一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，包括燃燒器本體、第一級燃燒器、第二級燃燒器、隔熱瓦以及文丘里管；隔熱瓦上設有第一通道以及第二通道，隔熱瓦與燃燒器本體連接，第一通道與燃燒器本體的空腔相通；第一通道上設有縮口；第一級燃燒器以及第二級燃燒器的頂端分別設有第一級燃料噴嘴以及第二級燃料噴嘴；文丘里管以及第一級燃燒器設在第一通道內(nèi)；第二級燃燒器設在第二通道內(nèi)；第一級燃料噴嘴的頂端面與文丘里管的頂端面平行，且均設置在所述第一通道內(nèi)。本發(fā)明采用文丘里管、縮口以及燃燒器分級布置的設計能克服當前燃氣燃燒器因燃氣與助燃空氣爐膛內(nèi)混合不均而產(chǎn)生的局部高溫，同時提高燃燒器的火焰穩(wěn)定性，降低NOx生成。
【專利說明】—種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)爐窯的燃燒設備領域，尤其是一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃【背景技術(shù)】
[0002]燃燒器是工業(yè)爐窯燃燒設備的主要組成部件，其燃燒產(chǎn)生的NOx是造成環(huán)境污染的主要因素之一，隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，NOx生成量的高低已成為衡量燃燒器燃燒性能的重要指標之一。
[0003]根據(jù)燃料和燃燒條件不同，在燃燒過程中生成的NOx主要分為三種，即燃料型NOx、熱力型NOx和快速型NOx。氣體燃料燃燒過程中生成的NOx主要是燃料型NOx和熱力型NOx，因此，對于燃燒氣體燃料控制NOx生成主要是控制熱力型NOx和燃料型NOx的生成或?qū)⒁焉傻腘Ox還原。溫度對熱力型NOx的生成具有決定性作用，不同的燃燒器在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生不同的熱強度分布，不同的熱強度分布產(chǎn)生不同的溫度分布，因此設計一款新型燃燒器使其既能滿足燃料著火和燃燒的需要又能減少NOx的生成成為實現(xiàn)低NOx排放的關鍵。
[0004]在NOx排放對環(huán)境的影響日益得到人們關心之前，通常所有類型的工業(yè)燃氣爐窯均是采用單級燃燒器，同目前使用的低NOx燃燒器相比，這種簡單的單級燃燒器會產(chǎn)生很高水平的NOx排放，無法滿足當前環(huán)保標準的要求。另外，當前一些工程上實際使用的低NOx燃燒器也難以滿足日益嚴格的環(huán)保標準，這些都要求我們設計出更高水平的低NOx燃
[0005]目前使用的低NOx燃燒技術(shù)主要有三種:第一種是空氣分級，它使助燃空氣分流以建立貧氧的第一燃燒區(qū)，從而減少NOx的生成，在第二燃燒區(qū)將剩余的部分空氣引入，從而完成整個燃燒過程；第二種是燃料分級，助燃空氣一次全部引入第一燃燒區(qū)，但在第一燃燒區(qū)只供應部分燃料，進行貧燃料燃燒以降低火焰溫度減少NOx生成，剩余燃料被引入第二燃燒區(qū)，利用第一燃燒區(qū)過剩的氧進行燃燒。第三種是煙氣再循環(huán)，利用助燃空氣或燃料氣流產(chǎn)生的低壓區(qū)促使接近于惰性的煙氣回流到燃燒氣流中，降低局部燃燒溫度及形成局部還原性氣氛，減少NOx生成。此三方法雖然能一定程度上降低NOx的生成，但是當燃燒器出口氣流混合不完全均勻時會存在局部高溫現(xiàn)象，且火焰的穩(wěn)定性不好，從而對降低NOx的生成受到很大的限制。
[0006]因此，發(fā)明一種能克服當前燃氣燃燒器因燃氣與助燃空氣爐膛內(nèi)混合不均而產(chǎn)生的局部高溫且能提高火焰穩(wěn)定性，從而達到降低NOx生成的燃燒器具有很重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，它能克服當前燃氣燃燒器因燃氣與助燃空氣爐膛內(nèi)混合不均而產(chǎn)生的局部高溫，同時提高燃燒器的火焰穩(wěn)定性，降低NOx生成，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:[0008]一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，包括帶有空腔的燃燒器本體、第一級燃燒器、第二級燃燒器、隔熱瓦以及文丘里管；
[0009]所述隔熱瓦的縱向中心軸上設有第一通道，所述第一通道的外圍等間距設有第二通道，所述隔熱瓦的下端與所述燃燒器本體的上端連接，且所述第一通道與燃燒器本體的空腔相通；
[0010]所述第一通道的上端設有橫截面逐漸縮小的縮口 ；
