低氮燃烧器和智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统的制作方法

本实用新型涉及低氮燃烧器技术领域，具体涉及一种低氮燃烧器和智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统。

背景技术：

氮氧化物nox和一氧化碳co是重要的大气污染物，是引发酸雨、雾霾的重要因素。随着环保要求的日益提高，国家对于nox和co排放量的限制也日趋严格。燃气燃烧器具有安全高效、操作简便等优点，是工业锅炉用来提供热能的核心设备。因此无论是作为应对国家政策对排放的严格要求，还是各种燃气的大量使用引发的节能和排放的环保需求，研制低nox排放的燃烧器将成为解决这些矛盾的关键因素。

燃烧器的燃烧头是整个燃烧器的关键核心部件，该部件的作用是将燃料气(或称为燃料、燃气)和助燃空气进行混合并组织燃烧，该部件的结构型式决定着燃烧过程的可靠性、稳定性，以及整个燃烧区域的速度、温度分布，这些都是影响烟气排放的关键因素。

现有的燃烧器大部分采用的是扩散式燃烧。为了保证充分燃烧，燃烧器一般采用燃料与空气混合较好的设计方式，这种方式的燃烧其火焰温度高，高温区面积大，容易产生大量的nox。如何设计一种降低尾部烟气氧浓度、进一步降低nox，又确保燃烧稳定、充分燃烧的燃烧头结构是目前研发技术人员急需解决的问题。

此外，对燃烧器可以实现的控制是根据负荷输出大小，按照设定好的助燃空气风门开度和燃气风门开度进行调节，形成自动控制燃烧器的控制方案。但是这种控制方式不能够实现燃烧过程燃料对于助燃空气需求量的精准控制。特别是在油田加热炉上，由于燃料来源不稳定，燃料压力有较大的波动，另外环境对助燃空气的影响等等因素都会导致燃烧过程中风量不稳定，导致燃烧过程不充分或者局部温度过高导致的nox排放过高。

技术实现要素：

本实用新型的目的主要在于提供一种低氮燃烧器，将气体分级燃烧技术应用到强制鼓风燃烧器中，旨在解决常用燃气燃烧器氮氧化物排放高、燃烧不稳定等缺点，实现高效组织燃烧、节能和降低nox等污染物排放的目的。本实用新型的目的还在于提供一种智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统，旨在解决常用燃气燃烧器无法精准控制过剩空气系数的缺点，实现精确控制燃烧的目的。

为实现上述实用新型目的，本实用新型第一方面提供一种低氮燃烧器，包括：外围空气管、主燃气管进气座和设在外围空气管内部的：主燃气管道、多个轴向燃气支管、多个斜向燃气支管及稳焰盘；所述外围空气管与所述主燃气管道同轴设置，所述主燃气管进气座与所述主燃气管道的根部相连接；所述多个轴向燃气支管的根部连接于所述主燃气管道，端部连接于所述稳焰盘，具有设置在所述稳焰盘上的轴向喷射口；所述多个斜向燃气支管的根部连接于所述主燃气管道，端部环绕所述稳焰盘的外边缘，设有倾斜向外的斜向喷射口；所述稳焰盘上设有中心空气孔和周向均布的多个空气旋流孔；所述外围空气管的端部设有拢火罩收缩口以及形成在所述拢火罩收缩口上的多个三角导流片。

进一步的实现方式中，该低氮燃烧器将通过所述外围空气管向锅炉炉膛喷射的空气分成三部分：第一部分空气通过所述稳焰盘的中心空气孔沿低氮燃烧器中心轴线轴向喷射至炉膛，形成一级空气；第二部分空气通过所述稳焰盘的空气旋流孔进入炉膛，形成二级空气；第三部分空气通过所述稳焰盘的外边缘与所述外围空气管之间的环形通道喷出，形成三级空气。

