CN113432121B - 一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，包含异径环肋、布置于异径环肋上的第一级环置冷却水管和第二级环置冷却水管，所述异径环肋的最大直径环肋外侧布置进气筒，所述异径环肋的最小直径环肋内侧布置点火枪孔/中心二次风管道；所述多组异径环肋与燃烧器轴线成一定角度θ布置，构成“阶梯”状进气表面，形成等压进气；异径环肋与环置冷却水管构成的防回火进气微通道流通面积沿进气方向逐渐缩小，且出口构成连续的“阶梯”状燃烧平面。本发明能够实现等压进气，燃气均匀、低温低NOx表面燃烧，同时可以有效防止回火，保证气体燃料燃烧时稳定、高效、清洁和安全；同时结构简单，制造方便，适用于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置。
背景技术
虽然煤炭资源仍然是我国能源消费的主要能源，但是煤炭在燃烧的过程中会产生大量的环境污染物如氮氧化物、粉尘等，而各种后处理技术也带来了极高的经济成本。相比之下，天然气作为一种清洁能源，具有燃烧效率高，污染物控制成本低且污染物排放少等优点，更加符合“低碳经济”的发展要求。然而天然气在燃烧的过程中仍会产生一些大气污染物如氮氧化物等，根据其来源主要分为热力型、快速型和燃料型，其中燃料型和快速型的生成几乎可以忽略不计，热力型NOx占据全部氮氧化物排放的90％以上。我国各地区都出台了非常严格的污染物排放标准，部分地区的氮氧化物排放标准已经低至30mg/m3。目前燃气锅炉低氮燃烧技术主要有分级燃烧、贫燃预混、烟气再循环、无焰燃烧MILD和旋流燃烧等，然而大多数低氮燃烧技术都存在成本高，结构复杂或低氮燃烧效果差等缺点，因此一种燃烧效率高、结构简单且低氮燃烧效果好的燃气装置亟待开发。
热力型NOx生成的主要影响因素有燃烧温度、氧气浓度和反应物停留时间等，由于气体燃料的热值较高，如果不加以任何冷却措施，燃烧温度通常可以高达2000多K。而当燃烧温度高于1300℃时，反应速率就会增长6～7倍，此时氮氧化物的生成量成指数增加。本发明可以保证混合气体在燃烧器表面形成表面燃烧，借助周向等间距安装的冷却水管降低火焰燃烧温度，并设有异径环肋，有效增加换热量及换热效率；同时布置中心二次风管，避开气体燃料燃烧NOx排放最高时的过量空气系数。
发明内容
针对现有的燃气燃烧器所面临的问题，本发明的目的在于提供一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，该燃气装置能够实现等压进气，燃气均匀、低温低NOx表面燃烧，同时可以有效防止回火，保证气体燃料燃烧时稳定、高效、清洁和安全；同时结构简单，制造方便，适用于批量生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，包含异径环肋2、布置于异径环肋2上的若干第一级环置冷却水管4和第二级环置冷却水管3，所述第一级环置冷却水管4设置在外侧，第二级环置冷却水管3设置在内侧，第一级环置冷却水管4和第二级环置冷却水管3错列布置，所述异径环肋2的最大直径环肋外侧布置进气筒1，所述异径环肋2的最小直径环肋内侧布置点火枪孔/中心二次风管道5；
所述多组异径环肋2与燃烧器轴线成一定角度θ(0<θ<90°)布置，构成“阶梯”状进气表面，形成等压进气；异径环肋2与环置冷却水管构成的防回火进气微通道6流通面积沿进气方向逐渐缩小，且出口构成连续的“阶梯”状燃烧平面，不同径的异径环肋2为层叠关系。
所述第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管3均沿周向等间距斜置于多组异径环肋2上，错列布置的、相邻的第一级环置冷却水管4和相邻的第二级环置冷却水管3与异径环肋2构成了防回火进气微通道6。
所述第一级环置冷却水管4倾斜角度θ1＝θ，第二级环置冷却水管3倾斜角度θ2＜θ1＝θ。
所述点火枪孔/中心二次风管5作为中心二次风管时，形成贫氧部分预混低温表面燃烧及富氧补燃；作为点火枪孔时，形成完全预混表面燃烧。
所述第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管3与异径环肋2通过焊接的方式连接，构成多组相连接的带肋冷却水管。
本发明的有益效果：
本发明中，与燃烧器轴线成θ角布置的多组异径环肋2呈现出“阶梯”状结构的气流入口，当混合气流经“阶梯”状进气表面进入防回火进气微通道6时，形成等压进气，保证混合气流在流动方向上均匀进气，进而在出口形成均匀的表面燃烧。
所述第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管3与异径环肋2通过焊接的方式连接，构成了多组相连接的带肋冷却水管。当燃气在燃烧器出口形成均匀表面燃烧时，由于带肋冷却水管的吸热作用，可以实现预混气体的低温、清洁、均匀表面燃烧；同时通过合理布置肋片实现最佳换热效率和换热量。
与燃烧器轴线成θ角布置的多组异径环肋2呈现出“阶梯”状结构的气流出口，混合气体在异径环肋2表面形成了连续的“阶梯”状燃烧平面，高湍动度的出口气流使低温燃烧效果进一步加强；同时第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管与多组异径环肋2构成了防回火进气微通道6，流通截面积沿进气方向逐渐减小，有效防止预混燃烧出现回火，保证了预混燃烧的安全性。
所述点火枪孔/中心二次风管5焊接在最小直径布置的环肋内侧，作为点火枪孔时，形成完全预混表面低温均匀燃烧；作为中心二次风管时，形成贫氧部分预混低温表面燃烧及富氧补燃，避开气体燃料燃烧NOx排放最高时的过量空气系数。
附图说明
图1为本发明整体结构。
图2为本发明正视剖面图。
