【技术实现步骤摘要】
本申请属于燃烧，特别涉及一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器。
技术介绍
1、在燃料燃烧时，因含氮物质在高温条件下发生氧化而形成氮氧化物，氮氧化物是酸雨的主要元凶之一。
2、现有控制氮氧化物排放典型技术方案有燃气分级、空气分级、基于燃气分级的空气引射技术等。
3、燃气分级技术是将燃气分为两级或多级，主要结构特征是中心燃气采用扩散燃烧型式布置在助燃风通道中，起到稳定燃烧并引燃外围燃气作用。外围燃气布置在助燃风通道外，通过弱化与空气的混合而降低反应强度，通过降低火焰温度达到降低排放的作用。中国专利技术专利cn117387068a一种分级燃烧燃气引射化工低氮燃烧器，公开了燃气分级燃烧超低氮氧化物燃烧器。燃气分级技术能够有效降低氮氧化物的排放，但中心燃气采用扩散燃烧方式与空气混合充分燃烧，火焰锋面的化学当量燃烧会使得中心火焰产生氮氧化物无法得到控制。并且过分降低中心燃气的流量，起不到引燃外围燃气稳定火焰的作用。
4、空气分级技术是将空气分为两个通道或多个通道，主要结构特征是燃气布置在其中一个空气通道，或者多个通道形成空气分级燃气分级耦合，该通道空气过剩系数小于1，导致燃烧不充分，从而达到降低火焰温度。中国专利技术专利cn108151017a公开了一种空气燃气分级燃烧超低氮氧化物燃烧器，未燃烧充分的可燃气体继续与其他通道的空气充分燃烧。扩散燃烧属于化学当量燃烧，即火焰锋面的燃气和空气正好充分反应，因此尽管空气过量，但火焰锋面温度仍然较高。实践表明空气分级和空气燃气分级方案在控制氮氧化物方面不及燃气
5、基于燃气分级的空气引射技术是目前最先进的低氮燃烧技术方案之一。在中国专利技术专利cn110779014a公开了一种烟气内循环超低氮燃烧器及锅炉，其特征是通过加大助燃风的压降即提高风速，通过加长喉部通道长度，并在靠近安装燃烧器的炉板侧开孔，形成引射器原理，达到助燃风抽吸烟气的效果。助燃风的氧浓度会有一定的降低，从而中心燃气的火焰温度会有一定程度的降低。另外因为助燃风抽吸烟气，形成空气和烟气的夹层，导致外围燃气燃烧延缓，降低火焰温度。基于燃气分级的空气引射技术很大程度降低了中心燃气火焰的温度，但由于其结构原理，暴露在炉膛中的喉部风道需要加长，否则严重的空气和引射烟气夹层将导致炉膛严重的压力波动。同时，为了降低引射阻力，暴露在炉膛的喉部风道采用金属材质，且直径较大，则长期使用有烧损喉部风筒的风险，尤其是在氢气燃料的高温炉膛情况。
技术实现思路
1、本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，进一步控制中心气体燃料燃烧产生氮氧化物问题，同时解决暴露在炉膛中的金属风通道被烧损的问题。
2、通过对燃烧器头部的结构设计，确保在烧嘴砖内侧的中心燃气枪火焰稳定且氮氧化物生成量低、烧嘴砖外侧的外围燃气枪作为主火焰，实现超低氮氧化物排放。该燃烧器可应用石化、煤化、钢铁及供热等行业的各种燃气炉型且功率范围不受限制。
3、本申请提供的技术方案如下：
4、一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，包括中心燃气枪、烧嘴砖、外围燃气枪和燃烧器稳焰器，烧嘴砖呈筒形，筒形的烧嘴砖穿过炉底浇注料并伸入炉底浇注料内侧，炉底浇注料内侧为炉膛；中心燃气枪的一端从炉底浇注料外穿入到炉底浇注料内并从烧嘴砖外侧穿入到烧嘴砖内侧空间；外围燃气枪的一端从炉底浇注料外穿入到炉底浇注料内并位于烧嘴砖外侧；中心燃气枪和外围燃气枪位于炉底浇注料外的一端均用于通入燃气，筒形的烧嘴砖位于炉底浇注料外的端部与进风风箱连通，进风风箱用于向烧嘴砖内通入助燃空气；燃烧器稳焰器设置于燃烧器烧嘴砖内。
5、沿着所述进风风箱向烧嘴砖内部的进风方向，烧嘴砖内部依次有第一腔体和第二腔体，第一腔体的直径小于第二腔体的直径，第一腔体和第二腔体形成突扩结构；中心燃气枪伸入第二腔体内。
6、所述中心燃气枪包括中心燃气枪上升管、中心喷嘴、中心烟气引射管和多个中心喷嘴定位片，中心燃气枪上升管一端位于炉底浇注料外侧、另一端伸入炉底浇注料内侧且端部弯折并与中心喷嘴连接，中心烟气引射管一端暴露在烧嘴砖外侧炉膛中并与中心喷嘴轴线同轴、另一端中心烟气引射管穿过烧嘴砖伸进助燃风通道并与助燃风流动方向平行，多个中心喷嘴定位片连接于中心喷嘴和中心烟气引射管暴露在烧嘴砖外侧炉膛中的端部之间，以使中心喷嘴与中心烟气引射管之间形成间隙，烟气从该间隙被引射入中心烟气引射管内。
