双级回流低氮燃烧器及加热炉供热系统的制作方法

本发明涉及燃气燃烧器技术领域，特别涉及双级回流低氮燃烧器及加热炉供热系统。

背景技术：

燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置，燃料按其物理属性可分为固体、液体和气体燃料，如煤、燃料油、天然气、焦炉煤气等。燃料经过燃烧器燃烧后，会产生污染物，氮氧化物(nox)是其中重要的一种。氮氧化物是形成光化学烟雾、酸雨、雾霾的一个重要原因，大量的nox排放到大气中，会对空气产生严重污染。我国随着环境保护的重视，各种环保规范和标准日趋严格，因此，控制氮氧化物的生产，对生产生活和环境保护具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种双级回流低氮燃烧器及加热炉供热系统，通过控制火焰不同区域燃料和空气的扩散燃烧强度，平抑火焰高温，以实现低氮。

为实现上述目的，本发明提出一种双级回流低氮燃烧器，包括燃烧器主体，所述燃烧器主体的一端为燃烧端，在所述燃烧端内形成有内外向依次间隔设置的至少四个通气通道，至少四个所述通气通道包括位于所述燃烧器主体最外侧的第一通气通道、邻近所述第一通气通道的第二通气通道，以及远离所述第一通气通道的至少两个第三通气通道，所述第一通气通道用于连通空气输入管道，所述第二通气通道用于连通燃气输入管道，两个所述第三通气通道中，一个用于连通空气输入管道，另一个用于连通燃气输入管道。

可选的，邻近所述第二通气通道的第三通气通道用于连通空气输入管道，且与所述第一通气通道相连通。

可选的，远离所述第二通气通道的第三通气通道内设有中心风管，所述中心风管远离所述燃烧端的一端用于连通空气输入管道。

可选的，所述第一通气通道在所述燃烧端处设有一呈环形设置的分隔板，用以将所述第一通气通道分隔成内外向分布的内通气通道和外通气通道；

所述内通气通道靠近所述燃烧端的一端设有旋流叶片，用以使所述内通气通道中的空气吹向远离所述燃烧端的方向以与燃气充分接触。

可选的，所述燃烧器主体包括沿径向依次套设的至少四个燃烧管，所述四个燃烧管共同形成所述四个通气通道，其中两个所述燃烧管远离所述燃烧端的一端相连通。

可选的，所述四个燃烧管呈同轴设置。

可选的，四个所述燃烧管包括由内至外依次套设的内套管、外套管以及处于所述内套管和所述外套管之间的两个中套管，靠近所述内套管的所述中套管与所述外套管相连通，

远离所述内套管的所述中套管远离所述燃烧端的一端呈突出所述内套管远离所述燃烧端的一端设置，所述外套管远离所述燃烧端的一端呈突出所述中套管远离所述燃烧端的一端设置。

本发明还提出一种加热炉供热系统，包括上述的双级回流低氮燃烧器；

所述双级回流低氮燃烧器包括燃烧器主体，所述燃烧器主体的一端为燃烧端，在所述燃烧端内形成有内外向依次间隔设置的至少四个通气通道，至少四个所述通气通道包括位于所述燃烧器主体最外侧的第一通气通道、邻近所述第一通气通道的第二通气通道，以及远离所述第一通气通道的至少两个第三通气通道，所述第一通气通道用于连通空气输入管道，所述第二通气通道用于连通燃气输入管道，两个所述第三通气通道中，一个用于连通空气输入管道，另一个用于连通燃气输入管道。

可选的，还包括：

机座；以及，

加热炉本体，设于所述机座上，所述加热炉本体内形成有燃烧腔，所述加热炉本体的内壁面的侧端贯设有安装孔；

其中，所述双级回流低氮燃烧器设于所述安装孔，且所述双级回流低氮燃烧器的燃烧端形成于所述燃烧腔内。

可选的，所述安装孔与所述双级回流低氮燃烧器呈一一对应设置为燃烧器结构组，所述燃烧器结构组设置多个。

本发明的技术方案中，两个所述第三通气通道分别连通空气和燃气，空气和燃气自所述燃烧端混合燃烧，形成第一级燃烧火焰，所述第一通气通道和所述第二通气通道中的空气和燃气自所述燃烧端混合燃烧，形成第二级燃烧火焰，包裹着第一级燃烧火焰，第一级燃气喷口界面形成一次回流区，第二级燃气喷口界面形成二次回流区，以此组成双级回流燃烧器，通过多股空气与燃气混合，控制火焰不同区域燃料和空气的扩散燃烧强度，平抑火焰高温，以实现低氮。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的双级回流低氮燃烧器的示意图；

