本發(fā)明涉及工業(yè)氣體燃燒裝置技術(shù)，例如低氮燃燒器等，尤其涉及一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵鳎龈邷責(zé)煔獯蠡亓魇侵笭t膛內(nèi)的燃燒煙氣即高溫?zé)煔饽軌蜓h(huán)流入由燃燒器噴口形成的爐內(nèi)回流區(qū)，所述低氮是指能夠降低氮氧化物即nox的生成和排放。

背景技術(shù)：

隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗也快速增加，nox排放量也在不斷增長，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，已成為威脅人類可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。近年來，國家對排放指標(biāo)的要求越來越嚴(yán)格，因此進(jìn)一步控制氮氧化物(nox)排放對國民經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。nox的生成分為三類，分別為熱力型nox、快速型nox、燃料型nox。天然氣中的含氮量較低，因此nox主要來源為熱力型nox和快速型nox。熱力型nox是燃燒時(shí)空氣中的n2和o2在高溫下生成的，其主要影響因素有反應(yīng)溫度、n2和o2反應(yīng)時(shí)的濃度以及停留時(shí)間，其中最為關(guān)鍵的影響因素是反應(yīng)溫度。快速型nox是空氣中的n2與燃料中碳?xì)浠鶊F(tuán)發(fā)生一系列反應(yīng)產(chǎn)生的。

目前主要的低氮燃燒技術(shù)有：低過量空氣系數(shù)燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)、無焰燃燒、預(yù)混燃燒等。天然氣低氮燃燒技術(shù)主要圍繞降低燃燒溫度，從而減少熱力型nox的生成開展的。燃燒溫度的降低可以通過控制燃燒反應(yīng)區(qū)過量空氣系數(shù)來調(diào)節(jié)，基本思路都是使燃燒在偏離當(dāng)量比為1的條件下發(fā)生，使燃燒在貧燃或者富燃的情況下進(jìn)行，從而避免出現(xiàn)局部高溫區(qū)，減少熱力型nox的生成。燃燒溫度的降低也可以通過煙氣再循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，煙氣再循環(huán)包含煙氣內(nèi)循環(huán)和煙氣外循環(huán)。煙氣內(nèi)循環(huán)是通過燃燒器與爐膛特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使煙氣在爐膛內(nèi)部產(chǎn)生回流；煙氣外循環(huán)是將煙氣從鍋爐某一部位通過外部管道再次引入到爐膛內(nèi)，參與燃燒反應(yīng)。加入煙氣再循環(huán)的目的均是為了將煙氣的燃燒產(chǎn)物加入到燃燒區(qū)域內(nèi)，降低燃燒溫度，同時(shí)加入的煙氣可以降低燃燒區(qū)氧氣的分壓，從而減弱氧氣與氮?dú)馍傻臒崃π蚽ox過程，最終降低nox的排放。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，目前幾種低氮燃燒器技術(shù)都各具特色，但是各自都一些問題。例如，低過量空氣系數(shù)燃燒造成的燃燒損失大，鍋爐熱效率低；預(yù)混燃燒技術(shù)燃燒不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致回火或者熄火；煙氣再循環(huán)會使氧分壓降低，空氣流速增加使燃燒不穩(wěn)定，發(fā)生熄火、振蕩等現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵?，所述高溫?zé)煔獯蠡亓魇侵笭t膛內(nèi)的燃燒煙氣即高溫?zé)煔饽軌蜓h(huán)流入由燃燒器噴口形成的爐內(nèi)回流區(qū)，所述低氮是指能夠降低氮氧化物即nox的生成和排放。本發(fā)明具有燃燒完全，燃燒穩(wěn)定性好，熱效率高，排放少的特點(diǎn)，可應(yīng)用在民用以及工業(yè)爐領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵?，其特征在于，包括燃燒器殼體，所述燃燒器殼體的后端具有連接空氣入口段的連接接口，所述燃燒器殼體內(nèi)設(shè)置有中心圓柱體，中心圓柱體前端的中心部位設(shè)置有第三級燃料噴口，沿所述中心部位設(shè)置有呈放射狀分布的若干個(gè)肋片，第二級燃料噴口分布在所述若干個(gè)肋片中間，所述中心圓柱體的后部外周面上由前向后依次設(shè)置有旋流葉片和中心圓柱體進(jìn)風(fēng)口，所述中心圓柱體前端的外周面上設(shè)置有內(nèi)套筒，所述內(nèi)套筒和所述中心圓柱體之間形成內(nèi)環(huán)空氣流道，所述內(nèi)套筒的外側(cè)設(shè)置有外套筒，所述外套筒與所述內(nèi)套筒之間形成環(huán)形氣縫空氣流道，所述環(huán)形氣縫空氣流道的前端設(shè)置有多孔盤，所述環(huán)形氣縫空氣流道的后端為所述外套筒與所述內(nèi)套筒之間形成的環(huán)形氣縫，所述外套筒與所述燃燒器殼體之間形成外環(huán)空氣流道，所述外環(huán)空氣流道內(nèi)設(shè)置有第一級燃料噴管，所述第一級燃料噴管的第一級燃料噴口均朝向所述燃燒器殼體的內(nèi)壁。

