燃燒器和燃燒系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及燃燒器和燃燒系統。該燃燒器包括：一次燃燒段，其構造為中空的管段，并且包括流體連通的混合區和一次燃燒區，所述混合區靠近所述一次燃燒段的外側；二次燃燒段，其構造為中空的管段并且連接于所述一次燃燒段的內端部，其包括二次燃燒區，所述二次燃燒區與所述一次燃燒區流體連通；其中，所述混合區的外側設置有燃料入口和一次助燃空氣入口，所述二次燃燒區的外側設置有二次助燃空氣入口。采用這種燃燒器進行生產可以有效地減少NOx排放量，利于環保。
【專利說明】燃燒器和燃燒系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及高溫燃燒【技術領域】，特別涉及一種燃燒器。此外，本發明還涉及一種包括所述燃燒器的燃燒系統。
【背景技術】
[0002]工業爐窯通常采用燃燒器進行生產，采用燃燒器能夠獲取高溫火焰。生產時，燃燒器將燃料和助燃空氣混合后燃燒，從而獲取高溫煙氣。但是現有技術中采用的燃燒器在燃燒過程中會產生大量的NOx，作為示例，為了使得燃燒爐的爐膛溫度達到1200°C，在空氣預混系數a=l的情況下高溫燃燒時NOx排放量達到5000ppm。因此，急需一種低NOx排放量的燃燒器。
【發明內容】
[0003]針對上述的問題，本發明提出了一種燃燒器，使用這種燃燒器進行生產可以有效地減少NOx排放量，利于環保。此外，本發明還提出了一種包括上述燃燒器的燃燒系統。
[0004]根據本發明的第一方面，提出了一種燃燒器，其包括:一次燃燒段，其構造為中空的管段，并且包括流體連通的混合區和一次燃燒區，混合區靠近一次燃燒段的外側；二次燃燒段，其構造為中空的管段并且連接于一次燃燒段的內端部，其包括二次燃燒區，二次燃燒區與一次燃燒區流體連通；其中，混合區的外側設置有燃料入口和一次助燃空氣入口，二次燃燒區的外側設置有二次助燃空氣入口。
[0005]采用本發明的燃燒器進行生產時，由于一次助燃空氣與二次助燃空氣的供給量分別小于給定燃料能夠完全燃燒所需的助燃空氣總量，因此，燃料分別在一次燃燒區和二次燃燒區內不充分燃燒，特別是在一次燃燒區中，參與燃燒的氧氣濃度低，同時火焰內還存在NO的還原反應，從而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0006]在一個實施例中，二次燃燒段的側壁上設置有流體連通二次燃燒段的內側與二次燃燒區的爐膛煙氣通道。采用這樣的結構，在二次燃燒區中燃燒時能夠通過爐膛煙氣通道卷吸燃燒爐的爐膛煙氣進入到二次燃燒區，因此爐膛內煙氣的混入使得二次燃燒時的氧氣濃度降低，從而抑制了二次燃燒的火焰溫度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0007]在一個優選實施例中，爐膛煙氣通道延伸至二次燃燒段的外端部。由此使得從一次燃燒區進入到二次燃燒區的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地降低燃燒火焰周圍的氧氣濃度。進一步地，爐膛煙氣通道與二次燃燒區的連通處朝向二次燃燒區呈擴口狀。由此加快爐膛煙氣在二次燃燒區內的擴散，利于二次燃燒區內氧氣濃度的降低。
[0008]在一個實施例中，一次燃燒段的側壁上沿軸線方向設置有與二次助燃空氣入口連通的二次助燃空氣通道。由此可以在一次燃燒段的外側同時供給一次助燃空氣和二次助燃空氣，提高助燃空氣供給的便利性。
[0009]在一個實施例中，混合區的孔徑不大于一次燃燒區的孔徑，并且混合區構造為自內向外呈擴口狀。采用這樣的結構的目的是，保證燃料與一次助燃空氣在混合區能夠充分混合，另外當在一次燃燒區燃燒時可以保證一次燃燒段不會承受過大的壓力。
[0010]在一個實施例中，一次燃燒區的孔徑小于二次燃燒區的孔徑。由于二次燃燒區內導入二次助燃空氣，甚至爐膛煙氣也會進入到其中，一次燃燒區的孔徑小于二次燃燒區的孔徑可以保證二次燃燒段不會承受過大的壓力，確保燃燒器產品的可靠性。
[0011 ] 在一個實施例中，燃料入口為燃氣噴嘴，一次助燃空氣入口設置于燃氣噴嘴的周圍。由此便于燃料的供應，并且可以使得一次助燃空氣能夠與燃料充分混合。
[0012]在一個實施例中，燃氣噴嘴為氮化硅結合碳化硅材料，和/或者燒嘴磚是高溫澆注材料。提高了燃燒器的耐高溫能力。
[0013]根據本發明的第二方面，還提供了一種燃燒系統，該燃燒系統包括燃燒爐和根據上文所述的燃燒器，燃燒爐的爐膛設置于二次燃燒段的內側。當采用這樣的燃燒系統生產時，二次燃燒區內產生的燃燒火焰噴向爐膛內。
