旋流烟气再循环燃气燃烧器制造技术

本实用新型专利技术公开了旋流烟气再循环燃气燃烧器，包括喷口、燃气枪中心管、燃气喷枪、外烟气引射单元、内烟气引射单元、点火枪组件和旋流叶片，外烟气引射单元包括外烟气进气口和折流壁，外烟气进气口、折流壁、燃气喷枪的外壁和喷口的内壁之间形成外烟气循环腔室；内烟气引射单元包括环形折流壁和环形板，环形折流壁、环形板、燃气喷枪的内壁和燃气枪中心管的外壁之间形成内烟气循环腔室。本实用新型专利技术在保证燃烧稳定的前提下，实现了氮氧化物的排放量小于30mg/Nm3，从而满足了日益严苛的环保标准。从而满足了日益严苛的环保标准。从而满足了日益严苛的环保标准。

【技术实现步骤摘要】
旋流烟气再循环燃气燃烧器


[0001]本技术涉及燃烧
，具体而言，本技术涉及旋流烟气再循环燃气燃烧器。

技术介绍

[0002]气体燃料的燃烧器是一种燃烧气体燃料、提供热量或者热烟气的设备，广泛地应用在燃气锅炉、热风炉等燃烧设备中。气体燃料，如天然气、煤气、解析气、热解气等，其燃烧后的主要污染物是氮氧化物和二氧化硫。二氧化硫的生成主要决定于燃料中的含硫量，而氮氧化物的生成与燃烧器的设计密切相关。近些年来，我国对于燃烧设备的环保要求越来越严格，以燃气锅炉为例，北京市颁布了《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139
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2015)，要求新建锅炉大气污染物排放浓度不得高于30mg/Nm3(换算到3.5％的排烟O2浓度)。这对于气体燃料的燃烧器技术提出新的挑战。
[0003]目前主流的非预混式低氮燃烧器技术在不投入烟气再循环技术的条件下，氮氧化物的原始排放一般在70～120mg/Nm3，使用了烟气再循环技术后，少数燃烧器的原始排放可达到小于30mg/Nm3的氮氧化物排放标准。但是，当使用了较高比例的烟气再循环之后，由于燃烧火焰温度降低，许多燃烧器出现了火焰不稳、震荡、熄火等问题，这给燃烧设备的运行带来了很大的危险。另外一些预混的燃烧技术，例如表面燃烧、多孔介质燃烧等，能够在保证稳定燃烧的前提下实现氮氧化物排放小于30mg/Nm3。然而，预混燃烧技术要求燃烧前燃料和空气已经完全混合，如果操作不当则可能发生爆炸，带来很大的安全隐患。另外一方面，工业生产中经常需要因地制宜，选择低热值燃气，例如煤气、工业合成气、解析气等作为燃料。由于这些低热值燃气的热值低、火焰温度低，在低氮燃烧过程中稳定性出现了更大的问题。因此，市场上急需开发一种低氮燃烧器，在保证稳定燃烧的同时，通过旋流燃烧和烟气再循环燃烧技术有效地控制氮氧化物生成。

