CN109442399B - 一种对冲直接喷射低氮燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对冲直接喷射低氮燃烧器，包括一级喷嘴喷射壁、二级喷嘴喷射壁、燃料供应总管和稳焰盘；燃烧器伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛内部；大部分空气径向喷射进入炉膛，与炉膛壁面碰撞后，形成两个回流区；燃料为气态燃料，主要从一级喷嘴喷射壁和二级喷嘴喷射壁喷出，两股燃料射流对冲喷射，穿透进入来流空气中，燃料与空气混合物径向喷射进入炉膛，经过一定距离两者掺混均匀；点火后，燃烧温度分布均匀，有利于降低氮氧化物的排放；而燃料与空气混合物与炉膛碰撞形成的回流区，则构成了烟气内循环，进一步降低氮氧化物的排放；本发明适用于使用气态燃料的工业炉或者燃气锅炉的燃烧器，可以防回火，并降低氮氧化物的排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种对冲直接喷射低氮燃烧器，特别涉及一种使用气态燃料的燃烧器，适用于使用气态燃料的工业炉或者燃气锅炉，其能够提高气态燃料和空气的掺混均匀性，同时使烟气内循环，共同降低氮氧化物的排放，而不发生回火。
背景技术
2015年6月10日，北京市环保局发布大气污染物排放地方标准，其中《锅炉大气污染物排放标准》修订实施的主要目的即为严控氮氧化物排放。2016年7月1日起，标准中第一阶段的排放限值将开始施行，即新建锅炉排放限值由现行的150毫克/立方米收严到80毫克/立方米。2017年4月1日起，新建锅炉将实施第二阶段排放限值，即氮氧化物进一步收严到30毫克/立方米。
针对低氮的要求，各单位提出了不同燃气锅炉定制专门的改造技术方案，主要包括：全表面预混燃烧，各类型空气、燃料分级燃烧、烟气再循环等。全表面预混燃烧空气余气系数较大，依靠高过量空气来实现对燃烧区温度的降低，有效降低氮氧化物，但是其排烟量增加，锅炉热效率会降低，另外其使用的表面金属网会堵塞，影响寿命，如果金属网破损还会发生爆燃。烟气再循环又分为烟气外循环和烟气内循环。烟气外循环需要再搭建一套烟气外循环系统，目前应用较广泛，但是其增加了电量的消耗以及增加了系统的复杂性。
而烟气内循环在实现烟气循环的同时而不增加新的系统，之前的烟气内循环由于燃气压力要求较高，大多用在大型燃气锅炉上，在中小型锅炉上使用烟气内循环，要合理设计其头部，但是循环量也很有限。燃烧器耦合锅炉，则可以实现较大循环量的烟气内循环，但是锅炉径向空间有限，燃料和空气在较小空间内达到掺混均匀较难，而如果让燃料和空气预混，则有回火的风险。
综上所述，对于降低工业炉或者燃气锅炉的氮氧化物排放，很多改造技术都会增加很大的建设成本及运行成本，烟气内循环是一个性价比较高的方案，要提升烟气循环量，燃烧器与锅炉耦合，使烟气径向喷射是一个不错的选择，但是径向空间的所限，解决燃料和空气的掺混均匀性是一个难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种对冲直接喷射低氮燃烧器，该燃烧器气态燃料分为三级，其中两级对冲穿透进入空气来流中，加强气态燃料和空气的掺混均匀性，同时通过与炉膛耦合，形成两个回流区，使烟气能够内循环。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种对冲直接喷射低氮燃烧器，包括一级喷嘴喷射壁、二级喷嘴喷射壁、燃料供应总管和稳焰盘；燃烧器伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛内部；空气通过风机从空气进口管进入燃烧器内，大部分空气从一级喷嘴喷射壁和二级喷嘴喷射壁之间的空间收缩，径向喷射进入炉膛，与炉膛壁面碰撞后，形成两个回流区，剩余小部分空气从二级喷嘴内壁和二级燃料供应管围成的空间穿过，最后通过稳焰盘叶片进入炉膛；气态燃料从燃料供应总管进入，分三级，第一级通过一级燃料供应管进入一级喷嘴左壁，一级喷嘴内壁和一级喷嘴