适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器及其使用方法与流程

本发明涉及气体燃烧器技术领域，具体是一种适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器及其使用方法。

背景技术：

预混燃烧可以使空气和气体燃料充分混合，实现气体燃料的充分燃烧，减少氮氧化物、一氧化碳的排放浓度，是目前燃烧过程降低氮氧化物的主要手段之一。

预混燃烧过程分为在燃烧器头部进行瓦斯和空气预混及在瓦斯气输送前端事先与空气进行预混两种情况。在燃烧器头部位置进行预混的燃烧器，一般由燃气和空气通过在燃烧器上的预混构件混合后在燃烧器头部进行点火燃烧，这类燃烧装置容易出现回火安全问题，通常需要在喷嘴头部进行水冷和空气散热冷却，并进行缩颈处理以控制预混后燃气的流速，这将影响了燃烧器的操作调节范围，降低了燃烧器的可靠性，并导致设备配套复杂。另一方面，对于在瓦斯气输送前端事先预混到一定瓦斯浓度的预混瓦斯气体，通常为处于低爆炸限附近的低浓度瓦斯，或者处于爆炸限内的中等浓度的瓦斯气，目前这类气体燃烧缺少适用的燃烧器和安全控制手段，难以确保这类瓦斯气体的安全稳定燃烧和利用。

技术实现要素：

本发明提出一种适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器及其使用方法，解决了现有技术中在燃烧器头部进行预混及在输送前端进行预混的方式各自存在的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器，包括加热炉，所述加热炉设置有烟气出口，所述烟气出口处设置有温度传感器；

所述加热炉的内部设置有蒸汽取热管和预混燃烧器；所述蒸汽取热管的两端延伸至加热炉的外部；

所述预混燃烧器的头部设置有防回火燃烧头，所述防回火燃烧头的侧方设置有点火器和火焰检测器；所述预混燃烧器的中部设置有气体混合构件；

所述预混燃烧器的尾部连接高浓度燃气管路，所述高浓度燃气管路上设置高浓度燃气流量计和高浓度燃气调节阀，所述高浓度燃气管路的进气端设置三通阀；

所述预混燃烧器的尾部设置有气体喷嘴，所述气体喷嘴经防回火构件连接低浓度燃气管路，所述低浓度燃气管路上设置有低浓度燃气浓度检测仪、低浓度燃气流量计和低浓度燃气调节阀；

所述温度传感器、点火器、火焰检测器、高浓度燃气流量计、高浓度燃气调节阀、三通阀、低浓度燃气浓度检测仪、低浓度燃气流量计和低浓度燃气调节阀均与自动控制系统控制连接。

