低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头的制作方法

本发明涉及燃气燃烧器技术领域，具体涉及一种低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头。

背景技术：

国家环保政策日趋严格，对锅炉氮氧化物排放要求也越来越高。目前市场上的低氮燃烧器采用的降氮手段包括fgr（fluegasrecirculation，烟气再循环）技术、预混燃烧技术，在达到降氮效果的同时存在无法避免的缺点。例如，采用fgr技术的燃烧器容易出现烟气冷凝水腐蚀、喘振等问题；采用预混燃烧技术容易出现烟气含氧量高带来的热效率低的问题，及回火风险。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供的一种热效率高、安全性高、燃烧稳定的低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头。

采用的技术方案如下：

一种低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头，包括风筒和设置在风筒内部供风通道中的燃气管与喷嘴，所述燃气管与所述喷嘴连接，所述风筒内部设有位于供风通道末端的稳焰盘，所述喷嘴包括周向均布于所述稳焰盘盘沿的多个外喷嘴，所述燃气管包括燃气主管以及用于连接所述燃气主管和所述多个外喷嘴的多个燃气支管；所述稳焰盘与所述风筒之间具有间隙形成一次风道，所述稳焰盘上开设有通孔形成二次风道，所述稳焰盘中心开设有圆孔，所述圆孔内设置旋流筒形成三次风道，所述一次风道的供风量远大于所述二次风道且远大于所述三次风道；所述外喷嘴上开设有朝向所述一次风道的一次配气孔和朝向所述二次风道的二次配气孔，所述喷嘴喷出的全部燃气中，所述一次配气孔体积占比为80%~90%，所述二次配气孔体积占比为10%~20%。

一种可能的实现方式中，所述风筒末端内侧套设有可移动的可调出风口，所述可调出风口相对于所述风筒前后移动使得所述供风通道的长度可调。

一种可能的实现方式中，所述风筒内部还设有与所述可调出风口连接、用来调整所述可调出风口的的拉杆。

一种可能的实现方式中，所述可调出风口的出口为直口或缩口。

一种可能的实现方式中，所述稳焰盘上呈辐射状周向均布多个旋流片，所述旋流片与稳焰盘盘面呈一定夹角构成一个旋流通道，多个旋流通道与所述稳焰盘的盘面上开设的多个通孔共同构成所述二次风道。

一种可能的实现方式中，所述旋流通道还包括所述稳焰盘盘面上与所述旋流片对应开设的狭长通孔。

一种可能的实现方式中，每两个旋流片之间够成一个旋流火焰隔离区，所述外喷嘴位于所述旋流火焰隔离区的外缘。

一种可能的实现方式中，所述旋流筒包括内筒和外筒以及连接于内筒和外筒之间的多个旋片，旋片之间构成风道，其中，所述内筒两端封堵无开口，所述旋片与所述旋流筒的轴线呈一定夹角，该夹角小于45度。

一种可能的实现方式中，所述燃气支管的数量在4~12之间；每个外喷嘴向一次风道方向开设1~3个大孔作为一次配气孔，所述一次配气孔的孔径在10~25mm之间；彼此相间隔的若干个外喷嘴上向所述旋流筒方向各开设1~3个小孔作为二次配气孔，所述二次配气孔的孔径在3~10mm之间。

一种可能的实现方式中，所述燃气主管与所述供风通道同轴布置，连接于所述燃气主管下游的多个所述燃气支管以所述燃气主管为中心周向均布。

一种可能的实现方式中，该燃烧头末端燃烧形成的火焰由喷嘴向外依次包括稳焰区、主燃区和回流区，其中，一次配气孔供给的燃气与一次风道出来的助燃风掺混燃烧形成所述主燃区，为扩散燃烧；二次配气孔供给的燃气与二次风道出来的助燃风掺混贴盘旋转燃烧形成所述稳焰区，为富氧燃烧；三次风道为外圈的主燃区火焰供给助燃风，使主燃区火焰呈薄壁钟形；火焰流场中心远端形成负压回流区。