[0014]需要說明的是，本發明所使用的方位術語“內”是指當燃燒器安裝至燃燒爐上時靠近燃燒爐的爐膛為“內”，而遠離燃燒爐的爐膛的方向為“外”。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點在于，在二次燃燒區中燃燒時能夠通過爐膛煙氣通道卷吸燃燒爐的爐膛煙氣進入到二次燃燒區，由此降低了二次燃燒區中氧氣的濃度。爐膛煙氣通道延伸至二次燃燒段的外端部。由此使得從一次燃燒區進入到二次燃燒區的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地降低燃燒火焰周圍的氧氣濃度。進一步地，爐膛煙氣通道與二次燃燒區的連通處朝向二次燃燒區呈擴口狀。由此加快爐膛煙氣在二次燃燒區的擴散，利于二次燃燒區內氧氣濃度的降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0017]圖1是根據本發明的一個優選實施例的燃燒器的截面圖；
[0018]在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖對本發明做進一步說明。
[0020]如圖1所示，本發明提出的燃燒器包括一次燃燒段10和二次燃燒段20，燃料和一次助燃空氣首先在一次燃燒段10內混合后進行一次燃燒，然后再進入到二次燃燒段20中進行二次燃燒，同時二次助燃空氣導入至二次燃燒段20中參與二次燃燒。下面將詳細描述本發明的燃燒器及其各部分。
[0021]需要說明的是，本發明所述的燃料為氣體燃料，例如天然氣或者煤氣等均可。另夕卜，一次助燃空氣與二次助燃空氣的供給量分別小于給定燃料能夠完全燃燒所需的助燃空氣總量。作為優選的示例，一次助燃空氣量約為助燃空氣總量的50?60%，二次助燃空氣量約為助燃空氣總量的40?50%。
[0022]如圖1所示，一次燃燒段10構造為中空的管段，一次燃燒段10包括流體連通的混合區11和一次燃燒區12，混合區11靠近一次燃燒段10的外側。混合區11的外側設置有燃料入口和一次助燃空氣入口，混合區11用于燃料和一次助燃空氣的混合，圖中混合區11中的箭頭的方向為燃料和一次助燃空氣的流向。優選地，如圖所示，燃料入口為燃氣噴嘴
13。而一次助燃空氣入口 14設置于燃氣噴嘴13的周圍，由此便于燃氣與一次助燃空氣的充分混合。進一步地，圖中一次助燃空氣入口 14處設置有旋流器，可以提供較強的旋流風，利于燃氣與一次助燃空氣的混合。
[0023]如圖1所示，二次燃燒段20同樣構造為中空的管段，二次燃燒段20連接于一次燃燒段10的內端部。優選地，一次燃燒段10和二次燃燒段20可以形成為一體。如圖所示，二次燃燒段20包括二次燃燒區21，二次燃燒區21與一次燃燒區12流體連通。由此燃料完成一次燃燒后并不能充分燃燒，從一次燃燒區12進入到二次燃燒區21，在二次燃燒區21內進行二次燃燒。需要說明的是，二次燃燒區21的外側(也就是靠近一次燃燒區)設置有二次助燃空氣入口 22，用以提供二次助燃空氣，二次助燃空氣參與二次燃燒區內的二次燃燒。
[0024]采用本發明的燃燒器進行生產時，燃料分別在一次燃燒區12和二次燃燒區21內不充分燃燒，致使燃燒溫度低于理論燃燒溫度，特別是在一次燃燒區12中，燃料過濃，一次燃燒過剩空氣系數小于1，致使燃燒溫度低于理論燃燒溫度，另外參與燃燒的氧氣濃度低，同時火焰內還存在NO的還原反應,從而在一定程度上降低了 NOx的生成。
[0025]如圖1所示，作為優選的實施例，二次燃燒段20的側壁上設置爐膛煙氣通道23，爐膛煙氣通道23流體連通二次燃燒段20的內側與二次燃燒區21。從圖中可以看出，二次燃燒區21的內端部是敞開的，用于燃料二次燃燒的火焰以及高溫煙氣噴向爐膛內。而爐膛煙氣通道23的設置可以在二次燃燒區中燃燒時能夠通過爐膛煙氣通道23卷吸燃燒爐的爐膛煙氣進入到二次燃燒區21，因此爐膛煙氣的混入使得二次燃燒時的氧氣濃度降低，從而抑制了燃料二次燃燒的火焰溫度，因此有效地降低了 NOx的生成。
[0026]優選地，如圖所示，爐膛煙氣通道23延伸至二次燃燒段20的外端部。圖中爐膛煙氣通道23中的箭頭方向為爐膛煙氣的流向，由此使得從一次燃燒區12進入到二次燃燒區21的混合氣體同時被二次助燃空氣和爐膛煙氣混合，從而有效地降低燃燒火焰周圍的氧氣濃度。進一步地，爐膛煙氣通道23與二次燃燒區21的連通處24朝向二次燃燒區21呈擴口狀。圖中連通處24的箭頭方向為爐膛煙氣的流動方向，從而加快爐膛煙氣在二次燃燒區21內的擴散，利于二次燃燒區21內氧氣濃度的降低。
