一种低热值燃料气燃烧器的制作方法

2021-03-02 16:03:13|

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[0001]
本实用新型涉及燃烧器技术领域，特别涉及一种工业技术领域的高强力低热值燃料气低氮氧化物燃烧器。

背景技术：

[0002]
在工业领域中低热值燃料气的充分燃烧是一个具有挑战性的课题，由于这些燃料气的热值低，导致使该燃料气在传统的燃烧器内不能得到稳定的火焰。因此，如何对低热值燃料气进行燃烧，实现低热值燃料气的充分利用，便成了本领域亟需解决的技术问题。
[0003]
在燃料气燃烧过程中，往往会产生氮氧化物；燃烧燃料气过程中产生的no
x
可以分为三类，热力型no
x
，快速型no
x
及燃料型no
x
。
[0004]
热力型no
x
指是空气中的氮气在高温下氧化而生成的no
x
；快速型no
x
指的是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团反应生成的no
x
；燃料型no
x
指的是燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而生成的no
x
。
[0005]
火焰中生成no及no2的最重要的反应如下：
[0006]
n2和o2反应生成no：
[0007]
n2+o2＝2no
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]
及no同o2反应生成no2：
[0009]
2no+o2＝2no2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0010]
其中，反应(1)、反应(2)均为可逆反应。
[0011]
随着温度的升高，上述反应(1)中的no的平衡浓度会显著增加，大约在1093-1371℃开始反应速度会非常快，通常可以用降低火焰温度及减少高温时的停留时间的方法来减低no
x
的生成。
[0012]
从而本申请不仅仅着眼于解决对低热值燃料气进行燃烧的问题，更重要的是在燃烧低热值燃料气的过程中，如何降低氮氧化物的生成量，实现低氮氧化物排放。