综上，本发明提供了一种低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头，通过采用以上技术方案，本发明取得了以下技术效果：

1、综合利用烟气内循环技术（fir）及中心稳焰技术，在降氮的同时保证燃烧强度及燃烧的稳定性；

2、通过调节可调出风口，可调整供风通道的长度实现火焰尺寸形状调节，适应不同锅炉需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明一实施例提供的低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头的剖视图；

图2是本发明一实施例提供的低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头的燃气分配系统与稳焰盘的相对位置关系示意图；

图3是本发明一实施例中低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头形成的火焰的流场示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施例，进行详细的说明。

请参考图1和图2所示的结构图，本发明的一个实施例，提供一种低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头（下文简称燃烧头）。

本实施例提供的燃烧头，主要由风筒1、燃气管2、拉杆3、可调出风口4、外喷嘴5、稳焰盘6构成。燃气管2包括燃气主管2-0和若干个燃气支管2-1。

其中，燃气主管2-0位于风筒1内部形成的供风通道内且同轴布置，其下游连通周向均布的若干个例如12个燃气支管2-1，燃气主管2-0末端封闭，燃气支管2-1连接外喷嘴5，由燃气主管2-0、燃气支管2-1、外喷嘴5构成位于供风通道内燃料分配系统，用于输送和分配燃气。

风筒1末端内侧套设可移动的可调出风口4，风筒1和可调出风口4内部构成供风通道，用于输送供给助燃风。本实施例利用fir技术，输送的助燃风可包括空气以及燃烧器燃烧产出的烟气。fir技术的本质是通过将燃烧产出的烟气重新引入燃烧区域，实现对燃烧温度氧化物浓度的控制，从而实现降低氮氧化物的排放和节约能源的效果。

可选的，可调出风口4与拉杆3相连接，用户可通过调节拉杆3来调整可调出风口4使之相对于风筒1相对移动，从而改变供风通道的长度。

可选的，可调出风口的出口为缩口，即直径由内向外逐渐缩小。或者，可调出风口的出口也可以为直口，即内外直径一致。

本实施例中，稳焰盘6呈圆盘状，置于供风通道下游出口处并与供风通道同轴布置。稳焰盘6包括盘面6-2和盘沿6-3以及盘面6-2外侧所设的旋流片6-1，盘面6-2中心开设有大圆孔，盘面6-2上还开设多个小通孔6-4作为助燃风通道。多个旋流片6-1例如12个呈辐射状周向均布于稳焰盘6上，旋流片6-1与稳焰盘6的盘面呈一定夹角，共同构成旋流通道。可选的，稳焰盘6上对应于旋流片6-1的位置还开设有穿透稳焰盘6的狭长通孔6-5，作为旋流通道的组成部分；助燃风可从该狭长通孔6-5通过且通过的助燃风在旋流片6-1的作用下转向，贴稳焰盘6盘面旋转流动。

本实施例中，稳焰盘6与可调出风口4之间的间隙构成一次风道9-1。稳焰盘6上开设的多个小通孔6-4与多个旋流通道共同构成二次风道9-2。所述稳焰盘6中心开设的圆孔内设置旋流筒7形成三次风道。

其中，所述旋流筒7呈圆筒状，包括内筒7-1和外筒7-2以及连接于内筒和外筒之间的多个旋片7-3，旋片7-3之间构成风道，其中，所述内筒7-1两端封堵无开口，所述旋片7-3与所述旋流筒的轴线呈一定夹角。可选的，该夹角小于45度，优选该夹角在5°~15°之间。

本实施例中，所述二次风道9-2出来的风在旋流通道的作用下贴稳焰盘6盘面旋转，所述三次风道9-3出来的风在旋流筒7的作用下旋转。可选的，通过设置旋流片6-1和旋片7-3的角度/方向，使得从二次风道9-2和三次风道9-3出来的风的旋转方向相同。