进一步地，所述加热炉为立式结构，所述烟气出口位于加热炉的顶端。

进一步地，所述预混燃烧器设置于加热炉内部的下端，且所述预混燃烧器通过法兰与加热炉连接。

进一步地，所述防回火燃烧头布置有多孔微通道构件，所述多孔微通道构件为材料钻孔结构、多孔介质堆积结构、金属丝网结构中的一种或几种的组合。

进一步地，所述防回火燃烧头的几何形状为正圆台、反圆台中的一种或几种的组合，或者一个球缺或几个球缺的组合。

进一步地，所述气体混合构件为文丘里混合构件、旋片式混合构件、扰流式混合构件中的一种或几种的组合。

进一步地，所述防回火构件设置有微通道阻火结构，所述微通道阻火结构为波纹板结构、丝网结构、多孔材料堆积结构中的一种或几种的组合。

一种前述的适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器的使用方法，包括以下步骤：

1)、低浓度燃气由低浓度燃气管路送入，低浓度燃气浓度检测仪检测其浓度，低浓度燃气流量计检测其流量；

2)、自动控制系统将低浓度燃气浓度检测仪测得的数值与预先设定的最佳空燃比值进行比较；

当低浓度燃气的浓度小于最佳空燃比值时，自动控制系统调节三通阀和高浓度调节阀，补充一定流量的高浓度燃气；

当低浓度燃气的浓度大于最佳空燃比值时，自动控制系统调节三通阀和高浓度调节阀，补充一定流量的空气。

进一步地，所述自动控制系统根据温度传感器的测量数值、高浓度燃气流量计的测量数值、低浓度燃气流量计的测量数值及加热炉的效率进行计算，确定生产蒸汽的量。

本发明的有益效果为：

本发明结构简单，使用方便；解决了不同种类预混燃烧过程的回火控制和空燃比的精确调节，实现了多种气体燃料预混燃烧的过程安全稳定，提高了预混燃烧的安全性；本发明可广泛应用于各种高低浓度来气预混瓦斯气的燃烧利用、常规燃气锅炉的安全燃烧控制，尤其满足一些低浓度瓦斯利用的场合，实现含有瓦斯气体的高效安全利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

其中：

1、防回火构件；2、气体混合构件；3、加热炉；4、蒸汽取热管；5、烟气出口；6、温度传感器；7、高浓度燃气调节阀；8、高浓度燃气流量计；9、自动控制系统；10、高浓度燃气管路；11、低浓度燃气管路；12、低浓度燃气浓度检测仪；13、低浓度燃气流量计；14、低浓度燃气调节阀；15、壳体；16、点火器；17、预混燃烧器；18、19、20、多孔微通道构件；21、火焰检测器；22、气道；23、扰流式混合构件；24、气体喷嘴；25、三通阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例中的适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器，包括加热炉3，所述加热炉3设置有烟气出口5，所述烟气出口5处设置有温度传感器6，对烟气排放温度进行有效监控；本实施例中，所述加热炉3为立式结构，所述烟气出口5位于加热炉3的顶端。

所述加热炉3的内部设置有蒸汽取热管4和预混燃烧器17；所述蒸汽取热管4设置于加热炉3内部的上端，实现燃烧热的有效回收和利用。所述蒸汽取热管4的两端延伸至加热炉3的外部，便于供水和蒸汽排出。所述预混燃烧器17设置于加热炉3内部的下端，且所述预混燃烧器17通过法兰与加热炉3连接。

所述预混燃烧器17的头部设置有防回火燃烧头，防回火燃烧头由耐高温材质构成，本实施例中，所述防回火燃烧头布置有多孔微通道构件18、19、20，该构件具有燃气火焰分配和防止回火功能。所述多孔微通道构件18、19、20为材料钻孔结构、多孔介质堆积结构、金属丝网结构中的一种或几种的组合。这种设置避免了预混燃气在防回火燃烧头燃烧过程中的回火问题。根据实际情况，多孔微通道构件18、19、20可以采用材料钻孔结构、多孔介质堆积结构、金属丝网结构中的一种，也可以同时采用其中几种，比如两种或三种，以提高防回火效果。预混燃烧器17的这种设计，防止了燃烧过程中回火导致外部进入预混燃烧器17的预混燃气燃烧爆炸的可能，提高了燃烧系统的安全性。所述防回火燃烧头的几何形状为正圆台、反圆台中的一种或几种的组合，或者一个球缺或几个球缺的组合。本实施例中，参见图1，防回火燃烧头采用的是正圆台、反圆台交替设置的组合结构，根据实际情况，也可以采用其它的组合形式，或者采用球缺的组合形式。

所述防回火燃烧头的侧方设置有点火器16和火焰检测器21，实现预混燃烧器17的点火和对火焰状态的监控。

所述预混燃烧器17的中部设置有气体混合构件2；所述气体混合构件2为文丘里混合构件、旋片式混合构件、扰流式混合构件23中的一种或几种的组合，可实现各种气体的充分混合。根据实际情况，气体混合构件2可以采用文丘里混合构件、旋片式混合构件、扰流式混合构件23中的一种，也可以同时采用其中几种，比如两种或三种，以提高混合效果。本实施例中，所述预混燃烧器17的中部具有一壳体15，所述壳体15的外侧设置法兰，预混燃烧器17通过该法兰与加热炉3固定。所述壳体15内部为一气道22，所述气体混合构件2设置于该气道22内，这里的气体混合构件2采用扰流式混合构件23。

