[发明专利]一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低氮气体燃烧器，尤其涉及一种强旋流燃料分级超低 氮气体燃烧器。

背景技术

氮氧化物(NOx)是大气的主要污染源之一，也是PM2.5二次颗粒物的 重要前驱物。随着环境污染不断加剧，我国重点区域频繁出现雾霾，已经 对人们的健康造成了巨大的危害。随着天然气、石油液化气以及煤合成气 的燃烧利用，气体燃烧的污染问题，尤其降低NOx的排放，是一项刻不容 缓的任务。因此，控制天然气燃烧过程中NOx的产生，大力发展低氮燃烧 技术具有重要意义。

现有的低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介 质燃烧、无焰燃烧、化学链燃烧等技术，其各自存在着优势与缺点。

分级燃烧技术的原理为燃烧温度在当量比为1的情况下达到最高，在 贫燃或者富燃的情况下进行燃烧，其燃烧温度比当量比为1的燃烧温度要 低，能合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生 成的效果。

预混燃烧是一种降低NOx生成的有效技术，对于控制NOx的生成，这 项技术的优点是可以通过对当量比的完全控制来实现对燃烧温度的控制。 通过贫燃燃烧使得燃烧温度降低，同时使得混合物的当量比小于1，这样 热力型NOx和快速型NOx生成将降低。但是预混燃烧技术未广泛应用的限 制因素在于：燃烧不稳定，可能导致回火或者熄火；过剩空气系数较大， 降低系统热效率。

烟气再循环可以实现燃烧温度的降低，通过将烟气的燃烧产物加入到 燃烧区域内，降低了燃烧温度，同时加入的烟气降低了氧气的分压，这将 减弱氧气与氮气生成热力型NOx的过程，从而减少了NOx的生成。研究表 明，外部烟气再循环将减少70％的NOx生成。烟气再循环的主要问题在于 氧气分压降低、空气流速增加使得燃烧不稳定，出现熄火、震荡等现象。

在现有技术的基础上，吸取各个不同低氮燃烧技术的优势，避开其技 术缺陷，从而提出具有超低氮排放量、高燃烧效率及稳定性的低氮燃烧技 术，成为目前的研究热点。

发明内容

有鉴于上述现有技术，本发明提出了一种热效率高、NOx排放浓度较 低、燃烧稳定的强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器。

主要技术方案如下：

一种强旋流燃料分级超低氮气体燃烧器，其包括一燃烧头，该燃烧头包 括：一圆柱形空气流道；一设置在该圆柱形空气流道内部的旋流盘，该旋 流盘包括旋流盘外环、旋流盘内环、设置在该外环和内环之间的旋流片； 其特征在于，该燃烧头还包括：一设置在燃烧器旋流盘的中心侧的一次燃 料喷管，该一次燃料喷管包括一次燃料管以及分别设置于该一次燃料管正 面与侧面的一次燃料正面喷口和侧面喷口；一设置在一次燃料喷管上的一 次燃料稳焰盘，该稳焰盘位于一次燃料正面喷口和一次燃料侧面喷口之间； 多个设置在空气流道内的二次燃料喷管，二次燃料喷管包括二次燃料管以 及位于二次燃料管正面、空气流道出口处的二次燃料喷口，二次燃料喷管 有两种布置形式，一种喷管沿轴向布置，燃料沿轴向喷出，另一种喷管沿 径向布置，燃料沿径向喷出；一设置在空气流道出口处的扩口；多个设置 在扩口周围的分级燃料喷管，该分级燃料喷管包括分级燃料管以及设置于 该分级燃料管正面的分级燃料喷口；在实施过程中，分级燃料比例固定， 一二次燃料比例可以调节；所述一次燃料为纯燃料或部分预混气体，预混 比例可调节；所述二次燃料为纯燃料；所述分级燃料为纯燃料；所述一次 燃料正面喷口为4个，且直径为3-5mm，侧面喷口为8-12个，且直径为 2-3mm，所述二次燃料喷管为8-16根且喷口直径为6-10mm，所述的分级燃 料喷管为4-6根，且喷口直径为3-5mm。

较佳的，分级燃料比例占总燃料比例为10％左右。

较佳的，二次燃料喷管可全部沿轴向布置、全部沿径向布置或轴向与径 向交错布置。

较佳的，所述沿径向的二次燃料喷口距离所述外环的距离为该燃料喷口 直径的3倍。

较佳的，二次燃料比例占总燃料比例为50-70％。

较佳的，一次燃料正面喷口可轴向或斜向喷出。

较佳的，分级燃料可沿轴向或斜向喷出。

较佳的，所述旋流器面积占整个空气流道面积的70％以上。

较佳的，所述旋流片的个数为10-20个，所述旋流片的倾斜角度范围 为10-30°。