进一步的实现方式中，该低氮燃烧器将通过所述主燃气管进气座进入所述主燃气管道的燃气分成两部分：第一部分燃气通过所述轴向燃气支管喷出后与二级空气混合，在锅炉炉膛中轴线附近进行燃烧，并卷积一部分一级空气，形成一级火焰区域；第二部分燃气通过所述斜向燃气支管倾斜向外喷射，与还未喷出燃烧器头部的三级空气混合，在拢火罩内部充分混合后向下游发展形成二级火焰。

进一步的实现方式中，所述空气旋流孔包括径向空气长孔和配套的旋流叶片；所述空气旋流孔的个数为4～12个，其旋流叶片的倾斜角度为15°～60°。

进一步的实现方式中，所述轴向燃气支管个数为3～10个，所述斜向燃气支管个数为3～10个，均环绕所述主燃气管道的中心轴线周向均布。

本实用新型第二方面，提供一种智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统，所述系统包括如上所述的低氮燃烧器，该低氮燃烧器作用于锅炉；所述系统还包括：在所述低氮燃烧器的燃料供给管线上沿燃料进气方向依次安装的燃气过滤器、电动燃气压力调节阀、燃气流量器、燃料压力传感器和燃气阀组；在所述低氮燃烧器的助燃空气供给管线上安装的电动风门调节阀；和，在所述锅炉的烟囱安装的烟气分析模块；以及，智能空燃比调节终端；所述电动燃气压力调节阀、所述燃气流量器、所述燃料压力传感器、所述电动风门调节阀和所述烟气分析模块分别与所述智能空燃比调节终端连接。

进一步的实现方式中，所述烟气分析模块用于采集nox排放值和烟气氧含量，在nox排放值和烟气氧含量分别超过设定值时，将nox排放值和烟气氧含量作为输入信号传输至所述智能空燃比调节终端；所述智能空燃比调节终端，用于根据来自所述烟气分析模块的输入信号计算燃气和空气调节参数，通过控制所述电动燃气压力调节阀和所述电动风门调节阀分别进行燃气流量和空气流量的调节，以使nox排放值下降且烟气氧含量满足设定范围；所述燃料压力传感器用于采集进入低氮燃烧器的燃料压力值，在燃料压力值偏离设定值时，将燃料压力值作为输入信号传输至所述智能空燃比调节终端；其中，所述燃气流量器的流量值随着所述燃料压力值的变化而发生改变；所述智能空燃比调节终端，还用于根据来自所述燃料压力传感器的输入信号，计算压力调节参数，通过控制所述电动燃气压力调节阀进行燃气压力调节，并根据所述燃气流量器反馈的流量信号确认燃气压力是否满足燃烧需求。

进一步的实现方式中，所述智能空燃比调节终端，具体用于通过控制所述电动燃气压力调节阀和所述电动风门调节阀进行燃气流量和空气流量的调节，使锅炉炉膛内气体燃烧的过剩空气系数为1.05～1.2。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)加强空气和燃气的混合，使混合更加均匀，提高燃烧效率，增大锅炉热效率；

(2)形成空气和燃料的分级，形成多级火焰，降低了火焰温度，从而大大减少了氮氧化物的排放；

(3)多级火焰区域之间可以形成相互剪切和火焰传递作用，使混合气的燃烧更加稳定；

(4)本实用新型智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统，能够实现燃烧过程中对过剩空气系数和氮氧化物排放进行精准控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的一种低氮燃烧器的剖视结构图；