技术实现要素：

[0013]
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种低热值燃料气燃烧器，以解决对低热值燃料气进行燃烧的问题，以及在燃烧低热值燃料气的过程中，如何降低氮氧化物的生成量的问题。
[0014]
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0015]
一种低热值燃料气燃烧器，包括壳体、点火器、进气管、一次空气第一通道、一次空气第二通道，壳体的内部具有燃烧室，壳体的一端设置与燃烧室直接连通的锥形口；所述一次空气第二通道上设置导管，所述导管的一端与一次空气第二通道连通，所述导管的另一端穿过锥形口并延伸至燃烧室的入口，所述一次空气第一通道设在导管的外部，且一次空气第一通道与锥形口配合，所述进气管的出气端设在导管的内部，且进气管的出气口延伸至燃烧室的入口。
[0016]
进一步的，所述一次空气第一通道内设置第一旋流装置，所述一次空气第二通道内设置第二旋流装置，所述进气管的出气口上设置第三旋流装置。
[0017]
进一步的，所述壳体上设置二次空气入口，所述二次空气入口与控温腔体连通。
[0018]
进一步的，所述燃烧室包括燃烧段、扩口段，所述燃烧段的一端与锥形口连通，所述燃烧段的另一端与扩口段连通。
[0019]
进一步的，所述壳体与燃烧段的耐火层外壁之间形成控温腔体，所述扩口段的耐火层上设置控温口，且二次空气入口、控温腔体、控温口、扩口段依次连通。
[0020]
进一步的，所述进气管与燃烧室同心设置。
[0021]
进一步的，所述壳体在远离锥形口的一端为敞口结构，且所述壳体在远离锥形口的一端上设置法兰，所述壳体通过法兰与燃烧器的下游设备进行对接。
[0022]
进一步的，所述燃烧室内部设置有耐火层。
[0023]
进一步的，所述点火器的点火端设置在导管的内部。
[0024]
进一步的，所述壳体上设置火焰检测器以及观测孔。
[0025]
相对于现有技术，本实用新型所述的一种低热值燃料气燃烧器具有以下优势：
[0026]
本实用新型所述的一种低热值燃料气燃烧器，通过在燃烧器上设置两个空气通道，在对低热值燃料气进行燃烧时，能够及时根据低热值燃料气的燃烧状况，对通入的助燃空气量进行两级调节，能够将低热值燃料气进行持续且稳定地燃烧，能够实现在不用伴烧其他燃料的前提下充分燃烧低热值高于880kcal/m3的燃料气；
[0027]
同时，本申请通过两级助燃空气量的调节以确保加入适量的空气，也能够有效地控制燃烧温度，通过控制温度使氮氧化物的相关反应趋向于逆向进行，有利于抑制no
x
的生成，降低氮氧化物的生成量，有利于减少氮氧化物的排放，减小对环境的污染。
附图说明
[0028]
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
[0029]
图1为本实用新型实施例所述的一种低热值燃料气燃烧器的结构示意图。
[0030]
附图标记说明：
[0031]
壳体1，点火器2，进气管3，第三旋流装置4，一次空气第一通道5，第一旋流装置6，控温腔体7，一次空气第二通道8，第二旋流装置9，导管10，二次空气入口11，耐火层12，法兰13，燃烧室14，燃烧段15，扩口段16，控温口17，锥形口18。
具体实施方式
[0032]
下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的实用新型概念。然而，这些实用新型概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。
[0033]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0035]
为了解决对低热值燃料气进行燃烧的问题，本申请提出一种低热值燃料气燃烧器，如附图1所示：
[0036]
所述燃烧器包括壳体1、点火器2、进气管3、一次空气第一通道5、一次空气第二通道8，壳体1的内部具有燃烧室14，壳体1的一端设置与燃烧室14直接连通的锥形口18，所述一次空气第一通道5内设置第一旋流装置6，所述一次空气第二通道8内设置第二旋流装置9；
[0037]
所述一次空气第二通道8上设置导管10，所述导管10的一端与一次空气第二通道8连通，所述导管10的另一端穿过锥形口18并延伸至燃烧室14的入口；从而一次空气第二通道8中的空气经过第二旋流装置9产生旋流空气，经过导管10流入燃烧室14的燃烧段15中；
[0038]
所述一次空气第一通道5设在导管10的外部，且一次空气第一通道5与锥形口18配合；从而一次空气第一通道5中的空气经过第一旋流装置6产生旋流空气，经过导管10外壁与锥形口18之间的通道，流入到燃烧室14的燃烧段15中；
[0039]
所述进气管3的出气端设在导管10的内部，且进气管3的出气口延伸至燃烧室14的燃烧段15的入口，所述进气管3的出气口上设置第三旋流装置4；所述点火器2的点火端设置在导管10的内部，且所述点火器2具有伸缩结构，在需要点火时，点火器2伸长进入燃烧室14的燃烧段15中进行点火引燃，在正常燃烧过程中，点火器2缩回，使点火器2远离温度较高的燃烧室14的燃烧段15，以避免高温对点火器2造成损坏。
[0040]
其中，所述第一旋流装置6、第二旋流装置9、第三旋流装置4均为市面上能够购置的常规旋流器，具有常规的旋流叶片，鉴于其均为现有技术中的常规结构、部件，在此不进行赘述。
[0041]
