CN107575864B - 一种线性低氮燃气燃烧头 - Google Patents
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Abstract
一种线性低氮燃气燃烧头，包括助燃风入口管(2)、燃气分配室(3)、一级燃烧头(4)、火焰筒(9)、二级环状线性喷嘴(10)、燃气入口管路(14)等；助燃风入口管(2)一端通过端部的风筒安装法兰(1)与助燃风机或风道相连，另一端连接火焰筒(9)；燃气分配室(3)位于助燃风入口管(2)和火焰筒(9)的外壁上，燃气分配室(3)分别与燃气入口管路(14)、一级燃烧头(4)和二级环状线性喷嘴(10)连通；二级环状线性喷嘴(10)包括多枝喷枪，沿火焰筒(9)端口周向分布；火焰筒(9)位于燃气分配室(3)内的筒壁上铺设隔热层(6)。本发明的燃气可以高效扩散混合，NOx生成量低于20mg/m3，以减轻燃烧产物对大气的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧装置，尤其涉及一种低氮燃气燃烧装置。
背景技术
传统的燃气燃烧器所采用的燃烧方式一般为强制扩散混合、部分预混和完全预混三种燃烧方式。三种燃烧方式各有优缺点，强制扩散式混合效果差，燃烧速度慢，但无回火危险；其他两种燃烧方式混合好，燃烧速度快，但有回火危险。
传统的燃气燃烧器喷嘴型式一般为多管式或盘式多孔型式，燃气通常沿燃烧器中心轴向、径向或切向进行喷射，一般采用单级喷嘴或双级喷嘴。传统的燃气燃烧器喷嘴结构型式单一，燃气扩散混合方式简单，燃烧烟气中的大气污染物氮氧化物(NOX)生成量较高，通常不低于120mg/m3。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对传统燃气燃烧器存在的燃气扩散混合不足和NOX生成量较高的问题，提供了一种线性低氮燃气燃烧头，燃气可以高效扩散混合，NOX生成量低于20mg/m3，以减轻燃烧产物对大气的污染。
本发明采用的技术方案是：一种线性低氮燃气燃烧头，包括助燃风入口管、燃气分配室、一级燃烧头、隔热层、火焰筒、二级环状线性喷嘴、燃气入口管路；助燃风入口管一端通过端部的风筒安装法兰与助燃风机或风道相连，另一端连接火焰筒；燃气分配室位于助燃风入口管和火焰筒的外壁上，燃气分配室分别与燃气入口管路、一级燃烧头和二级环状线性喷嘴连通；二级环状线性喷嘴包括n枝喷枪，沿火焰筒端口周向分布；火焰筒位于燃气分配室内的筒壁上铺设隔热层，其中，n为正整数。
所述燃气分配室为环状柱形容腔，包括左端板、燃气室外筒、右端板；燃气室外筒及安装在燃气室外筒两端的左端板、右端板安装在助燃风入口管、火焰筒组成的筒形结构上，形成环状柱形容腔；燃气室外筒为圆柱形钢筒；左端板为圆环形盖板；右端板为环形盖板，位于火焰筒端口处，用于安装二级环状线性喷嘴；燃气室外筒上设置有燃烧机安装法兰,燃气分配室通过燃烧机安装法兰与炉体相连。
所述一级燃烧头包括燃气分配弯管、扩散盘、一级线性喷嘴、三级喷嘴、点火电极和火焰探测杆；燃气分配弯管位于火焰筒内，与燃气分配室相连，弯管出口段与火焰筒中心线同轴，出口段端口安装三级喷嘴；三级喷嘴为开有若干通孔的圆形盖板；各一级线性喷嘴沿燃气分配弯管周向均匀分布，靠近燃气分配弯管出口段端口，一级线性喷嘴上开有通孔；扩散盘紧贴一级线性喷嘴并安装在燃气分配弯管上，扩散盘上开有若干通风孔；点火电极和火焰探测杆固定在燃气分配弯管出口段上。
所述燃气分配弯管在靠近出口段端口处、沿圆周方向上均布8～12个圆孔，用于安装一级线性喷嘴。
所述每枝一级线性喷嘴为圆筒形，沿轴线方向上开有两排喷气孔，每排孔呈一字形排列，各一级线性喷嘴的出口端用无孔盖板封堵。
所述各一级线性喷嘴在纵向截面上，两排孔中心与圆柱圆心的连线之间的夹角为90°。
所述二级环状线性喷嘴中每枝喷枪轴线与火焰筒中心线呈5°～15°范围内的夹角。
所述助燃风入口管与火焰筒同轴且直径相同。
所述二级环状线性喷嘴喷孔直径为4mm。
所述火焰筒出口采用收缩口型式，端口呈锥形。
本发明与现有技术相比优点在于：
