燃燒器和燃燒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及燃燒器和燃燒系統(tǒng)。該燃燒器包括：一次燃燒段，其構(gòu)造為中空的管段，并且包括流體連通的混合區(qū)和一次燃燒區(qū)，所述混合區(qū)靠近所述一次燃燒段的外側(cè)；二次燃燒段，其構(gòu)造為中空的管段并且連接于所述一次燃燒段的內(nèi)端部，其包括二次燃燒區(qū)，所述二次燃燒區(qū)與所述一次燃燒區(qū)流體連通；其中，所述混合區(qū)的外側(cè)設(shè)置有燃料入口和一次助燃空氣入口，所述二次燃燒區(qū)的外側(cè)設(shè)置有二次助燃空氣入口。采用這種燃燒器進行生產(chǎn)可以有效地減少NOx排放量，利于環(huán)保。
【專利說明】燃燒器和燃燒系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及高溫燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種燃燒器。此外，本實用新型還涉 及一種包括所述燃燒器的燃燒系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)爐窯通常采用燃燒器進行生產(chǎn)，采用燃燒器能夠獲取高溫火焰。生產(chǎn)時，燃燒 器將燃料和助燃空氣混合后燃燒，從而獲取高溫?zé)煔?。但是現(xiàn)有技術(shù)中采用的燃燒器在燃 燒過程中會產(chǎn)生大量的NOx，作為示例，為了使得燃燒爐的爐膛溫度達到1200°C，在空氣預(yù) 混系數(shù)a=l的情況下高溫燃燒時NOx排放量達到5000ppm。因此，急需一種低NOx排放量的 燃燒器。 實用新型內(nèi)容
[0003] 針對上述的問題，本實用新型提出了一種燃燒器，使用這種燃燒器進行生產(chǎn)可以 有效地減少NOx排放量，利于環(huán)保。此外，本實用新型還提出了一種包括上述燃燒器的燃燒 系統(tǒng)。
[0004] 根據(jù)本實用新型的第一方面，提出了一種燃燒器，其包括：一次燃燒段，其構(gòu)造為 中空的管段，并且包括流體連通的混合區(qū)和一次燃燒區(qū)，混合區(qū)靠近一次燃燒段的外側(cè)；二 次燃燒段，其構(gòu)造為中空的管段并且連接于一次燃燒段的內(nèi)端部，其包括二次燃燒區(qū)，二次 燃燒區(qū)與一次燃燒區(qū)流體連通；其中，混合區(qū)的外側(cè)設(shè)置有燃料入口和一次助燃空氣入口， 二次燃燒區(qū)的外側(cè)設(shè)置有二次助燃空氣入口。
[0005] 采用本實用新型的燃燒器進行生產(chǎn)時，由于一次助燃空氣與二次助燃空氣的供給 量分別小于給定燃料能夠完全燃燒所需的助燃空氣總量，因此，燃料分別在一次燃燒區(qū)和 二次燃燒區(qū)內(nèi)不充分燃燒，特別是在一次燃燒區(qū)中，參與燃燒的氧氣濃度低，同時火焰內(nèi)還 存在N0的還原反應(yīng)，從而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0006] 在一個實施例中，二次燃燒段的側(cè)壁上設(shè)置有流體連通二次燃燒段的內(nèi)側(cè)與二次 燃燒區(qū)的爐膛煙氣通道。采用這樣的結(jié)構(gòu)，在二次燃燒區(qū)中燃燒時能夠通過爐膛煙氣通道 卷吸燃燒爐的爐膛煙氣進入到二次燃燒區(qū)，因此爐膛內(nèi)煙氣的混入使得二次燃燒時的氧氣 濃度降低，從而抑制了二次燃燒的火焰溫度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0007] 在一個優(yōu)選實施例中，爐膛煙氣通道延伸至二次燃燒段的外端部。由此使得從一 次燃燒區(qū)進入到二次燃燒區(qū)的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地 降低燃燒火焰周圍的氧氣濃度。進一步地，爐膛煙氣通道與二次燃燒區(qū)的連通處朝向二次 燃燒區(qū)呈擴口狀。由此加快爐膛煙氣在二次燃燒區(qū)內(nèi)的擴散，利于二次燃燒區(qū)內(nèi)氧氣濃度 的降低。
[0008] 在一個實施例中，一次燃燒段的側(cè)壁上沿軸線方向設(shè)置有與二次助燃空氣入口連 通的二次助燃空氣通道。由此可以在一次燃燒段的外側(cè)同時供給一次助燃空氣和二次助燃 空氣，提高助燃空氣供給的便利性。
