一种烟气内循环低氮燃烧头的制作方法

本发明属于燃烧器及其相关的空气-燃气-烟气混合装置，具体涉及一种烟气内循环低氮燃烧头。本发明涉及关联的工业燃烧器，类型涵盖包括安装在燃烧室上的燃烧头，燃料为天然气，用于不带有外部烟气循环的系统。

背景技术：

1、众所周知，氮氧化物（nox）是有毒有害气体，其中燃烧过程中主要以热力型氮氧化物为主，其特点是随着火焰和燃烧区域的温度升高，污染物氮氧化物的排放也呈指数级升高，如何控制降低燃烧的火焰温度成为降低热力型氮氧化物的主要技术手段。

2、烟气循环技术是一种低氮燃烧技术，被广泛用于锅炉系统中，烟气循环技术是利用燃烧产生的烟气，主要成分是二氧化碳，水蒸汽和氮气，通过循环方式将不可燃的烟气再次输送到燃烧区域内，使得在发生燃烧的化学反应过程中，可燃物和氧化剂被烟气稀释后再燃烧，以降低燃烧反应的强度，降低火焰温度，同时使得燃烧区域的温度也下降，有效的减弱了氧气与氮气生成热力型氮氧化物的条件，从而减少了氮氧化物的生成。

3、烟气循环技术基本上分为烟气外部循环和烟气内部循环两类烟气循环技术。烟气外部循环是通过在锅炉尾部烟气出口处抽取一部分烟气，将烟气送入助燃空气中，与助燃空气混合后，一同进入燃烧区域；烟气内部循环是通过在锅炉燃烧室内部形成的回旋气流，将烟气在燃烧室内部直接循环送入燃烧区域。内外烟气循环的区别，是指烟气的循环是发生在燃烧室的内部还是外部。很多情况是内外循环结合使用，nox≤80mg/m3的内循环技术比较成熟，结合外循环可以达到nox≤30mg/m3。

4、市场上广泛使用的机型是附加烟气外循环技术的扩散式燃烧器 ，以此来降低氮氧化物的排放量。此种类型燃烧器的燃烧头结构相对比较简单，运行较可靠。由于其工作原理是利用风机将烟气进行循环燃烧，需要加大鼓风机的功率或使用烟气循环风机，这造成了投资成本的增加。

5、此外，多数现场安装的烟气回流管道，连接到燃烧器鼓风机进风侧，烟气温度较高，助燃空气温度较低，在两者交汇时烟气里的水蒸气遇冷会凝结变成水，造成交汇处的腐蚀，严重时冷凝水进入燃烧器导致火焰检测器感应部件以及点火元件出现故障，产生安全隐患。另外冷凝水进入燃烧器机壳，对于鼓风机叶轮，燃烧器内部零部件以及壳体本身造成侵蚀，影响了燃烧器的使用寿命。

6、市场上使用的烟气内循环机型，为了满足降低氮氧化物的效果，通常要求锅炉燃烧室的直径足够大，内循环的回流空间充足，才可以保证足够烟气量的内循环效果。加大炉膛尺寸，造成了锅炉成本的大幅增加。

7、这些烟气再循环型燃烧器，利用将烟气通过循环方式送入燃烧区域，虽然达到了降低氮氧化物的目的，但是在追求更低排放指标的情况下，必须加大烟气的循环量，使燃烧火焰的强度进一步降低，这些做法会造成燃烧稳定性的下降，容易出现燃烧喘动，火焰不稳定，伴随燃烧器运行的故障率上升。

8、在专利号为de 3811477 a1的专利文件中记载，对于燃气燃烧器，燃气与空气混合在燃烧室入口处，燃气通过一些混合管进入。其中燃气直接经由混合气管及其喷嘴送入燃烧室入口，与助燃空气混合进入燃烧室。燃气管出口在燃烧器混合腔内按照发散方向分布在不同的切面。

9、在de 195 09 219的专利文件中记载的是一种方式及其燃烧器的燃烧头，关于燃料气燃烧的同时供应助燃空气，利用带非活性气体降低氮氧化物，其中燃料气分两级，一级叠加在另一级后面，在助燃空气的流动方向上由火焰的根部吹入，第一级超化学反应比的助燃空气与燃料气的混合气体流向火焰，补充的燃料气在第二级切面加入，在哪里循环回来的烟气作为非活性气体加入到第二级，一部分的燃烧气体注入第二级与循环烟气形成低于化学反应比的混合气体，在到达火焰前进行混合。