图2为图1中燃烧端的剖面示意图；

图3为本发明提供的加热炉供热系统的示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置，燃料按其物理属性可分为固体、液体和气体燃料，如煤、燃料油、天然气、焦炉煤气等。燃烧器为工业炉窑提供所需的热源，广泛应用于生产生活各领域中。本专利提出的燃烧器，主要应用于燃气燃烧器领域，可适用于雾化后的燃油燃烧和气力输送状态的固体燃料燃烧工况。燃料经过燃烧器燃烧后，会产生污染物，氮氧化物(nox)是其中重要的一种。氮氧化物是形成光化学烟雾、酸雨、雾霾的一个重要原因，大量的nox排放到大气中，会对空气产生严重污染。因此，控制氮氧化物的生产，对生产生活和环境保护具有重要意义。

我国随着环境保护的重视，各种环保规范和标准日趋严格，如工业或民用天然气锅炉nox排放要求低于30mg/nm³，一般工业炉窑nox排放要求低于150mg/nm³；部分地方标准更是进一步提高排放要求，如京津冀地区焦炉煤气用工业炉窑，nox排放要求低于100mg/nm³。nox的产生，主要有燃料型、热力型和快速型三种。燃料型nox需要通过减少燃料中的有机氮含量来控制；热力型nox减排主要通过优化火焰温度场来实现；快速型nox目前未见合适的控制方法。

在气体燃料中，有机氮含量很少，快速型nox的产生量比热力型低一个数量级，因此气体燃烧器产生的烟气中的nox主要是热力型，可以通过优化燃烧器结构，根据热力型nox的产生机理，优化火焰温度场，减少nox的产生量。

本发明提出了一种新的燃烧器结构，能有效减少气体燃料的nox生产量。

燃烧器的作用是释放燃料的化学能，为炉窑提供足够的热量，在此过程中产生了nox。在火焰结构中，热力型nox的产生需要三个条件同时具备：高温、n元素、足够的氧气。火焰本身是一团高温离子流，难以人为干预；供给燃烧器的助燃空气通常都是环境大气，本身含有大量的n2和o2。通过燃烧器的特殊结构，利用燃料的贫氧性和还原性，优化火焰中三个条件的相对满足程度，是实现低氮燃烧的重点，也是本项技术的难点。另外，当前加热炉保有量巨大，燃烧器需要能适应已有加热炉的结构，并提供原本所需的热量，同时实现低氮燃烧，也是本项技术需要解决的重要问题。

图1至图3为本发明提供的双级回流低氮燃烧器一实施例。

请参照图1至图2，双级回流低氮燃烧器100包括燃烧器主体1，所述燃烧器主体1的一端为燃烧端，在所述燃烧端内形成有内外向依次间隔设置的至少四个通气通道，至少四个所述通气通道包括位于所述燃烧器主体1最外侧的第一通气通道11、邻近所述第一通气通道11的第二通气通道12，以及远离所述第一通气通道11的至少两个第三通气通道13，所述第一通气通道11用于连通空气输入管道，所述第二通气通道12用于连通燃气输入管道，两个所述第三通气通道13中，一个用于连通空气输入管道，另一个用于连通燃气输入管道。

本发明的技术方案中，两个所述第三通气通道13分别连通空气和燃气，空气和燃气自所述燃烧端混合燃烧，形成第一级燃烧火焰，所述第一通气通道11和所述第二通气通道12中的空气和燃气自所述燃烧端混合燃烧，形成第二级燃烧火焰，包裹着第一级燃烧火焰，第一级燃气喷口界面形成一次回流区，第二级燃气喷口界面形成二次回流区，以此组成双级回流燃烧器，通过多股空气与燃气混合，控制火焰不同区域燃料和空气的扩散燃烧强度，平抑火焰高温，以实现低氮。

本发明不限制两个所述第三通气通道31中气体的分布方式，具体的，本实施例中，邻近所述第二通气通道12的第三通气通道13用于连通空气输入管道，且与所述第一通气通道11相连通。不同的燃气在燃烧之前不能相互混合，但是助燃空气可以混合，如此设置，使得助燃空气由一个进风口进入，两个出风口喷出，既能实现多股空气输送的目的，又便于控制。