外壁的左端与一级喷嘴左壁焊接，右端与一级喷嘴喷射壁焊接，气态燃料从一级喷嘴喷射壁的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出，穿透进入来流空气中；第二级气态燃料通过二级燃料供应管进入二级喷嘴内壁，二级喷嘴内壁和二级喷嘴外壁的左端与二级喷嘴喷射壁焊接，二级喷嘴内壁右端与二级喷嘴右壁焊接，二级喷嘴右壁外端焊接在二级喷嘴外壁的内壁面上，气态燃料从二级喷嘴喷射壁的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出，穿透进入来流空气中；第三级气态燃料通过稳焰盘燃料喷射孔进入炉膛，稳焰盘焊接在二级喷嘴外壁的右端，形成一个空气集气室，稳焰盘叶片焊接在稳焰盘右端；一级喷嘴喷射壁和二级喷嘴喷射壁喷出的气态燃料穿透进入空气来流中，混合物径向喷射进入炉膛，经过一定的距离后两者掺混均匀；点火后，燃烧温度分布均匀，有利于减低氮氧化物排放，而气态燃料和空气混合物碰撞到锅炉上形成的两个回流区，形成了烟气内循环，进一步降低氮氧化物的排放。
其中，一级喷嘴外径与炉膛中径的比例为0.25～0.4。
其中，一级喷嘴宽度与一级喷嘴外径的比例为0.1～0.2，一级喷嘴喷孔直径的范围为2～6mm，喷孔的数量范围为20～60。
其中，二级喷嘴与稳焰盘宽度与一级喷嘴外径的比例为0.06～0.2，二级喷嘴喷孔直径的范围为2～6mm，喷孔的数量范围为20～60。
其中，所述稳焰盘叶片的数量为6～8个。
本发明的工作原理：空气通过风机进入燃烧器内，从两个喷嘴之间的空间径向喷射进入炉膛内，并与炉膛碰撞形成两个回流区；气态燃料分三级，一级喷嘴和二级喷嘴设置在燃烧器径向出口，方向对冲，两者都是开有一圈周向均布的小孔，气态燃料从一级喷嘴和二级喷嘴喷射进入空气来流中，燃料和空气混合物从燃烧器径向喷射进入炉膛内，经过一定距离，气态燃料和空气掺混均匀，燃烧温度均匀，能降低氮氧化物的排放，同时与预混燃烧相比，还少了回火的问题；两个回流区形成的烟气内循环，则会进一步降低氮氧化物的排放。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)本发明的低氮燃烧器，两级喷嘴对冲布置，并都开有一圈周向均布的小孔，气态燃料喷射进入空气的穿透性好，能够增强空气和气态燃料的掺混均匀性；
(2)本发明的低氮燃烧器，气态燃料和空气混合物，径向喷射进入炉膛，与炉膛碰撞，形成两个回流区，形成了烟气内循环；
(3)本发明的低氮燃烧器，能够防回火，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的头部结构示意图；
图2为本发明的燃烧器与锅炉匹配结构示意图；
图3为本发明的一级喷嘴结构示意图；
图4为本发明的二级喷嘴结构示意图；
图5为本发明的燃料供应管结构示意图
图中：1燃料供应总管，2一级燃料供应管，3空气进口管，4一级喷嘴左壁，5一级喷嘴内壁，6一级喷嘴喷射壁，7一级喷嘴外壁，8二级喷嘴喷射壁，9二级喷嘴外壁，10二级喷嘴右壁，11二级喷嘴内壁，12二级燃料供应管，13稳焰盘，14稳焰盘叶片，15一级喷嘴内径，16一级喷嘴外径，17一级喷嘴宽度，18一级喷嘴喷孔直径，19二级喷嘴与稳焰盘宽度，20二级喷嘴喷孔直径，21稳焰盘燃料喷射孔，22炉膛中径。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明一种对冲直接喷射低氮燃烧器，气态燃料从燃料供应总管1进入，分三级，第一级通过一级燃料供应管2进入一级喷嘴左壁4，一级喷嘴内壁5和一级喷嘴外壁7的左端与一级喷嘴左壁4焊接，右端与一级喷嘴喷射壁6焊接，气态燃料从一级喷嘴喷射壁6的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出；第二级气态燃料通过二级燃料供应管12进入二级喷嘴内壁11，二级喷嘴内壁11和二级喷嘴外壁9的左端与二级喷嘴喷射壁8焊接，二级喷嘴内壁11右端与二级喷嘴右壁10焊接，二级喷嘴右壁10外端焊接在二级喷嘴外壁9的内壁面上，气态燃料从二级喷嘴喷射壁8的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出；第三级气态燃料通过稳焰盘燃料喷射孔21进入炉膛，稳焰盘13焊接在二级喷嘴外壁9的右端，形成一个空气集气室，稳焰盘叶片14焊接在稳焰盘13右端；