7、所述中心烟气引射管位于烧嘴砖外侧部分与助燃空气的流动方向之间的夹角c为40°-60°。
8、所述中心烟气引射管的出口到燃烧器稳焰器端面的距离为l3，l3的尺寸与燃料的气动参数和物化性质有关，其范围为20mm至50mm。
9、所述中心烟气引射管的出口到燃烧器烧嘴砖在炉底浇注料内端部的距离为l4，l4的尺寸与燃料的气动参数和物化性质有关，其范围为100mm至200mm。
10、所述中心喷嘴的喷孔与中心烟气引射管入口端同轴，中心喷嘴端面与中心烟气引射管入口端之间的端面距离-20mm至+30mm；其中，-表示中心喷嘴插入中心烟气引射管内，+表示在中心喷嘴轴线方向上中心喷嘴端部与中心烟气引射管之间有间隙。
11、所述外围燃气枪轴线与烧嘴砖内壁之间的最小距离不低于l5，l5的尺寸与燃烧器功率大小有关，在小功率燃烧器中，l5取值应不低于30mm，从而确保助燃风(气体)与外围燃气具有一定间隔距离。
12、所述外围燃气枪包括外围燃气枪上升管、外围喷嘴、外围烟气引射管和多个外围喷嘴定位片，外围燃气枪上升管一端位于炉膛外、另一端伸入炉膛内并与外围喷嘴连接，外围喷嘴的喷孔与外围烟气引射管入口端同轴，外围喷嘴与外围烟气引射管之间通过多个外围喷嘴定位片连接，以使外围喷嘴与外围烟气引射管之间有间隙，炉膛内的烟气从该间隙被引射入外围烟气引射管内。
13、所述外围烟气引射管出口轴线与助燃空气吹入方向之间的角度为0，或者外围烟气引射管出口向靠近烧嘴砖中心方向弯折，此时外围烟气引射管出口轴线与助燃空气吹入方向之间的角度为0-30°。
14、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
15、如上所述一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，根据气体引射器原理，设计中心燃气枪为引射结构，上升管中的燃气通过喷嘴形成高速气流射入中心烟气引射管中，在高速气流的作用下，燃烧室内以惰性气体为主的烟气被卷吸进中心烟气引射管中，在强湍流作用下，燃气与烟气在中心烟气引射管中充分混合，混合后的中心混合气体与烧嘴砖中的助燃空气掺混燃烧。每个中心喷嘴设置一个喷孔，有益于增大烟气的卷吸量，如果每个喷嘴设置多个喷孔则相邻喷孔距离过近，将导致被卷吸的烟气互相干扰，增大气团摩擦，降低引射量，无法达到稀释燃气的目的。因混合后的中心混合气体含有一定量的惰性气体，因此火焰温度可以被有效降低。在此对比100％浓度天然气同60％浓度天然气掺混40％浓度氮气的混合燃气分别与2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：包括中心燃气枪(1)、烧嘴砖(2)、外围燃气枪(3)和燃烧器稳焰器(4)，烧嘴砖(2)呈筒形，筒形的烧嘴砖(2)穿过炉底浇注料并伸入炉底浇注料内侧，炉底浇注料内侧为炉膛；中心燃气枪(1)的一端位于炉底浇注料外，中心燃气枪(1)的另一端穿入到炉底浇注料内并从烧嘴砖(2)外侧穿入到烧嘴砖(2)内侧空间；
2.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：沿着所述进风风箱(5)向烧嘴砖(2)内部的进风方向，烧嘴砖(2)内部依次有第一腔体和第二腔体，第一腔体的直径小于第二腔体的直径，第一腔体和第二腔体形成突扩结构；中心燃气枪(1)伸入第二腔体内。
3.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心燃气枪(1)包括中心燃气枪上升管(1-2)、中心喷嘴(1-1)、中心烟气引射管(1-3)和多个中心喷嘴定位片(1-4)，中心燃气枪上升管(1-2)一端位于炉底浇注料外侧、另一端伸入炉底浇注料内侧且端部弯折并与中心喷嘴(1-1)连接，中心烟气引射管
4.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心烟气引射管(1-3)位于烧嘴砖(2)外侧部分与助燃空气的流动方向之间的夹角c为40°-60°。
5.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心烟气引射管(1-3)的出口到燃烧器稳焰器(4)端面的距离为L3，L3的范围为20mm至50mm。
6.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心烟气引射管(1-3)的出口到燃烧器烧嘴砖(2)在炉底浇注料内端部的距离为L4，L4的范围为100mm至200mm。