为了提高燃气燃烧后形成的火焰的内焰温度，本实施例中，远离所述第二通气通道12的第三通气通道13内设有中心风管131，所述中心风管131远离所述燃烧端的一端用于连通空气输入管道。由于中心风管131的存在使得助燃空气由此处进入形成中心风，中心风的存在提高第一级燃气火焰的内焰温度，使一级燃气火焰温度均匀化，同时通过另一与空气输入管道连通的第三通气通道13进入的空气和中心风的加在一起的总量大于一级燃气燃烧所需要的空气量，即空气过量，可以进一步降低一次燃气火焰的整体温度。

为了使通过第二通气通道12输出的燃气燃烧提供充足的氧气，所述第一通气通道11在所述燃烧端处设有一呈环形设置的分隔板111，用以将所述第一通气通道11分隔成内外向分布的内通气通道11a和外通气通道11b，所述内通气通道11a靠近所述燃烧端的一端设有旋流叶片112，用以使所述内通气通道11a中的空气吹向远离所述燃烧端的方向以与燃气充分接触。通过所述旋流叶片改变通过所述内通气通道11a的空气的输出方向，以将通过所述第一通气通道11的助燃空气分为旋流风和直流风，为通过第二通气通道12的燃气燃烧提供充足的氧气。旋流风可以使燃料在靠近所述燃烧端的地方燃烧释放一部分热量，直流风可以使远离所述燃烧端的燃料充分燃烧，从而分散火焰的热量，平抑火焰高温区域，从而降低热力型氮氧化物的生成量。

具体的，火焰虽然是一团高温离子流，但是火焰内部的温度分布并不均匀，火焰通常分为焰心、内焰和外焰。一般燃烧器燃料与空气在外焰区域充分混合，剧烈燃烧，快速释放热量，导致外焰温度最高，这里是产生nox的主要空间。所述双级回流低氮燃烧器100的靠近中间位置的燃气与空气混合燃烧后释放的热量，提高了火焰内焰的温度，燃烧器总体的热负荷一定时，外焰的温度就会降低，从而使火焰温度场更加均匀化，减小高温区域的面积，抑制nox生产。

为了实现所述四个通气通道，本实施例中，所述燃烧器主体1包括沿径向依次套设的至少四个燃烧管，所述四个燃烧管共同形成所述四个通气通道，其中两个所述燃烧管远离所述燃烧端的一端相连通。用于输送两种不同燃气的燃烧管，在燃气燃烧之前不能相互混合，用于输送两路空气的燃烧管，空气可以相互混合，可以设置2个管道，将管道的进气口焊接相连，也可以设置一个总的管道，通过焊接套管或者嵌入内管的方式将一个总管道分割成2个分管道，使空气进入口通过管道的隔断进入两个所述通气通道内，满足空气分流多股与燃气接触燃烧，实现低氮的目的。

为了使燃气和助燃空气喷射后燃烧更均匀，本实施例中，所述四个燃烧管呈同轴设置，如此使得多种燃气的喷出呈平行流动。

为了便于助燃空气和燃气的输送，四个所述燃烧管包括由内至外依次套设的内套管a、外套管c以及处于所述内套管a和所述外套管c之间的两个中套管b，靠近所述内套管a的所述中套管b与所述外套管c相连通，远离所述内套管a的所述中套管b远离所述燃烧端的一端呈突出所述内套管a远离所述燃烧端的一端设置，所述外套管c远离所述燃烧端的一端呈突出所述中套管b远离所述燃烧端的一端设置。如此使得所述燃烧管彼此套设更加便捷整齐，便于管道的布设，管道之间互不干涉，操作人员也更容易分辨。

本发明还提供一种加热炉供热系统1000，包括上述的双级回流低氮燃烧器100，所述加热炉供热系统1000包括上述的双级回流低氮燃烧器100的全部技术特征，因此，也具有上述全部技术特征带来的技术效果，此处不再一一赘述。

具体的，请参照图3，所述加热炉供热系统1000还包括机座200、加热炉本体300，所述加热炉本体300设于所述机座200上，所述加热炉本体300内形成有燃烧腔，所述加热炉本体300的内壁面侧端贯设有安装孔，其中，所述双级回流低氮燃烧器100设于所述安装孔，且所述双级回流低氮燃烧器100的燃烧端形成于所述燃烧腔内。空气和燃气于所述燃烧端处混合燃烧，在所述燃烧腔内充分燃烧释放热量，实现所述加热炉本体300的加热功能。

进一步的，所述安装孔与所述双级回流低氮燃烧器100呈一一对应设置为燃烧器结构组，所述燃烧器结构组设置多个。可以根据工况需求，选择性的设置多个所述燃烧器结构组，以满足供热需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。