一种高调节比模块化低氮燃烧器及燃烧调节方法与流程

1.本发明涉及燃烧器技术领域，具体是一种高调节比模块化低氮燃烧器及燃烧调节方法。


背景技术：

2.随着社会的发展和科技水平的提高，对环保的要求越来越高，工业燃烧器燃烧尾气排放要求也越来越严格。当下对氮氧化物的排放指标大幅度降低，在这种情况下，传统的燃烧器不能适合新要求、新标准下的应用。传统的燃烧器一般分为两种，一种是喷嘴混合式，另一种为预混式，两种类型的燃烧器各有优缺点，喷嘴混合式燃烧器的调节比大，可以满足不同工况下的生产需求，但是这类燃烧器燃烧排放物中氮氧化物的含量比较高，难以满足当今越来越严格的排放要求；而预混式燃烧器的氮氧化物排放比较低，可以满足排放要求，但这种燃烧器的缺点是因为预混后容易造成回火，调节比又比较小，这点在工业应用上显得比较被动。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种高调节比模块化低氮燃烧器及燃烧调节方法。
4.为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高调节比模块化低氮燃烧器，包括多个相拼接的燃烧器模块，所述燃烧器模块包括火焰盘、喷嘴、侧面风板、风道侧板、上层燃气管道和下层燃气管道，
5.所述风道侧板组合成用于提供助燃气体的助燃风总风道；
6.所述火焰盘设于所述助燃风总风道出风口的中间位置，所述火焰盘上设有第一出风口；
7.所述侧面风板设于所述火焰盘的两侧，所述侧面风板从所述火焰盘向出风方向延伸设置，所述侧面风板上设有第二出风口；
8.所述喷嘴设置于所述火焰盘的中间位置，所述喷嘴的燃料出口位于所述火焰盘的出风侧；
9.所述上层燃气管道和下层燃气管道用于提供气体燃料；
10.所述上层燃气管道沿着各个所述喷嘴的连线方向延伸设置，每个所述喷嘴都与所述上层燃气管道相连通,还包括用于调控所述上层燃气管道内供气流量的第一控制阀；
11.所述下层燃气管道设于所述助燃风总风道内，所述下层燃气管道沿着与所述助燃风总风道内出风方向相垂直的平面延伸设置，所述下层燃气管道上设有多个燃料出口，还包括用于调控所述下层燃气管道内供气流量的第二控制阀。
12.采用本发明技术方案，燃烧器整体结构采用模块化设计，可根据应用场合和功率要求进行灵活拼装。采用上层燃气管道和下层燃气管道分别提供燃气，当燃烧器在较小功率运行时，第二控制阀关闭，只有第一控制阀开启，这样，燃气通过上层燃气管道进入喷嘴，
从喷嘴喷出的燃气与火焰盘流出的助燃风混合燃烧，从侧面风板中出来的助燃风持续吹向火焰，对火焰进行冷却，降低了火焰周围的温度，从而达到降低烟气中氮氧化物含量的效果，此时的燃烧方式属于喷嘴混合式燃烧，在小火燃烧时，不存在回火的问题，燃烧器在较低功率下能比较稳定运行。当燃烧器在大功率下运行时，第一控制阀和第二控制阀都开启，上层燃气管道中的燃气通过喷嘴喷出，与火焰盘流出的助燃风混合燃烧产生火焰，而下层燃气管道中的燃气喷出后，与助燃风总风道内助燃风混合均匀后，一部分从火焰盘中流出遇到火焰着火燃烧，另一部分通过侧面风板流出，遇到火焰着火燃烧，由于燃气和空气在风道内先行预混过，所以燃烧火焰均匀，不存在局部高温，这样有效降低了燃烧烟气中氮氧化物的含量；同时由于此时的运行功率大，助燃风量相对比较大，因此助燃风的流速相对较高，高于燃气的火焰传播速度，因此，此时也不会出现回火的问题，保证了运行的安全。既可以保证燃烧器运行中有较大的调节比，也可以大幅度降低燃烧烟气中氮氧化物的含量，满足日趋严格的排放要求。
13.进一步地，所述火焰盘上设有多个成圆周分布的第一出风口，在所述第一出风口的出风侧设有斜向导流片，所述斜向导流片与火焰盘之间的倾斜角为30
°‑
45
°
。
14.采用上述优选的方案，通过斜向导流片形成旋流效果，强化了与从喷嘴喷出的燃气的混合，使得燃烧器的火焰更短，热辐射更为均匀，氮氧化物排放量大幅度降低。
15.进一步地，所述侧面风板从根部向外呈外扩状态延伸设置，所述侧面风板与垂直方向的夹角为10
°‑
15
°
。
