撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種低氮氣體燃燒器，尤其涉及一種撞擊流部分預混低氮氣體燃 燒器。
【背景技術】
[0002] 氮氧化物（NOx)是大氣的主要污染源之一，它不僅可以形成酸雨或者酸霧，也是 PM2. 5二次顆粒物的重要前驅物。隨著環(huán)境污染不斷加劇，我國重點區(qū)域頻繁出現霧霾，已 經對人們的健康造成了巨大的危害。隨著天然氣、石油液化氣以及煤合成氣的燃燒利用，氣 體燃燒的污染問題，尤其降低NOx的排放，是一項刻不容緩的任務。因此，控制天然氣燃燒 過程中NOx的產生具有重要意義。
[0003] 燃燒理論將NOx的生成分為熱力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。天然氣中含 氮量較低，NOx來源主要為熱力型NOx與快速型NOx。熱力型NOx是指燃燒所用空氣中N2 在高溫下氧化生成NOx ;在熱力型機理中，溫度是支配NOx生成的關鍵性變量。當溫度低于 1500°C時，熱力NOx的生成量很少；高于1500°C時，溫度每升高100°C，反應速度將增大6~7 倍?？焖傩蚇Ox -般是碳氫自由基與氮分子進行反應形成胺或氰基化合物，主要在當量比 大于1的區(qū)域生成，其反應溫度也低于熱力型NOx。
[0004] 低氮燃燒技術包括分級燃燒、預混燃燒、煙氣再循環(huán)、多孔介質燃燒、無焰燃燒、化 學鏈燃燒等技術。
[0005] 分級燃燒技術的原理為燃燒溫度在當量比為1的情況下達到最高，在貧燃或者富 燃的情況下進行燃燒，其燃燒溫度比當量比為1的燃燒溫度要低，能合理分配爐內的溫度 場分布，避免出現局部高溫，達到降低NOx生成的效果。
[0006] 預混燃燒是一種降低NOx生成的有效技術。對于控制NOx的生成，這項技術的優(yōu) 點是可以通過對當量比的完全控制來實現對燃燒溫度的控制。通過貧燃燃燒使得燃燒溫度 降低，同時使得混合物的當量比小于1，這樣熱力型NOx和快速型NOx生成將降低。但是預 混燃燒技術未廣泛應用的限制因素在于：燃燒不穩(wěn)定，可能導致回火或者熄火；過?？諝?系數較大，降低系統(tǒng)熱效率。
[0007] 燃燒溫度的降低也可以通過煙氣再循環(huán)來實現，通過將煙氣的燃燒產物加入到燃 燒區(qū)域內，降低了燃燒溫度，同時加入的煙氣降低了氧氣的分壓，這將減弱氧氣與氮氣生成 熱力型NOx的過程，從而減少了 NOx的生成。研究表明，外部煙氣再循環(huán)將減少70%的NOx 生成。煙氣再循環(huán)的主要問題在于氧氣分壓降低、空氣流速增加使得燃燒不穩(wěn)定，出現熄 火、震蕩等現象。
[0008] 按照低氮燃燒工業(yè)應用技術的發(fā)展階段，可大體將之分為三個發(fā)展階段：第一， 采用分級燃燒技術，可將NOx的排放濃度控制在100mg/m3,但該項技術可能造成CO排放 濃度明顯上升；第二，采用煙氣再循環(huán)技術，可將NOx的排放濃度控制在60~80mg/m3,根據 煙氣循環(huán)比例排放水平差異較大，該項技術成本較低，且適于改造升級，但對于快速型NOx 的控制沒有效果，并且增大了風機電耗；第三，預混燃燒技術，可將NOx的排放濃度控制 10~60mg/m3,根據環(huán)保標準的要求在一定范圍內可調，該項技術成本較低，適于新建項目， 但對于整體熱效率稍有影響（以低位發(fā)熱量計，約1~2%左右)，即NOx排放濃度越低，熱效率 越低，同時也存在安全性問題。 【實用新型內容】
[0009] 有鑒于此，確有必要提供一種熱效率高、NOx排放濃度較低、燃燒穩(wěn)定的撞擊流部 分預混低氮氣體燃燒器。
[0010] -種撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器，其包括燃燒頭，該燃燒頭包括一圓柱形空 氣流道；一設置在該圓柱形空氣流道內部的旋流器，該旋流器包括外環(huán)、內環(huán)、設置在該外 環(huán)和內環(huán)之間的旋流片以及設置在內環(huán)中心孔的中心鈍體；一設置在燃燒器旋流器的外側 且位于該圓柱形空氣流道內部的燃料噴管，該燃料噴管包括燃料管以及設置于該燃料管側 面的燃料噴口。
[0011] 在一些實施方式中，在所述撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器出口進一步設置有二 次燃料噴口，該二次燃料噴口分布在所述撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器出口的圓環(huán)上。
[0012] 在另一些實施方式中，在所述撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器出口設置有穩(wěn)焰 段，該穩(wěn)焰段為所述二次燃料出口的圓環(huán)向遠離所述撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器延長 的那一段。
[0013] 在另一些實施方式中，所述二次燃料噴口的數量為10-40個，直徑為2-6mm，占總 燃料比例為20-80%。
[0014] 在另一些實施方式中，所述旋流片的個數為10-20個。
[0015] 在另一些實施方式中，所述旋流片的傾斜角度范圍為10-30 °。
