烟气内循环燃烧器的制作方法

1.本发明总地涉及燃烧器技术领域，更具体地涉及一种烟气内循环燃烧器。


背景技术：

2.随着我国节能减排政策的大力实行，燃气燃烧器nox排放标准已降低至30mg/nm3。全国范围内的低氮改造工程稳步开展，所采用的低氮燃烧器以表面燃烧器、烟气外循环低氮燃烧器等为主。表面燃烧器多采用较大的过量空气系数降低nox排放，会在一定程度上影响燃烧器的热效率。烟气外循环低氮燃烧器则通过增加烟气外循环管道，将部分烟气与助燃空气相混合实现低氮燃烧，不仅整体设备更为复杂，烟气循环管道的冷凝水问题也难以解决。
3.基于上述低氮燃烧器工业应用背景，为切实有效地解决当前低氮燃烧技术缺陷，提出了烟气内循环技术，即不采用过量空气或烟气外循环管道的形式的低氮燃烧器，采用在炉膛内部实现自烟气循环过程，达到降低助燃空气氧含量从而减少nox排放的目标。对于烟气内循环燃烧器，如何强化烟气内循环效果，促进燃气、助燃空气和烟气混合是降低nox排放量的关键。
4.因此，需要提供一种烟气内循环燃烧器以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

5.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.为至少部分地解决上述问题，本发明提供一种烟气内循环燃烧器，所述烟气内循环燃烧器包括：
7.点火枪；
8.一级燃气管，所述一级燃气管设置有一级燃气喷头，所述一级燃气管沿径向方向设置在所述点火枪的外侧；
9.二级燃气管，所述二级燃气管设置有二级燃气喷头，所述二级燃气管沿径向方向设置在所述一级燃气管的外侧；
10.空气导流内筒，所述空气导流内筒沿径向方向设置在所述一级燃气管与所述二级燃气管之间；
11.空气导流外筒，所述空气导流外筒沿径向方向设置在所述空气导流内筒外侧；
12.其中，所述空气导流内筒和所述空气导流外筒形成文丘里结构，该文丘里结构沿空气在其中的流动方向依次包括收缩段、喉口段和扩散段，所述空气导流外筒在所述喉口段设置有烟气循环开口。
13.可选地，所述一级燃气管沿轴向方向延伸超过所述二级燃气管，使得所述一级燃气喷头沿轴向方向位于所述文丘里结构的喉口段的下游位置，且所述二级燃气喷头沿轴向
方向位于所述文丘里结构的喉口段的上游位置。
14.可选地，所述烟气内循环燃烧器包括火焰筒组件，所述火焰筒组件包括所述空气导流外筒和沿径向方向设置在所述空气导流外筒外侧的火焰筒，所述火焰筒设置有烟气循环槽，所述火焰筒的烟气循环槽设置在与所述空气导流外筒的所述烟气循环开口的位置相对应的位置。
15.可选地，所述烟气内循环燃烧器包括稳焰盘组件，所述稳焰盘组件包括所述空气导流内筒和沿径向方向设置在所述空气导流内筒内侧的稳焰盘。
16.可选地，所述烟气内循环燃烧器还包括燃气通道外套管和燃气通道内套管，所述点火枪沿径向方向设置在所述燃气通道内套管内侧，所述一级燃气管沿径向方向设置在所述燃气通道外套管与所述燃气通道内套管之间，所述二级燃气管沿径向方向设置在所述燃气通道外套管外侧。
17.可选地，所述空气导流外筒的所述烟气循环开口根据空气在文丘里结构中的流动方向倾斜设置。
18.可选地，所述火焰筒的烟气循环槽沿轴向方向自所述文丘里结构的起始端延伸超过所述空气导流外筒的所述烟气循环开口所在的轴向位置。
19.可选地，所述空气导流外筒的所述烟气循环开口的轴线与所述燃烧器的中轴线的夹角为30
°
至60
°
。
20.可选地，所述文丘里结构的所述喉口段的直径与所述火焰筒的半径的比例为0.09
‑
0.18。
21.可选地，所述文丘里结构的所述喉口段的长度与所述火焰筒的半径的比例为0.013
‑
0.25。
22.可选地，所述空气导流外筒的所述烟气循环开口的宽度与所述火焰筒的半径的比例为0.02
‑
0.05。
23.可选地，所述火焰筒的烟气循环槽与所述火焰筒的半径的比例为0.3
‑
0.45。
24.可选地，所述空气导流内筒的形成所述扩散段的部分朝向所述燃烧器的中轴线倾斜，倾斜角度为10
°
至20
°
25.可选地，所述空气导流内筒包括平直延伸段，所述平直延伸段与所述空气导流内筒的形成所述收缩段的部分邻接。
