一种包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器的制作方法

本实用新型属于燃气清洁低氮燃烧技术领域，涉及一种包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器。

背景技术：

氮氧化物是大气主要污染物之一，是造成pm2.5的罪魁祸首。在可燃气体燃烧过程中，助燃空气中的氮气由于高温会生成大量的氮氧化物(nox)。随着国家环保力度不断加大，国内多个省市相继出台了更为严苛的大气污染物排放标准，要求工业燃气锅炉的nox排放浓度控制标准降低为30mg/m³(标态，3.5％o2，下同)。现役的燃气燃烧器难以满足最新的排放要求，新型超低氮燃气燃烧器的开发势在必行。

当前低氮燃烧器采用的主流降氮技术为分级燃烧和旋流燃烧技术。分级燃烧技术主要分为空气分级和燃料分级，即将助燃空气或燃料气分成两到三部分，分别送入不同的燃烧区域进行燃烧反应。本质上是通过人为地组织，使燃烧过程在偏离化学当量比下分别进行，有效避免局部高温区的产生及实现部分nox还原，从而减少nox的生成。旋流燃烧技术是通过结构使空气或者燃气产生旋流，使得燃料与空气进行剧烈混合，产生的回流区还会卷吸部分热烟气，加热未燃的混合气。保持了火焰的稳定，减少了局部高温区的产生。烟气再循环技术一般配合燃烧器一起使用，可分为烟气外循环和烟气内循环。原理都是通过将燃烧后的尾部烟气与助燃空气混合后再次参与燃烧，高温烟气与助燃空气混合后，一方面提高了空气温度，另一方面降低了参与燃烧的氧浓度，从而降低燃烧过程中的nox排放浓度。但是烟气外循环技术存在凝结水腐蚀设备、使炉内燃烧不稳定等问题。

从目前的应用情况看，单一燃烧技术的应用难以满足最新的环保要求，有些氮氧化物降低幅度大的技术实际应用还存在不少的困难，而实际应用广泛的技术大都氮氧化物降低幅度较小，多种低氮燃烧技术结合才是有效控制氮氧化物生成的主要方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器，该燃烧器采用烟气再循环技术，且燃烧稳定，具有较高燃烧效率及低氮氧化物排放的特点。

为达到上述目的，本实用新型所述的包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器包括中心风筒、旋流板、旋流盘、旋流-射流风筒、燃烧器外筒、中心气体燃料喷枪、中间层气体燃料喷枪、外层气体主燃料喷枪及主燃气管道；

中心风筒、旋流板、旋流盘、旋流-射流风筒及燃烧器外筒由内到外依次布置，其中，中心风筒与中心气体燃料喷枪之间形成中心风区域，中心风筒与旋流-射流风筒之间形成第一旋流风区域及第二旋流风区域，其中，第一旋流风区域及第二旋流风区域均呈环形结构，且第一旋流风区域及第二旋流风区域由内到外依次分布，旋流-射流风筒与燃烧器外筒之间形成环形的射流烟混风区域，燃烧器外筒的侧面设有主燃气管道；

中心气体燃料喷枪的枪头穿过中心风区域，中间层气体燃料喷枪的枪头穿过第一旋流风区域，外层气体主燃料喷枪的枪头穿过第二旋流风区域，燃烧器外筒的内侧设有气体燃料环形集箱，气体燃料环形集箱与中心气体燃料喷枪的入口、中间层气体燃料喷枪的入口及外层气体主燃料喷枪的入口相连通，主燃气管道与中心气体燃料喷枪及中间层气体燃料喷枪相连通。

中心气体燃料喷枪的枪头沿周向以5°-85°的角度倾斜回喷燃料。

外层气体主燃料喷枪的枪头沿周向以5°-85°的角度环形向外喷射燃料，同时沿轴向向外喷射燃料。

在燃烧器外筒在靠近燃烧器喉口处的侧面开有烟气吸入槽。

燃烧器外筒的出口处及旋流-射流风筒的出口处均为向内弯曲10°-60°的第一缩环结构，其中，燃烧器外筒上的第一缩环结构及旋流-射流风筒上的第一缩环结构的弯曲角度相同。

