一种低氮氧化物排放的混合燃烧器的制作方法

本发明涉及一种燃烧器，尤其是一种低氮氧化物排放的混合燃烧器。

背景技术：

燃烧器是将适量的燃料和所需的空气送入炉膛，实现稳定燃烧的专用设备，燃烧器应满足如下基本要求方可良好的运行：组织良好的空气动力场，使空气与燃料适时适量混合，燃料及时着火、稳定燃烧；燃烧器要运行稳定可靠；燃烧过程中不易烧损和磨损，气流不贴壁，炉内温度场、热负荷相对均匀、稳定等；燃料适应性和负荷调节性好，风速风量便于准确调节；便于调节操作并实现自动控制，包括自动点火、火焰检测、灭火保护等；另外要实现低污染物排放，其中最重要的是降低氮氧化物的排放。对于工业燃烧应用领域，采用燃烧手段降低nox排放的方法通常根据锅炉（或工业炉窑）的结构、燃料种类、燃烧方法、使用状态等分别采用不同的方法来实现，目前使用较多的方法包括：燃料分级燃烧、空气分级燃烧、混合分级燃烧、表面燃烧、烟气再循环燃烧技术等。

氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括no、no2、n2o、n2o3、n2o4、n2o5等多种氮的氧化物。氮氧化物的危害性主要表现在三个方面：①对人体健康的直接危害，no能使人中枢神经麻痹和窒息死亡；no2会造成哮喘和肺气肿，破坏心肺肝肾及造血组织，甚至致人死亡。②氮氧化物在阳光的照射下参与光化学反应，形成光化学烟雾，进而生成酸雨，造成环境污染。③氧化二氮n2o是一种温室气体，会破坏大气平流层中的臭氧层。

为降低化石燃料在燃烧过程中产生的氮氧化物，工程技术人员进行了广泛的探索和实践，针对不同的燃料和燃烧装置形成了原理相通但方法不同的燃烧技术，其中使用较多的方法包括：燃料分级燃烧、空气分级燃烧、混合分级燃烧、表面燃烧、烟气再循环燃烧等。除低氮燃烧技术外，还可采用脱硝技术或吸附技术降低炉膛的nox排放。脱硝技术是采用碱性气体（主要是nh3）在催化剂表面与燃烧生成的氮氧化物发生还原反应，将nox还原为n2和h2o的过程。脱销技术需要消耗大量的氨气，采用氨水或尿素制备氨溶液并使之蒸发产生氨气，系统复杂，投资大，使用成本高。另外氨水和尿素在运输贮存过程中存在安全隐患，在脱销装置中使用会发生氨逃逸，催化剂废弃物会产生二次污染等问题。因此采用燃烧的方法降低氮氧化物是最有效、最安全、投资及使用成本最低的方法。行业内广大技术工作者通过理论、试验、摸索已开发出多种低氮燃烧技术，但对于燃油低氮燃烧方法尚未形成系统有效的技术手段。作者基于多年的燃烧器设计及工程实践经验开发的分级射流旋混喷射燃油低氮燃烧器解决了燃油低氮燃烧不能将nox降至100mg/m3的瓶颈难题，为解决工业燃烧低污染排放提出了可行的解决方案。

技术实现要素：

本发明为了解决上述技术问题，提供一种低氮氧化物排放的混合燃烧器。其技术方案如下。

一种低氮氧化物排放的混合燃烧器，包含设在炉墙开口端喷口处的喷嘴，喷嘴通过喷枪供应燃油，炉墙后侧还设有风箱和进风口，所述的喷嘴分为中央喷嘴和位于所述中央喷嘴四周的环绕喷嘴，所述喷口为逐渐收缩再放大的文丘里喷口，所述中央喷嘴的雾化角30°～60°，所述环绕喷嘴的雾化角为40°～70°，所述述环绕喷嘴的雾化角大于中央喷嘴的雾化角。

进一步的，所述喷口的前方的炉墙上，设置有带有烟气返回通道的导向罩。

进一步的，所述烟气返回通道在所述导向罩端面上朝同一方向旋切分布。

进一步的，所述的烟气返回通道的数量为12～24个。

进一步的，所述环绕喷嘴为2～6个，均布在中央喷嘴四周。

进一步的，所述环绕喷嘴的雾化粒度为索泰尔平均直径10～30μm，小于中央喷嘴的雾化粒度。

进一步的，所述文丘里燃烧喷口，其缩小的喷口面积为所述开口端面积的70%～80%；放大后的喷口面积为所述开口端面积的100%～120%。

进一步的，所述进风口安装有调节阀。

进一步的，所述中央喷嘴通过中央喷枪，周围喷嘴通过周围喷枪，单独供油。

进一步的，所述中央喷嘴雾化产生细长的雾化射流，射流的长度大于环绕喷嘴的射流长度。

有益效果：分级射流旋混喷射燃油低氮燃烧器燃烧头的中央布置有直线旋转雾化燃油喷嘴，四周分布多个（2～6个）分级燃油喷嘴。其中中央直线旋转雾化喷嘴采用介质雾化方式（蒸汽或压缩空气雾化），该喷嘴在燃烧器喷口前方形成细长型雾化射流，燃烧反应时雾化射流与空气混合缓慢，火焰尺寸细长。喷口中央前方区域形成局部空气大量过剩的燃烧环境，因此火焰温度较低，可抑制热力型氮氧化物的合成。该燃烧器同时在火焰出口四周均匀分布多个燃油喷嘴，该喷嘴雾化颗粒度较细小且均匀，此处油雾与喷口外围的空气混合燃烧形成外围火焰。中央火焰与外围火焰在喷口截面上加大了火焰截面积，从而降低了火焰区的密度，也降低了燃烧强度和火焰温度，因此该方法也可大大降低氮氧化物的产生。

