一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器

摘要

一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，包括蜗壳单元和燃烧头单元，蜗壳单元包括进风口和出风口，进风口设于蜗壳单元的头部，出风口设于蜗壳单元的侧面，出风口处设有喉口圈；燃烧头单元包括分配器、喷嘴和圆锥台，分配器安装于喉口圈内，分配器的圆周面与喉口圈的内壁之间为混合区，分配器具有内空腔体，其内侧端面与燃气进口连通；喷嘴具有开口端、燃气出口，若干个喷嘴均布安装在分配器的圆周面上，开口端与内空腔体连通，开口端与封闭端之间为燃气腔，燃气出口与燃气腔连通并朝喉口圈的开口设置；圆锥台的小端面与分配器的外侧端面相连，大端面朝外设置并与喉口圈的开口之间形成空心圆锥形旋流火焰区，圆锥台的空心内腔形成烟气回流区。

权利要求

1.一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，包括蜗壳单元和燃烧头单元，所述蜗壳单元包括进风口和出风口，其特征在于：所述进风口设于蜗壳单元的头部，所述出风口设于蜗壳单元的侧面，所述出风口处设有喉口圈；

所述燃烧头单元包括燃气进口、分配器、喷嘴和圆锥台，所述分配器安装于喉口圈内，所述分配器的圆周面与喉口圈的内壁之间形成混合区，所述分配器具有内空腔体，所述分配器的内侧端面与燃气进口连通从而燃气能进入到内空腔体里；所述喷嘴具有开口端、封闭端以及燃气出口，若干个所述喷嘴均布安装在分配器的圆周面上，所述开口端与内空腔体连通，所述开口端与封闭端之间为燃气腔，所述燃气出口与燃气腔连通并朝喉口圈的开口设置；所述圆锥台是一空心结构，其小端面与分配器的外侧端面相连，其大端面朝外设置并与喉口圈的开口之间形成空心圆锥形旋流火焰区，所述圆锥台的空心内腔形成烟气回流区。

2.根据权利要求1所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述蜗壳单元的进气口与出气口之间设有一个断面逐渐减小的空气通道，以形成旋转空气流。

3.根据权利要求2所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述空气通道内设有若干个子通道，以形成均匀稳定的旋转空气流。

4.根据权利要求2所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述蜗壳单元包括外侧板、内侧板，所述外侧板和内侧板的一侧与下板固定连接，所述外侧板和内侧板的另一侧与上板连接，所述外侧板、内侧板、上板、下板之间组成所述的空气通道，所述外侧板和内侧板的外端部相连形成直筒型的蜗壳单元的头部。

5.根据权利要求4所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述外侧板和内侧板的内端之间安装有将空气导向出风口的导向板，所述导向板固定在上板和下板之间。

6.根据权利要求4所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述空气通道内安装有将其分隔成若干个子通道的中间板，所述中间板固定在上板和下板之间。

7.根据权利要求4所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述出风口设在下板上，所述喉口圈与下板相连。

8.根据权利要求4所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述燃烧头单元还包括中心管，所述中心管穿过上板经出风口与分配器连通，所述中心管的外端口为燃气进口。

9.根据权利要求8所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述中心管的外端与底板相连，所述底板固定在上板上。

10.根据权利要求1所述的一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，其特征在于：所述喷嘴上设有若干个燃气出口。

说明书

一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器

技术领域

[0001] 本发明属于燃气低氮燃烧技术领域，具体涉及一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器。

背景技术

[0002] 氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一，国家对燃烧产生的氮氧化物排放指标不断趋严。目前，主流控制燃气燃烧器NOx排放的技术手段包括烟气外循环(FGR)、全预混
表面燃烧等方式。其中烟气外循环(FGR)技术一般是从尾部烟气出口抽取烟气，与一次风混
合后由燃烧风机送入炉膛。由于混合后氧气浓度下降及烟气中冷凝水的腐蚀，普遍存在燃
烧不稳定、CO含量高、易产生喘振、故障率高，燃烧器寿命短等缺点。全预混表面燃烧技术是
预先将空气和燃气按比例混合，在金属纤维网表面燃烧，由于金属纤维网网孔细密，容易堵
塞、回火、爆燃，需不定期清洗或更换空气滤网和金属纤维网烧头；且在空气过量系数低时，
氮氧化物含量高。

