一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器的制作方法

1.本实用新型涉及工业燃烧器技术领域，特别涉及一种浸没燃烧技术及燃烧器，具体地说是一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器。


背景技术：

2.浸没燃烧是一种新型高效的燃烧加热技术，燃烧室中完全燃烧后产生的高温烟气喷入液体中直接加热液体。采用浸没燃烧技术可以有效的提高能源利用率，减少环境污染。浸没燃烧可应用于供热系统、污水处理、采矿、lng（液化天然气）气化等，其中浸没式燃烧气化器(scv)是各个lng接收站冬季调峰必备的气化装置，scv不受海水和大气温度的影响，具有启动及调节负荷迅速、运行可靠、不受气温等因素影响的优点，可快速点火启动，并且能在较大负荷范围内快速调节，适合于应急调峰和冬季保供使用，对scv浸没燃烧器全负荷下的燃烧稳定性、安全性和污染物排放有极高要求。目前国内环保要求较高的地区已经将nox排放限值在50mg/m3甚至更低发展，这对浸没燃烧器的高强度短火焰同时实现超低nox排放提出了新技术要求。
3.在浸没燃烧器热强度和热密度高、燃烧污染物排放要求高的技术背景下，如何在实现高强度稳定燃烧的同时达到nox、co低污染排放是浸没燃烧器的关键技术。现有常规浸没燃烧器有采用空气分级扩散燃烧，难以同时满足强燃烧强度和低污染物排放的要求，一般nox排放限值达80mg/m3以上，有采用高燃烧强度的贫燃预混燃烧方式，但火焰稳定性和热声共振等技术问题限制了nox、co的下限，无法达到要求。喷水、喷蒸汽等辅助介质降氮手段可以降低nox，但依然会有降氮能力有限、燃烧稳定和效率、额外增加运行能耗和维护投入等现实困难。本实用新型旨在通过双重延迟预混的技术方案优化高强度贫燃预混浸没燃烧的超低nox排放能力，并通过在线可调的多烧嘴预混程度来灵活调节每个烧嘴的预混和火焰形态，达到大功率无热噪稳定燃烧状态。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有的燃烧器存在降氮能力有限、燃烧稳定和效率差、需额外增加运行能耗和维护投入等问题，设计一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器。
5.本实用新型的技术方案是：
6.一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器，其特征是它包括双重配风的延迟预混燃烧器和中心二次风结构，延迟预混燃烧器的烧嘴出口的预混可燃气在中心二次风的作用下呈现中心浓、外围淡的非均匀浓度分布；中心浓是指燃料气多，局部当量比更接近1，外围淡是指燃料气少，局部当量比更偏离1。
7.本实用新型还包括多烧嘴组合式结构，通过调整燃气和空气在烧嘴出口径向混合的均匀性，调整各子火嘴火焰的火焰形态，从而改善燃烧稳定性，降低热声共振可能性，同时通过中心二次风与一次混合气的延迟预混，改善火焰底部的当量比，使其偏离高nox产生的高温区，从而抑制nox；中心风带阀门时可现场调整，不带阀门时在设计时根据各子火嘴
的中心当量比来确定中心风量需求，从而设计好中心风的开口出风量。
8.每个烧嘴具备方便的可调节预混程度的功能，且调节无需拆卸燃烧器，多烧嘴组合时可在线灵活调节每个烧嘴的预混和火焰形态。
9.本实用新型的燃烧器包括单烧嘴燃烧器和多烧嘴燃烧器二种结构形式，多烧嘴燃烧器是单烧嘴燃烧器的组合形式，所述的单烧嘴燃烧器包括燃烧供风风机16、主风阀17、中心二次风阀18，主风阀17用于向外风筒6提供主风，中心二次风阀18用于向中心风筒13提供中心二次风；燃烧供风风机16通过主风阀17与燃烧器主风法兰5连接并将主风送入燃烧器外壳4中，经燃烧器顶板21的内部空间里经过空气整流圈7和布风板8进入中心风筒13与外风筒6之间的夹层通道，主风流经锥形缩口段3后进入主烧嘴2，主烧嘴2的全部或部分通过水夹套1进行水冷；固定杆11对外风筒6起约束固定作用；中心二次风经中心二次风阀18的流量调节后进入中心风筒13的进口10，并流经中心风筒13、中心风锥体14后由中心风出口15流出至主烧嘴2；中心二次风在中心风出口15流出后开始与锥形缩口段3和主烧嘴2内的燃料