图2是本实用新型一个实施例提供的一种低氮燃烧器的正视图；

图3是本实用新型一个实施例提供的一种低氮燃烧器的立体结构图；

图4是本实用新型一个实施例提供的低氮燃烧器控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。

请参考图1至图3，本实用新型的一个实施例，提供一种低氮燃烧器。

该低氮燃烧器包括：外围空气管1、主燃气管进气座3和设在外围空气管1内部的：主燃气管道2、多个轴向燃气支管6、多个斜向燃气支管7及稳焰盘4。

其中，外围空气管1与主燃气管道2同轴设置，主燃气管进气座3与主燃气管道2的根部相连接；多个轴向燃气支管6的根部连接于主燃气管道2的端面，端部连接于稳焰盘4，具有设置在稳焰盘4的盘面(或者说壁面)上的轴向喷射口；多个斜向燃气支管7的根部连接于主燃气管道2的端部，端部环绕稳焰盘4的外边缘，设有倾斜向外的斜向喷射口；稳焰盘4上设有中心空气孔10和周向均布的多个空气旋流孔5；外围空气管1的端部设有拢火罩收缩口8以及形成在拢火罩收缩口8上的多个三角导流片9。

其中，三角导流片9与拢火罩收缩口8均向低氮燃烧器中心轴线倾斜。

其中，空气旋流孔5的结构为包括径向空气长孔和配套的旋流叶片，从径向空气长孔出来的空气在旋流叶片的作用下倾斜喷出。可选的，空气旋流孔5的个数为4～12个，其旋流叶片的倾斜角度为15°～60°。

其中，可选的：轴向燃气支管6个数为3～10个，环绕主燃气管道2的中心轴线周向均布；斜向燃气支管7的也个数为3～10个，也环绕所述主燃气管道2的中心轴线周向均布。

本实用新型的低氮燃烧器，其外围空气管1用于作为空气流经的通道，将助燃空气引导至锅炉炉膛；其主燃气管进气座3用于作为燃气进入的通道，将燃气引入主燃气管道2，在引入轴向燃气支管6和斜向燃气支管7，最终引导至锅炉炉膛。

本实用新型的低氮燃烧器，将通过外围空气管1向锅炉炉膛喷射的空气分成三部分，三个部分分别如下：第一部分通过稳焰盘4的中心空气孔10沿低氮燃烧器中心轴线轴向喷射至炉膛，形成一级空气；第二部分空气通过稳焰盘4的空气旋流孔5进入炉膛，形成二级空气；第三部分空气通过稳焰盘4的外边缘与外围空气管1之间的环形通道喷出，形成三级空气。

本实用新型的低氮燃烧器，将通过主燃气管进气座2进入主燃气管道2的燃气分成两部分，两个部分分别如下：

第一部分燃气通过轴向燃气支管6流出后与二级空气混合，在锅炉炉膛中轴线附近进行燃烧，形成一级火焰区域；同时，这部分混合气卷积了一部分一级空气，因此空气过量，为富氧极贫燃烧，由于流经旋流叶片5形成的二级空气为旋流空气，燃烧更加稳定和充分；一级空气位于一级火焰区域的根部，可以起到减少混合气在一级火焰区域的停留时间并降低一级火焰区域温度的作用，减少生成nox的高温区域。

第二部分燃气通过斜向燃气支管7斜向外喷射，与还未喷出燃烧器头部的三级空气混合，这部分混合气在拢火罩内部充分混合后向下游发展形成二级火焰，这部分混合气空气过量，为富氧燃烧；并且，部分一级火焰区域的混合气由于旋流作用卷吸至二级火焰区域中进一步燃烧，使得燃烧更加充分，并且加强了火焰区域之间的物质和热能交换。

此外，三级空气控制着低氮燃烧器下游火焰的形态和范围，三级空气经拢火罩收缩口8后形成逆流漩涡，会将下游的烟气卷吸回二级火焰区域，形成较大的回流区，使一部分燃烧的烟气回流到火焰中，二级火焰区域的混合气流经三角导流片9后火焰分割为更小的区域，降低了火焰的温度，进一步抑制了氮氧化物的生成。

以上，对本实用新型实施例公开了低氮燃烧器及其工作原理进行了说明。

请参考图4，本实用新型实施例还提供一种智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统。该系统包括配套的低氮燃烧器23和锅炉19。该低氮燃烧器23是如前文实施例所述的低氮燃烧器。