旋流-射流风筒的入口处为向内弯曲10°-60°的第二缩环结构，其中，第二缩环结构的长度能够调节。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器具体操作时，助燃气体经中心风筒、旋流板旋流风区域、旋流盘旋流风区域及射流烟混风区域分四级喷出，燃料经中心气体燃料喷枪、中间层气体燃料喷枪及外层气体主燃料喷枪分三级与助燃气体混合，实现分级均匀混合，同时，中心气体燃料喷枪的枪头斜向下回喷出的燃料与中心风配合，保证火焰的稳定；中间层气体燃料喷枪喷出的燃料与旋流板旋流风相配合，形成中间旋流火焰扩散区；外层气体主燃料喷枪轴向喷出的燃料与旋流盘旋流风相配合，在燃烧器的喉口下游形成主燃烧区域，向四周环形喷出的燃料既参与中间旋流火焰扩散区的燃烧，斜向外喷出的燃气还与外层惰性烟气混合，形成外层惰性混合区，实现进一步的燃料分级；外层环形射流烟混风斜向喷射进主燃烧区域，降低了主燃烧区域可燃混合物的氧含量，使可燃混合物充分燃尽，从而降低整体氮氧化物的排放，同时提高燃烧效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的侧视图；

图3为本实用新型中外层气体主燃料喷枪7的结构示意图。

其中，1为中心气体燃料喷枪、2为中心风筒、3为中心风区域、4为中间层气体燃料喷枪、5为旋流板、6为旋流板旋流风区域、7为外层气体主燃料喷枪、8为旋流盘、9为旋流盘旋流风区域、10为旋流-射流风筒、11为射流烟混风区域、12为燃烧器外筒、13为气体燃料环形集箱、14为烟气吸入槽、15为第一缩环结构、16为第二缩环结构、17为主燃气管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1至图3，本实用新型所述的包含烟气内循环的多级旋流超低氮燃气燃烧器包括中心风筒2、旋流板5、旋流盘8、旋流-射流风筒10、燃烧器外筒12、中心气体燃料喷枪1、中间层气体燃料喷枪4、外层气体主燃料喷枪7及主燃气管道17；中心风筒2、旋流板5、旋流盘8、旋流-射流风筒10及燃烧器外筒12由内到外依次布置，其中，中心风筒2与中心气体燃料喷枪1之间形成中心风区域3，中心风筒2与旋流-射流风筒10之间形成第一旋流风区域6及第二旋流风区域9，其中，第一旋流风区域6及第二旋流风区域9均呈环形结构，且第一旋流风区域6及第二旋流风区域9由内到外依次分布，旋流-射流风筒10与燃烧器外筒12之间形成环形的射流烟混风区域11，燃烧器外筒12的侧面设有主燃气管道17；中心气体燃料喷枪1的枪头穿过中心风区域3，中间层气体燃料喷枪4的枪头穿过第一旋流风区域6，外层气体主燃料喷枪7的枪头穿过第二旋流风区域9，燃烧器外筒12的内侧设有气体燃料环形集箱13，气体燃料环形集箱13与中心气体燃料喷枪1的入口、中间层气体燃料喷枪4的入口及外层气体主燃料喷枪7的入口相连通，主燃气管道17与中心气体燃料喷枪1及中间层气体燃料喷枪4相连通。

中心气体燃料喷枪1的枪头沿周向以5°-85°的角度倾斜回喷燃料；外层气体主燃料喷枪7的枪头沿周向以5°-85°的角度环形向外喷射燃料，同时沿轴向向外喷射燃料。

在燃烧器外筒12在靠近燃烧器喉口处的侧面开有烟气吸入槽14；燃烧器外筒12的出口处及旋流-射流风筒10的出口处均为向内弯曲10°

-60°的第一缩环结构15，其中，燃烧器外筒12上的第一缩环结构15及旋流-射流风筒10上的第一缩环结构15的弯曲角度相同；旋流-射流风筒10的入口处为向内弯曲10°-60°的第二缩环结构16，其中，第二缩环结构16的长度能够调节。

本实用新型通过气体燃料与助燃气体多级分级旋流实现可燃混合物的超混合以及烟气内循环与烟气-可燃气体惰性混合，达到降低整体氮氧化物排放浓度的目的。在实际操作时，本实用新型为蒸汽锅炉、热水锅炉及加热炉等燃气锅炉烟气脱硝提供了一种经济可行的环保改造技术路线，在不增设脱硝设备情况下，单靠燃烧器就把燃气锅炉氮氧化物排放浓度降低到50mg/m³以下，在此基础上增加烟气再循环技术措施，燃气锅炉氮氧化物排放浓度可降低到30mg/m³以下，满足最新的环保标准要求。

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