[0009] 在一個實施例中，混合區(qū)的孔徑不大于一次燃燒區(qū)的孔徑，并且混合區(qū)構(gòu)造為自 內(nèi)向外呈擴口狀。采用這樣的結(jié)構(gòu)的目的是，保證燃料與一次助燃空氣在混合區(qū)能夠充分 混合，另外當(dāng)在一次燃燒區(qū)燃燒時可以保證一次燃燒段不會承受過大的壓力。
[0010] 在一個實施例中，一次燃燒區(qū)的孔徑小于二次燃燒區(qū)的孔徑。由于二次燃燒區(qū)內(nèi) 導(dǎo)入二次助燃空氣，甚至爐膛煙氣也會進入到其中，一次燃燒區(qū)的孔徑小于二次燃燒區(qū)的 孔徑可以保證二次燃燒段不會承受過大的壓力，確保燃燒器產(chǎn)品的可靠性。
[0011] 在一個實施例中，燃料入口為燃氣噴嘴，一次助燃空氣入口設(shè)置于燃氣噴嘴的周 圍。由此便于燃料的供應(yīng)，并且可以使得一次助燃空氣能夠與燃料充分混合。
[0012] 在一個實施例中，燃氣噴嘴為氮化硅結(jié)合碳化硅材料，和/或者燒嘴磚是高溫澆 注材料。提高了燃燒器的耐高溫能力。
[0013] 根據(jù)本實用新型的第二方面，還提供了一種燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括燃燒爐和 根據(jù)上文所述的燃燒器，燃燒爐的爐膛設(shè)置于二次燃燒段的內(nèi)側(cè)。當(dāng)采用這樣的燃燒系統(tǒng) 生產(chǎn)時，二次燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的燃燒火焰噴向爐膛內(nèi)。
[0014] 需要說明的是，本實用新型所使用的方位術(shù)語"內(nèi)"是指當(dāng)燃燒器安裝至燃燒爐上 時靠近燃燒爐的爐膛為"內(nèi)"，而遠離燃燒爐的爐膛的方向為"外"。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于，在二次燃燒區(qū)中燃燒時能夠通過爐膛 煙氣通道卷吸燃燒爐的爐膛煙氣進入到二次燃燒區(qū)，由此降低了二次燃燒區(qū)中氧氣的濃 度。爐膛煙氣通道延伸至二次燃燒段的外端部。由此使得從一次燃燒區(qū)進入到二次燃燒區(qū) 的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地降低燃燒火焰周圍的氧氣濃 度。進一步地，爐膛煙氣通道與二次燃燒區(qū)的連通處朝向二次燃燒區(qū)呈擴口狀。由此加快 爐膛煙氣在二次燃燒區(qū)的擴散，利于二次燃燒區(qū)內(nèi)氧氣濃度的降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中：
[0017] 圖1是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施例的燃燒器的截面圖；
[0018] 在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。

【具體實施方式】
[0019] 下面將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0020] 如圖1所示，本實用新型提出的燃燒器包括一次燃燒段10和二次燃燒段20,燃料 和一次助燃空氣首先在一次燃燒段10內(nèi)混合后進行一次燃燒，然后再進入到二次燃燒段 20中進行二次燃燒，同時二次助燃空氣導(dǎo)入至二次燃燒段20中參與二次燃燒。下面將詳細 描述本實用新型的燃燒器及其各部分。
[0021] 需要說明的是，本實用新型所述的燃料為氣體燃料，例如天然氣或者煤氣等均可。 另外，一次助燃空氣與二次助燃空氣的供給量分別小于給定燃料能夠完全燃燒所需的助燃 空氣總量。作為優(yōu)選的示例，一次助燃空氣量約為助燃空氣總量的50?60%，二次助燃空氣 量約為助燃空氣總量的40?50%。
[0022] 如圖1所示，一次燃燒段10構(gòu)造為中空的管段，一次燃燒段10包括流體連通的混 合區(qū)11和一次燃燒區(qū)12,混合區(qū)11靠近一次燃燒段10的外側(cè)。混合區(qū)11的外側(cè)設(shè)置有 燃料入口和一次助燃空氣入口，混合區(qū)11用于燃料和一次助燃空氣的混合，圖中混合區(qū)11 中的箭頭的方向為燃料和一次助燃空氣的流向。優(yōu)選地，如圖所示，燃料入口為燃氣噴嘴 13。而一次助燃空氣入口 14設(shè)置于燃氣噴嘴13的周圍，由此便于燃氣與一次助燃空氣的 充分混合。進一步地，圖中一次助燃空氣入口 14處設(shè)置有旋流器，可以提供較強的旋流風(fēng)， 利于燃氣與一次助燃空氣的混合。