[0011]所述第一級燃燒器的頂端設有第一級燃料噴嘴，所述第二級燃燒器的頂端設有第二級燃料噴嘴；
[0012]所述文丘里管以及第一級燃燒器縱向并列設置在所述燃燒器本體的空腔以及第一通道內(nèi)，所述第一級燃燒器等間距設置在所述文丘里管的外圍；
[0013]所述第二級燃燒器設置在所述第二通道內(nèi)。
[0014]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的,所述縮口的斜面與水平面的夾角為40°?70°。
[0015]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第一級燃料噴嘴的頂端面與所述文丘里管的頂端面平行，且均設置在所述第一通道內(nèi)。
[0016]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第二級燃料噴嘴的頂端面高于所述第一級燃料噴嘴的頂端面。
[0017]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第一級燃燒器的數(shù)量為4?12個；所述文丘里管的數(shù)量為4?8個；所述第二級燃燒器的數(shù)量為6?10個。
[0018]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第一級燃燒器的末端與第一分燃料分配管連通，所述第二級燃燒器的末端與第二分燃料分配管連通。
[0019]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第一級燃燒器的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?40%，所述第二級燃燒器的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?90%。
[0020]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第一級燃燒器的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%，所述第二級燃燒器的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%。
[0021]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第二級燃料噴嘴的噴孔中心線與所述隔熱瓦的外壁面之間平行。
[0022]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第二級燃料噴嘴的噴孔中心線與水平線夾角為50。?80°。
[0023]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024](I)本發(fā)明中第一級燃燒器、第二級燃燒器以及文丘里管之間的位置的設計，使得一級燃料經(jīng)第一級燃燒器的第一級燃料噴嘴噴出后，與經(jīng)文丘里管噴出的高速助燃空氣進行最大程度的混合，形成第一燃燒區(qū)，進行貧燃料燃燒；二級燃料自第二級燃料噴嘴噴出在第一燃燒區(qū)外側(cè)形成第二燃燒區(qū)。一二級燃燒器的布置實現(xiàn)燃料的分級燃燒，降低NOx的生成。
[0025](2)本發(fā)明中第一通道的上端設有橫截面逐漸縮小的縮口，形成收縮流道，強化燃氣與助燃空氣的混合，同時增加混合氣的均勻性和剛性。
[0026](3)本發(fā)明中第一級燃料噴嘴的頂端面與所述文丘里管的頂端面平行，充分運用高速射流的卷吸作用使得從文丘里管流出的高速助燃空氣與經(jīng)第一級燃料噴嘴噴出的低速一級燃料能充分地混合。[0027](4)本發(fā)明中第二級燃料噴嘴的噴孔中心線與隔熱瓦的外壁面平行，從而吸引煙氣沿二級燃料噴射方向進入第二燃燒區(qū)，降低局部燃燒溫度及形成局部還原性氣氛，減少NOx生成。
[0028](5)本發(fā)明中第一級燃燒器和第二級燃燒器布置數(shù)量以及所占燃燒負荷的選取，使得本發(fā)明燃燒器的最大負荷與最小負荷之比可達10:1，允許操作者在優(yōu)化和穩(wěn)定的熱通量條件下進行操作。
[0029]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0031]圖1是本發(fā)明基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是圖1的俯視圖；
[0033]圖3是圖1中的A-A剖視圖；
[0034]圖4是圖1中的B-B剖視圖；