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空气混合气二次混合，边混合边流出主烧嘴2；燃料气由燃料气入口管道19经过调节阀20进入可活动燃料气分配器9，分配器9穿过燃烧器顶板21后伸入中心风筒13与外风筒6之间的夹层通道，燃料气在分配器9的底部周向喷孔23喷出，与流经此夹层通道的主风接触混合，边混合边向主烧嘴2流动喷出，期间在锥形缩口段3内会与中心二次风接触进行二次混合；燃料气分配器9的底部环形通道结构套在中心风筒13外头，并保持适当环形孔隙，以便于燃料气分配器9能沿着中心风筒13长度方向上下移动，调整至所需高度位置后由锁死机构22固定住即可。通过调整分配器9的上下位置可以改变燃料气喷孔23在主风夹层通道中的相对位置，喷孔23越靠近主烧嘴2出口，燃料气与主风空气的混合行程越短，混合越不均匀，从而达到不同的延迟预混程度；正常情况下，只需要在燃烧器初次安装和燃烧调试时调节延迟预混程度，调整至点火可靠性、燃烧稳定性、燃烧噪音、燃烧污染物均达标时即可固定燃料气分配器9，无特殊需要再移动其位置， nox排放值可达30
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50mg/m3；所述的多烧嘴燃烧器由中心燃烧器和围绕在中心燃烧器周围的多个单烧嘴燃烧器组成，中心燃烧器的中心设有起到增强点火可靠性和稳定火焰的作用的中心扩散烧嘴25；中心燃烧器与单烧嘴燃烧器共用气源和风源。
10.当中心二次风量无需通过中心二次风阀18调节时，应直接在中心风筒13上开进风孔24，这样中心二次风与主风均由主风法兰5进入的空气配给。
11.多级风量调节和多烧嘴燃烧调节的组合能使燃烧器的噪音小于75分贝,而且燃烧器的振动值＜2mm/s。
12.本实用新型的有益效果是：
13.本实用新型实现了高强短火焰低氮燃烧，功率通过烧嘴组合灵活配置，且在线方便可调燃烧状态，实现所需的稳定燃烧和污染物排放指标。其双重延迟预混结合高强短火焰特征，在过量空气系数允许较高(1.1~1.6)的场合，特别适合实现稳定燃烧下的超低nox排放，例如浸没燃烧式加热器等。
14.本实用新型采用单或多烧嘴延迟预混燃烧方式，即出烧嘴燃烧前空气和燃料气不充分预混好，且烧嘴出口处呈现中心燃料气浓，外围燃料气淡的分布。
15.本实用新型每个烧嘴具备方便的可调节预混程度的功能，且调节无需拆卸燃烧器，多烧嘴组合时可在线灵活调节每个烧嘴的预混和火焰形态，达到需要的整体低噪音稳
定燃烧和低污染物排放效果（对于燃料气为天然气时，污染物主要是控制co和n0x）。
16.本实用新型每个延迟预混烧嘴在燃料气内浓外淡分布的基础上，配置中心二次风，实现双重延迟预混低氮燃烧。
17.本实用新型为多烧嘴组合时，可设置中心扩散火焰烧嘴，确保点火稳定性和成功率。
18.本实用新型采用冷却水夹套对主火嘴和中心火嘴头部进行冷却，保证燃烧安全性。此烧嘴出口浓度分布特点结合烧嘴水冷设计（或其他有效的冷却方式），有助于防回火。
附图说明
19.图1是本实用新型的单烧嘴浸没燃烧器结构图。
20.图2是图1的a
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a剖视放大图。
21.图3 是本实用新型的多烧嘴浸没燃烧器结构图。
22.图4 是本实用新型固定中心配风的单烧嘴浸没燃烧器结构图。
23.图5是本实用新型预混式短火焰低氮浸没燃烧器原理图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步有说明。
25.实施例一。
26.如图1
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2所示。
27.一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器，它包括双重配风的延迟预混燃烧器和中心二次风结构设计，单个烧嘴出口的预混可燃气呈现中心浓、外围淡的非均匀浓度分布，如图5所示；中心浓是指燃料气多，局部当量比更接近1，外围淡是指燃料气少，局部当量比更偏离1。通过调整燃气和空气在烧嘴出口径向混合的均匀性，调整火嘴火焰的火焰形态，从而改善燃烧稳定性，降低热声共振可能性，同时通过中心二次风与一次混合气的延迟预混，改善火焰底部的当量比，使其偏离高nox产生的高温区，从而抑制nox；中心风带阀门时可现场调整。烧嘴具备方便的可调节预混程度的功能，且调节无需拆卸燃烧器。如图1所示，每个单烧嘴燃烧器包括燃烧供风风机16、主风阀17、中心二次风阀18，主风阀17用于向外风筒6提供主风，中心二次风阀18用于向中心风筒13提供中心二次风；燃烧供风风机16通过主风阀17与燃烧器主风法兰5连接并将主风送入燃烧器外壳4中，经燃烧器顶板21的内部空间里经过空气整流圈7和布风板8进入中心风筒13与外风筒6之间的夹层通道，主风流经锥形缩口段3后进入主烧嘴2，主烧嘴2的全部或部分通过水夹套1进行水冷；固定杆11对外风筒6起约束固定作用；中心二次风经中心二次风阀18的流量调节后进入中心风筒13的进口10，并流经中心风筒13、中心风锥体14后由中心风出口15流出至主烧嘴2；中心二次风在中心风出口15流出后开始与锥形缩口段3和主烧嘴2内的燃料