该系统结构如下：在燃烧器23的燃料供给管线11上沿燃料进气方向依次安装有燃气过滤器12、电动燃气压力调节阀13、燃气流量器14、燃料压力传感器15和燃气阀组16；在燃烧器23的助燃空气供给管线17上沿助燃空气进气方向安装有电动风门调节阀18；在锅炉19的烟囱20安装有烟气分析模块21；还包括有智能空燃比调节终端22。

其中，电动燃气压力调节阀13、燃气流量器14、燃料压力传感器15与智能空燃比调节终端22连接，电动风门调节阀18和与智能空燃比调节终端22连接，且烟气分析模块21与智能空燃比调节终端22连接。

所述烟气分析模块21用于采集nox排放值和烟气氧含量，在nox排放值和烟气氧含量超过设定值时，将nox排放值和烟气氧含量作为输入信号传输至智能空燃比调节终端22；由智能空燃比调节终端22进行处理，计算燃气和空气调节参数，通过控制调节电动燃气压力调节阀13、电动风门调节阀18分别进行燃气流量和空气流量的调节，使得nox排放值下降且烟气氧含量满足设定范围。

所述的燃料压力传感器15用于采集进入燃烧器的燃料压力值，在燃料压力偏离设定的值时，将燃料压力值作为输入信号传输至智能空燃比调节终端22。需要说明的是，燃气流量器14的流量值会随燃料压力值的变化发生改变，燃气流量器14会将实时的流量值反馈至智能空燃比调节终端22。

由智能空燃比调节终端22进行处理，计算压力调节参数，通过控制电动燃气压力调节阀13进行压力调节，并根据燃气流量器14反馈的流量信号，确认是否满足燃烧需求。

本实用新型的系统，可以通过进行燃气流量和空气流量的调节，控制锅炉炉膛内气体燃烧的过剩空气系数，优选的，将该过剩空气系数控制为1.05～1.2。

本实用新型的空燃比调节原理是：燃烧器在组织燃料和助燃空气混合并燃烧的过程中，燃料和助燃空气是满足固定的配比的，为了保证充分的混合和燃烧，助燃空气需要一定的过剩量，助燃空气的过剩系数反映了燃烧器的节能状况，一般来说锅炉的气体燃料的过剩空气系数为1.05～1.2较好。当燃料量减少时，也需要助燃空气相应减少，以满足过剩空气系数在范围值之内，否则会导致烟气量增大，烟气热损失增大；当燃料量增大时，也需要助燃空气相应增大，以满足过剩空气系数在范围值之内，否则会发生燃料空气混合不充分并发生燃烧不充分，烟气排放中co和nox等也会增大。过剩空气系数可以通过烟气氧含量计算所得，并由此计算得到燃料量和空气量。烟气氧含量和nox排放值之间存在一定的规律，一般来说，nox随着氧含量的增大而减少，但根据nox折算方式，过大的氧含量也会导致nox的折算值偏高。

综上，本实用新型公开了一种低氮燃烧器，通过将气体分级燃烧技术应用到强制鼓风燃烧器中，用来解决常用燃气燃烧器氮氧化物排放高、燃烧不稳定等缺点，实现高效组织燃烧、节能和降低nox等污染物排放的目的。本实用新型还公开了一种智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统，用来解决常用燃气燃烧器无法精准控制过剩空气系数的缺点，实现精确控制燃烧的目的。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)加强空气和燃气的混合，使混合更加均匀，提高燃烧效率，增大锅炉热效率；

(2)形成空气和燃料的分级，形成多级火焰，降低了火焰温度，从而大大减少了氮氧化物的排放；

(3)多级火焰区域之间可以形成相互剪切和火焰传递作用，使混合气的燃烧更加稳定；

(4)本实用新型智能调节空燃比的低氮燃烧器控制系统，能够实现燃烧过程中对过剩空气系数和氮氧化物排放进行精准控制。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

上述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。