一种双级旋流配气分离式完全预混烧嘴的制作方法

本实用新型涉及燃烧器装置，具体是一种双级旋流配气分离式完全预混烧嘴。

背景技术：

烧嘴是燃烧装置的关键设备之一，广泛应用于需要能动转换及燃烧的工业领域，如：锅炉、窑炉、垃圾焚烧炉及燃气轮机等。性能良好的烧嘴，能够合理地组织燃料和氧化剂的掺混，实现安全、稳定地燃烧，保证足够的燃烧效率和污染物排放标准。根据空气与燃气的比例，可以将燃烧分成扩散式燃烧、部分预混式燃烧及完全预混式燃烧。扩散燃烧的特点是火焰稳定性好，不宜发生脱火、回火和燃烧振荡，是传统燃烧器主要燃烧方式。这种燃烧方式的缺点是火焰燃烧强度小，燃烧区域火焰温度较高，nox的排放大，同时产生大量碳烟，燃烧不完全，造成很多浪费。目前由于环境问题越来越突出，节能减排问题引起人们的重视，对减少nox排放受到人们普遍重视，因此，提高燃烧前空气与燃气混合程度，控制燃气与空气比例，将燃烧过程控制在贫燃状态，对于降低燃烧火焰温度，减少nox排放具有重要意义。

现代燃机中的燃烧器对燃烧、气动、冷却、空间和变工况特性的要求都很高，通常采用的是部分预混燃烧的方式，燃气烧嘴一般设计有旋流器，用于产生稳燃火焰的涡流。燃料喷口一般设计在旋流器前或旋流器的叶片上，借助旋流的作用，空气和燃料在旋流器的掺混段内强烈掺混，并在燃烧室内燃烧。同时烧嘴上一般还布置有扩散的值班燃料，用于提高火焰的稳定性。这种燃烧方式，满足了燃机燃烧综合性能的要求，但是燃料与空气在燃烧前无法达到完全预混的状态，不能最大限度降低nox排放。因此该种燃烧方式，对于气动和变负荷要求不高的工作环境，存在一定的不足。

结合现有燃烧器的特点，以提高掺混效率、火焰稳定性为目标，开发出一种新式燃烧组织方式，对于工业实际具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种结构合理的双级旋流配气分离式完全预混烧嘴，该烧嘴的燃烧组织方式适用于燃烧负荷变化范围较小，对污染物排放要求严格的工作环境，利用该烧嘴可以最大限度保证燃烧前空气和燃料掺混效果，降低污染物nox的生成；同时通过合理的结构设计，有效防止燃烧不稳定现象出现。

本实用新型的技术方案如下：

一种双级旋流配气分离式完全预混烧嘴，其特征在于：包括有一级旋流进气通道、文丘里管、二级旋流进气通道，一级旋流进气通道与文丘里管之间通过法兰连接，文丘里管与二级旋流进气通道之间也通过法兰连接，二级旋流进气通道连接到燃烧室；所述一级旋流进气通道内设置有一级旋流器，所述二级旋流进气通道内设置有锥形旋流器。

所述一级旋流进气通道的入口段的上端设置空气进气口，入口段的下端设置燃气进气口。

所述二级旋流进气通道呈渐缩状，所述锥形旋流器安装于渐缩状的二级旋流进气通道内。

所述一级旋流器和锥形旋流器均为轴向旋流器。

本实用新型的燃烧组织方式原理为：

（1）掺混与配气过程分离：在掺混段，空气与燃料实现充分预混，在配气段，借助旋流装置形成稳定火焰低速区；

（2）通过两级旋流装置实现空气与燃料完全预混，同时考虑到空气密度较大、燃气密度较小，采取上部进空气、下部进燃气的设计，使得空气与燃气更加充分的预混；

（3）采取防止回火及熄火的结构设计：在一级旋流器后加装文丘里管，二级旋流器采用锥形旋流器，通过合理的选型，有效防止回火；借助旋流器的作用，防止熄火；

（4）空气自上部进气，燃气自下部进气（也可根据实际需求选择进气方式），混合气体经过预混后进入一级旋流器，随后经过文丘里管后进入锥形旋流器，再次预混后进入燃烧室燃烧。