本发明中一级燃气喷嘴和二级燃气喷嘴采用的线性喷嘴将燃气分成多个细小气流高速喷出，加强的燃气的扩散强度，使燃气与助燃风混合更加充分，燃气燃烧更加均匀，避免局部高温燃烧，有助于降低NOX生成量；一级线性喷嘴喷出的“V”形燃气射流与相邻喷嘴喷出的射流进行强烈撞击、破碎，有助于燃气的扩散与混合；燃气分别从一级线性喷嘴、二级环状线性喷嘴和三级喷嘴喷出进行分级燃烧，很大程度抑制了NOX的生成量，实现了低NOX燃烧；二级环状线性喷嘴根部区域的负压区卷吸烟气，实现了烟气再循环燃烧，也非常有效的降低NOX生成量。采用本发明，当助燃风为纯空气时，NOX生成量低于40mg/m3；当助燃风采用空气与燃烧烟气的混合物时，NOX生成量低于20mg/m3。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2(a)是本发明的正面示意图；
图2(b)是本发明的剖面示意图；
图3是一级燃烧头的结构示意图；
图4是本发明的原理示意图；
图5(a)、图5(b)是一级线性喷嘴结构示意图及其喷射原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
如图1、图2(a)、图2(b)所示，一种线性低氮燃气燃烧头，包括助燃风入口管2、燃气分配室3、一级燃烧头4、隔热层6、火焰筒9、二级环状线性喷嘴10、燃气入口管路14；
燃气分配室3与燃气入口管路14、一级燃烧头4和二级环状线性喷嘴10相连；燃气室外筒17筒壁上有燃烧机安装法兰5，整个线性低氮燃气燃烧器通过燃气分配室3的燃气室外筒17上的燃烧机安装法兰5与炉体相连；助燃风入口管2一端有风筒安装法兰1，整个线性低氮燃气燃烧器通过助燃风入口管2上的风筒安装法兰1与助燃风机或风道相连。
燃气分配室3包括左端板16、燃气室外筒17、右端板18；助燃风入口管2连接火焰筒9组成筒形结构，助燃风入口管2、火焰筒9同轴且直径相同；燃气分配室3为环状柱形容腔，燃气室外筒17及两端的左端板16、右端板18安装在助燃风入口管2、火焰筒9组成的筒形结构上，形成环状柱形容腔；燃气室外筒17为圆柱形钢筒；左端板16在炉体外，为圆环形盖板；右端板18在炉内，为环形盖板，右端板上某一圆周上开有若干均布的孔，用于安装二级环状线性喷嘴10；燃气分配室3与火焰筒9之间，填充隔热材料即隔热层6进行隔热处理。二级环状线性喷嘴10布置在燃气分配室的右端板18上，右端板18呈环状布置，每枝喷枪轴线与燃烧器中心线呈5°～15°范围内的一固定夹角。二级环状线性喷嘴10的喷孔直径为4mm左右，喷嘴流速为60m/s～80m/s(最大燃烧负荷下)，喷嘴数量按流量计算确定。
如图1、图3所示，一级燃烧头4包括燃气分配弯管15、扩散盘13、一级线性喷嘴12、三级喷嘴11、点火电极7和火焰探测杆8。一级燃烧头4由燃气分配弯管15、扩散盘13、一级线性喷嘴12、三级喷嘴11组成，并布置点火电极7和火焰探测杆8。燃气分配弯管15与燃气分配室3相连，弯管出口段与燃烧器中心线同轴，出口端用圆形盖板封住，盖板上开有若干小孔，即三级喷嘴11。在靠近燃气分配弯管出口端一处圆周方向上均布开8～12个圆孔，用于安装一级线性喷嘴12；每枝一级线性喷嘴12沿轴线方向上开有两排喷气孔，每排孔呈一字形排列，在一级线性喷嘴12纵向截面上，两排孔中心与圆柱圆心的连线之间的夹角呈“V”形90°夹角布置，各一级线性喷嘴12的出口端用无孔盖板封堵。扩散盘13紧贴一级线性喷嘴12，安装在燃气分配弯管15上，扩散盘13上开有若干通风小孔。燃气分配弯管15上设置安装座，通过夹板用于固定点火电极7和火焰探测杆8。隔热层6隔热材料为硅酸铝纤维棉。
如图4、图5(a)、图5(b)所示，燃气自燃气入口管路14进入燃气分配室3后，分为两部分：约占总气量85％的一部分燃气进入燃气分配弯管15后经再次分配至一级线性喷嘴12和三级喷嘴喷11出，约占总气量15％的另一部分则分配至二级环状线性喷嘴10喷出。进入燃气分配弯管15的燃气，约占总气量80％的一部分燃气以60m/s～80m/s(最大燃烧负荷下)的流速从一级线性喷嘴12两排线性气孔内呈“V”形喷出，两排气流分别与相邻喷嘴喷出的气流进行猛烈撞击，燃气在此被迅速破碎、扩散，而后与从扩散盘小孔穿透过来的约占总风量10％的一次风进行部分混合，最后与扩散盘13外流速为30m/s～40m/s(最大燃烧负荷下)的二次风进行再次强烈扩散、混合，经扩散、混合后的可燃混合物在火焰筒9内着火燃烧。从一次线性喷嘴12喷出的燃气在火焰筒9内过氧条件下充分燃烧，同时，从三级喷嘴11喷出的燃气也参与燃烧，形成少量还原性气氛，生成碳氢化合物基团，与燃烧产物的NOX进行部分还原反应，NOX被还原为N2。
火焰筒9内的燃烧火焰喷出火焰筒后，再与二级环状线性喷嘴10的燃气进行混合燃烧。在此区域，局部为还原性气氛，生成大量碳氢化合物基团，与火焰筒燃烧区域生成的NOX进行还原反应，NOX被还原为N2。