[0023] 如圖1所示，二次燃燒段20同樣構(gòu)造為中空的管段，二次燃燒段20連接于一次燃 燒段10的內(nèi)端部。優(yōu)選地，一次燃燒段10和二次燃燒段20可以形成為一體。如圖所示， 二次燃燒段20包括二次燃燒區(qū)21，二次燃燒區(qū)21與一次燃燒區(qū)12流體連通。由此燃料 完成一次燃燒后并不能充分燃燒，從一次燃燒區(qū)12進入到二次燃燒區(qū)21，在二次燃燒區(qū)21 內(nèi)進行二次燃燒。需要說明的是，二次燃燒區(qū)21的外側(cè)(也就是靠近一次燃燒區(qū))設(shè)置有二 次助燃空氣入口 22,用以提供二次助燃空氣，二次助燃空氣參與二次燃燒區(qū)內(nèi)的二次燃燒。
[0024] 采用本實用新型的燃燒器進行生產(chǎn)時，燃料分別在一次燃燒區(qū)12和二次燃燒區(qū) 21內(nèi)不充分燃燒，致使燃燒溫度低于理論燃燒溫度，特別是在一次燃燒區(qū)12中，燃料過濃， 一次燃燒過剩空氣系數(shù)小于1，致使燃燒溫度低于理論燃燒溫度，另外參與燃燒的氧氣濃度 低，同時火焰內(nèi)還存在N0的還原反應(yīng)，從而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0025] 如圖1所示，作為優(yōu)選的實施例，二次燃燒段20的側(cè)壁上設(shè)置爐膛煙氣通道23,爐 膛煙氣通道23流體連通二次燃燒段20的內(nèi)側(cè)與二次燃燒區(qū)21。從圖中可以看出，二次燃 燒區(qū)21的內(nèi)端部是敞開的，用于燃料二次燃燒的火焰以及高溫?zé)煔鈬娤驙t膛內(nèi)。而爐膛煙 氣通道23的設(shè)置可以在二次燃燒區(qū)中燃燒時能夠通過爐膛煙氣通道23卷吸燃燒爐的爐膛 煙氣進入到二次燃燒區(qū)21，因此爐膛煙氣的混入使得二次燃燒時的氧氣濃度降低，從而抑 制了燃料二次燃燒的火焰溫度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0026] 優(yōu)選地，如圖所示，爐膛煙氣通道23延伸至二次燃燒段20的外端部。圖中爐膛煙 氣通道23中的箭頭方向為爐膛煙氣的流向，由此使得從一次燃燒區(qū)12進入到二次燃燒區(qū) 21的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地降低燃燒火焰周圍的氧氣 濃度。進一步地，爐膛煙氣通道23與二次燃燒區(qū)21的連通處24朝向二次燃燒區(qū)21呈擴 口狀。圖中連通處24的箭頭方向為爐膛煙氣的流動方向，從而加快爐膛煙氣在二次燃燒區(qū) 21內(nèi)的擴散，利于二次燃燒區(qū)21內(nèi)氧氣濃度的降低。
[0027] 作為優(yōu)選的實施例，一次燃燒段10的側(cè)壁上沿軸線方向設(shè)置有與二次助燃空氣 入口 22連通的二次助燃空氣通道16。圖中二次助燃空氣通道16中的箭頭方向為二次助燃 空氣的流向，由此可以在一次燃燒段10的外側(cè)同時供給一次助燃空氣和二次助燃空氣，提 高助燃空氣供給的便利性。
[0028] 優(yōu)選地，混合區(qū)11的孔徑不大于一次燃燒區(qū)12的孔徑，可以保證在一次燃燒區(qū)燃 燒時一次燃燒段10不會承受過大的壓力。另外，混合區(qū)11構(gòu)造為自內(nèi)向外呈擴口狀。保 證燃料與一次助燃空氣在混合區(qū)能夠充分混合。此外，混合區(qū)11與一次燃燒區(qū)12的孔徑 的差距使得一次燃燒區(qū)的根部(靠近一次燃燒區(qū)的位置)形成一次煙氣回流區(qū)15,利于一次 燃燒的火焰穩(wěn)定。在采用旋流風(fēng)的一次助燃空氣的情況下，燃燒調(diào)節(jié)比得到提高。
[0029] 可以理解的是，如圖1所示，一次燃燒區(qū)12的孔徑小于二次燃燒區(qū)21的孔徑。由 于二次燃燒區(qū)21內(nèi)導(dǎo)入二次助燃空氣，甚至爐膛煙氣也會進入到其中，一次燃燒區(qū)12的孔 徑小于二次燃燒區(qū)21的孔徑可以保證二次燃燒段20不會承受過大的壓力。另外，如圖所 示，由于一次燃燒區(qū)12和二次燃燒區(qū)21的孔徑的差距使得二次燃燒區(qū)的根部(靠僅混合區(qū) 的位置）形成二次煙氣回流區(qū)25,從而利于二次燃燒的火焰穩(wěn)定，利于燃燒的調(diào)節(jié)。