26.可选地，所述平直延伸段长度与所述火焰筒的半径的比例为0.06
‑
0.13。
27.可选地，所述空气导流内筒的平直延伸段内侧空气流通宽度与所述火焰筒的半径的比例为0.18
‑
0.25。
28.根据本发明的烟气内循环燃烧器，通过设置空气导流外筒和空气导流内筒并使两者相配合形成文丘里结构，能够强化烟气内循环效果，促进燃气、助燃空气和烟气混合；无需增设烟气外循环管道，无冷凝水问题；能够精简低氮燃烧器设备；能够减少燃烧器运行成本并降低风险；保证锅炉燃烧效率；有效确保在上述有益效果下将nox排放降到30mg/nm3。
附图说明
29.本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
30.图1为根据本发明的实施方式的烟气内循环燃烧器的截面侧视图；
31.图2为根据本发明的实施方式的烟气内循环燃烧器的正视图；
32.图3根据本发明的实施方式的烟气内循环燃烧器的局部截面侧视图。
具体实施方式
33.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
34.为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。
35.本发明提供一种烟气内循环燃烧器。如图1和图2所示，该烟气内循环燃烧器包括：点火枪1、燃气通道组件2、燃烧器安装法兰3、火焰筒组件4和稳焰盘组件5。所述点火枪1具备点火功能；所述燃气通道组件2包括燃气通道外套管21、燃气通道内套管22、燃气管定位件23、设置有一级/内圈燃气喷头25的一级/内圈燃气管、沿径向方向位于一级/内圈燃气管的外侧且设置有二级/外圈燃气喷头24的二级/外圈燃气管，所述一级/内圈燃气喷头25和二级/外圈燃气喷头24可实现燃料分级燃烧；所述燃烧器安装法兰3用于设备安装；所述火焰筒组件4包括火焰筒安装法兰41、火焰筒42和空气导流外筒43，主要用于导流助燃空气和提供烟气内循环路径；所述稳焰盘组件5包括空气导流内筒51、稳焰盘固定件52和稳焰盘53，主要用于稳定火焰、实现助燃空气合理配比以及促进烟气内循环作用。
36.其中，所述空气导流内筒51和所述空气导流外筒43形成文丘里结构，该文丘里结构沿空气在其中的流动方向(如图1所示自右向左)依次包括收缩段、喉口段和扩散段，所述空气导流外筒在所述喉口段设置有多个烟气循环开口。当助燃空气流动通过该文丘里结构时，由于在收缩段流通截面积逐渐减小，使得空气流动速度增大，并在喉口段加速达到最大速度，因此在喉口段该文丘里结构的内部压力最小，从而有助于外部回流的烟气经由设置在喉口段的烟气循环开口流入该文丘里结构中(烟气量可达到空气量的10％
‑
12％)，从而强化烟气内循环效果，促进燃气、助燃空气和烟气混合。
37.根据本发明的烟气内循环燃烧器，所述一级燃气管沿轴向方向延伸超过所述二级燃气管，使得所述一级燃气喷头25沿轴向方向位于所述文丘里结构的喉口段的下游位置(如图1所示，一级燃气喷头25沿轴向方向延伸超过文丘里结构的扩散段的终止端)，且所述二级燃气喷头24沿轴向方向位于所述文丘里结构的喉口段的上游位置(如图1所示，二级燃气喷头24沿轴向方向位于文丘里结构的收缩段处)。一级/内圈燃气管和二级/外圈燃气管均沿圆周方向设置有多个，从而实现火焰分割。分别设置多个内圈燃气管和多个外圈燃气管并且使外圈燃气管沿轴向方向相对于内圈燃气管内缩，能够加强分级燃烧的效果并且强化回流烟气与助燃空气的混合燃烧。
38.根据本发明的烟气内循环燃烧器，火焰筒42沿径向方向设置在所述空气导流外筒43外侧，火焰筒42与空气导流外筒43可以一体成型。所述火焰筒42设置有多个烟气循环槽，如图3所示，所述火焰筒的烟气循环槽设置在与所述空气导流外筒的烟气循环开口的位置相对应的位置。该设置有助于使燃烧产生的部分烟气依次经由火焰筒的烟气循环槽和所述
空气导流外筒的烟气循环开口进入由空气导流外筒43和空气导流内筒51形成的文丘里结构中从而与助燃空气混合，并且其中一部分回流烟气可以在火焰筒42与空气导流外筒43之间的区域与由二级燃气喷头24喷出的燃气形成混合(如图1所示)。从而可以强化燃气、助燃空气和烟气的混合效果。在火焰筒4.2上开设多个烟气循环槽能够引射回流烟气，为烟气循环提供路径；在空气导流外筒43开设多个烟气循环开口能够在文丘里效应的作用下强化烟气内循环效果。