7.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心喷嘴(1-1)的喷孔与中心烟气引射管(1-3)入口端同轴，中心喷嘴(1-1)端面与中心烟气引射管(1-3)入口端之间的端面距离-20mm至+30mm；其中，-表示中心喷嘴(1-1)插入中心烟气引射管(1-3)内，+表示在中心喷嘴(1-1)轴线方向上中心喷嘴(1-1)端部与中心烟气引射管(1-3)之间有间隙。
8.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述外围燃气枪(3)轴线与烧嘴砖(2)内壁之间的最小距离不低于L5，L5取值不低于30mm。
9.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述外围燃气枪(3)包括外围燃气枪上升管(3-2)、外围喷嘴(3-1)、外围烟气引射管(3-3)和多个外围喷嘴定位片(3-4)，外围燃气枪上升管(3-2)一端位于炉膛外、另一端伸入炉膛内并与外围喷嘴(3-1)连接，外围喷嘴(3-1)的喷孔与外围烟气引射管(3-3)入口端同轴，外围喷嘴(3-1)与外围烟气引射管(3-3)之间通过多个外围喷嘴定位片(3-4)连接，以使外围喷嘴(3-1)与外围烟气引射管(3-3)之间有间隙，炉膛内的烟气从该间隙被引射入外围烟气引射管(3-3)内。
10.根据权利要求9所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述外围烟气引射管出口轴线与助燃空气吹入方向之间的角度为0，或者外围烟气引射管出口向靠近烧嘴砖(2)中心方向弯折，此时外围烟气引射管出口轴线与助燃空气吹入方向之间的角度为0-30°。
...【技术特征摘要】
1.一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：包括中心燃气枪(1)、烧嘴砖(2)、外围燃气枪(3)和燃烧器稳焰器(4)，烧嘴砖(2)呈筒形，筒形的烧嘴砖(2)穿过炉底浇注料并伸入炉底浇注料内侧，炉底浇注料内侧为炉膛；中心燃气枪(1)的一端位于炉底浇注料外，中心燃气枪(1)的另一端穿入到炉底浇注料内并从烧嘴砖(2)外侧穿入到烧嘴砖(2)内侧空间；
2.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：沿着所述进风风箱(5)向烧嘴砖(2)内部的进风方向，烧嘴砖(2)内部依次有第一腔体和第二腔体，第一腔体的直径小于第二腔体的直径，第一腔体和第二腔体形成突扩结构；中心燃气枪(1)伸入第二腔体内。
3.根据权利要求1所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心燃气枪(1)包括中心燃气枪上升管(1-2)、中心喷嘴(1-1)、中心烟气引射管(1-3)和多个中心喷嘴定位片(1-4)，中心燃气枪上升管(1-2)一端位于炉底浇注料外侧、另一端伸入炉底浇注料内侧且端部弯折并与中心喷嘴(1-1)连接，中心烟气引射管(1-3)一端暴露在烧嘴砖(2)外侧炉膛中并与中心喷嘴(1-1)轴线同轴、另一端中心烟气引射管(1-3)穿过烧嘴砖(2)伸进助燃风通道并与助燃风流动方向平行，多个中心喷嘴定位片(1-4)连接于中心喷嘴(1-1)和中心烟气引射管(1-3)暴露在烧嘴砖(2)外侧炉膛中的端部之间，以使中心喷嘴(1-1)与中心烟气引射管(1-3)之间形成间隙，烟气从该间隙被引射入中心烟气引射管(1-3)内。
4.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心烟气引射管(1-3)位于烧嘴砖(2)外侧部分与助燃空气的流动方向之间的夹角c为40°-60°。
5.根据权利要求3所述的一种基于燃气分级的中心燃气引射式低氮燃烧器，其特征在于：所述中心烟气引射管(1-3)的出口到燃烧器稳焰器...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉地，李忠义，韩学斌，王健，钱永康，陈雷，季康，石俊峰，李子尧，
申请(专利权)人：北京航天石化技术装备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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