一种环腔引射式低氮燃烧器的制作方法

1.本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及一种环腔引射式低氮燃烧器。


背景技术：

2.当前国家对加热炉的节能减排非常重视，对于一些被加热介质温度很高的加热炉，为了降低烟气的温度往往配套了二次换热装置回收热量。而二次换热装置加热的介质有空气或者水等，如果加热的介质是空气，则该空气往往会作为助燃风进入燃烧器，此时就需要热风型燃烧器。
3.加热炉在运行过程中，产生了大量的烟气排放，烟气中nox、co等带来了大气污染，对环境、人身健康产生了恶劣的影响。无论是应对国家政策的严格限制，还是大气污染带来的危害，都需要设计更加节能、环保的燃烧器，解决发展和环境保护的矛盾。对于助燃风来说，其温度越高，火焰的峰值温度越高，因此热风作为助燃风时，其热力型nox排放相对很高，并不容易控制。
4.对比专利：中国专利cn 105066125 b，其主要通过多种隔热手段保护控制元器件，同时风门随温度自动调节，但其没有有效的降低火焰峰值温度以降低nox的手段，因此该发明的烟气nox会很高，因此，仍然需要更加合理有效的一种低nox燃烧器结构来组织燃烧和控制污染物排放。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：旨在提供一种环腔引射式低氮燃烧器，用来解决现有技术中如何降低加热炉运行过程中nox、co等大气污染排放的问题。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种环腔引射式低氮燃烧器，应用于锅炉炉膛，包括外围空气管、主燃气管和外围燃气环腔；
8.所述外围空气管、主燃气管和外围燃气环腔均同轴设置；所述主燃气管的侧壁上设置有多个燃气支管；多个所述燃气支管的一端与主燃气管连通，多个所述燃气支管的另一端与外围燃气环腔连通；所述主燃气管靠近外围燃气环腔一端密封形成密封顶面；所述主燃气管靠近密封顶面的侧壁上，呈环状设置有多个径向喷射孔；所述主燃气管靠近密封顶面的侧壁上设置有稳焰盘，所述稳焰盘的盘面上设置有多个旋流叶片；所述径向喷射孔位于稳焰盘和密封顶面之间；
9.所述外围空气管靠近外围燃气环腔的一端向主燃气管翻折形成空气管收缩口；
10.所述外围燃气环腔包括环腔内壁、环腔外壁、环腔侧壁和环腔端面；所述环腔侧壁与空气管收缩口相对设置；所述环腔侧壁上设置有多个预混喷射孔；所述环腔端面上设置有多个环腔燃气斜向喷射支管；多个所述环腔燃气斜向喷射支管远离环腔端面的一端设置有环腔燃气斜向喷射孔；所述环腔内壁靠近环腔端面的位置呈环状设置有多根环腔向内喷射支管；多根所述环腔向内喷射支管远离环腔内壁的一端设置有环腔向内喷射孔。
11.进一步，所述环腔侧壁为斜面，所述环腔侧壁与空气管收缩口平行设置。
12.进一步，所述主燃气管与外围燃气环腔之间同轴设置有空气分流器，所述空气分流器的一端靠近燃气支管，所述空气分流器的另一端所在平面与稳焰盘所在平面重合。
13.进一步，所述径向喷射孔的投影位置处于相邻旋流叶片之间。
14.进一步，所述环腔燃气斜向喷射孔的孔径大于环腔向内喷射支管的孔径。
15.进一步，所述燃气支管的中间位置向内弯折形成弯折部，所述弯折部为圆角。
16.进一步，所述空气分流器和稳焰盘之间形成环缝通道，所述环腔向内喷射孔的投影位置位于环缝通道内。
17.进一步，所述环腔向内喷射支管与相邻环腔燃气斜向喷射支管的距离相等。
18.进一步，所述环腔向内喷射支管的数量为3-8根。
19.进一步，所述旋流叶片的数量为6-12个，所述旋流叶片的旋流角度为30
°‑
60
°
。
20.采用上述技术方案的发明，具有如下优点：
21.(1)采用烟气内循环和部分预混燃烧技术，对于温度较高的助燃空气，能够有效的降低燃烧过程的火焰温度，降低氮氧化物的排放。
22.(2)加强空气和燃气的混合，使混合更加均匀，提高燃烧效率，增大锅炉热效率。
23.(3)中心火焰和旋流火焰保障了火焰的稳定性，从而保证了燃烧器可靠稳定的工作，减少了回火的危险性，提高了燃烧器使用过程中的安全性；减少火焰长度，避免火焰冲刷锅炉底板。
附图说明
24.本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
25.图1是本发明一种环腔引射式低氮燃烧器在锅炉炉膛中使用时的截面图；
26.图2是本发明一种环腔引射式低氮燃烧器的右视图；
