一种火焰筒、工业低氮燃烧器和燃气火焰逐级放大方法技术

本发明专利技术公开了一种火焰筒、工业低氮燃烧器和燃气火焰逐级放大方法，燃气火焰逐级放大方法主要以火焰筒的方式体现，火焰稳定，NOx排放低；火焰筒出口喷射出高速烟气，引射炉内烟气回流，从而实现温度均匀的低氮燃烧，在没有烟气外循环的情况下，可将NOx排放量控制在20毫克每标方(3.5％O2)以下。利用燃气火焰逐级放大方法的工业低氮燃烧器，火焰筒内为过量空气系数大于1的预混燃烧；火焰筒外燃气预混后在燃烧器内被火焰筒喷口喷出的高温烟气引燃，着火气体体积膨胀加速后从燃烧器出口高速喷出，引射炉内烟气掺混均匀；燃烧器喷口伸出炉膛前墙；在燃烧器外侧背风面喷入部分燃气与回流烟气混合后再与燃烧器喷口火焰相遇，实现缓慢的低氧燃烧。低氧燃烧。

【技术实现步骤摘要】
一种火焰筒、工业低氮燃烧器和燃气火焰逐级放大方法


[0001]本专利技术涉及工业低氮燃烧器
，具体涉及一种火焰筒、工业低氮燃烧器和燃气火焰逐级方法。

技术介绍

[0002]燃气燃烧器所产生的氮氧化物主要为热力型NOx，热力型NOx是由空气中的氮在高温条件下氧化而成，生成量的多少主要取决于温度和烟气在高温区停留的时间。试验表明，在相同条件下，NOx生成量随温度增高而增大，当温度低于1500℃时，几乎不生成热力型NOx；理论表明，NOx生成多少，与燃烧时高温烟气在高温区停留时间成正比。因此，从热力型NOx的生成机理考虑，对于燃气燃烧器应合理组织燃烧，避免产生燃烧高温区并且缩短烟气在高温区停留时间。
[0003]近几年气体燃料的低氮燃烧出现了一种全预混金属纤维表面燃烧技术，燃气和空气预混之后在金属纤维表面燃烧，一般来说低功率时表面燃烧颜色从红色、桔黄变为黄色，通常叫做红焰模式，燃烧强度可从100kw/m2变到800kw/m2，随着功率的进一步提高，表面燃烧发展到蓝焰模式，燃烧强度达到1000kw/m2以上，负荷调节范围非常宽。金属纤维表面燃烧技术使得温度分布均匀，没有局部高温存在，因此能够更好的抑制NOx的生成。虽然这种预混燃烧的方式拥有火焰短和NOx排放值低等优点，但仍然无法避免回火振动和爆燃的风险。

