一种燃气燃烧器系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及一种燃气燃烧器系统及其工作方法。


背景技术：

2.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。对于燃气的燃烧来说，nox的生成机理主要是热力型，即当火焰温度足够高，会破坏n2共价键得到游离的n离子，与氧原子结合形成nox。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是，提供一种燃气燃烧器系统及其工作方法，用于采用技术手段在燃烧发生之前将燃气与惰性燃烧产物混合在一起，大大降低组合物的峰值温度，从而抑制工业燃气燃烧器中nox的生成。
4.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
5.第一方面，提供一种燃气燃烧器系统，包括：
6.供风道，由大口径的风筒、口径收缩的缩口管及小口径的出风筒构成，所述缩口管大端连接所述风筒，小端连接所述出风筒；
7.烟气回流混合筒，套设在所述出风筒外，由口径收缩的回流部，小口径的喉部及口径扩大的扩压部构成，所述喉部上游连接所述回流部的出口，下游连接所述扩压部的进口；所述烟气回流混合筒与所述出风筒之间的通道构成烟气回流通道；
8.内筒，内部中空并套设在所述出风筒内；所述内筒与所述出风筒之间的通道构成空气喷嘴；
9.钝体，置于所述内筒下游；
10.第1燃料供给系统，配置在所述供风道内部，包括主管和连接于所述主管下游的两组支管，该两组支管包括进入所述内筒内的内支管和进入所述内筒外、所述烟气回流混合筒内的外支管，所述内支管末端连接内支喷嘴，所述内支喷嘴外套设引射管，所述外支管末端连接外支喷嘴；
11.第2燃料供给系统，配置在所述供风道外部，包括集气包，所述集气包通过支管连接多个外部喷嘴，所述外部喷嘴至少部分地围绕在所述烟气回流混合筒外；所述外部喷嘴分为两组，其中，第一组外部喷嘴的喷射口定向成相对供风道纵轴线以第一角度向中心方向喷射燃料，第二组外部喷嘴的喷射口定向成相对供风道纵轴线以第二角度向中心方向喷射燃料，第一角度与第二角度不相等。
12.可选的，所述内筒由大口径的直筒段、口径收缩的缩口段、小口径喉部及口径扩张的扩口段构成，所述缩口段的大端连接所述直筒段、小端连接所述小口径喉部，所述小口径喉部出口连接所述扩口段的小端。
13.可选的，所述出风筒的出口不超过所述回流部出口。
14.可选的，所述外支喷嘴的喷孔位置超过所述烟气回流混合筒的喉部的出口。
15.可选的，所述钝体的整体外形为前宽后窄，宽的一端面向所述内筒。
16.可选的，所述钝体为中通的，外壁面为流线型。
17.可选的，各个所述引射管喷射出口方向与所述供风道纵轴的成角度放射状向外，角度范围为0
°‑
80
°
。
18.可选的，所述第2燃料供给系统的两组外部喷嘴都围绕在所述烟气回流混合筒外，且第二组外部喷嘴在第一组外部喷嘴外围，两组外部喷嘴分别周向均布在所述烟气回流混合筒外。
19.可选的，所述第2燃料供给系统的第一组外部喷嘴的喷射口与所述供风道纵轴线的角度为0
°‑
15
°
；第二组外部喷嘴的喷射口与所述供风道纵轴线的角度为5
°‑
20
°
。
20.第二方面，提供一种如上所述的燃气燃烧器系统的工作方法，该方法包括：
21.通过供风道供给助燃空气，大部分助燃空气通过空气喷嘴，少部分助燃空气通过内筒；通过空气喷嘴后的高速的助燃空气，在烟气回流混合筒内形成低压区将炉膛内的惰性燃烧产物经烟气回流通道吸入，助燃空气与惰性燃烧产物在所述回流混合筒喉部完成初步混合；
22.通过第1燃料供给系统供给所需燃气量的少部分，其中一部分燃气通过内支管上的内支喷嘴喷射进引射管，与从内筒内吸入的助燃空气掺混并在所述引射管内燃烧，火焰通过所述引射管出口喷出，由于钝体的阻挡而形成稳定的火焰；其中另一部分燃气通过外支管上的外支喷嘴向烟气回流混合筒内喷射，并与混有惰性燃烧产物的助燃空气在所述回流混合筒的扩压部内燃烧；
23.通过第2燃料供给系统供给燃烧器系统所需燃气量的大部分，其中一部分燃气从第一组外部喷嘴向燃气燃烧器系统的纵轴线方向喷射，另一部分燃气从第二组外部喷嘴向燃气燃烧器系统的纵轴线方向喷射，喷射形成的高速燃气射流带动锅炉炉膛内的惰性燃烧产物跟随，并在进入燃烧区燃烧前完成混合。