所述第一級燃料噴口位于所述第一級燃料噴管的前端外周面上。

所述燃燒器殼體內(nèi)設(shè)置有殼體前端內(nèi)壁葉片。

所述外套筒與所述內(nèi)套筒均為喇叭形；或者，所述外套筒為喇叭形，所述內(nèi)套筒的內(nèi)壁為直筒型而外壁為錐形；所述環(huán)形氣縫的縫寬通過所述外套筒與所述內(nèi)套筒之間的軸向位移調(diào)節(jié)，當(dāng)所述外套筒往前移動(dòng)時(shí)，所述縫寬變窄。

所述若干個(gè)肋片的個(gè)數(shù)為10～20個(gè)。

所述旋流葉片的個(gè)數(shù)為10～30個(gè)，旋流葉片安裝角度為10～30°。

所述第一級燃料噴管的個(gè)數(shù)為5～10個(gè)。

所述第二級燃料噴口的個(gè)數(shù)為4～8個(gè)。

所述第三級燃料噴口的個(gè)數(shù)為6～12個(gè)。

所述多孔盤的開孔率為1～5％。

所述殼體前端內(nèi)壁葉片的安裝角度為10～30°。

所述第一級燃料噴口噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?0～90％。

所述第二級燃料噴口噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?～10％。

所述第三級燃料噴口噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?～5％。

本發(fā)明技術(shù)效果如下：本發(fā)明是一種熱效率高、燃燒穩(wěn)定、nox排放低的高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵鳎酶邷責(zé)煔獯蠡亓饕约盁煔庠傺h(huán)能在有效減少nox生成的同時(shí)，穩(wěn)定燃燒且燃燒完全，具有燃燒完全，穩(wěn)定性好，效率高，排放少的特點(diǎn)，可應(yīng)用在民用以及工業(yè)爐領(lǐng)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵魍ㄟ^三級燃料、并通過調(diào)節(jié)外套筒在軸向的位置來控制燃燒器噴口流速，從而控制爐內(nèi)回流區(qū)和高溫?zé)煔饣亓髁?，同時(shí)通過空氣分級比例達(dá)到燃燒火焰分層的目的，有效減少了火焰的疊加，降低了火焰溫度，從而達(dá)到控制nox排放的目的。

本發(fā)明高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵骺稍跔t膛內(nèi)形成特殊的回流渦結(jié)構(gòu)：從內(nèi)環(huán)空氣流道流出的氣流在靠近燃燒器噴口的中心區(qū)附近形成兩個(gè)小的回流對渦，此回流渦不僅起到穩(wěn)定燃燒的作用，而且煙氣回流到此回流區(qū)內(nèi)能降低回流區(qū)的溫度，從而減少nox生成；從外環(huán)空氣流道流出的氣流在爐膛內(nèi)形成大的回流區(qū)，爐膛內(nèi)產(chǎn)生的煙氣回流到此區(qū)域，有效降低熱力型nox的形成。本發(fā)明可以與煙氣再循環(huán)技術(shù)配合，在較高的煙氣再循環(huán)率下可以穩(wěn)定燃燒，且燃燒完全，從而將nox生成降低到30mg/nm3(nm3，是指在0攝氏度1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積；n代表標(biāo)準(zhǔn)條件nominalcondition，即空氣的條件為：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,溫度為0℃,相對濕度為0％)以下，達(dá)到超低排放的水平。

