本發(fā)明屬于燃燒器及其相關(guān)的空氣-燃氣-煙氣混合裝置，具體涉及一種分段式燃燒的低氮燃燒頭。本發(fā)明涉及關(guān)聯(lián)的工業(yè)燃燒器，類型涵蓋包括安裝在燃燒室上的燃燒頭，燃料為天然氣，用于不帶有外部煙氣循環(huán)的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，氮氧化物（nox）是有毒有害氣體，其中燃燒過程中主要以熱力型氮氧化物為主，其特點是隨著火焰和燃燒區(qū)域的溫度升高，污染物氮氧化物的排放也呈指數(shù)級升高，如何控制降低燃燒的火焰溫度成為降低熱力型氮氧化物的主要技術(shù)手段。

2、煙氣循環(huán)技術(shù)是一種低氮燃燒技術(shù)，被廣泛用于鍋爐系統(tǒng)中，煙氣循環(huán)技術(shù)是利用燃燒產(chǎn)生的煙氣，主要成分是二氧化碳，水蒸汽和氮氣，通過循環(huán)方式將不可燃的煙氣再次輸送到燃燒區(qū)域內(nèi)，使得在發(fā)生燃燒的化學反應(yīng)過程中，可燃物和氧化劑被煙氣稀釋后再燃燒，以降低燃燒反應(yīng)的強度，降低火焰溫度，同時使得燃燒區(qū)域的溫度也下降，有效的減弱了氧氣與氮氣生成熱力型氮氧化物的條件，從而減少了氮氧化物的生成。

3、煙氣循環(huán)技術(shù)基本上分為煙氣外部循環(huán)和煙氣內(nèi)部循環(huán)兩類煙氣循環(huán)技術(shù)。煙氣外部循環(huán)是通過在鍋爐尾部煙氣出口處抽取一部分煙氣，將煙氣送入助燃空氣中，與助燃空氣混合后，一同進入燃燒區(qū)域；煙氣內(nèi)部循環(huán)是通過在鍋爐燃燒室內(nèi)部形成的回旋氣流，將煙氣在燃燒室內(nèi)部直接循環(huán)送入燃燒區(qū)域。內(nèi)外煙氣循環(huán)的區(qū)別，是指煙氣的循環(huán)是發(fā)生在燃燒室的內(nèi)部還是外部。很多情況是內(nèi)外循環(huán)結(jié)合使用，nox≤80mg/m3的內(nèi)循環(huán)技術(shù)比較成熟，結(jié)合外循環(huán)可以達到nox≤30mg/m3。

4、市場上廣泛使用的機型是附加煙氣外循環(huán)技術(shù)的擴散式燃燒器?，以此來降低氮氧化物的排放量。此種類型燃燒器的燃燒頭結(jié)構(gòu)相對比較簡單，運行較可靠。由于其工作原理是利用風機將煙氣進行循環(huán)燃燒，需要加大鼓風機的功率或使用煙氣循環(huán)風機，這造成了投資成本的增加。

5、此外，多數(shù)現(xiàn)場安裝的煙氣回流管道，連接到燃燒器鼓風機進風側(cè)，煙氣溫度較高，助燃空氣溫度較低，在兩者交匯時煙氣里的水蒸氣遇冷會凝結(jié)變成水，造成交匯處的腐蝕，嚴重時冷凝水進入燃燒器導致火焰檢測器感應(yīng)部件以及點火元件出現(xiàn)故障，產(chǎn)生安全隱患。另外冷凝水進入燃燒器機殼，對于鼓風機葉輪，燃燒器內(nèi)部零部件以及殼體本身造成侵蝕，影響了燃燒器的使用壽命。

6、市場上使用的煙氣內(nèi)循環(huán)機型，為了滿足降低氮氧化物的效果，通常要求鍋爐燃燒室的直徑足夠大，內(nèi)循環(huán)的回流空間充足，才可以保證足夠煙氣量的內(nèi)循環(huán)效果。加大燃燒室尺寸，造成了鍋爐成本的大幅增加。

7、這些煙氣再循環(huán)型燃燒器，利用將煙氣通過循環(huán)方式送入燃燒區(qū)域，雖然達到了降低氮氧化物的目的，但是在追求更低排放指標的情況下，必須加大煙氣的循環(huán)量，使燃燒火焰的強度進一步降低，這些做法會造成燃燒穩(wěn)定性的下降，容易出現(xiàn)燃燒喘動，火焰不穩(wěn)定，伴隨燃燒器運行的故障率上升。

8、在專利號為de?3811477?a1的專利文件中記載，對于燃氣燃燒器，燃氣與空氣混合在燃燒室入口處，燃氣通過一些混合管進入。其中燃氣直接經(jīng)由混合氣管及其噴嘴送入燃燒室入口，與助燃空氣混合進入燃燒室。燃氣管出口在燃燒器混合腔內(nèi)按照發(fā)散方向分布在不同的切面。