24.从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
25.1、在燃烧前分别完成空气与烟气中惰性燃烧产物混合、燃气与惰性燃烧产物混合，从而能够大大降低火焰峰值，有效的降低氮氧化物的排放，与烟气外循环技术相比不会牺牲燃烧器在火焰长度、调节比和稳定性方面的性能。
26.2、中心稳焰区采用贫燃预混燃烧，保证燃烧的稳定性同时，可降低火焰峰值，有效抑制氮氧化物生成。
27.3、本发明可以进一步提供10:1至20:1的调节比。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
29.图1是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的剖视图；
30.图2是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的立体图；
31.图3是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的正视图；
32.图4是本发明实施例提供的一种燃气燃烧器系统的工作示意图。
具体实施方式
33.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。
34.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。另外，术语“入口”、“出口”、“上游”、“下游”是按照气流方向进行定义的。
35.下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。
36.请参考图1至图4，本发明实施例提供一种燃气燃烧器系统。
37.该燃气燃烧器系统包括：供风道110，烟气回流混合筒140，内筒150，钝体160，第1燃料供给系统120，以及第2燃料供给系统130。
38.供风道110，由大口径的风筒111、口径收缩的缩口管112及小口径的出风筒113构成，所述缩口管112大端连接风筒111，小端连接出风筒113。
39.烟气回流混合筒140，由口径收缩的回流部141，小口径的喉部142及口径扩大的扩压部143构成，喉部142上游接回流部141的出口，下游连接扩压部143的进口；所述烟气回流混合筒140套设在供风道110的出风筒113外；出风筒113的出口不超过回流部141出口，优选与回流部141出口平齐；烟气回流混合筒140与供风道110的出风筒113间构成的通道为烟气回流通道。
40.内筒150，由大口径的直筒段151、口径收缩的缩口段152、小口径喉部153及口径扩张的扩口段154构成，缩口段152大端连接直筒段151、小端连接小口径喉部153，小口径喉部153出口连接扩口段154的小端。内筒150内部中空，套设在供风道110的出风筒113内，其出口超过烟气回流混合筒140的喉部142。内筒150与出风筒113间的通道构成空气喷嘴。
41.钝体160，整体外形为前宽后窄，宽的一端面向所述内筒150，其中间为中通的，外壁面为类似机翼的流线型，放置于内筒150下游。
42.第1燃料供给系统120，其配置在所述供风道110的内部，用于给中心火焰供给燃料，由主管121、两组支管及喷嘴构成；所述主管121下游连接两组支管各3个，即，3个内支管122和3个外支管124。内支管122进入内筒150内，外支管124进入内筒150外、烟气回流混合筒140内。所述两组支管末端各自连接喷嘴，内支管122末端连接内支喷嘴123，外支管124末端连接外支喷嘴125。外支喷嘴125的喷孔位置超过烟气回流混合筒140的喉部142的出口，方向为径向向外。每个内支喷嘴123外套设一个引射管126，引射管126侧面开孔用于进空气，各引射管126喷射出口方向与供风道110纵轴的成一定角度放射状向外，角度范围为0
°‑
80
°
，优选角度范围为10
°‑
45
°
，进一步优选角度范围为15
°‑
30
°
。