39.稳焰盘53沿径向方向设置在空气导流内筒51内侧，沿轴向方向位于与文丘里结构的扩散段的终止端大致齐平的位置，稳焰盘53和空气导流内筒51可以一体成型。稳焰盘53设置有叶片结构，能够实现空气旋流，具有稳焰效果。
40.根据本发明的烟气内循环燃烧器，如图1所示，点火枪1沿径向方向设置在所述燃气通道内套管22内侧，所述一级燃气管沿径向方向设置在所述燃气通道外套管21与所述燃气通道内套管22之间，所述二级燃气管沿径向方向设置在所述燃气通道外套管21外侧。本发明的燃气通道组件2可以通过改变内外圈燃气管的数量和截面积使得燃气的内外配比合理化。
41.如图1所示，所述一级燃气喷头25沿轴向方向贯穿所述稳焰盘53，使得一级燃气喷头25喷射出的燃气能够与通过稳焰盘53的空气旋流作用流出的助燃空气相混合。
42.如图3所示，所述空气导流外筒43的烟气循环开口根据空气在文丘里结构中的流动方向倾斜设置，即该烟气循环开口位于空气导流外筒的外侧壁的端口相比于内侧壁端口更靠近收缩段。该设置有助于在文丘里结构中的气流作用下引导回流烟气流入由空气导流外筒和空气导流内筒形成的文丘里结构。优选地，所述空气导流外筒的烟气循环开口的轴线与所述燃烧器的中轴线的夹角θ为30
°
至60
°
43.如图3所示，所述火焰筒42的烟气循环槽沿轴向方向自所述文丘里结构的起始端(收缩段起始端)延伸超过所述空气导流外筒43的烟气循环开口所在的轴向位置。该设置能够保证足量的回流烟气进入火焰筒42与空气导流外筒43之间的区域。
44.如图1和图3所示，所述空气导流内筒51的形成扩散段的部分朝向所述燃烧器的中轴线倾斜(向内倾斜)，所述空气导流外筒43的形成扩散段的部分平行于所述燃烧器的中轴线延伸。该设置有助于将经由文丘里结构流出的助燃空气和回流烟气的混合气体向内/朝向一级燃气喷头25指向的位置引导，从而实现与一级燃气喷头25喷射出的燃气的混合燃烧。
45.如图1和图3所示，所述空气导流内筒51在其形成文丘里结构的起始端设置有平直延伸段，该平直延伸段与所述空气导流内筒的形成所述收缩段的部分邻接，由此将助燃空气分成被引导至文丘里结构中的一部分和沿着一级/内圈燃气管流向稳焰盘的另一部分，从而实现内外圈助燃空气的合理配比。
46.根据本发明的实施方式，如图3所示，对于火焰筒半径为r的烟气内循环燃烧器，空气导流内筒内侧空气流通宽度d1为(0.18
‑
0.25)r，文丘里结构喉口段宽度d2为(0.09
‑
0.18)r，空气导流外筒烟气循环槽开口宽度d3为(0.02
‑
0.05)r。空气导流内筒平直延伸段长度l1为(0.06
‑
0.13)r，文丘里结构喉口段长度l2为(0.013
‑
0.25)r，文丘里结构扩散段(空气导流内筒)向内倾斜角度为10
°
～20
°
，火焰筒烟气循环槽宽度l3为(0.3
‑
0.45)r。
47.根据本发明的一优选实施方式，以1.5mw烟气内循环燃烧器为例，火焰筒半径为
160mm，空气导流内筒内侧空气流通宽度d1为36.5mm，文丘里结构喉口段宽度d2为20mm，空气导流外筒烟气循环槽开口宽度d3为4mm，角度θ为45
°
。空气导流内筒后端平直延伸段长度l1为10mm，文丘里结构喉口段长度l2为20mm，文丘里结构扩散段(空气导流内筒)向内倾斜角度为10
°
，火焰筒烟气循环槽宽度l3为60mm。
48.本发明的烟气内循环燃烧器通过烟气内循环的方式引射烟气，从而降低助燃空气中氧气浓度，并且能够通过优化内外圈燃气和助燃空气配比优化混合效果，共同实现减少热力型nox生成。本发明的烟气内循环燃烧器无需烟气外循环管道即可实现燃烧器烟气循环，并且将nox排放控制在30mg/nm3以下。
49.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
50.本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。