在燃烧过程中，通过一次空气第一通道5、一次空气第二通道8调控助燃空气量，助燃空气分为两股分别进入燃烧室14的燃烧段15中，一次空气第一通道5中的助燃空气以旋流方式沿锥形口18进入燃烧室14的燃烧段15中，一次空气第二通道8中的助燃空气以旋流方式沿导管10进入燃烧室14的燃烧段15中；在第三旋流装置4的作用下，低热值燃料气通过进气管3以旋流状态进入燃烧室14的燃烧段15中，从而空气、燃料气的旋流状态在燃烧室14的燃烧段15内形成一个强烈的旋流流场，使得燃烧室14的燃烧段15的中心形成一个低压区；燃烧室14的燃烧段15的低压使得部分炉气又被抽回燃烧室14的燃烧段15，使得燃料气与炉气在燃烧室14的燃烧段15内形成一个搅拌型的二次混合。其中，回流的炉气和旋流喷出的助燃空气、燃料气相互作用在燃烧室14的燃烧段15内充分混合，在气流交汇的区域形成一个减速区域，这个减速区域使得燃料气与助燃空气在一个低剪切力区域内相互扩散而充分混合，所以在这一区域所形成的火焰非常稳定，这样也为燃烧室14的燃烧段15内其它部分的火焰提供了一个稳定的基础。由于燃料气和空气的这种充分混合加快了燃烧反应速度，并缩短了火焰的长度，从而燃料气和空气在燃烧室14的燃烧段15内这种强力的混合以及所形成的稳定的火焰根部，使得燃烧器在高效率燃烧时不会产生火焰不稳定的问题。
[0042]
本申请通过在燃烧器上设置两个空气通道，在对低热值燃料气进行燃烧时，能够及时根据低热值燃料气的燃烧状况，对通入的助燃空气量进行两级调节，能够将低热值燃料气进行持续且稳定地燃烧，能够实现在不用伴烧其他燃料的前提下充分燃烧低热值高于880kcal/m3的燃料气；
[0043]
同时，本申请通过两级助燃空气量的调节以确保加入适量的空气，也能够有效地
控制燃烧温度，通过控制温度使氮氧化物的相关反应趋向于逆向进行，有利于抑制no
x
的生成，降低氮氧化物的生成量，有利于减少氮氧化物的排放，减小对环境的污染。
[0044]
对于燃烧器而言，所述壳体1在远离锥形口18的一端为敞口结构，且所述壳体1在远离锥形口18的一端上设置法兰13，所述壳体1通过法兰13与燃烧器的下游设备进行对接。
[0045]
对于所述燃烧室14而言，其内部设置有耐火层12，即利用常规的耐火材料作为耐火层结构；所述燃烧室14包括燃烧段15、扩口段16，所述燃烧段15内部也设置有耐火层12，所述燃烧段15的一端与锥形口18连通，所述燃烧段15的另一端与扩口段16连通；
[0046]
其中，燃烧段15、扩口段16均能为燃烧过程提供燃烧空间，但为了对燃烧室14内的燃烧温度进行进一步调节，所述燃烧器上还设置有控温结构，具体的：
[0047]
所述壳体1上设置二次空气入口11，所述二次空气入口11与燃烧室14连通，使得二次空气在燃烧室的下游壳体上进入燃烧区域，用于将燃烧器外部的低温空气引入到燃烧室14内，以对燃烧室14内的燃烧温度进行进一步调节；
[0048]
优选的，所述壳体1与燃烧段15的耐火层12外壁之间形成控温腔体7，所述扩口段16的耐火层12上设置控温口17，且二次空气入口11、控温腔体7、控温口17、扩口段16依次连通；所述二次空气入口11可以是进风开口，也可以是进风管路，同样的，所述二次空气入口11也可以包括风机，用于为进风过程中的空气流动提供动力；
[0049]
从而在燃烧过程中，若燃烧室14内的燃烧温度较高，或进入下游设备中的炉气温度较高时，可以使燃烧器外部的低温空气依次通过二次空气入口11、控温腔体7、控温口17，引入到扩口段16中，对燃烧室14内的燃烧温度或炉气温度进行适当调节，一方面能够进一步控制燃烧温度，抑制no
x
的生成，降低氮氧化物的生成量，另一方面能够满足下游设备对炉气温度的需求。
[0050]
此外，在所述燃烧器上，所述进气管3与燃烧室14同心设置，有利于燃料气的均匀分布及燃烧，确保燃烧室14内温度均匀分布，避免温差过大的情况发生；
[0051]
同时，为了便于获知燃烧器内部的燃烧情况，所述壳体1上设置火焰检测器以及观测孔，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。
[0052]
除此之外，所述燃烧器内也可以将烟气作为循环介质代替空气，作为优选的，所述一次空气第一通道5和一次空气第二通道8中的任一个，以及二次空气入口11均可以通入烟气作为循环介质，代替空气的使用，以确保充分燃烧，有利于节省燃料。
[0053]
根据以上对燃烧器进行的介绍，本申请的燃烧器具有以下特性：
[0054]
高度稳定的火焰；
[0055]
对燃料气的热值要求低，可以适应燃料气成分及热值的不稳定性，可以在不用伴烧其他燃料的前提下充分燃烧低热值高于880kcal/m3的燃料气；
[0056]
设备的调节比高，可以达到10:1；
[0057]
整套设备内无活动元件，基本上无须维护。设备寿命长达25年以上；
[0058]
没有火焰冲击现象，耐火材料为自冷却式，燃烧器不需预热即可安全启动；
[0059]
一次风两股中的一股及二次风可以用再循环烟气来替代以达到节省燃料的目的；
[0060]
炉膛燃烧室的设计使得低热值燃料气得以充分地燃烧，燃烧率接近100％，而且火焰将控制在炉膛燃烧室之内，在下游设备设计时不用担心火焰冲击问题；
[0061]
炉膛燃烧室出来的火焰温度分布十分均匀，同一截面内的气体温度差异在
±
25℃
之间。
[0062]
可以达到no
x
低于40mg/m3及一氧化碳低于50mg/m3排放(3％o2干基)，能够最大程度减小对环境的污染。
[0063]
同时，本申请在所述燃烧器的基础上，提出一种燃烧器的使用方法，以确保燃料气充分燃烧，所述方法包括以下步骤：
[0064]
s1、利用法兰13将燃烧器与下游设备连接；
[0065]
s2、开启第一旋流装置6、第二旋流装置9，使助燃空气以旋流方式进入燃烧器，点火器2点燃；
[0066]
s3、开启第三旋流装置4，引入燃料气，燃料气被点火器2引燃；
[0067]
s4、分别调控二次空气入口11、第一旋流装置6、第二旋流装置9，对助燃空气量、控温进气量进行调节，以实现低氮燃烧，并达到在燃烧炉出口的所需工艺参数。
[0068]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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