10、专利ep 0 635 676的记载的是一种方法用在液体燃料或者气体燃料的低nox燃烧装置，所用燃烧器伸入到锅炉的燃烧室中，它的燃烧器火焰筒中至少有一个燃料喷嘴用于供应燃料并邻近稳焰盘，这种方法将大量的燃气由稳焰盘向外送到火焰筒的内壁区域，在火焰筒与稳焰盘间隙流过的快速气流会在火焰筒的前缘处产生负压，燃烧室内产生的烟气而通过内部循环，被送到了该负压区，火焰筒上有多个深入到负压区的导流尖角。

11、中国专利cn112178626b 记载了一种内循环低氮燃气燃烧器 ，旋流器套设在第一燃气管的一端，环形燃气头套设在旋流器的外侧并与旋流器间隙配合 ，第二燃气管向环形燃气头输送燃气，分流管套设在环形燃气头的外侧，隔流件套 设在分流管的外侧，并与分流管形成烟气通道。多组内圈燃气组件位于烟气通道内，多组外圈燃气组件安装在隔流件的周侧。分流管用于分流空气形成混烟用空气以及混燃用空气，混烟用空气流经烟气通道时在进烟口处产生负压，从而吸入燃烧室内的烟气，并重新参与燃烧。由于利用真空直接回收烟气的方式，不但省去了烟气通道，消除了安全隐患，而且降低了使用成本 。

12、中国专利cn107120652记载了一种分级燃气低氮燃烧器，涉及燃烧器技术领域。分级燃气低氮燃烧器包括分配器、导流盘、点火电极、点火燃料管和燃烧筒体。分配器用于给燃气和空气提供流动路径，包括本体、多个燃气喷管、燃气分配环和多个空气分配管。本体为带有第一夹层的筒体，燃气通过本体进入燃气管后由燃气分配环喷出。空气流经本体的中空部、空气分配管和分配器外侧形成空气流动路径，给燃气提供助燃气体。cn107120652的分配环厚度较薄，图中所示不大于燃气分配孔的4倍直径，只是将燃气作为内外圈分配，并没有将空气分隔的功能。cn107120652的导流盘对于多个空气分配管导入的空气进行导流，形成旋转空气气流，主体是空气，未设置燃气分配装置。

13、上述已知的这些专利方法和结构要想实现日益增加的对于燃烧设备降低污染物排放的需求是不够的，尤其是当法律规定要求达到的氮氧化物的排放指标进一步降低时，这些方法和结构是有限的，还是存在氮氧化物过高或燃烧不稳定的问题，难以满足环保排放标准的要求。

14、本发明通过利用助燃空气导流器将助燃空气向燃烧室炉壁方向导流，形成前后两个涡流区，充分利用了燃烧室空间，形成内部烟气再循环。合理的布置了燃气的流出位置和方向，使得燃气能够与一部分烟气先于空气混合稀释后，再与空气气流相遇，混合燃烧，其中助燃空气在流出燃烧头与燃气相遇前，助燃空气也与在燃烧室前墙炉壁的导流盘处吸入的烟气，在火焰筒内部完成了混合稀释。这样将可燃物与氧化剂分别与烟气提前混合，再将稀释后的可燃物与氧化剂进行混合燃烧的方式。有效的提高了烟气的混合效率，降低了燃烧强度和火焰温度，减小了氮氧化物的产生。

15、本发明的目的是克服现有燃烧头的上述缺陷，本发明的烟气内循环低氮燃烧头通过使用助燃空气锥形导流器、中心燃气分配器、导流盘以及外圈燃气环的结构，在燃烧室内部形成前后两个涡流区，利用涡流中心类似台风眼一样的气流相对静止区域，使火焰驻留，同时利用涡流外圈气流流速快，流量大的情况，进行烟气与燃气的有效混合。既保证了火焰的稳定性，又有效的提供了充足的内循环烟气到燃烧区域，降低了氮氧化物的生成。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种稳定安全 、高效的烟气内循环低氮燃气燃烧器 。