在火焰筒9出口，由于燃烧火焰的高速喷出，在二级环状线性喷嘴10根部区域产生一个负压区域，将炉膛内的部分低温烟气卷吸至此，再次参与燃烧，一方面降低火焰温度峰值，另一方面降低燃烧混合物中的氧浓度，从而有效降低NOX的生成量。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (6)
1.一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于，包括助燃风入口管(2)、燃气分配室(3)、一级燃烧头(4)、隔热层(6)、火焰筒(9)、二级环状线性喷嘴(10)、燃气入口管路(14)；助燃风入口管(2)一端通过端部的风筒安装法兰(1)与助燃风机或风道相连，另一端连接火焰筒(9)；燃气分配室(3)位于助燃风入口管(2)和火焰筒(9)的外壁上，燃气分配室(3)分别与燃气入口管路(14)、一级燃烧头(4)和二级环状线性喷嘴(10)连通；二级环状线性喷嘴(10)包括n枝喷枪，沿火焰筒(9)端口周向分布；火焰筒(9)位于燃气分配室(3)内的筒壁上铺设隔热层(6)，其中，n为正整数；
所述一级燃烧头(4)包括燃气分配弯管(15)、扩散盘(13)、一级线性喷嘴(12)、三级喷嘴(11)、点火电极(7)和火焰探测杆(8)；燃气分配弯管(15)位于火焰筒(9)内，与燃气分配室(3)相连，弯管出口段与火焰筒(9)中心线同轴，出口段端口安装三级喷嘴(11)；三级喷嘴(11)为开有若干通孔的圆形盖板；各一级线性喷嘴(12)沿燃气分配弯管(15)周向均匀分布，靠近燃气分配弯管(15)出口段端口，一级线性喷嘴(12)上开有通孔；扩散盘(13)紧贴一级线性喷嘴(12)并安装在燃气分配弯管(15)上，扩散盘(13)上开有若干通风孔；点火电极(7)和火焰探测杆(8)固定在燃气分配弯管(15)出口段上；所述一级燃烧头（4）位于火焰筒（9）内部；
所述每枝一级线性喷嘴(12)为圆筒形，沿轴线方向上开有两排喷气孔，每排孔呈一字形排列，各一级线性喷嘴(12)的出口端用无孔盖板封堵；
所述各一级线性喷嘴(12)在纵向截面上，两排孔中心与圆柱圆心的连线之间的夹角为90°；
所述二级环状线性喷嘴(10)中每枝喷枪轴线与火焰筒(9)中心线呈5°～15°范围内的夹角；
占总气量80%的燃气从一级线性喷嘴（12）喷出，占总气量15%的燃气从二级环状线性喷嘴（10）喷出，占总气量5%的燃气从三级喷嘴（11）喷出。
2.根据权利要求1所述的一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于：所述燃气分配室(3)为环状柱形容腔，包括左端板(16)、燃气室外筒(17)、右端板(18)；燃气室外筒(17)及安装在燃气室外筒(17)两端的左端板(16)、右端板(18)安装在助燃风入口管(2)、火焰筒(9)组成的筒形结构上，形成环状柱形容腔；燃气室外筒(17)为圆柱形钢筒；左端板(16)为圆环形盖板；右端板(18)为环形盖板，位于火焰筒(9)端口处，用于安装二级环状线性喷嘴(10)；燃气室外筒(17)上设置有燃烧机安装法兰(5)，燃气分配室(3)通过燃烧机安装法兰(5)与炉体相连。
3.根据权利要求2所述的一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于：所述燃气分配弯管(15)在靠近出口段端口处、沿圆周方向上均布8～12个圆孔，用于安装一级线性喷嘴(12)。
4.根据权利要求1或2所述的一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于：所述助燃风入口管(2)与火焰筒(9)同轴且直径相同。
5.根据权利要求1所述的一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于：所述二级环状线性喷嘴(10)喷孔直径为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种线性低氮燃气燃烧头，其特征在于：所述火焰筒(9)出口采用收缩口型式，端口呈锥形。
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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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