9、在de?195?09?219的專利文件中記載的是一種方式及其燃燒器的燃燒頭，關(guān)于燃料氣燃燒的同時供應(yīng)助燃空氣，利用帶非活性氣體降低氮氧化物，其中燃料氣分兩級，一級疊加在另一級后面，在助燃空氣的流動方向上由火焰的根部吹入，第一級超化學反應(yīng)比的助燃空氣與燃料氣的混合氣體流向火焰，補充的燃料氣在第二級切面加入，在哪里循環(huán)回來的煙氣作為非活性氣體加入到第二級，一部分的燃燒氣體注入第二級與循環(huán)煙氣形成低于化學反應(yīng)比的混合氣體，在到達火焰前進行混合。

10、專利ep?0?635?676的記載的是一種方法用在液體燃料或者氣體燃料的低nox燃燒裝置，所用燃燒器伸入到鍋爐的燃燒室中，它的燃燒器火焰筒中至少有一個燃料噴嘴用于供應(yīng)燃料并鄰近穩(wěn)焰盤，這種方法將大量的燃氣由穩(wěn)焰盤向外送到火焰筒的內(nèi)壁區(qū)域，在火焰筒與穩(wěn)焰盤間隙流過的快速氣流會在火焰筒的前緣處產(chǎn)生負壓，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的煙氣而通過內(nèi)部循環(huán)，被送到了該負壓區(qū)，火焰筒上有多個深入到負壓區(qū)的導流尖角。

11、中國專利cn112178626b?記載了一種內(nèi)循環(huán)低氮燃氣燃燒器?，旋流器套設(shè)在第一燃氣管的一端，環(huán)形燃氣頭套設(shè)在旋流器的外側(cè)并與旋流器間隙配合?，第二燃氣管向環(huán)形燃氣頭輸送燃氣，分流管套設(shè)在環(huán)形燃氣頭的外側(cè)，隔流件套?設(shè)在分流管的外側(cè)，并與分流管形成煙氣通道。多組內(nèi)圈燃氣組件位于煙氣通道內(nèi)，多組外圈燃氣組件安裝在隔流件的周側(cè)。分流管用于分流空氣形成混煙用空氣以及混燃用空氣，混煙用空氣流經(jīng)煙氣通道時在進煙口處產(chǎn)生負壓，從而吸入燃燒室內(nèi)的煙氣，并重新參與燃燒。由于利用真空直接回收煙氣的方式，不但省去了煙氣通道，消除了安全隱患，而且降低了使用成本?。

12、中國專利cn107120652記載了一種分級燃氣低氮燃燒器，涉及燃燒器技術(shù)領(lǐng)域。分級燃氣低氮燃燒器包括分配器、導流盤、點火電極、點火燃料管和燃燒筒體。分配器用于給燃氣和空氣提供流動路徑，包括本體、多個燃氣噴管、燃氣分配環(huán)和多個空氣分配管。本體為帶有第一夾層的筒體，燃氣通過本體進入燃氣管后由燃氣分配環(huán)噴出。空氣流經(jīng)本體的中空部、空氣分配管和分配器外側(cè)形成空氣流動路徑，給燃氣提供助燃氣體。cn107120652的分配環(huán)厚度較薄，圖中所示不大于燃氣分配孔的4倍直徑，只是將燃氣作為內(nèi)外圈分配，并沒有將空氣分隔的功能。cn107120652的導流盤對于多個空氣分配管導入的空氣進行導流，形成旋轉(zhuǎn)空氣氣流，主體是空氣，未設(shè)置燃氣分配裝置。

13、上述已知的這些專利方法和結(jié)構(gòu)要想實現(xiàn)日益增加的對于燃燒設(shè)備降低污染物排放的需求是不夠的，尤其是當法律規(guī)定要求達到的氮氧化物的排放指標進一步降低時，這些方法和結(jié)構(gòu)是有限的，還是存在氮氧化物過高或燃燒不穩(wěn)定的問題，難以滿足環(huán)保排放標準的要求。

14、本發(fā)明利用分階段燃燒的概念，將燃燒分段控制，初階段采用富氧貧燃的原理來控制氮氧化物的產(chǎn)生，次階段利用內(nèi)循環(huán)煙氣，以及初階段燃燒產(chǎn)生的煙氣和熱量，為次階段燃燒創(chuàng)造一個，滿足次級燃燒所需助燃空氣被稀釋和預(yù)熱，燃料也被稀釋和預(yù)熱的條件，使得次階段燃燒擴散到更大的空間，以類似無焰燃燒的方式進行，這種擴散后，更加均勻的燃燒，避免出現(xiàn)局部高溫，使得氮氧化物的生成被抑制，從而實現(xiàn)了整體的低氮燃燒。