2、本发明的技术方案是一种烟气内循环低氮燃烧头，其包括导风筒、火焰筒、燃气集散器以及中心燃气分配器，其中所述导风筒和火焰筒同轴设置，所述燃气集散器轴向穿过所述导风筒内部，所述中心燃气分配器的中心燃气管轴向穿过所述火焰筒内部，所述中心燃气管与所述燃气集散器相连接，所述导风筒出风口设置有助燃空气导风盘，且所述助燃空气导风盘上开设有导风孔，所述助燃空气导风盘与所述火焰筒之间具有空隙，所述火焰筒的外壁上布置有环形的外圈燃气环，所述外圈燃气环轴向上通过一个或多个外圈燃气接管与所述燃气集散器相连接，所述外圈燃气环上设置有轴向的燃气喷嘴，所述火焰筒前端出口处设置有助燃空气导流器，所述助燃空气导流器安装在所述中心燃气管上，所述助燃空气导流器包括有导流面，所述导流面与所述火焰筒前端配合形成将助燃空气导向燃烧室炉壁形成涡流区的通道，所述导流面的背面设置有中心燃气分配器的径向喷嘴管和轴向喷嘴管，所述轴向喷嘴管径向上开设有燃气孔。

3、进一步的，所述助燃空气导流器的导流面为锥形导流面，所述助燃空气导流器还包括导流器末端圆盘，所述锥形导流面安装在所述导流器末端圆盘上，所述中心燃气管从所述锥形导流面的锥顶穿过并从所述导流器末端圆盘中心穿出。

4、进一步的，所述中心燃气管穿过所述导流器末端圆盘同轴线上的燃烧室一侧，连接所述中心燃气分配器的径向喷嘴管或轴向喷嘴管。

5、进一步的，所述助燃空气导风盘为锥形或者平板形，所述助燃空气导风盘上开设有一个或多个三角形或者梯形或者圆形的导风孔，在所述导风孔上设有三角形的导风翼片。

6、进一步的，所述助燃空气导风盘与所述火焰筒之间的空隙为环形空隙，该环形空隙位于燃烧室内部，连通所述火焰筒的内部与外部，所述环形空隙的起点始于所述助燃空气导风盘，所述环形空隙的终点为所述火焰筒的后端面。

7、进一步的，所述燃气集散器包括中心燃气接管和外圈燃气接管，所述燃气集散器的进口端连接燃气主管，所述中心燃气接管穿过所述助燃空气导风盘的中心连接中心燃气分配器的中心燃气管，所述外圈燃气接管连接到所述外圈燃气环。

8、进一步的，所述锥形空气导流器与所述火焰筒同轴向布置并位于所述火焰筒前端，助燃空气和循环烟气在所述火焰筒内部混合，混合气流经由所述火焰筒前端与锥形导流器之间的通道引导向燃烧室炉壁方向流出。

9、进一步的，燃气通过燃气主管进入到所述燃气集散器的中心燃气接管和外圈燃气接管，其中中心燃气经由中心燃气接管进入中心燃气管，然后通入到径向喷嘴管和轴向喷嘴管后通过喷嘴喷出，形成前端中心燃气部分，外圈燃气经由外圈燃气接管进入到所述外圈燃气环，通过所述外圈燃气环上的喷嘴沿着所述火焰筒的外壁喷出，形成后端外圈燃气部分。

10、进一步的，所述助燃空气导流器与所述火焰筒之间形成的通道，引导助燃空气气流向燃烧室炉壁方向流出，到达燃烧室炉壁处前后分流，形成两个独立的回旋气流涡流区，前端涡流区和后端涡流区。

11、进一步的，所述中心燃气分配器径向喷嘴管和轴向喷嘴管上的喷嘴喷出的燃气与前端涡流区回旋的烟气混合后与助燃空气气流合流。

12、本发明利用燃气与烟气，空气与烟气分别混合后，再混合燃烧，将可燃物与氧化剂先稀释预热，当混合物达到自然点温度，氧含量低于10%，燃烧室温度达到1000℃时，这部分的空间内满足无焰燃烧的条件，混合物将转为无焰燃烧状态，可以观察到燃烧室的这部分空间内没有明显的火焰，反应区明显扩大，变得透明，燃烧柔和，噪音降低，燃烧室内部的温度更加均衡，热效率提高的同时氮氧化物进一步减少。

13、综上所述，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种助燃空气分流方式的烟气内循环燃烧头技术，满足在燃烧室直径较小的情况下，实现低氮氧化物排放，燃烧效率更高，燃烧室温度均匀，换热效果更好，锅炉能耗更低，锅炉的制造成本更低。