[0030] 進一步地，燃氣噴嘴13為氮化硅結(jié)合碳化硅材料。燒嘴磚是高溫澆注材料。由此 提高了燃燒器的耐高溫能力。例如，最高使用溫度可達到1700°C。
[0031] 根據(jù)本實用新型的第二方面，還提供了一種燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括燃燒爐和 根據(jù)上文所述的燃燒器，燃燒爐的爐膛設(shè)置于二次燃燒段的內(nèi)側(cè)。當(dāng)采用這樣的燃燒系統(tǒng) 生產(chǎn)時，二次燃燒區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的燃燒火焰和高溫?zé)煔鈬娤驙t膛內(nèi)。對比現(xiàn)有技術(shù)，為了使得燃 燒爐的爐膛溫度達到1200°c，在空氣預(yù)混系數(shù)a=l的情況下采用本實用新型的燃燒器進行 高溫燃燒時NOx排放量低至500ppm，NOx的排放量降低90%。
[0032] 雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本實用新型進行了描述，但在不脫離本實用新型的范 圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本實用新型并不 局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃燒器，其特征在于，包括： 一次燃燒段，其構(gòu)造為中空的管段，并且包括流體連通的混合區(qū)和一次燃燒區(qū)，所述混 合區(qū)靠近所述一次燃燒段的外側(cè)； 二次燃燒段，其構(gòu)造為中空的管段并且連接于所述一次燃燒段的內(nèi)端部，其包括二次 燃燒區(qū)，所述二次燃燒區(qū)與所述一次燃燒區(qū)流體連通； 其中，所述混合區(qū)的外側(cè)設(shè)置有燃料入口和一次助燃空氣入口，所述二次燃燒區(qū)的外 側(cè)設(shè)置有二次助燃空氣入口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述二次燃燒段的側(cè)壁上設(shè)置有流體 連通所述二次燃燒段的內(nèi)側(cè)與所述二次燃燒區(qū)的爐膛煙氣通道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒器，其特征在于，所述爐膛煙氣通道延伸至所述二次燃 燒段的外端部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述爐膛煙氣通道與所述二次燃燒區(qū) 的連通處朝向所述二次燃燒區(qū)呈擴口狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述一次燃燒段的側(cè)壁上沿軸線方向 設(shè)置有與所述二次助燃空氣入口連通的二次助燃空氣通道。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述混合區(qū)的孔徑不大于所述一次燃 燒區(qū)的孔徑，并且所述混合區(qū)構(gòu)造為自內(nèi)向外呈擴口狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的燃燒器，其特征在于，所述一次燃燒區(qū)的孔徑小 于所述二次燃燒區(qū)的孔徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃料入口為燃氣噴嘴，所述一次助 燃空氣入口設(shè)置于所述燃氣噴嘴的周圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于，所述燃氣噴嘴為氮化硅結(jié)合碳化硅材 料，和/或者燒嘴磚是高溫澆注材料。
10. -種燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述燃燒系統(tǒng)包括燃燒爐和根據(jù)權(quán)利要求1至9中任 一項所述的燃燒器，所述燃燒爐的爐膛設(shè)置于所述二次燃燒段的內(nèi)側(cè)。
【文檔編號】F23D14/02GK203893179SQ201420163758
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】周紹芳 申請人:湖南巴陵爐窯節(jié)能股份有限公司