所述预混燃烧器17的尾部连接高浓度燃气管路10，所述高浓度燃气管路10上设置高浓度燃气流量计8和高浓度燃气调节阀7，所述高浓度燃气管路10的进气端设置三通阀25，该三通阀25用于引进高浓度燃气或空气，使用时，三通阀25分别连接高浓度燃气供气设备和空气供气设备。

所述预混燃烧器17的尾部设置有气体喷嘴24，所述气体喷嘴24经防回火构件1连接低浓度燃气管路11，所述低浓度燃气管路11上设置有低浓度燃气浓度检测仪12、低浓度燃气流量计13和低浓度燃气调节阀14。所述防回火构件1设置有微通道阻火结构，所述微通道阻火结构为波纹板结构、丝网结构、多孔材料堆积结构中的一种或几种的组合。根据实际情况，微通道阻火结构可以采用波纹板结构、丝网结构、多孔材料堆积结构中的一种，也可以同时采用其中几种，比如两种或三种，以提高防回火效果。

所述温度传感器6、点火器16、火焰检测器21、高浓度燃气流量计8、高浓度燃气调节阀7、三通阀25、低浓度燃气浓度检测仪12、低浓度燃气流量计13和低浓度燃气调节阀14均与自动控制系统9控制连接；由自动控制系统9控制合适的空燃比，进行预混燃烧器17的点火操作和火焰监控，调节控制燃烧的负荷大小。

以瓦斯气作为燃气为例进行说明，本实施例的适用于气体燃料预混燃烧的燃烧器的使用方法，包括以下步骤：

1)、来自前端预混的瓦斯气和空气混合气体作为低浓度燃气，低浓度燃气由低浓度燃气管路11送入，低浓度燃气浓度检测仪12检测其浓度，低浓度燃气流量计13检测其流量。低浓度燃气经防回火构件1后由气体喷嘴24喷至气体混合构件2处。

2)、自动控制系统9将低浓度燃气浓度检测仪12测得的数值与预先设定的最佳空燃比值进行比较。

当低浓度燃气的瓦斯浓度小于最佳空燃比值时，自动控制系统9调节三通阀25和高浓度调节阀，使得外部的高浓度燃气供气设备与高浓度燃气管路10连通，补充一定流量的高浓度燃气，即高浓度瓦斯气；

当低浓度燃气的瓦斯浓度大于最佳空燃比值时，自动控制系统9调节三通阀25和高浓度调节阀，使得外部的空气供气设备与高浓度燃气管路10连通，补充一定流量的空气；

经过高浓度燃气管路10补充的高浓度燃气或者空气到达气体混合构件2处与低浓度燃气均匀混合后供给预混燃烧器17使用，满足合适空燃比的要求和加热蒸汽负荷的需要，实现预混燃烧器17的稳定燃烧并产生蒸汽。

在设备的运行过程中，根据高浓度燃气流量计8的测量数值和低浓度燃气流量计13的测量数值可以获得总进气量，进而获得烟气出口5的排气量。由温度传感器6检测烟气出口5处的烟气温度，再结合排气量便可以获得热量排出量，再结合加热炉3的效率计算，便可以确定燃烧过程为产生蒸汽提供的热量，从而确定生产蒸汽量。整个过程中，由自动控制系统9根据温度传感器6的测量数值、高浓度燃气流量计8的测量数值、低浓度燃气流量计13的测量数值及加热炉3的效率进行计算，确定生产蒸汽的量。

本发明解决了不同种类预混燃烧过程的回火控制和空燃比的精确调节，实现了多种气体燃料预混燃烧的过程安全稳定，提高了预混燃烧的安全性，本发明可广泛应用于各种高低浓度来气预混瓦斯气的燃烧利用、常规燃气锅炉的安全燃烧控制，尤其满足一些低浓度瓦斯利用的场合，实现含有瓦斯气体的高效安全利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。