[0027]作為優選的實施例，一次燃燒段10的側壁上沿軸線方向設置有與二次助燃空氣入口 22連通的二次助燃空氣通道16。圖中二次助燃空氣通道16中的箭頭方向為二次助燃空氣的流向，由此可以在一次燃燒段10的外側同時供給一次助燃空氣和二次助燃空氣，提高助燃空氣供給的便利性。
[0028]優選地，混合區11的孔徑不大于一次燃燒區12的孔徑，可以保證在一次燃燒區燃燒時一次燃燒段10不會承受過大的壓力。另外，混合區11構造為自內向外呈擴口狀。保證燃料與一次助燃空氣在混合區能夠充分混合。此外，混合區11與一次燃燒區12的孔徑的差距使得一次燃燒區的根部(靠近一次燃燒區的位置)形成一次煙氣回流區15，利于一次燃燒的火焰穩定。在采用旋流風的一次助燃空氣的情況下，燃燒調節比得到提高。
[0029]可以理解的是，如圖1所示，一次燃燒區12的孔徑小于二次燃燒區21的孔徑。由于二次燃燒區21內導入二次助燃空氣，甚至爐膛煙氣也會進入到其中，一次燃燒區12的孔徑小于二次燃燒區21的孔徑可以保證二次燃燒段20不會承受過大的壓力。另外，如圖所示，由于一次燃燒區12和二次燃燒區21的孔徑的差距使得二次燃燒區的根部(靠僅混合區的位置)形成二次煙氣回流區25，從而利于二次燃燒的火焰穩定，利于燃燒的調節。
[0030]進一步地，燃氣噴嘴13為氮化硅結合碳化硅材料。燒嘴磚是高溫澆注材料。由此提高了燃燒器的耐高溫能力。例如，最高使用溫度可達到1700°C。
[0031]根據本發明的第二方面，還提供了一種燃燒系統，該燃燒系統包括燃燒爐和根據上文所述的燃燒器，燃燒爐的爐膛設置于二次燃燒段的內側。當采用這樣的燃燒系統生產時，二次燃燒區內產生的燃燒火焰和高溫煙氣噴向爐膛內。對比現有技術，為了使得燃燒爐的爐膛溫度達到1200°C，在空氣預混系數a=l的情況下采用本發明的燃燒器進行高溫燃燒時NOx排放量低至500ppm，NOx的排放量降低90%。
[0032]雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種燃燒器，其特征在于，包括: 一次燃燒段，其構造為中空的管段，并且包括流體連通的混合區和一次燃燒區，所述混合區靠近所述一次燃燒段的外側； 二次燃燒段，其構造為中空的管段并且連接于所述一次燃燒段的內端部，其包括二次燃燒區，所述二次燃燒區與所述一次燃燒區流體連通； 其中，所述混合區的外側設置有燃料入口和一次助燃空氣入口，所述二次燃燒區的外側設置有二次助燃空氣入口。
2.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述二次燃燒段的側壁上設置有流體連通所述二次燃燒段的內側與所述二次燃燒區的爐膛煙氣通道。
3.根據權利要求2所述的燃燒器，其特征在于，所述爐膛煙氣通道延伸至所述二次燃燒段的外端部。
4.根據權利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述爐膛煙氣通道與所述二次燃燒區的連通處朝向所述二次燃燒區呈擴口狀。
5.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述一次燃燒段的側壁上沿軸線方向設置有與所述二次助燃空氣入口連通的二次助燃空氣通道。
6.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述混合區的孔徑不大于所述一次燃燒區的孔徑，并且所述混合區構造為自內向外呈擴口狀。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的燃燒器，其特征在于，所述一次燃燒區的孔徑小于所述二次燃燒區的孔徑。
8.根據權利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃料入口為燃氣噴嘴，所述一次助燃空氣入口設置于所述燃氣噴嘴的周圍。
9.根據權利要求8所述的燃燒器，其特征在于，所述燃氣噴嘴為氮化硅結合碳化硅材料，和/或者燒嘴磚是高溫澆注材料。
10.一種燃燒系統，其特征在于，所述燃燒系統包括燃燒爐和根據權利要求1至9中任一項所述的燃燒器，所述燃燒爐的爐膛設置于所述二次燃燒段的內側。
【文檔編號】F23D14/02GK103868065SQ201410135512
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】周紹芳 申請人:湖南巴陵爐窯節能股份有限公司