图3为环置冷却水管布置方式。
其中：进气筒1、异径环肋2、第二级环置冷却水管3、第一级环置冷却水管4、点火枪孔/中心二次风管5、防回火进气微通道6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-图3所示：所述的一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，其主要结构为，混合气流经进气筒1由多组异径环肋2构成的“阶梯”状混合气体入口进入，进气筒1安装在最大直径布置的环肋外侧；所述第一级环置冷却水管4和第二级环置冷却水管3通过焊接的方式与多组异径环肋2相连接，构成带肋冷却水管，所述多组异径环肋2与燃烧器轴线成θ角布置；所述第一级环置冷却水管4沿周向等间距斜置，安装角度与燃烧器轴线成θ1角，θ1＝θ；第二级环置冷却水管3沿周向等间距斜置，安装角度与燃烧器轴线成θ2角，θ2＜θ1＝θ；所述多组异径环肋4与环置冷却水管构成防回火进气微通道6，防回火进气微通道6截面大小沿气流流动方向逐渐减小，出口构成“阶梯”状燃烧平面；所述点火枪孔/中心二次风管道5通过焊接的方式安装在最小直径布置的环肋内侧。
本发明的工作原理为：
本发明多组异径环肋2与燃烧器轴线成θ(0<θ<90°)角布置，构成连续的“阶梯”状气流入口，保证混合气流均匀等压进气。多组异径环肋2与第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管3构成防回火进气微通道6，当混合气流经进气筒1由连续的“阶梯”状气流入口进入防回火进气微通道6时，防回火进气微通道6的流通截面积沿气流方向逐渐减小，导致预混火焰无法由燃烧室向燃烧器内扩散，有效防止了预混火焰易回火的燃烧安全隐患，保证燃烧的安全性。本发明通过布置多组异径环肋2和第一级环置冷却水管4、第二级环置冷却水管3，结构简单，且混合气流等压均匀进气，同时保证了燃烧的安全性，实现了预混燃气在燃烧平面的均匀燃烧。
本发明设有多级环置冷却水管，第一级环置冷却水管4沿周向等间距斜置，安装角度与燃烧器轴线成θ1角，θ1＝θ；第二级环置冷却水管3沿周向等间距斜置，安装角度与燃烧器轴线成θ2角，θ2＜θ1＝θ。环置冷却水管与多组异径环肋2相连接，构成带肋冷却水管。带肋冷却水管内部均为冷却水，实现冷却水与燃烧火焰的换热，降低火焰燃烧温度，环肋切割热边界层的同时增加换热面积，提高换热效率，进一步实现燃气的低温清洁燃烧。环置冷却水管的布置可以保证换热充分，同时多组异径环肋2与环置冷却水管构成的防回火进气微通道6气流出口为“阶梯”状燃烧平面，进一步增加混合气流湍动度，保证燃气在燃烧平面上形成清洁、高效、均匀的低温低NOx表面燃烧。
本发明针对该燃烧器提供了两种结构方案：
方案一在燃烧器中心布置了中心二次风管5，避开气体燃料燃烧NOx排放最高时的过量空气系数，形成贫氧部分预混低温表面燃烧及富氧补燃，低氮燃烧效果更佳。
方案二在燃烧器中心布置了点火孔5，形成全预混低温表面燃烧，燃烧效率更高。
本发明具体运行方式为：
在混合气体进入燃烧装置前首先将冷却水通入第一级环置冷却水管4和第二级环置冷却水管3，随后将混合气流通入防回火进气微通道6，最后点火。在具体的运行过程中根据实际情况调节环置冷却水管中冷却水的量对燃烧火焰温度进行调节，保证燃气在燃烧装置内的低温低NOx均匀燃烧。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，如变换环置冷却水管级数、异径环肋形状等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，其特征在于，包含异径环肋（2）、布置于异径环肋（2）上的若干第一级环置冷却水管（4）和第二级环置冷却水管（3），所述第一级环置冷却水管（4）设置在点火枪孔/中心二次风管（5）外侧，第二级环置冷却水管（3）设置在第一级环置冷却水管（4）外侧，第一级环置冷却水管（4）和第二级环置冷却水管（3）错列布置，所述异径环肋（2）的最大直径环肋外侧布置进气筒（1），所述异径环肋（2）的最小直径环肋内侧布置点火枪孔/中心二次风管（5）；
多组异径环肋（2）与燃烧器轴线成一定角度布置，构成“阶梯”状进气表面，形成等压进气；异径环肋（2）与环置冷却水管构成的防回火进气微通道（6）流通面积沿进气方向逐渐缩小，且出口构成连续的“阶梯”状燃烧平面，不同径的异径环肋（2）为层叠关系；
所述第一级环置冷却水管（4）、第二级环置冷却水管（3）沿周向均匀等间距斜置于多组异径环肋（2）上，错列布置的、相邻的第一级环置冷却水管（4）和相邻的第二级环置冷却水管（3）与异径环肋（2）构成了防回火进气微通道（6）。
2.根据权利要求1所述的一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，其特征在于，所述第一级环置冷却水管（4）倾斜角度
，第二级环置冷却水管（3）倾斜角度
。
3.根据权利要求1所述的一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，其特征在于，所述点火枪孔/中心二次风管（5）作为中心二次风管时，形成贫氧部分预混低温表面燃烧及富氧补燃；作为点火枪孔时，形成完全预混表面燃烧。
4.根据权利要求1所述的一种异径环肋水冷型表面燃烧燃气装置，其特征在于，所述第一级环置冷却水管（4）、第二级环置冷却水管（3）与异径环肋（2）通过焊接的方式连接，构成多组相连接的带肋冷却水管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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