[0016] 在另一些實施方式中，所述內環(huán)和外環(huán)的直徑比為1:3。
[0017] 在另一些實施方式中，所述燃料管的根數為5-32根。
[0018] 在另一些實施方式中，所述各個燃料管的頂面設置有燃料噴口。
[0019] 在另一些實施方式中，所述燃料噴口距離所述外環(huán)的距離為該燃料噴口直徑的 1-10 倍。
[0020] 與現有技術相比較，本實用新型所提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器，通過 燃料分級、撞擊流混合來控制燃燒與氧混合的時間和混合分數的空間分布，從而控制燃燒 速率、火焰區(qū)域的溫度以及反應物在高溫區(qū)的停留時間，最終有效地降低熱力型和快速型 NOx的生成，實現NOx生成小于50mg/Nm3 (@3. 5%02)。該發(fā)明結合了撞擊流部分預混和旋流 度對燃燒火焰的控制，可滿足較高煙氣再循環(huán)條件下的火焰穩(wěn)定性，從而把NOx生成降低 到小于20mg/Nm 3 (03. 5%02)的超低排放水平，同時也具有較強的燃料適應性。
[0021] 本實用新型所提供的燃料分級部分預混旋流撞擊流氣體燃燒器，結構合理、燃料 適應性廣、燃燒效率高、污染物排放小，燃燒穩(wěn)定，適合于工業(yè)爐、重整器以及燃氣輪機燃燒 使用。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實用新型第一實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器的立體結 構示意圖。
[0023] 圖2是本實用新型實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器的主視圖。
[0024] 圖3是本實用新型實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器旋流器的主視 圖。
[0025] 圖4是本實用新型實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器燃料管布置示 意圖。
[0026] 圖5~圖10是本實用新型實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器燃料噴口 位置、形狀以及排列方式的示意圖。
[0027] 圖11是本實用新型第二實施例提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器的立體結 構示意圖。
[0028] 主要元件符號說明
[0030] 如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本實用新型。
【具體實施方式】
[0031] 下面將結合附圖及具體實施例，對本實用新型提供的撞擊流部分預混低氮氣體燃 燒器作進一步的詳細說明。
[0032] 請參閱圖1，本實用新型實施例提供一撞擊流部分預混低氮氣體燃燒器10,該撞 擊流部分預混低氮氣體燃燒器10包括燃燒頭20以及前部流道30,該燃燒頭20和前部流道 30連接在一起并連通。
[0033] 所述燃燒頭20包括圓柱形空氣流道21、設置在該圓柱形空氣流道21內部的旋流 器22、設置在旋流器22的外側且位于該圓柱形空氣流道21內部的燃料噴管23。所述前部 流道30包括空氣入口 31、設置于空氣入口之后的空氣前導流片32和空氣后導流片33、空 氣入口段34以及空氣縮口段35,所述圓柱形空氣流道21設置在所述空氣縮口段35。
[0034] 請一并參閱圖2和圖3,所述旋流器22包括外環(huán)220、內環(huán)222、設置在該外環(huán)220 和內環(huán)222之間的旋流片221以及設置在內環(huán)中心孔的中心鈍體223。旋流器22的主要功 能在于提供不同的風量及氣體旋流數。旋流器風量的大小可以調整外環(huán)220與內環(huán)222的 比例、外環(huán)220的大小來優(yōu)化，經過優(yōu)化認為內環(huán)222和外環(huán)220的直徑比為1:3為最佳。 在本實施例中，內環(huán)222和外環(huán)220的直徑比為1:3。旋流數的大小可以通過調整旋流片 221的個數、旋流片221的傾斜角度來優(yōu)化。旋流片221的個數為10-20個，旋流片221的 傾斜角度范圍為10-30 °。在本實施例中，所述旋流片221的個數為32個，旋流片221的傾 斜角度范圍為20 °。中心鈍體223可以根據不同的燃燒情況制成相應的大小及形狀，如圓 形、方形、六邊形、長方形、十字形和橢圓形來控制燃燒器出口的流場。在本實施例中，所述 中心鈍體223為圓形。通過調節(jié)以上參數，可以使得燃燒器出口產生穩(wěn)定的回流區(qū)，實現本 實施例的第一種低氮燃燒原理。
[0035] 請一并參閱圖4,燃料噴管23的布置方式采用燃料高速撞擊旋流器表面產生的 "撞擊流"，以達到快速混合的效果。燃料噴管23包括燃料管230和燃料噴口 231，該燃料噴 口 231設置于所述燃料管230的側面或所述燃料管230的側面和頂面。所述燃料管230的 分散布置使得燃料在空間上有了濃淡分布，燃料噴口附近當量比大于1，兩個燃料噴口之間 當量