技术实现思路

[0004]技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种火焰筒、工业低氮燃烧器和燃气火焰逐级方法，即保留了全预混金属纤维表面燃烧良好的降氮性能，又能够解决全预混金属纤维表面燃烧回火爆燃所存在的安全隐患，在使用天然气做燃料时能够实现在没有烟气外循环的情况下，NOx的排放在20毫克每标方(3.5％O2)以下。
[0005]技术方案：一种火焰筒，所述火焰筒的筒壁设有若干个进气孔隙，所述火焰筒包括若干级轴向依次连接的筒壁，相邻级筒壁之间存在气膜间隙，且气膜间隙朝向助燃风来流方向；所述助燃风为燃气与空气的混合气体。
[0006]进一步的，所述火焰筒由多孔金属、蜂窝金属、金属丝网、金属纤维编制物或碳化硅等非金属特殊材料加工而成，金属纤维的直径在10～100um之间，所述金属的材质包括各种铁铬铝合金。
[0007]进一步的，各级筒壁之间的气膜间隙及火焰筒上的进气孔直径均小于所用燃料的熄火直径。
[0008]一种燃气火焰逐级放大的工业低氮燃烧器，包括燃烧器壳体、火焰筒、中心气枪、一次风配风组件、点火装置；一次风配风组件上设有一次风入口；所述火焰筒、点火装置和中心气枪设置于一次风配风组件内；中心气枪的喷头延伸至火焰筒内；火焰筒的筒壁设有若干个进气孔隙；所述中心气枪沿枪身径向设有若干个一级预混燃气喷孔；燃气火焰逐级
放大方法以火焰筒及中心气枪组合的形式体现在燃烧器上。
[0009]进一步的，所述火焰筒包括若干级轴向依次连接的筒壁，相邻级筒壁之间存在气膜间隙，且气膜间隙朝向助燃风来流方向。
[0010]进一步的，各级筒壁之间的气膜间隙及各级筒壁上的孔隙直径均小于所用燃料的熄火直径。
[0011]进一步的，火焰筒还包括若干个一级预混燃气隔板，所述一级预混燃气隔板位于所述火焰筒的入口之前，将一级预混燃室分隔成若干个相互独立，相互之间不能引燃的独立空间，大大降低了局部回火爆燃对整体燃烧工况的影响；由于分割之后，预混段即使个别发生回火，爆炸所产生的压力波也比全部爆燃要小的多，能够被燃烧器大风箱吸收，使预混燃烧更安全；所述隔板分割预混室的形式包括轴向、径向等形式，并不局限于本专利所示意的分割方法。
[0012]进一步的，所述一级预混燃气隔板径向的一端与一次风配风组件连接，另一端与火焰筒的筒壁连接；所述一级预混燃气隔板轴向的一端位于火焰筒的稳燃罩之前，另一端位于火焰筒最后一级筒壁的出口。
[0013]进一步的，所述燃烧器壳体上设有二次风入口，所述火焰筒的出口与燃烧器出口之间设有二级预燃室，二级预燃室与二次风入口连通；二级预燃室外侧设有二级预混燃气室，二级预混燃气室上设有二级预混燃气进气管，二级预燃室上设有二级预混燃气喷孔，二级预混燃气喷孔与二级预混燃气室连通。
[0014]进一步的，所述二级预燃室的外侧、二级预混燃气室轴向靠近燃烧器出口的一侧设有外圈燃烧室，外圈燃烧室上设有外圈燃气进气管和外圈燃气喷枪，使外圈燃气与二次风实现空间上的分离，从而达到燃气先与回流烟气预混再与二次风混合缓慢燃烧的目的。
[0015]进一步的，所述燃烧器出口伸出炉膛燃烧器安装的前墙炉壁150～300mm，外圈燃气喷枪出口截面较燃烧器出口回缩50～200mm，使外圈燃气先与回流烟气预混再与二次风混合。
[0016]进一步的，所述预混气从火焰筒的筒外壁流入筒内壁，在火焰筒的内表面形成表面燃烧，筒壁由多孔金属、蜂窝金属、金属丝网、金属纤维编制物或碳化硅等非金属特殊材料加工而成，纤维的直径在10～100um之间，金属材质包括各种铁铬铝合金。
[0017]进一步的，所述点火装置装在一次风进入稳燃罩入口交界面之前，点火装置的燃气喷孔燃气喷孔与轴线的夹角α＝3～15度，燃气喷孔的数量为1～4个；灯罩长度L＝30～200mm，灯罩内径灯罩上开有数个吸气孔；点火气枪内设有电点火器，电点火器位置固定，无进退机构；点火气枪火焰通过稳燃罩进入火焰筒内点火。
[0018]进一步的，所述中心气枪可替换为无一级预混燃气喷孔的普通稳燃气枪，使火焰筒各级筒壁之间的气膜间隙及筒壁上的孔隙仅承担进风冷却的作用。
[0019]进一步的，所述火焰筒可替换为表面燃烧型火焰筒；表面燃烧型火焰筒由稳燃罩、表面燃烧型火筒支撑片和表面燃烧筒壁组成；表面燃烧筒壁由多孔金属、蜂窝金属、金属丝网、金属纤维编制物或碳化硅等非金属特殊材料加工而成，纤维的直径在10～100um之间，金属材质包括各种铁铬铝合金。
[0020]基于上述工业低氮燃烧器的燃气火焰逐级放大方法，包括如下步骤：
[0021]步骤1：16～24％的燃气通过中心气枪进入燃烧器，其中4～6％的燃气经由中心气
枪前端的喷头进入火焰筒内作为稳燃火焰的气源，这部分燃气依靠稳燃罩提供的强旋流预混气进行补氧燃烧；12～18％的燃气在进入火焰筒之前，经由若干个一级预混燃气喷孔喷入一次风配风组件内，与经由一次风入口进入一次风配风组件内的20～30％助燃风混合，混合气过量空气系数在1.1～1.5之间，助燃风设计风速大于所用燃料的火焰传播速度，各级筒壁之间的间隙及各级筒壁上的孔隙直径均小于所用燃料的熄火直径；
[0022]步骤2：上述一次风与一级预混燃气的混合气通过稳燃罩、各级筒壁之间的气膜间隙及筒壁上的孔隙分级进入火焰筒内，实现预混气轴向从左到右、径向从内到外的分级着火，达到火焰逐级放大的效果；
[0023]步骤3：38～42％的燃气经由二级预混燃气进气管进入二级预混燃气室内，再由若干个二级预混燃气喷孔喷入火焰筒出口与燃烧器出口之间的二级预燃室，与经由二次风入口进入燃烧器的70～80％助燃风混合，混合气过量空气系数大于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
15)进入一次风配风组件(1-14)内的20～30％助燃风混合，混合气过量空气系数在1.1～1.5之间，助燃风设计风速大于所用燃料的火焰传播速度，各级筒壁之间的间隙及各级筒壁上的孔隙直径均小于所用燃料的熄火直径；步骤2：上述一次风与一级预混燃气的混合气通过稳燃罩(1-901)、各级筒壁之间的气膜间隙及筒壁上的孔隙分级进入火焰筒(1-9)内，实现预混气轴向从左到右、径向从内到外的分级着火，达到火焰逐级放大的效果；步骤3：38～42％的燃气经由二级预混燃气进气管(1-3)进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁龙，雍占锋，李亮，常春梅，张举乐，贾刚建，邱康萍，鲍村，郭连法，张红月，廉旗，任子康，
申请(专利权)人：徐州燃烧控制研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：