15、本發(fā)明最為重要和不同的是，創(chuàng)新發(fā)明了燃料的分級分布方式，有效的將燃燒分成兩個階段進行，即充分發(fā)揮了富氧貧燃降氮的初階段燃燒效果，又利用次階段煙氣內(nèi)循環(huán)燃燒消耗掉初階段的過多的過?？諝?，在確保低氮排放的同時，避免了大部分預(yù)混燃燒器，空氣過剩系數(shù)高，效率低的問題，解決了大部分煙氣內(nèi)循環(huán)燃燒器在更低氮氧化物指標排放要求下，出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種穩(wěn)定安全?、結(jié)構(gòu)緊湊、高效環(huán)保的分段式燃燒的低氮燃燒頭?。

2、一種分段式燃燒的低氮燃燒頭，其包括燃氣分配器、空氣導風盤、燃氣集散器以及中心燒頭，其中所述燃氣分配器為圓筒形，其包括圓筒形外殼，所述圓筒形外殼的一端與燃燒器法蘭相連接，所述圓筒形外殼另一端內(nèi)設(shè)有圓環(huán)形腔體，所述空氣導風盤為中空的圓錐形，所述空氣導風盤的導風盤外緣與所述圓環(huán)形腔體朝向燃燒室一端的端部內(nèi)緣相連接，所述導風盤外緣與所述燃燒室前墻內(nèi)壁處于同一平面，所述中心燒頭從所述空氣導風盤中空的導風盤內(nèi)緣中心孔穿出伸入所述燃燒室內(nèi)，所述圓環(huán)形腔體一端與所述燃氣集散器連接，其另一端與多個燃氣噴嘴管連接，所述燃氣噴嘴管包括直管形噴嘴管和折彎形噴嘴管，所述直管形噴嘴管和折彎形噴嘴管間隔排列，所述折彎形噴嘴管的出口端抵靠在所述中心燒頭的圓筒外壁上，所述直管形噴嘴管伸入燃燒室內(nèi)部，其中所述折彎形噴嘴管向燃燒頭中心分配初級燃氣，所述直管形噴嘴管伸入燃燒室，從而向燃燒室中后部分配次級燃氣。

3、進一步地，所述燃氣集散器包括中心燃氣接管和外圈燃氣接管，所述中心燃氣接管和外圈燃氣接管的進口端連接燃氣主管，所述中心燃氣接管出口端與所述中心燒頭連接，所述外圈燃氣接管出口端與所述圓環(huán)形腔體相連接。

4、進一步地，所述所述外圈燃氣接管為多根，環(huán)形均勻分布連接到所述圓環(huán)形腔體。

5、進一步地，所述圓環(huán)形腔體與所述燃氣噴嘴管連接的端面設(shè)有多個均勻分布圓形開孔，用以連接所述燃氣噴嘴管，形成燃氣通道，所述圓筒形外殼與所述空氣導風盤連接所圍成的內(nèi)部空間形成助燃空氣的流通通道。

6、進一步地，所述折彎形噴嘴管和直通噴嘴環(huán)形均勻分布連接到所述圓環(huán)形腔體，可以通過改變所述折彎形噴嘴管和直通噴嘴的數(shù)量來調(diào)整初級燃氣量和次級燃氣量的分配。

7、進一步地，所述折彎形噴嘴管和直通噴嘴環(huán)形均勻分布連接到所述圓環(huán)形腔體，可以通過改變所述折彎形噴嘴管和直通噴嘴出口開孔大小來調(diào)整初級燃氣量和次級燃氣量的分配。

8、進一步地，所述導風盤內(nèi)緣與所述中心燒頭之間形成有供助燃空氣的流通環(huán)形空隙通道。

9、進一步地，所述中心燒頭包括中心燃氣管和袖筒，所述袖筒套設(shè)在所述中心燃氣管外，所述中心燃氣管的出口端設(shè)有燃氣分配孔和空氣旋流器，出口末端設(shè)置有穩(wěn)焰擋片，所述中心燃氣管與所述燃氣集散器的中心燃氣接管相連接。

10、綜上所述，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用分階段燃燒的概念，將燃燒分段控制，初階段采用富氧貧燃的原理來控制氮氧化物的產(chǎn)生，次階段利用內(nèi)循環(huán)煙氣，以及初階段燃燒產(chǎn)生的煙氣和熱量，為次階段燃燒創(chuàng)造一個滿足次級燃燒所需助燃空氣被稀釋和預(yù)熱，燃料也被稀釋和預(yù)熱的條件，使得次階段燃燒擴散到更大的空間，以類似無焰燃燒的方式進行，這種擴散后，更加均勻的燃燒，避免出現(xiàn)局部高溫，使得氮氧化物的生成被抑制，從而實現(xiàn)了整體的低氮燃燒。

11、本發(fā)明創(chuàng)新發(fā)明了燃料的分級分布方式，有效的將燃燒分成兩個階段進行，即充分發(fā)揮了富氧貧燃降氮的初階段燃燒效果，又利用次階段煙氣內(nèi)循環(huán)燃燒消耗掉初階段的過多的過?？諝?，在確保低氮排放的同時，避免了大部分預(yù)混燃燒器，空氣過剩系數(shù)高，效率低的問題，解決了大部分煙氣內(nèi)循環(huán)燃燒器在更低氮氧化物指標排放要求下，出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定問題。