27.图3是本发明一种环腔引射式低氮燃烧器的剖视图；
28.主要元件符号说明如下：
29.外围空气管1；主燃气管2；密封顶面21；空气管收缩口3；外围燃气环腔4；环腔燃气斜向喷射支管5；环腔侧壁6；预混喷射孔7；环腔内壁8；环腔外壁81；空气分流器9；稳焰盘10；旋流叶片11；径向喷射孔12；燃气支管13；环腔燃气斜向喷射孔14；环腔端面15；环腔向内喷射支管16；环腔向内喷射孔17；锅炉炉膛100。
具体实施方式
30.以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
31.如图1-3所示，本发明的一种环腔引射式低氮燃烧器，应用于锅炉炉膛100，包括外围空气管1、主燃气管2和外围燃气环腔4：
32.外围空气管1、主燃气管2和外围燃气环腔4均同轴设置；主燃气管2的侧壁上设置
有多个燃气支管13，用于向外围燃气环腔4输送燃气，将主燃气管2内的燃气引入外围燃气环腔4中；多个所述燃气支管13的一端与主燃气管2连通，多个所述燃气支管13的另一端与外围燃气环腔4连通；连通处设置有燃气输入孔；其中燃气支管13与主燃气管2连接的部位呈环状均匀设置在主燃气管2的侧壁上，燃气支管13与外围燃气环腔4的连接部位呈环状均匀设置在外围燃气环腔4的侧壁上；主燃气管2靠近外围燃气环腔4的一端密封形成密封顶面21；主燃气管2靠近密封顶面21的侧壁上，呈环状均匀设置有多个径向喷射孔12用于向外喷射燃气；主燃气管2靠近密封顶面21的侧壁上设置有稳焰盘10，用以保证燃气和空气混合后稳定燃烧；稳焰盘10的盘面上设置有多个旋流叶片11；径向喷射孔12位于稳焰盘10和密封顶面21之间；
33.外围空气管1靠近外围燃气环腔4的一端向内朝着主燃气管2方向翻折形成空气管收缩口3；呈收缩状；由于空气管收缩口3的收缩导致通流面积减少，外围空气空气流速增大，形成了负压引射作用，将外部的烟气从空气管收缩口3和外围燃气环腔4之间形成的引射口再次进入燃烧器中参与混合和燃烧；
34.外围燃气环腔4包括环腔内壁8、环腔外壁81、环腔侧壁6和环腔端面15；环腔侧壁6与空气管收缩口3相对设置；环腔侧壁6上均匀开设有多个垂直于环腔侧壁6的预混喷射孔7，预混喷射孔7的孔径小于燃气输入孔的孔径；预混喷射孔7用于将外围燃气环腔4内的燃气输入外围空气管1内，使这部分燃气与外围空气和烟气充分预混；环腔端面15上呈环状均匀设置有多个环腔燃气斜向喷射支管5，环腔燃气斜向喷射支管5与环腔端面15形成小于90
°
的夹角，环腔燃气斜向喷射支管5一端环腔端面15固定连接，环腔燃气斜向喷射支管5另一端的投影位置靠近环腔端面15的边缘，用于向锅炉炉膛100均匀喷射燃气；环腔燃气斜向喷射支管5远离环腔端面15的一端设置有环腔燃气斜向喷射孔14；环腔内壁8靠近环腔端面15的位置呈环状均匀设置有多根环腔向内喷射支管16；多根所述环腔向内喷射支管16远离环腔内壁8的一端设置有环腔向内喷射孔17，用于向外喷射燃气。
35.与现有技术相比，本发明通过设置外围燃气环腔4和空气管收缩口3，将空气和燃气分成了几个部分，使每个部分的空气和燃气充分混合后在锅炉炉膛100中轴线附近进行燃烧，形成不同的火焰区域，靠近稳焰盘10的位置燃烧温度低，中间位置的燃烧温度高，远离稳焰盘10的位置燃烧温度低，燃烧温度低的区域由于燃烧温度低，所以nox生成量低，由于燃烧温度低与燃烧温度高的火焰区域之间产生了热交换，保证了燃烧的稳定性，此外还受到旋流作用产生了混合效果和剪切作用，进行着剧烈的物质和热量传递，共同形成稳定、高效的燃烧区域。同时由于空气管收缩口3与环腔侧壁6之间形成的引射口，烟气再次进入燃烧器中参与混合和燃烧，烟气的回流效果明显，由于烟气的对火焰的冷却、抑制作用，使得燃烧火焰温度下降，减少了nox的形成。
36.在一些实施例中，环腔侧壁6为斜面，环腔侧壁6与环腔外壁81之间的夹角为锐角，环腔侧壁6与环腔内壁8之间的夹角为钝角，环腔侧壁6与空气管收缩口3平行设置，这样使得空气管收缩口3与环腔侧壁6之间形成的引射口更加通畅，有效提高了烟气的回流效果，从而有效降低了燃烧火焰的温度。
37.在一些实施例中，主燃气管2与外围燃气环腔4之间同轴设置有空气分流器9，用于将外围空气管1中的空气分成内部空气和外部空气，内部空气处于空气分流器9的内部，外部空气处于空气分流器9的外部；该空气分流器9为管状，空气分流器9的一端靠近燃气支管