附圖說明

圖1是實(shí)施本發(fā)明一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的中心組件結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記列示如下：1-空氣入口段；2-燃燒器殼體；3-中心圓柱體前端；4-肋片；5-第一級燃料噴管；6-多孔盤；7-殼體前端內(nèi)壁葉片；8-內(nèi)套筒；9-外套筒；10-第三級燃料噴口；11-第二級燃料噴口；12-旋流葉片，13-中心圓柱體；14-外環(huán)空氣流道；15-內(nèi)環(huán)空氣流道；16-環(huán)形氣縫；17-環(huán)形氣縫空氣流道；50-第一級燃料噴口；130-中心圓柱體進(jìn)風(fēng)口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖(圖1-圖2)對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1是實(shí)施本發(fā)明一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的中心組件結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1至圖2所示，一種高溫?zé)煔獯蠡亓鞯偷紵鳎ㄈ紵鳉んw2，所述燃燒器殼體2的后端具有連接空氣入口段1的連接接口，所述燃燒器殼體2內(nèi)設(shè)置有中心圓柱體13，中心圓柱體前端3的中心部位設(shè)置有第三級燃料噴口10，沿所述中心部位設(shè)置有呈放射狀分布的若干個(gè)肋片4，第二級燃料噴口11分布在所述若干個(gè)肋片4中間，所述中心圓柱體13的后部外周面上由前向后依次設(shè)置有旋流葉片12和中心圓柱體進(jìn)風(fēng)口130，所述中心圓柱體13的前端外周面上設(shè)置有內(nèi)套筒8，所述內(nèi)套筒8和所述中心圓柱體13之間形成內(nèi)環(huán)空氣流道15，所述內(nèi)套筒8的外側(cè)設(shè)置有外套筒9，所述外套筒9與所述內(nèi)套筒8之間形成環(huán)形氣縫空氣流道17，所述環(huán)形氣縫空氣流道17的前端設(shè)置有多孔盤6，所述環(huán)形氣縫空氣流道17的后端為所述外套筒9與所述內(nèi)套筒8之間形成的環(huán)形氣縫16，所述外套筒9與所述燃燒器殼體2之間形成外環(huán)空氣流道14，所述外環(huán)空氣流道14內(nèi)設(shè)置有第一級燃料噴管5，所述第一級燃料噴管5的第一級燃料噴口50均朝向所述燃燒器殼體2的內(nèi)壁。

所述第一級燃料噴口50位于所述第一級燃料噴管5的前端外周面上。所述燃燒器殼體2內(nèi)設(shè)置有殼體前端內(nèi)壁葉片7(又稱小風(fēng)葉片)。所述外套筒9與所述內(nèi)套筒8均為喇叭形；或者，所述外套筒為喇叭形，所述內(nèi)套筒的內(nèi)壁為直筒型而外壁為錐形；所述環(huán)形氣縫16的縫寬通過所述外套筒9與所述內(nèi)套筒8之間的軸向位移調(diào)節(jié)，當(dāng)所述外套筒9往前移動(dòng)時(shí)，所述縫寬變窄。所述若干個(gè)肋片4的個(gè)數(shù)為10～20個(gè)。所述旋流葉片12的個(gè)數(shù)為10～30個(gè)，旋流葉片12安裝角度為10～30°。所述第一級燃料噴管5的個(gè)數(shù)為5～10個(gè)。所述第二級燃料噴口11的個(gè)數(shù)為4～8個(gè)。所述第三級燃料噴口10的個(gè)數(shù)為6～12個(gè)。所述多孔盤6的開孔率為1～5％。所述殼體前端內(nèi)壁葉片7的安裝角度為10～30°。所述第一級燃料噴口50噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?0～90％。所述第二級燃料噴口11噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?～10％。所述第三級燃料噴口10噴出的燃料量占總?cè)剂狭康?～5％。

