一种通用低氮燃烧器喷头结构的制作方法

1.本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及一种通用低氮燃烧器喷头结构。


背景技术：

2.随着社会的发展，环境问题日益突出，国际社会愈发关注环境污染带来的影响和后果。在我国，随着经济建设的发展，化石能源的大量使用带来的环境问题尤为突出，为此国家队环保要求日益严格，最新的大气排放标准降低了烟尘浓度、nox、co等污染气体的排放量。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。低nox燃气燃烧器结构的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。
3.燃烧器的燃烧头部是整个燃烧器的关键核心部件，该部件的作用是将燃料气和助燃空气进行混合并组织燃烧，释放出热量用于实际需要。该部件的结构形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。
4.现有燃烧器的燃烧方式分为预混燃烧和扩散燃烧。目前市场上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，是目前研发技术人员急需解决的问题。
5.对比现有专利cn108386831a，燃烧器头部结构多需要进行定制化设计，匹配现场特殊炉膛结构，或对炉膛直径、长度等尺寸有所要求，才能够达到国家或地方要求的低氮排放标准。
6.因此，仍然需要更加合理有效的一种通用低氮燃烧器喷头结构来组织燃烧和控制污染物排放，以实现对已有燃烧器头部结构的改造和替换。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的是，提供一种通用低氮燃烧器喷头结构，旨在更好的组织燃烧和控制污染物排放，以实现对已有燃烧器头部结构的改造和替换，实现常用锅炉燃气燃烧器通过更换局部配件降低氮氧化物排放的目的。
8.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种通用低氮燃烧器喷头结构，包括：主燃气管、多条外围长燃料管、多条外围短燃料管以及中心火焰稳定器；所述外围长燃料管和所述外围短燃料管连接于所述主燃气管，且在周向上交替布置；所述外围长燃料管的端部设置有端部燃料喷射孔和端部燃料喷射短杆，根部设置有根部燃料喷射孔和根部燃料喷射短杆；所述外围短燃料管的端部设置有轴向燃料喷射孔，根部设置有周向燃料喷射孔；所述中心火焰稳定器设置在所述外围长燃料管的端部，所述中心火焰稳定器上设置有旋流叶片、中心孔、过渡扩口和扰流切口。
10.该通用低氮燃烧器喷头结构工作时，进入燃烧器的空气分为两部分，一部分空气流经所述外围长燃料管和所述外围短燃料管的外侧，同所述端部燃料喷射孔和所述周向燃料喷射孔喷出的燃料进行混合，之后进入锅炉炉膛内部燃烧；另一部分空气流经所述中心火焰稳定器，同所述端部燃料喷射短杆和所述轴向燃料喷射孔喷出的燃料进行混合，然后经过所述旋流叶片、所述中心孔和所述扰流切口的共同作用产生旋转，在锅炉炉膛内部燃烧；同时，从所述根部燃料喷射孔和所述根部燃料喷射短杆喷出的燃料同对应位置的空气接触、混合，沿所述过渡扩口的外侧进入锅炉炉膛内部燃烧。
11.与现有的技术相比，本发明通过将气体分级燃烧技术、内外多层旋流技术、气体引射导流技术应用到燃烧器的结构设计中，实现的有益效果包括：
12.(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。
13.(2)形成空气和燃料的分级，燃料和空气在整个喷头结构内部实现多次混合，形成多级火焰，火焰区域分为多层，炉膛内部温度场实现分层，实现了高效的燃烧，降低了火焰温度，从而大大减少了氮氧化物的排放。
14.(3)中心火焰稳定器保障了火焰的稳定性，从而保证了燃烧器可靠稳定的工作，减少了回火的危险性，提高了燃烧器使用过程中的安全性。
15.(4)可实现对已有燃烧器头部结构的改造和替换，解决常用锅炉燃气燃烧器更换局部配件降低氮氧化物排放的目的。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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。
17.图1是本发明实施例提供的一种通用低氮燃烧器喷头结构的剖视图；
18.图2是本发明实施例提供的一种通用低氮燃烧器喷头结构的主视图；
19.图3是本发明实施例提供的一种通用低氮燃烧器喷头结构的轴测图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
21.本发明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。
