用于径向扩散混合气的外引流部11。具体的，所述外引流部11为管状结构且沿气体分配室轴向向外弯折倾斜。本实施例中的外引流部11采用倾斜角度相同的一组，其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角为45°。其中具有外引流部11的预混管9数量为预热管9总数的一半，即6个，且与不具有外引流部9的预热管间隔分布。这样能有效引导混合气流向外扩散，并实现内外气流均匀分布。

相较于传统燃烧装置以燃气带空气的燃烧方式，本实施例以空气作为燃烧筒1内的主管道气，以空气带动燃气实现预混。燃气沿径向进入气体分配室形成环绕空气分布的涡流；由于预混管9与气体分配室的中心轴线呈锐角倾斜，空气沿预混管形成射流，并在动能、压力差等作用下与自燃气输入孔径向进入预混管9的燃气气流形成激烈的旋转而充分挤压混合，且一定程度上延长了混合距离，保证调匀效果更好。另一方面，本实施例在预热管9上间隔设置倾斜的外引流部11，可扩散混合气体的输出范围，保证混合气在火焰内环、外环分布更为均匀，进一步增大了火焰燃烧面积，降低火焰局部高温区，确保其燃烧充分，达到降氮效果。其中预混管9的倾斜角度、外引流部11的倾斜角度、燃气输入孔10的位置距离、尺寸均经过无数次的试验数据取得，使空气和燃气按照理想比例进入预混管9，保证混合气达到最佳的混合搅匀效果。

现结合实验数据说明。本实施例裸烧时实测NOx排放27ppm；在全载2020kw另加6-7%的烟循工况条件下，燃烧火焰刚直有力，并无黄色火焰，整个火焰呈淡蓝透明，呈现最佳燃烧状态。通过焱晶检测中心对排放物进行检测，其中O2含量1.5%，CO达到0ppm，NOx为13ppm，已达到超低氮标准。在负载506kw（荷载25.05%）条件下燃烧检测，显示O2含量3.4%，CO含量4ppm，NOx含量7ppm，按超低氮标准（≦30mg/m³）,通过换算显示在12.65-24.8mg/m³范围，且留有较大的优化空间。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：预混管9倾斜角为2°，其余不变。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：预混管9倾斜角为8°，其余不变。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于：外引流部11总数量为9个，按照其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角不同分为3组，分别为30°一组、45°一组、60°一组，实现交叉流射。每组数量3个，其余结构相同。

本实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于：外引流部11总数量为18个，按照其轴线相对气体分配室轴线的倾斜角不同分为3组，分别为30°一组、45°一组、60°一组，每组数量6个，其余结构相同。

本实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于：当燃气输入孔10分为两组时，一组燃气输入孔10所在圆周线到预混管9空气输入端的轴向距离为80mm，另一组燃气输入孔10所在圆周线到预混管9空气输入端的轴向距离为120mm，燃气输入孔10孔径为25mm。

本实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于：当燃气输入孔10分为设置在预混管9不同圆周线上的三组且设定为3个一组时，且三组燃气输入孔投影在同一圆周线上呈均匀分布，即与圆心呈40°均布。各组燃气输入孔10所在圆周线到预混管9空气输入端的轴向距离分别为20mm、50mm、120mm，燃气输入孔10孔径为32mm。

上述几个实施例经燃烧测试，同样达到超低氮标准（≦30mg/m³）。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。