13，空气分流器9的另一端所在平面与稳焰盘10所在平面重合，且空气分流器9的另一端与稳焰盘10之间存在间隙，形成环缝通道，内部空气一部分通过旋流叶片11的旋流作用与径向喷射孔12喷射出的燃气混合，另一部分通过环缝通道与环腔向内喷射孔17出的燃气混合。
38.在一些实施例中，径向喷射孔12的投影位置处于相邻旋流叶片11之间，这样设置使得经过旋流叶片11旋流后的空气与径向喷射孔12喷射出的燃气混合更加均匀、充分，使得燃烧更加稳定、高效。
39.在一些实施例中，环腔燃气斜向喷射孔14的孔径大于环腔向内喷射支管16的孔径。
40.在一些实施例中，燃气支管13为直角弯折结构，燃气支管13中间位置向内弯折形成弯折部，所述弯折部为圆角。减少了燃气的阻力，使燃气输入外围燃气环腔4的过程更加通畅。
41.在一些实施例中，环腔向内喷射孔17的投影位置位于空气分流器9和稳焰盘10之间的环缝通道中，通过环腔向内喷射孔17喷射出的混合气体与经过环缝通道流出的空气充分接触，混合均匀，进一步提高了燃烧的稳定性。
42.在一些实施例中，环腔向内喷射支管16设置在相邻环腔燃气斜向喷射支管5之间，环腔向内喷射支管16与相邻环腔燃气斜向喷射支管5的距离相等。这样设置，可以使从环腔向内喷射孔17中喷射出混合气体的压强、流速更加均匀，进一步提高了燃烧的稳定性和高效性。
43.在一些实施例中，环腔向内喷射支管16的数量为3-8根，本实施例中优选6根，使从环缝通道的空气与环腔向内喷射支管16喷射出的燃气混合更加充分。
44.在一些实施例中，旋流叶片11的数量为6-12个，所述旋流叶片11的旋流角度为30
°‑
60
°
。本实施例中，旋流叶片11的数量优选10个，旋流角度优选45
°
，这样设置使得经过旋流的空气与燃气混合更加充分、均匀，燃烧更加稳定。
45.在一些实施例中，径向喷射孔12的数量为3-12个，径向喷射孔12的燃气通气面积占总体燃气出流面积的5％～10％。这样设置可以保证部分燃气通过径向喷射孔12径向喷射而出，与部分空气混合后在锅炉炉膛100中轴线附近进行燃烧，形成火焰区域，该区域空气量少，形成了贫氧燃烧，燃烧温度低，并产生化学还原氛围，减少nox的生成，另外该火焰区域起到中心稳焰的作用，保证燃烧器运行的稳定性和安全性能。
46.使用时，燃气进入主燃气管2道后分成两部分燃气，空气从外围空气管1进入燃烧器，流经空气分流器9时受到空气分流器9的分隔作用分成内部空气和外围空气两部分。内部空气在主燃气管2和空气分流器9的流通空间流动，外围空气在空气管收缩口3和空气分流器9之间的通道流动。内部空气流经稳焰盘10后再次分成两部分，一部分内部空气通过旋流叶片11后流出形成一级空气，另一部分内部空气通过空气分流器9和稳焰盘10之间的环缝通道流出形成二级空气；而外围空气进入空气分流器9和环腔内壁8之间的通道后流出形成三级空气。
47.第一部分燃气通过径向喷射孔12径向喷射而出，与部分一级空气混合后在锅炉炉膛100中轴线附近进行燃烧，形成一级火焰区域，该区域空气量少，形成了贫氧燃烧，燃烧温度低，并产生化学还原氛围，减少nox的生成，另外该火焰区域起到中心稳焰的作用，保证燃
烧器运行的稳定性和安全性能。
48.第二部分燃气沿着主燃气管2道上布置的燃气支管13进入外围燃气环腔4，之后分为多股燃气。第一股燃气流入环腔向内喷射支管16并从环腔向内喷射孔17向中轴线方向喷出，与二级空气混合形成二级火焰区域，该区域火焰空气量大，形成富氧燃烧，由于一级空气流经旋流叶片11产生了旋流作用，另外由于旋流卷吸效果，一级火焰区域和二级火焰区域之间形成了热交换，保证了燃烧的稳定性，同时多余空气继续和一级火焰区域的剩余燃料混合继续燃烧；第二股燃气从预混喷射孔7喷出，与引射回流的烟气混合后进入燃烧器，并与外围空气在空气分流器9和环腔内壁8之间的通道进行预先混合后喷出形成了三级火焰区域，该区域为贫燃预混燃烧，燃烧温度低，nox生成量低；第三股燃气进入环腔燃气斜向喷射支管5后从环腔燃气斜向喷射孔14斜向外喷出后与三级空气混合燃烧形成最外围火焰区域，该区域为富燃料燃烧，并且火焰不断和三级火焰区域的剩余空气在下游继续混合燃烧，形成上下游的火焰分级，使得整体火焰温度较低，减少生成的nox含量。各个燃烧区域受旋流作用产生了混合效果和剪切作用，进行着剧烈的物质和热量传递，共同形成稳定、高效的燃烧区域。
49.以上对本发明提供的一种环腔引射式低氮燃烧器进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。