燃烧器喷口采用渐变收缩再放大的文丘里喷口，其最小尺寸喉口部空气射流速度高，引射力强；渐扩段喷口处开有旋切型烟气返流通道，燃烧风流经此处可产生内旋的引射力，吸引烟气进入并与燃烧风混合形成低氧燃烧风；燃烧风贴壁运行并向外发散形成火焰包覆面，包裹火焰且隔离热辐射。由中央火焰区燃烧后的烟气被从火焰区外侧吸引回燃烧器与炉膛的交界面处，该烟气含氧量远低于空气的含氧量，由此烟气参与四周喷枪喷出燃油的混合燃烧，较低的含氧量导致该区域燃烧速度缓慢，因此四周喷枪在燃烧过程中产生的氮氧化物量也是较低的。该燃烧器运行过程中生成的氮氧化物量非常低，无需配套烟气脱硝设施即可满足越来越严格的环保要求。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的喷口处的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的解释

实施例1

一种低氮氧化物排放的混合燃烧器，包含设在炉墙5开口端喷口处的喷嘴，喷嘴通过喷枪供应燃油，炉墙5后侧还设有风箱3和进风口，所述的喷嘴分为中央喷嘴9和位于所述中央喷嘴9四周的环绕喷嘴10，所述喷口为逐渐收缩再放大的文丘里喷口6，所述中央喷嘴的雾化角30°，所述环绕喷嘴的雾化角为40°，所述环绕喷嘴的雾化角大于中央喷嘴的雾化角。所述环绕喷嘴的雾化粒度小于中央喷嘴的雾化粒度。所述环绕喷嘴的雾化粒度为索泰尔平均直径10μm，

此时测得的尾气中的氮氧化物的浓度为130～150mg/nm³（基准含氧量为3%）。

实施例2

一种低氮氧化物排放的混合燃烧器，包含设在炉墙5开口端喷口处的喷嘴，喷嘴通过喷枪供应燃油，炉墙5后侧还设有风箱3和进风口，所述的喷嘴分为中央喷嘴和位于所述中央喷嘴四周的环绕喷嘴，所述喷口为逐渐收缩再放大的文丘里喷口6，所述中央喷嘴的雾化角60°，所述环绕喷嘴的雾化角为70°，所述述环绕喷嘴的雾化角大于中央喷嘴的雾化角。所述环绕喷嘴的雾化粒度小于中央喷嘴的雾化粒度。所述环绕喷嘴的雾化粒度为索泰尔平均直径30μm，

此时测得的尾气中的氮氧化物的浓度为116～140mg/nm³（基准含氧量为3%）。

实施例3

一种低氮氧化物排放的混合燃烧器，包含设在炉墙5开口端喷口处的喷嘴，喷嘴通过喷枪供应燃油，炉墙5后侧还设有风箱3和进风口，所述的喷嘴分为中央喷嘴和位于所述中央喷嘴四周的环绕喷嘴，所述喷口为逐渐收缩再放大的文丘里喷口6，所述中央喷嘴的雾化角45°，所述环绕喷嘴的雾化角为60°，所述述环绕喷嘴的雾化角大于中央喷嘴的雾化角。所述环绕喷嘴的雾化粒度小于中央喷嘴的雾化粒度。

所述喷口的前方的炉墙5上，设置有带有烟气返回通道11的导向罩。所述烟气返回通道11在所述导向罩端面上朝同一方向旋切分布。所述的烟气返回通道11的数量为24个。改导向罩用于引导烟气返回的路径沿着切线方向进入火焰区，提高燃烧利用率。

所述环绕喷嘴为6个，均布在中央喷嘴四周。所述环绕喷嘴的雾化粒度为索泰尔平均直径20μm。所述文丘里燃烧喷口，其缩小的喷口面积为所述开口端面积的70%～80%；放大后的喷口面积为所述开口端面积的100%～120%。所述中央喷嘴雾化区7产生细长的雾化射流，射流的长度大于环绕喷嘴雾化区8的射流长度。所述中央喷嘴通过中央喷枪1，周围喷嘴通过周围喷枪2，单独供油。

燃烧器喷口采用渐变收缩再放大的文丘里喷口6，其最小尺寸喉口部空气射流速度高，引射力强；渐扩段喷口处开有旋切型烟气返流通道，燃烧风流经此处可产生内旋的引射力，吸引烟气进入并与燃烧风混合形成低氧燃烧风；燃烧风贴壁运行并向外发散形成火焰包覆面，包裹火焰且隔离热辐射。由中央火焰区燃烧后的烟气被从火焰区外侧吸引回燃烧器与炉膛的交界面处，该烟气含氧量远低于空气的含氧量，由此烟气参与四周喷枪喷出燃油的混合燃烧，较低的含氧量导致该区域燃烧速度缓慢，因此四周喷枪在燃烧过程中产生的氮氧化物量也是较低的。经过检测，使用上述的燃烧器氮氧化物的排放量85～110mg/nm³（基准含氧量为3%）。

此外，所述鼓风口安装有调节阀4。用于调节风量，便于燃烧器的控制。

对比例

检测普通的火焰燃烧器，其氮氧化物的排放200～400mg/nm³（基准含氧量为3%）。

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