16.进一步地，所述侧面风板上的第二出风口成长条状，所述第二出风口从侧面风板根部向顶端延伸设置。
17.采用上述优选的方案，合理的侧面风板出风口设计，既能兼顾低功率时冷却火焰温度效果，又能确保高功率时火焰稳定。
18.进一步地，所述侧面风板的垂直向深度与所述火焰盘的宽度比值为1.0-1.5，所述侧面风板的垂直向深度不大于210mm，所述火焰盘的宽度不大于150mm。
19.采用上述优选的方案，确保提供稳定的侧面风压，降低对风机的供风能力要求。
20.进一步地，所述喷嘴的顶端封闭，所述喷嘴的燃料出口为多个，所述喷嘴的燃料出口朝向喷嘴的周向。
21.采用上述优选的方案，促进燃料与周围旋流风的充分混合，均匀燃烧。
22.进一步地，所述下层燃气管道上的燃料出口设置于下层燃气管道管体的两侧，所述下层燃气管道上的燃料出口朝向风道侧板。
23.进一步地，所述上层燃气管道和下层燃气管道之间的距离为200-300mm。
24.采用上述优选的方案，下层燃气管道的燃气喷出方向与助燃风总风道的风向垂直，以及上、下层燃气管道合理的间距，确保了预混效果。
25.进一步地，还包括上层匀风网板和下层匀风网板，所述上层匀风网板设置于所述上层燃气管道的下方，所述下层匀风网板设置于所述下层燃气管道的下方。
26.采用上述优选的方案，通过上层匀风网板和下层匀风网板将风道内风量调整均匀。
27.一种燃烧调节方法，采用上述的高调节比模块化低氮燃烧器，包括：
28.在低功率模式下，第二控制阀关闭，第一控制阀打开并调节上层燃气管道的供气
量；
29.在高功率模式下，第一控制阀打开并调节上层燃气管道内的供气量，第二控制阀打开并调节下层燃气管道内的供气量。
附图说明
30.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获得其他的附图。
31.图1是本发明燃烧器一种实施方式的结构示意图；
32.图2是图1中c处局部放大图；
33.图3是本发明燃烧器的截面结构图之一；
34.图4是本发明燃烧器的截面结构图之二；
35.图5是本发明低功率燃烧状态原理示意图；
36.图6是本发明高功率燃烧状态原理示意图。
37.图中数字和字母所表示的相应部件的名称：
38.1-火焰盘；101-第一出风口；102-斜向导流片；2-喷嘴；201-燃料出口；3-侧面风板；301-第二出风口；4-上层燃气管道；5-下层燃气管道；501-燃料出口；6-上层匀风网板；7-下层匀风网板；8-风道侧板；801-助燃风总风道。
具体实施方式
39.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。
40.如图1-6所示，本发明的一种实施方式为：一种高调节比模块化低氮燃烧器，包括多个相拼接的燃烧器模块，所述燃烧器模块包括火焰盘1、喷嘴2、侧面风板3、风道侧板8、上层燃气管道4和下层燃气管道5，
41.风道侧板8组合成用于提供助燃气体的助燃风总风道801；
42.火焰盘1设于助燃风总风道801出风口的中间位置，火焰盘1上设有第一出风口101；
43.侧面风板3设于火焰盘1的两侧，侧面风板3从火焰盘1向出风方向延伸设置，侧面风板3上设有第二出风口301；
44.喷嘴2设置于火焰盘1的中间位置，喷嘴2的燃料出口201位于火焰盘1的出风侧；
45.上层燃气管道4和下层燃气管道5用于提供气体燃料；
46.上层燃气管道4沿着各个喷嘴2的连线方向延伸设置，每个喷嘴2都与上层燃气管道4相连通,还包括用于调控上层燃气管道4内供气流量的第一控制阀；
47.下层燃气管道5设于助燃风总风道801内，下层燃气管道5沿着与助燃风总风道801内出风方向相垂直的平面延伸设置，下层燃气管道5上设有多个燃料出口501，还包括用于
调控下层燃气管道5内供气流量的第二控制阀。