參閱圖1-圖2，在本實(shí)施方案中助燃空氣從空氣入口段1進(jìn)入燃燒器殼體2(又稱燃燒器套筒)內(nèi)，有一小部分氣流通過中心圓柱體進(jìn)風(fēng)口130被分流進(jìn)入中心圓柱體13內(nèi)后從中心圓柱體前端3的肋片4一側(cè)流出，大部分氣流流經(jīng)旋流葉片12，以及旋流周圍通道。在旋流葉片的作用下，空氣流帶有一定的旋度。空氣流在燃燒器前端被分成三股氣流，三股氣流分別流經(jīng)內(nèi)環(huán)空氣流道15，環(huán)形氣縫16(又稱環(huán)形進(jìn)氣縫)以及外環(huán)空氣流道14。外環(huán)空氣在爐膛中下部形成大的回流結(jié)構(gòu)，形成煙氣內(nèi)循環(huán)的環(huán)境，有效降低熱力型nox的形成。內(nèi)環(huán)空氣在燃燒器噴口前形成小的對渦回流區(qū)結(jié)構(gòu)，當(dāng)燃燒進(jìn)行時(shí)，火焰前端產(chǎn)生的煙氣會回流到此回流區(qū)內(nèi)，形成內(nèi)部的煙氣再循環(huán)，不僅起到穩(wěn)定燃燒的目的，而且也降低了nox的生成。所述的三股氣流的流量大小可以通過調(diào)節(jié)外套筒9在軸向的位置來控制。

參閱圖1，所述肋片4一側(cè)作為出風(fēng)口，流出的氣流會形成中心弱旋流，此弱旋流不僅對燃料摻混有促進(jìn)作用，而且對穩(wěn)定燃燒有一定作用。肋片4的個(gè)數(shù)10-20個(gè)，肋片4長度約為中心圓柱體前端3直徑的1/3。所述肋片4的個(gè)數(shù)、長度及寬度均可根據(jù)實(shí)際燃料狀況進(jìn)行調(diào)整。參閱圖2，所述旋流葉片12的主要功能在于提供一定的氣體旋流數(shù)，旋流片個(gè)數(shù)10～30個(gè)。在本實(shí)施方案中，旋流葉片12的個(gè)數(shù)為16個(gè)，安裝角度30°。旋流葉片12旋流大小可以通過調(diào)整旋流葉片12的個(gè)數(shù)、旋流葉片1)的安裝角度來優(yōu)化。參閱圖1，所述多孔盤6的大小對整體流場的影響非常大，多孔盤6的大小影響助燃空氣流的流速，從而影響燃燒穩(wěn)定性以及燃燒火焰形態(tài)。在本實(shí)施方案中，將多孔盤6的大小調(diào)整到使內(nèi)、外環(huán)空氣流速達(dá)到60m/s左右的尺寸范圍。

在本實(shí)施方案中燃料量分三級比例進(jìn)行調(diào)配，其中一級燃料噴管位于燃燒器筒體外周，一級燃料噴口50開在一級燃料噴管5側(cè)壁，燃料從一級燃料噴口50噴出后撞擊到燃燒體筒體壁面，在與外環(huán)空氣流有初步混合后隨著外環(huán)空氣流流向爐膛。二級燃料噴口11開在中心圓柱體前端3靠外周區(qū)域。三級燃料噴口10開在中心圓柱體前端3靠內(nèi)環(huán)圓周區(qū)域。燃料從二級燃料噴口11以及三級燃料噴口10噴出后，與肋片4側(cè)邊出氣進(jìn)行初步預(yù)混后流入爐膛進(jìn)行燃燒。燃料噴管的個(gè)數(shù)、燃料噴射速度、燃料噴口形狀都可用來控制燃料和空氣的混合時(shí)間。一級燃料噴管5的個(gè)數(shù)為5～10根。在本實(shí)施方案中，噴管個(gè)數(shù)為5根，噴口形狀為方形。二級燃料噴口11的個(gè)數(shù)4～8個(gè)，在本實(shí)施方案中，噴口個(gè)數(shù)為4個(gè)，噴口形狀為圓形。三級燃料噴口10的個(gè)數(shù)為6～12個(gè)，在本實(shí)施方案中，噴口個(gè)數(shù)為8個(gè)，噴口形狀為圓形。

在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。