如图2所示，空气通过风机从空气进口管3进入燃烧器内，从一级喷嘴喷射壁6和二级喷嘴喷射壁8之间的空间收缩，径向喷射进入炉膛，与炉膛壁面碰撞后，形成两个回流区，以实现烟气内循环；
如图3所示，一级喷嘴内壁5和一级喷嘴外壁7的左端与一级喷嘴左壁4焊接，右端与一级喷嘴喷射壁6焊接，共同组成了气态燃料的一级喷嘴。
如图4所示，二级喷嘴内壁11和二级喷嘴外壁9的左端与二级喷嘴喷射壁8焊接，二级喷嘴内壁11右端与二级喷嘴右壁10焊接，二级喷嘴右壁10外端焊接在二级喷嘴外壁9的内壁面上，稳焰盘13焊接在二级喷嘴外壁9的右端，形成一个空气集气室，稳焰盘叶片14焊接在稳焰盘13右端。
如图5所示，一级燃料供应管2和二级燃料供应管12焊接在燃料供应总管上，在燃料供应总管的右端，开有稳焰盘燃料喷射孔21。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种对冲直接喷射低氮燃烧器，其特征在于：包括一级喷嘴喷射壁(6)、二级喷嘴喷射壁(8)、燃料供应总管(1)和稳焰盘(13)；燃烧器伸入工业炉或者燃气锅炉的炉膛内部；空气通过风机从空气进口管(3)进入燃烧器内，大部分空气从一级喷嘴喷射壁(6)和二级喷嘴喷射壁(8)之间的空间收缩，径向喷射进入炉膛，与炉膛壁面碰撞后，形成两个回流区，剩余小部分空气从二级喷嘴内壁(11)和二级燃料供应管(12)围成的空间穿过，最后通过稳焰盘叶片(14)进入炉膛；气态燃料从燃料供应总管(1)进入，分三级，第一级通过一级燃料供应管(2)进入一级喷嘴左壁(4)，一级喷嘴内壁(5)和一级喷嘴外壁(7)的左端与一级喷嘴左壁(4)焊接，右端与一级喷嘴喷射壁(6)焊接，气态燃料从一级喷嘴喷射壁(6)的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出，穿透进入来流空气中；第二级气态燃料通过二级燃料供应管(12)进入二级喷嘴内壁(11)，二级喷嘴内壁(11)和二级喷嘴外壁(9)的左端与二级喷嘴喷射壁(8)焊接，二级喷嘴内壁(11)右端与二级喷嘴右壁(10)焊接，二级喷嘴右壁(10)外端焊接在二级喷嘴外壁(9)的内壁面上，气态燃料从二级喷嘴喷射壁(8)的周向分布均匀的一圈喷射小孔中喷出，穿透进入来流空气中；第三级气态燃料通过稳焰盘燃料喷射孔(21)进入炉膛，稳焰盘(13)焊接在二级喷嘴外壁(9)的右端，形成一个空气集气室，稳焰盘叶片(14)焊接在稳焰盘(13)右端；一级喷嘴喷射壁(6)和二级喷嘴喷射壁(8)喷出的气态燃料穿透进入空气来流中，混合物径向喷射进入炉膛，经过一定的距离后两者掺混均匀；点火后，燃烧温度分布均匀，有利于减低氮氧化物排放，而气态燃料和空气混合物碰撞到锅炉上形成的两个回流区，形成了烟气内循环，进一步降低氮氧化物的排放。
2.根据权利要求1所述的一种对冲直接喷射低氮燃烧器，其特征在于：一级喷嘴外径(16)与炉膛中径(22)的比例为0.25～0.4。
3.根据权利要求1所述的一种对冲直接喷射低氮燃烧器，其特征在于：一级喷嘴宽度(17)与一级喷嘴外径(16)的比例为0.1～0.2，一级喷嘴喷孔直径(18)的范围为2～6mm，喷孔的数量范围为20～60。
4.根据权利要求1所述的一种对冲直接喷射低氮燃烧器，其特征在于：二级喷嘴与稳焰盘宽度(19)与一级喷嘴外径(16)的比例为0.06～0.2，二级喷嘴喷孔直径(20)的范围为2～6mm，喷孔的数量范围为20～60。
5.根据权利要求1所述的一种对冲直接喷射低氮燃烧器，其特征在于：所述稳焰盘叶片的数量为6～8个。
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