[0035]1-第一級燃料分配管，2-助燃空氣入口，3-第一級燃料入口，4-第二級燃料分配管，5-第二級燃料入口，6-第一級燃燒器，7-第二級燃燒器，8-隔熱瓦，81-第一通道，82-第二通道，811-縮口，9-文丘里管，10-第一級燃料噴嘴，11-燃燒器本體，12-第二級燃料噴嘴，13-第二級燃料進氣管，14-第一級燃料進氣管。
【具體實施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0037]實施例1:
[0038]一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，詳見圖1、圖2、圖3以及圖4，包括帶有空腔的燃燒器本體11、第一級燃燒器6、第二級燃燒器7、隔熱瓦8以及文丘里管9。
[0039]所述隔熱瓦8的縱向中心軸上設有第一通道81，所述第一通道81的外圍等間距設有第二通道82，所述隔熱瓦8的下端與所述燃燒器本體11的上端連接，且所述第一通道81與燃燒器本體11的空腔相通。
[0040]所述第一通道81的上端設有橫截面逐漸縮小的縮口 811，所述縮口 811的斜面與水平面的夾角a為40°?70°，形成收縮流道，強化燃氣與助燃空氣的混合，同時增加混合氣的均勻性和剛性。
[0041]所述第一級燃燒器6的頂端設有第一級燃料噴嘴10，所述第二級燃燒器7的頂端設有第二級燃料噴嘴12，分別用于噴出第一級燃料和第二級燃料；所述第二級燃料噴嘴12的噴孔中心線與所述隔熱瓦8的外壁面之間平行，且所述第二級燃料噴嘴12的噴孔中心線與水平線的夾角b為50°?80°，從而吸引煙氣沿噴孔中心線方向進入第二燃燒區(qū)，減少NOx生成。
[0042]所述文丘里管9以及第一級燃燒器6縱向并列設置在所述燃燒器本體11的空腔以及第一通道81內(nèi)，所述第一級燃燒器6等間距設置在所述文丘里管9的外圍；所述第一級燃料噴嘴10的頂端面與所述文丘里管9的頂端面平行，且均設置在所述第一通道81內(nèi)。第一級燃料從第一級燃料入口 3進入第一級燃料分配管I分配，再經(jīng)第一級燃料進氣管14進入各個第一級燃燒器6，經(jīng)第一級燃燒器6的第一級燃料噴嘴10噴出后，與經(jīng)文丘里管9噴出的高速助燃空氣在高速射流的卷吸作用下進行最大程度的混合，形成第一燃燒區(qū)，進行貧燃料燃燒，降低NOx的生成。助燃空氣從助燃空氣入口 2進入文丘里管9，在文丘里管9內(nèi)加速后經(jīng)文丘里管頂端面噴出。
[0043]所述第二級燃燒器7設置在所述第二通道82內(nèi)，所述第二級燃料噴嘴12的頂端面高于所述第一級燃料噴嘴10的頂端面。第二級燃料經(jīng)第二級燃料入口 5進入第二級燃料分配管4后進行分配，再經(jīng)第二級燃料進氣管13進入第二級燃燒器7，最后經(jīng)第二級燃燒器7的第二燃料噴嘴12噴出，在第一燃燒區(qū)外側(cè)形成第二燃燒區(qū)。在第二級燃料經(jīng)第二級燃料噴嘴12噴出時將吸引煙氣沿二級燃料噴射方向進入第二燃燒區(qū)，煙氣再循環(huán)形成的局部還原性氣氛可將在第一燃燒區(qū)生成的NOx還原成N2，且此時第二燃燒區(qū)最高火焰溫度不會達到常規(guī)燃燒器的火焰溫度，這些都大大降低了 NOx的生成。
[0044]其中，所述第一級燃燒器6的數(shù)量為4?12個，所述文丘里管9的數(shù)量為4?8個，所述第二級燃燒器7的數(shù)量為6?10個，使得燃料和助燃氣能充分地混合且燃燒具有較寬的負荷調(diào)節(jié)范圍。
[0045]所述第一級燃燒器6的末端與第一級燃料分配管I通過第一級燃料進氣管14連通，所述第二級燃燒器7的末端與第二級燃料分配管4通過第二級燃料進氣管13連通，第一級燃料分配管I將第一級燃料均勻分配到第一級燃燒器6中，第二級燃料分配管4將第二級燃料均勻分配到第二級燃燒器7中，有利于維持各燃燒器中火焰的穩(wěn)定性。
[0046]所述第一級燃燒器6的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?40%，所述第二級燃燒器7的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?90%，優(yōu)選的，所述第一級燃燒器6的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%,所述第二級燃燒器7的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%。第一、二級燃燒器布置數(shù)量及燃燒負荷的選取使得本發(fā)明燃燒器的最大負荷與最小負荷之比可達10:1，允許操作者在優(yōu)化和穩(wěn)定的熱通量條件下進行操作。