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空气混合气二次混合，边混合边流出主烧嘴2；燃料气由燃料气入口管道19经过调节阀20进入可活动燃料气分配器9，分配器9穿过燃烧器顶板21后伸入中心风筒13与外风筒6之间的夹层通道，燃料气在分配器9的底部周向喷孔23（如图2所示）喷出，与流经此夹层通道的主风接触混合，边混合边向主烧嘴2流动喷出，期间在锥形缩口段3内会与中心二次风接触进行二次混合；燃料气分配器9的底部环形通道结构套在中心风筒13外头，并保持适当环形孔隙，以便于燃料气分配器9能沿着中心风筒13
长度方向上下移动，调整至所需高度位置后由锁死机构22固定住即可。通过调整分配器9的上下位置可以改变燃料气喷孔23在主风夹层通道中的相对位置，喷孔23越靠近主烧嘴2出口，燃料气与主风空气的混合行程越短，混合越不均匀，从而达到不同的延迟预混程度；正常情况下，只需要在燃烧器初次安装和燃烧调试时调节延迟预混程度，调整至点火可靠性、燃烧稳定性、燃烧噪音、燃烧污染物均达标时即可固定燃料气分配器9，无特殊需要再移动其位置， nox排放值可达30
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50mg/m3；
28.本实用新型实现燃烧稳定性和低污染物排放的原理为：
29.1）燃烧稳定性：如图5所示，燃烧器整体过量空气系数较高，约1.1~1.6，为贫燃预混燃烧方式，并整体呈现预混燃烧的高强短火焰燃烧特性，每个烧嘴出口的燃料气
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空气混合气均呈现中心浓（燃料气多，局部当量比更接近1）外围淡（燃料气少，局部当量比更偏离1）的非均匀浓度分布，过量空气系数a1<a2，火焰燃烧过程中边烧边进一步混合，即延迟预混形态。单烧嘴燃烧器设置时可以方便灵活调节燃料气与空气的接触混合位置，达到不同的预混程度（浓度分布），从而获得需要的燃烧稳定性和污染物排放值。多烧嘴组合设置时，可方便灵活调节每个烧嘴的燃料气与空气的接触混合位置，比如使每个烧嘴产生不同的火焰形态，从而提高燃烧器整体火焰的稳定性并降低燃烧热噪。
30.2）低污染物排放：如图5所示，中心较高浓度的混合气在火焰根部由于更接近当量比，因此燃烧温度更高，形成高nox生成区，本实用新型在贫燃延迟预混的基础上设计中心二次风对中心燃料气较浓区域进行局部降氮，中心二次风出口离烧嘴出口近，主要是在火焰锋面包裹内与中心较高浓度区进行二次延迟混合，这样底部火焰处混合气当量比更偏离1，燃烧温度得以降低，抑制了局部高nox形成区。中心二次风带阀门时可现场调整，不带阀门时在设计时根据各子火嘴的中心当量比来确定中心风量需求，从而设计好中心风的开口出风量。
31.实施例二。
32.如图4所示。
33.本实施例与实施例一的区别在于中心二次风量无需通过中心二次风阀18调节，而是直接在中心风筒13上开进风孔24，这样中心二次风与主风均由主风法兰5进入的空气配给。其余与实施例一相同。
34.实施例三。
35.如图3所示。
36.一种预混式短火焰低氮浸没燃烧器，它包括双重配风的延迟预混燃烧器和中心二次风设计，单个烧嘴出口的预混可燃气呈现中心浓、外围淡的非均匀浓度分布；中心浓是指燃料气多，局部当量比更接近1，外围淡是指燃料气少，局部当量比更偏离1，本实施例采用多烧嘴组合式结构，如图3所示，通过调整燃气和空气在烧嘴出口径向混合的均匀性，调整各子火嘴火焰的火焰形态，从而改善燃烧稳定性，降低热声共振可能性，同时通过中心二次风与一次混合气的延迟预混，改善火焰底部的当量比，使其偏离高nox产生的高温区，从而抑制nox；中心风带阀门时可现场调整，不带阀门时在设计时根据各子火嘴的中心当量比来确定中心风量需求，从而设计好中心风的开口出风量。每个烧嘴具备方便的可调节预混程度的功能，且调节无需拆卸燃烧器，多烧嘴组合时可在线灵活调节每个烧嘴的预混和火焰形态。如图3所示，本实施例是实施一中的单烧嘴的组合形式，所述的多烧嘴燃烧器由中心
燃烧器和围绕在中心燃烧器周围的多个单烧嘴燃烧器组成，中心燃烧器的中心设有起到增强点火可靠性和稳定火焰的作用的中心扩散烧嘴25；中心燃烧器与单烧嘴燃烧器共用气源和风源。单烧嘴燃烧器的结构形式如实施例一所示。多级风量调节和多烧嘴燃烧调节的组合能使燃烧器的噪音小于75分贝,而且燃烧器的振动值＜2mm/s。
37.本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。