48.采用上述技术方案的有益效果是：燃烧器整体结构采用模块化设计，可根据应用场合和功率要求进行灵活拼装。采用上层燃气管道和下层燃气管道分别提供燃气，如图5，当燃烧器在较小功率运行时，第二控制阀关闭，只有第一控制阀开启，这样，燃气通过上层燃气管道进入喷嘴，从喷嘴喷出的燃气与火焰盘流出的助燃风混合燃烧，从侧面风板中出来的助燃风持续吹向火焰，对火焰进行冷却，降低了火焰周围的温度，从而达到降低烟气中氮氧化物含量的效果，此时的燃烧方式属于喷嘴混合式燃烧，在小火燃烧时，不存在回火的问题，燃烧器在较低功率下能比较稳定运行。如图6，当燃烧器在大功率下运行时，第一控制阀和第二控制阀都开启，上层燃气管道中的燃气通过喷嘴喷出，与火焰盘流出的助燃风混合燃烧产生火焰，而下层燃气管道中的燃气喷出后，与助燃风总风道内助燃风混合均匀后，一部分从火焰盘中流出遇到火焰着火燃烧，另一部分通过侧面风板流出，遇到火焰着火燃烧，由于燃气和空气在风道内先行预混过，所以燃烧火焰均匀，不存在局部高温，这样有效降低了燃烧烟气中氮氧化物的含量；同时由于此时的运行功率大，助燃风量相对比较大，因此助燃风的流速相对较高，高于燃气的火焰传播速度，因此，此时也不会出现回火的问题，保证了运行的安全。既可以保证燃烧器运行中有较大的调节比，也可以大幅度降低燃烧烟气中氮氧化物的含量，满足日趋严格的排放要求。
49.如图2所示，在本发明的另一些实施方式中，火焰盘1上设有多个成圆周分布的第一出风口101，在第一出风口101的出风侧设有斜向导流片102，斜向导流片102与火焰盘之间的倾斜角在30
°‑
45
°
之间。通过斜向导流片102形成旋流效果，强化了与从喷嘴喷出的燃气的混合，使得燃烧器的火焰更短，热辐射更为均匀，氮氧化物排放量大幅度降低。
50.如图2、4所示，在本发明的另一些实施方式中，侧面风板3从根部向外呈外扩状态延伸设置，侧面风板与垂直方向的夹角α为10
°‑
15
°
。侧面风板上的第二出风口成长条状，从侧面风板根部向顶端延伸设置。采用上述技术方案的有益效果是：合理的侧面风板出风口设计，既能兼顾低功率时冷却火焰温度效果，又能确保高功率时火焰稳定。
51.如图4所示，在本发明的另一些实施方式中，侧面风板3的垂直向深度h与火焰盘的宽度d比值为1.0-1.5，侧面风板h的垂直向深度不大于210mm，火焰盘d的宽度不大于150mm。采用上述技术方案的有益效果是：确保提供稳定的侧面风压，降低对风机的供风能力要求。
52.如图2、3所示，在本发明的另一些实施方式中，喷嘴2的顶端封闭，喷嘴的燃料出口201为多个，燃料出口201朝向喷嘴的周向。采用上述技术方案的有益效果是：促进燃料与周围旋流风的充分混合，均匀燃烧。
53.如图3所示，在本发明的另一些实施方式中，下层燃气管道5上的燃料出口501设置于下层燃气管道5管体的两侧，下层燃气管道上的燃料出口501朝向风道侧板8。上层燃气管道4和下层燃气管道5之间的距离为200-300mm。采用上述技术方案的有益效果是：下层燃气管道的燃气喷出方向与助燃风总风道的风向垂直，以及上、下层燃气管道合理的间距，确保了预混效果。
54.在本发明的另一些实施方式中，还包括上层匀风网板6和下层匀风网板7，上层匀风网板6设置于上层燃气管道4的下方，下层匀风网板7设置于下层燃气管道5的下方。采用上述技术方案的有益效果是：通过上层匀风网板和下层匀风网板将风道内风量调整均匀。
55.在本发明的另一些实施方式中，所述下层匀风网板包括相交错设置的第一网板和
第二网板，还包括带动所述第一网板和第二网板相对移动的驱动机构。当所述第一网板和第二网板处于第一相对位置状态时，下层匀风网板的孔隙率为a，当所述第一网板和第二网板处于第二相对位置状态时，下层匀风网板的孔隙率为b，且a大于b。在燃烧器处于低功率模式时，驱动机构带动所述第一网板和第二网板处于第一相对位置状态，减少下层匀风网板的风阻，节约风机耗电；在燃烧器处于高功率模式时，驱动机构带动所述第一网板和第二网板处于第二相对位置状态，提高匀风能力，提高预混效果。
56.一种燃烧调节方法，包括：
57.在低功率模式下，第二控制阀关闭，第一控制阀打开并调节上层燃气管道的供气量；
58.在高功率模式下，第一控制阀打开并调节上层燃气管道内的供气量，第二控制阀打开并调节下层燃气管道内的供气量。
59.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。