本实施例中，每个外喷嘴5向一次风道方向开设若干个个相邻的大孔作为一次配气孔8-1，例如每个外喷嘴5向一次风道方向开设2个相邻的大孔共计24个大孔为一次配气孔8-1。12个外喷嘴中相间隔的6个外喷嘴5上向旋流筒7方向（即二次风道方向）各开设若干个例如2个小孔，共12个小孔作为二次配气孔8-2。需要说明，本文所说的大孔和小孔是两者之间的相对大小，即一次配气孔的孔径大于二次配气孔的孔径。

本实施例中，稳焰盘6上每两个相邻的旋流片6-1之间构成一个旋流火焰隔离区。所述外喷嘴5穿过稳焰盘6的盘沿6-3并且处于旋流火焰隔离区外缘。旋流火焰隔离区的作用是将每个外喷嘴5上的二次配气孔8-2向内喷射的燃气相对隔离，防止二次配气产生的火交叉而产生高温，通过降低火焰温度起到降氮的作用。

进一步的，一些实施例中，

所述燃气支管的数量在4~12之间，优选在6~10之间；

所述一次配气孔的孔径在10~25mm之间，优选在12~18mm之间；

所述二次配气孔的孔径在3~10mm之间，优选在3~6mm之间；

每个外喷嘴上可开设1~3个一次配气孔，优选2个；其中彼此相互间隔的若干个外喷嘴上中每个外喷嘴上可开设1~3个一次配气孔，优选2个。

本实施例的低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头，其工作原理如下：

供风通道内供给助燃风，由于下游设有稳焰盘进行分流，大部分风从一次风道走，小部分风从二次风道和三次风道走。燃料分配系统内供给燃气，大部分的燃气从一次配气孔（体积占比80%~90%）向一次风道供给，一小部分燃气（体积占比10%~20%）从二次配气孔向二次风道供给。

请参考图3所示的火焰流场示意图，一次配气孔供给的燃气与一次风道出来的风掺混燃烧形成主燃区，主燃区为扩散燃烧；二次配气孔出来的燃气与二次风道出来的助燃风掺混贴盘旋转燃烧，为富氧燃烧并形成稳焰区；三次风道为外圈的主燃区火焰供给助燃风，由于整个流场中心没有燃气，因而使主燃区火焰呈薄壁钟形，这种火形的火焰温度较低，可以降低氮氧化物的生成；流场中心远端形成负压回流区。拉动拉杆带动可调出风口前后移动，可改变配风比例从而调整火焰长短和粗细。

燃气在整个流场分成中圈、外圈供给，形成分级燃烧，为降氮的重要手段。中圈为富氧燃烧、外圈为扩散燃烧，偏离化学当量比燃烧，燃烧温度低，为降氮的重要手段。内圈三次风道出来的旋流风为主燃区补充剩余的助燃风，由于整个流场中心没有燃气，使主燃区的火焰层厚度薄，呈“钟形”，这种火形的火焰温度低，可大大降低氮氧化物生成。由于稳焰盘的阻挡，流场中心远端形成负压回流区，烟气在此区域形成回流，形成还原性气氛，为降氮的重要手段。通过以上手段，实现了降氮的效果。

值得说明的是，本实施例中，旋流筒7的作用是为外喷嘴5的一次配气孔8-1喷出的燃气提供助燃风，此部分助燃风能够防止火焰的中心有火焰，从而使得燃烧头燃烧形成一种“薄壁”的“钟型”火焰，这种火形的温度低从而达到降氮效果。旋流筒7利用旋片对助燃风施加旋转的作用还包括防止此部分助燃风直吹而产生“喘振”问题。

需要特别说明的是，与设有中心喷嘴的常规燃烧头相比，本实施例的燃烧头中心设三次风道但没有中心喷嘴，因此内圈无燃气，火焰层厚度小、温度低，可以进一步降低氮氧化物的排放。

综上，本发明提供了一种低氮燃烧器用双旋薄壁火形燃烧头，通过采用以上技术方案，本发明取得了以下技术效果：

1、综合利用烟气内循环技术（fir）及中心稳焰技术，在降氮的同时保证燃烧强度及燃烧的稳定性；

2、通过调节燃烧风筒的长度实现火焰尺寸形状可调节，适应不同锅炉需求。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。