43.第2燃料供给系统130，其配置在供风道110的外部，由集气包131、支管132及两组外部喷嘴133组成，所述集气包131通过支管132连接一系列布置在烟气回流混合筒140外部的外部喷嘴133，两组外部喷嘴都周向均布在烟气回流混合筒140外。其中，优选第二组外部喷嘴133b在第一组外部喷嘴133a外围。第一组外部喷嘴133a的喷射口定向成相对供风道
110纵轴线以第一角度向中心方向喷射燃料；第二组外部喷嘴133b的喷射口定向成相对供风道110纵轴以第二角度向中心方向喷射燃料，第一角度与第二角度不相等。第一角度例如在0
‑
15
°
之间，优选在0
°‑
10
°
之间，第二角度例如在5
°‑
20
°
之间，优选在8
°‑
15
°
之间，从而两组外部喷嘴9133以不同角度向中心方向去喷射。
44.本发明实施例还提供如上所述的燃气燃烧器系统的工作方法，包括：
45.a)通过供风道110供给助燃空气，大部分助燃空气(体积占比约55％—80％)通过空气喷嘴，少部分助燃空气(体积占比约20％—45％)通过内筒150；通过空气喷嘴后的高速的助燃空气，会在烟气回流混合筒140内形成低压区将炉膛内的惰性燃烧产物经烟气回流通道吸入，助燃空气与惰性燃烧产物并在喉部142完成初步混合；
46.b)通过第1燃料供给系统120供给燃气燃烧器系统所需燃气量的少部分(体积占比约15％
‑
40％)，其中一部分燃气(10％
‑
15％)通过内支管122上的内支喷嘴123喷射进引射管126，与从内筒150内吸入的助燃空气掺混并在引射管126内燃烧，火焰通过引射管126出口喷出，由于钝体160的阻挡而形成稳定的火焰；其中另一部分燃气(体积占比约10％
‑
20％)通过外支管124上的外支喷嘴125向烟气回流混合筒140内喷射，并与混有惰性燃烧产物的空气在烟气回流混合筒140的扩压部143内燃烧；
47.c)通过第2燃料供给系统130供给燃气燃烧器系统所需燃气量的大部分(体积占比约60％
‑
85％)，其中一部分燃气从第一组外部喷嘴133a以第一角度向主燃烧区方向喷射，另一部分燃气从第二组外部喷嘴133b以第二角度向主燃烧区方向喷射；喷射形成的这些高速燃气射流会带动炉膛内的惰性燃烧产物跟随，并在进入燃烧区燃烧前与之完成混合。
48.本发明实施例燃气燃烧器系统的降氮原理为：
49.助燃空气高速通过空气喷嘴后，会在烟气回流混合筒140内形成低压区，从而将炉膛内的惰性燃烧产物经烟气回流通道吸入，助燃空气与惰性燃烧产物并在喉部142完成初步混合。外支管124上外支喷嘴125喷出的燃气与混有惰性燃烧产物的助燃空气在烟气回流混合筒140的扩压部143内燃烧，能够大大降低此区域火焰峰值，有效的降低氮氧化物的排放。
50.第2燃料供给系统130供给的高速燃气射流会带动炉膛内的惰性燃烧产物跟随，并在进入主燃烧区燃烧前与之混合，能够大大降低主燃烧区火焰峰值，有效的降低氮氧化物的排放。
51.通过内支管122供应的燃气(体积占比约10％
‑
15％)，通过与内筒150内吸入的助燃空气(体积占比约20％—45％)掺混燃烧，此中心火焰的燃烧属于贫燃预混燃烧，故而燃烧温度低。
52.综上，本发明实施例公开了一种燃气燃烧器系统及其工作方法。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
53.1、在燃烧前分别完成空气与烟气中惰性燃烧产物混合、燃气与惰性燃烧产物混合，从而能够大大降低火焰峰值，有效的降低氮氧化物的排放，与烟气外循环技术相比不会牺牲燃烧器在火焰长度、调节比和稳定性方面的性能。
54.2、中心稳焰区采用贫燃预混燃烧，保证燃烧的稳定性同时，可降低火焰峰值，有效抑制氮氧化物生成。
55.3、本发明可以进一步提供10:1至20:1的调节比。
56.以上，通过具体实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。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。
57.应当理解，上述各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，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保护范围。