使用该燃气射流烧嘴时，燃气通道和空气通道分别与燃气气源和空气源提供。燃气可以是天然气、煤制气、沼气以及焦炉煤气等。该烧嘴需要运行在合理的气流速度和空燃比工况范围内，控制熄火问题的发生，保证火焰的稳定；烧嘴需要配备一定压力的空气源和燃气源。该燃气射流烧嘴经过合理的结构设计，可以应用于燃机燃烧室中；可以和鼓风机等构成一个整体，做成一体式的燃烧机；也可以作为工业炉烧嘴，做成分体式的燃烧装置；还可以用于工业可燃废气的燃烧处理，在大气环境中燃烧。

对于本实用新型，通过采用两级旋流、配气分离式设计，最大限度提高掺混效率、火焰稳定性等，降低污染物nox的生成，并且有效防止回火及熄火现象的出现。本实用新型的特点包括：

（1）一级旋流器的远离燃烧器头部，有效降低了发生回火以及在此形成燃烧区的可能性。

（2）燃烧器头部之间进口可以设计成缩口加锥形旋流器形式，在提高掺混效率的同时提高气流速度，消除了回火至掺混装置的可能性。

（3）掺混装置的尺寸相对较小，预混气体在期间停留时间较短，只要控制运行参数，可以消除自点燃的可能性。

（4）两级旋流器设计，最大限度提高掺混效率，使得掺混更加均匀。

（5）为了进一点降低回火的可能性，在两个旋流器之间加文丘里管，进一步防止回火情况的出现。

（6）在空间受到限制的情况下，采用轴向旋流器，可以使得整个系统结构更加紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型锥形旋流器的结构示意图。

其中：1-空气进气口，2-燃气进气口，3-一级旋流器，4-一级旋流进气通道，5-文丘里管，6-法兰，7-锥形旋流器，8-燃烧室，9-二级旋流进气通道，10-锥形旋流器叶片。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是一种双级旋流配气分离式完全预混烧嘴，包括有一级旋流进气通道4、文丘里管5、二级旋流进气通道9，一级旋流进气通道4与文丘里管5之间通过法兰6连接，文丘里管5与二级旋流进气通道9之间也通过法兰6连接，二级旋流进气通道9连接到燃烧室8；所述一级旋流进气通道4内设置有一级旋流器3，所述二级旋流进气通道9内设置有锥形旋流器7。

所述一级旋流进气通道4的入口段的上端设置空气进气口1，入口段的下端设置燃气进气口2。

所述二级旋流进气通道9呈渐缩状，所述锥形旋流器7安装于渐缩状管道内。所述锥形旋流器7的叶片10布置，如图2所示。

所述一级旋流器3和锥形旋流器7均为轴向旋流器。

本实用新型的燃烧组织方式原理为：

（1）在掺混段，空气与燃料实现充分预混，在配气段，借助旋流装置形成稳定火焰低速区；

（2）通过两级旋流装置实现空气与燃料完全预混；同时考虑到空气密度较大、燃气密度较小，采取上部进空气、下部进燃气的设计，使得空气与燃气更加充分的预混；

（3）在一级旋流器3后加装文丘里管5，二级旋流器采用锥形旋流器7，通过合理的选型，有效防止回火；借助旋流器的作用，防止熄火；

（4）空气自上部进气，燃气自下部进气，混合气体经过预混后进入一级旋流器3，随后经过文丘里管5后进入锥形旋流器7，再次预混后进入燃烧室8燃烧。

使用该燃气射流烧嘴时，燃气通道和空气通道分别与燃气气源和空气源提供。燃气可以是天然气、煤制气、沼气以及焦炉煤气等。该烧嘴需要运行在合理的气流速度和空燃比工况范围内，控制熄火问题的发生，保证火焰的稳定；烧嘴需要配备一定压力的空气源和燃气源。该燃气射流烧嘴经过合理的结构设计，可以应用于燃机燃烧室8中；可以和鼓风机等构成一个整体，做成一体式的燃烧机；也可以作为工业炉烧嘴，做成分体式的燃烧装置；还可以用于工业可燃废气的燃烧处理，在大气环境中燃烧。