[0047]本發(fā)明通過采用一、二級燃燒器的布置，實現(xiàn)燃料的分級燃燒；通過采用文丘里管9、縮口 811來強化燃氣與助燃空氣混合，從而達到使燃氣與空氣混合均勻；通過二級燃料噴嘴的噴孔中心線傾斜設計吸引煙氣沿二級燃料噴射方向進入第二燃燒區(qū)，降低局部燃燒溫度及形成局部還原性氣氛，這些都顯著地降低了 NOx的生成。在不采用其它額外技術(shù)措施的條件下，本發(fā)明燃燒器的NOx排放水平能達到15?20ppmv，與目前工業(yè)爐窯常用低NOx燃燒器相比，有效地降低了更多NOx的生成。
[0048]圖1、圖2中，隔熱瓦8中第一通道81、第二通道82以及縮口 811的設計均采用計算流體動力學方法(CFD)確定；第一級燃料噴嘴10以及第二級燃料噴嘴12的設計、布置、數(shù)量和方位均采用計算流體動力學方法(CFD)確定。
[0049]圖1、圖2、圖3、圖4中，文丘里管9的布置、數(shù)量和方位均采用計算流體動力學方法(cro)確定。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:包括帶有空腔的燃燒器本體(11)、第一級燃燒器(6)、第二級燃燒器(7)、隔熱瓦(8)以及文丘里管(9)； 所述隔熱瓦(8)的縱向中心軸上設有第一通道(81)，所述第一通道(81)的外圍等間距設有第二通道(82)，所述隔熱瓦(8)的下端與所述燃燒器本體(11)的上端連接，且所述第一通道(81)與燃燒器本體(11)的空腔相通； 所述第一通道(81)的上端設有橫截面逐漸縮小的縮口(811)； 所述第一級燃燒器(6)的頂端設有第一級燃料噴嘴(10)，所述第二級燃燒器(7)的頂端設有第二級燃料噴嘴(12)； 所述文丘里管(9 )以及第一級燃燒器(6 )縱向并列設置在所述燃燒器本體(11)的空腔以及第一通道(81)內(nèi)，所述第一級燃燒器(6)等間距設置在所述文丘里管(9)的外圍； 所述第二級燃燒器(7)設置在所述第二通道(82)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述縮口(811)的斜面與水平面的夾角(a)為40°?70°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第一級燃料噴嘴(10)的頂端面與所述文丘里管(9)的頂端面平行，且均設置在所述第一通道(81)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第二級燃料噴嘴(12)的頂端面高于所述第一級燃料噴嘴(10)的頂端面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第一級燃燒器(6)的數(shù)量為4?12個；所述文丘里管(9)的數(shù)量為4?8個；所述第二級燃燒器(7)的數(shù)量為6?10個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第一級燃燒器(6)的末端與第一級燃料分配管(I)連通，所述第二級燃燒器(7)的末端與第二級燃料分配管(4)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第一級燃燒器(6)的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?40%，所述第二級燃燒器(7)的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%?90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第一級燃燒器(6)的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%，所述第二級燃燒器(7)的燃燒負荷占總?cè)剂系?0%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任意一項所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第二級燃料噴嘴(12)的噴孔中心線與所述隔熱瓦(8)的外壁面之間平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于文丘里管的低NOx燃氣燃燒器，其特征在于:所述第二級燃料噴嘴(12)的噴孔中心線與水平線的夾角(b)為50°?80°。
【文檔編號】F23C5/08GK103486572SQ201310445224
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】陳冬林, 楊建波, 吳雪晴 申請人:長沙理工大學