技术实现思路

[0004]本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的目的在于提出旋流烟气再循环燃气燃烧器，在保证燃烧稳定的前提下，实现了氮氧化物的排放量小于30mg/Nm3，从而满足了日益严苛的环保标准。
[0005]本技术提出了一种旋流烟气再循环燃气燃烧器。根据本技术的实施例，该旋流烟气再循环燃气燃烧器包括：
[0006]喷口，所述喷口的截面为环形；
[0007]燃气枪中心管，所述燃气枪中心管设在所述喷口内，所述燃气枪中心管为环形的腔室，所述燃气枪中心管的外壁与所述喷口的内壁之间的区域形成外空气流道，所述燃气枪中心管的内壁之间的区域形成中心空气流道，所述燃气枪中心管的靠近燃烧端的壁上设有第一燃气喷头；
[0008]燃气喷枪，所述燃气喷枪通过支管与所述燃气枪中心管相连通，所述燃气喷枪为
环形的腔室，且所述燃气喷枪设在所述燃气枪中心管与所述喷口的内壁之间，所述燃气喷枪的靠近所述燃烧端的壁上设有第二燃气喷头；
[0009]外烟气引射单元，所述外烟气引射单元包括外烟气进气口和折流壁，所述外烟气进气口设在所述喷口的靠近所述燃烧端的壁上，所述折流壁的一端与所述喷口的内壁相连，所述折流壁沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述外烟气进气口、所述折流壁、所述燃气喷枪的外壁和所述喷口的内壁之间形成外烟气循环腔室；
[0010]内烟气引射单元，所述内烟气引射单元包括环形折流壁和环形板，所述环形折流壁的一端与所述燃气喷枪的内壁相连，所述环形折流壁沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述环形板通过筋板与所述燃气喷枪的内壁相连，所述环形板沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述环形折流壁、所述环形板、所述燃气喷枪的内壁和所述燃气枪中心管的外壁之间形成内烟气循环腔室；
[0011]点火枪组件，所述点火枪组件设在靠近所述燃烧端的所述中心空气流道中；
[0012]旋流叶片，所述旋流叶片设在靠近所述燃烧端的所述中心空气流道中，且所述旋流叶片与所述燃气枪中心管的内壁面相连。
[0013]根据本技术上述实施例的旋流烟气再循环燃气燃烧器，第一，所述环形折流壁、所述环形板、所述燃气喷枪的内壁和所述燃气枪中心管的外壁之间形成内烟气循环腔室，其中，环形折流壁与燃气枪中心管外壁之间形成带喉部的空气流道，环形板和燃气喷枪的内壁面之间形成折流缝隙；当助燃空气流经带喉部的空气流道和折流缝隙时会加速，形成低压区，从而引射燃气喷枪的喷口附近的高温烟气依次流经折流缝隙和带喉部的空气流道，至燃气枪中心管出口端(即燃气枪中心管的燃料喷口位置)，从而该高温烟气流经内烟气循环腔室，与内烟气循环腔室内的助燃空气混合，对该助燃空气加热的同时，还降低该助燃空气的氧浓度，从而有效抑制氮氧化物的生成，同时还提高了火焰稳定性。第二，所述外烟气进气口、所述折流壁、所述燃气喷枪的外壁和所述喷口的内壁之间形成外烟气循环腔室，其中，外烟气进气口使得外空气流道与喷口壁面外的炉膛连通，抽吸外部烟气，而折流壁、喷口内壁和燃气喷枪的外壁面之间的空气流道形成喉部；当助燃空气流经由该喉部时，该喉部处气流速度会增加，也形成低压区，从而通过外烟气进气口抽吸炉膛内的烟气与外烟气循环腔室中的助燃空气混合，稀释了该助燃空气的氧浓度，使得主燃烧区的温度降低，减少氮氧化物的排放。第三，旋流叶片加强了中心燃气和中心助燃空气的混合，燃气枪中心管的燃气出口附近由于旋流叶片的旋流作用，使助燃空气和燃气混合均匀，增强了燃烧稳定性，达到了稳燃的作用。第四，燃气枪中心管和燃气喷枪上分别设置燃气喷头，能够有效地增强中心火焰和主燃烧火炬之间火焰的连接，有效地保证燃烧稳定性。由此，以天然气为燃料时，在保证锅炉出力的情况下，内烟气循环腔室和外烟气循环腔室能够抽吸的烟气与助燃空气的质量比高达0.2:1左右，能够有效的提高助燃空气的温度，降低助燃空气的氧浓度；在锅炉负荷30％～100％范围内，燃烧稳定，无熄火或燃烧震荡现象；不投入外烟气再循环(FGR)时，氮氧化物的排放为50～60mg/Nm3；配合外烟气再循环技术(FGR)时，当烟气再循环的比例高于18％时，氮氧化物的排放可控制在30mg/Nm3以下，且燃烧稳定，无熄火现象。
[0014]另外，根据本技术上述实施例的旋流烟气再循环燃气燃烧器还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]在本技术的一些实施例中，所述折流壁为梯形折流壁，所述梯形折流壁包括
斜壁面和水平壁面。
[0016]在本技术的一些实施例中，所述斜壁面与所述喷口的壁面线之间的夹角α为20～45
°
。
[0017]在本技术的一些实施例中，所述环形折流壁的背风侧与所述燃气喷枪的内壁面线之间的夹角β为15～45
°
。
[0018]在本技术的一些实施例中，所述第一燃气喷头包括外喷口和内喷口，所述外喷口设在所述燃气枪中心管的外壁上，所述内喷口设在所述燃气枪中心管的内壁上。
[0019]在本技术的一些实施例中，所述外喷口和所述内喷口设在所述燃气枪中心管的相对位置，所述外喷口和所述内喷口沿圆周均匀分布。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋流烟气再循环燃气燃烧器，其特征在于，包括：喷口，所述喷口的截面为环形；燃气枪中心管，所述燃气枪中心管设在所述喷口内，所述燃气枪中心管为环形的腔室，所述燃气枪中心管的外壁与所述喷口的内壁之间的区域形成外空气流道，所述燃气枪中心管的内壁之间的区域形成中心空气流道，所述燃气枪中心管的靠近燃烧端的壁上设有第一燃气喷头；燃气喷枪，所述燃气喷枪通过支管与所述燃气枪中心管相连通，所述燃气喷枪为环形的腔室，且所述燃气喷枪设在所述燃气枪中心管与所述喷口的内壁之间，所述燃气喷枪的靠近所述燃烧端的壁上设有第二燃气喷头；外烟气引射单元，所述外烟气引射单元包括外烟气进气口和折流壁，所述外烟气进气口设在所述喷口的靠近所述燃烧端的壁上，所述折流壁的一端与所述喷口的内壁相连，所述折流壁沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述外烟气进气口、所述折流壁、所述燃气喷枪的外壁和所述喷口的内壁之间形成外烟气循环腔室；内烟气引射单元，所述内烟气引射单元包括环形折流壁和环形板，所述环形折流壁的一端与所述燃气喷枪的内壁相连，所述环形折流壁沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述环形板通过筋板与所述燃气喷枪的内壁相连，所述环形板沿着向所述燃烧端的方向延伸，所述环形折流壁、所述环形板、所述燃气喷枪的内壁和所述燃气枪中心管的外壁之间形成内烟气循环腔室；点火枪组件，所述点火枪组件设在靠近所述燃烧端的所述中心空气流道中；旋流叶片，所述旋流叶片设在靠近所述燃烧端的所述中心空气流道中，且所述旋流叶片与所述燃气枪中心管的内壁面相连。2.根据权利要求1所述的旋流烟气再循环燃气燃烧器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杨鑫，王志宁，张扬，蔡晋，刘旋坤，冯娜娜，王雨果，
申请(专利权)人：清华大学山西清洁能源研究院，
类型：新型
国别省市：