22.下面通过具体实施例，进行详细的说明。
23.请参考图1至图3，本发明的一个实施例提供一种改造型的通用低氮燃烧器喷头结构(下文简称喷头结构)。
24.本发明实施例的该喷头结构，主要包括主燃气管1、多条外围长燃料管2、多条外围短燃料管3以及中心火焰稳定器4。其中，外围长燃料管2和外围短燃料管3连接于主燃气管1，中心火焰稳定器4设置在外围长燃料管2的端部。
25.所述主燃气管1用于燃气流经的通道，将燃气引导并进行分配，使一部分燃气进入外围长燃料管2，另一部分燃气进入外围短燃料管3，最终进入锅炉炉膛进行燃烧。所述中心火焰稳定器4用于形成火焰稳定燃烧区域，调整火焰形状，实现高低温区域均匀分配，最终达到降低氮氧化物排放的目的。可选的，外围长燃料管2、外围短燃料管3与主燃气管1为可拆卸连接，其端部结构可拆卸，从而，可根据不同的锅炉特点，进行更换和调节，实现燃料分布的最优效果。
26.所述外围长燃料管2和外围短燃料管3环绕主燃气管1的轴线在周向上交替布置，实现燃料在喷头内、外两层的合理分配。所述外围长燃料管2的前段端部布置有多个端部燃料喷射孔5和端部燃料喷射短杆6；后段根部布置有多个根部燃料喷射孔8和根部燃料喷射短杆7。所述外围短燃料管3的前段端部布置有多个轴向燃料喷射孔9；后段根部布置有多个周向燃料喷射孔10。
27.设置在外围长燃料管2端部的中心火焰稳定器4，包括主体结构和设置在主体结构上的旋流叶片11、中心孔12、过渡扩口13和扰流切口14。其中，中心孔 12位于中央，多个旋流叶片11环绕中心孔12周向均布，扰流切口14分布于周边。可选的，过渡扩口13是形成在主体结构周边的一圈倾斜部，过渡扩口13外边沿呈锯齿状，锯齿状中的切口即为所述扰流切口14。中心火焰稳定器4可以实现气体的内、中、外三层分布，内层为无旋直射流，中层为强旋流，外层为扰动流。不同层之间的流动匹配可通过中心火焰稳定器4中结构参数的选取来实现。
28.工作时，进入燃烧器的空气分为两部分，一部分空气流经外围长燃料管2和外围短燃料管3的外侧，同端部燃料喷射孔5、周向燃料喷射孔10喷出的燃料进行混合，之后进入锅炉炉膛内部燃烧；另一部分空气流经中心火焰稳定器4，同端部燃料喷射短杆6和轴向燃料喷射孔9喷出的燃料进行混合，然后经过旋流叶片11、中心孔12和扰流切口14的共同作用产生旋转，在炉膛内部燃烧。同时，从根部燃料喷射孔8和根部燃料喷射短杆7喷出的燃料气同对应位置的空气接触、混合，沿过渡扩口13的外侧进入炉膛内部燃烧。各个燃烧区域受各级气流作用产生了混合效果和剪切作用，进行着剧烈的物质和热量传递，共同形成稳定、高效的燃烧区域。
29.作为本发明的一种技术优化方案，外围长燃料管2和外围短燃料管3交替布置，数量均为2～4个。
30.作为本发明的一种技术优化方案，端部燃料喷射孔5和根部燃料喷射孔8的直径为10～25mm，数量为2～6个。
31.作为本发明的一种技术优化方案，端部燃料喷射短杆6和根部燃料喷射短杆 7的直径为3～15mm，数量为1～3个。
32.作为本发明的一种技术优化方案，旋流叶片11的个数为6～10个。
33.作为本发明的一种技术优化方案，旋流叶片11的旋流角度为25
°
～60
°
。
34.作为本发明的一种技术优化方案，中心孔12的直径为30～45mm。
35.作为本发明的一种技术优化方案，过渡扩口13的角度为15
°
～30
°
。
36.作为本发明的一种技术优化方案，过渡扩口13的长度为20～35mm。
37.综上，本发明实施例公开了一种通用低氮燃烧器喷头结构。本发明通过将气体分级燃烧技术、内外多层旋流技术、气体引射导流技术应用到燃烧器的结构设计中，实现的有益效果包括：
38.(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。
39.(2)形成空气和燃料的分级，燃料和空气在整个喷头结构内部实现多次混合，形成多级火焰，火焰区域分为多层，炉膛内部温度场实现分层，实现了高效的燃烧，降低了火焰温度，从而大大减少了氮氧化物的排放。
40.(3)中心火焰稳定器保障了火焰的稳定性，从而保证了燃烧器可靠稳定的工作，减少了回火的危险性，提高了燃烧器使用过程中的安全性。
41.(4)可实现对已有燃烧器头部结构的改造和替换，解决常用锅炉燃气燃烧器更换局部配件降低氮氧化物排放的目的。
42.以上，通过具体实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。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。
43.应当理解，上述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员，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发明各实施例技术方案的精神和保护范围。