[0003] 申请公布号为CN109539253A的发明专利公开了一种超低氮燃气燃烧器，包括风机和水平设置的连接筒，风机包括蜗壳以及安装在蜗壳上的电机，蜗壳上开设有进风口和出
风口，连接筒一端的端部与蜗壳的出风口连接且另一端通过法兰连接有水平设置的混合
筒，连接筒与混合筒的中心线共线，混合筒的内部设置有燃气管，燃气管的一端通过连接筒
侧壁上开设的伸出孔伸出到连接筒的外侧且燃气管上安装有点火组件。该申请的蜗壳与混
合筒之间还通过连接筒连接，结构复杂，而且燃烧时中心温度过高，容易生成热力型氮氧化
物的生成。

发明内容

[0004] 为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种燃烧强度低、温度场均匀，大大降低火焰中心温度，能够有效抑制燃烧过程中热力型氮氧化物的生成，实现低氮排放的
空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器。

[0005] 本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，包括蜗壳单元和燃烧头单元，所述蜗壳单元包括进风口和出风口，其特征在于：所述进风口设于蜗壳单元的头部，所述出风口设
于蜗壳单元的侧面，所述出风口处设有喉口圈；

[0007] 所述燃烧头单元包括燃气进口、分配器、喷嘴和圆锥台，所述分配器安装于喉口圈内，所述分配器的圆周面与喉口圈的内壁之间形成混合区，所述分配器具有内空腔体，所述
分配器的内侧端面与燃气进口连通从而燃气能进入到内空腔体里；所述喷嘴具有开口端、
封闭端以及燃气出口，若干个所述喷嘴均布安装在分配器的圆周面上，所述开口端与内空
腔体连通，所述开口端与封闭端之间为燃气腔，所述燃气出口与燃气腔连通并朝喉口圈的
开口设置；所述圆锥台是一空心结构，其小端面与分配器的外侧端面相连，其大端面朝外设
置并与喉口圈的开口之间形成空心圆锥形旋流火焰区，所述圆锥台的空心内腔形成烟气回
流区。

[0008] 进一步，所述蜗壳单元的进气口与出气口之间设有一个断面逐渐减小的空气通道，以形成旋转空气流。

[0009] 进一步，所述空气通道内设有若干个子通道，以形成均匀稳定的旋转空气流。

[0010] 进一步，所述蜗壳单元包括外侧板、内侧板，所述外侧板和内侧板的一侧与下板固定连接，所述外侧板和内侧板的另一侧与上板连接，所述外侧板、内侧板、上板、下板之间组
成所述的空气通道，所述外侧板和内侧板的外端部相连形成直筒型的蜗壳单元的头部。

[0011] 进一步，所述外侧板和内侧板的内端之间安装有将空气导向出风口的导向板，所述导向板固定在上板和下板之间。

[0012] 进一步，所述空气通道内安装有将其分隔成若干个子通道的中间板，所述中间板固定在上板和下板之间。

[0013] 进一步，所述出风口设在下板上，所述喉口圈与下板相连。

[0014] 进一步，所述燃烧头单元还包括中心管，所述中心管穿过上板经出风口与分配器连通，所述中心管的外端口为燃气进口。

[0015] 进一步，所述中心管的外端与底板相连，所述底板固定在上板上。

[0016] 进一步，所述喷嘴上设有若干个燃气出口。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] 1、设置空心的圆锥台，能够形成一种空心圆锥形旋流火焰，燃烧强度低，温度场均匀；并且具有烟气回流区，构成烟气内循环，能够有效抑制燃烧过程中热力型氮氧化物的生
成，同时保证稳定燃烧。

[0019] 2、设置喉口圈，燃气在喉口圈处与高速旋转空气完成燃烧前的预混，混合充分，烟气中CO含量低。

[0020] 3、结构简单、可靠，不存在回火、爆炸风险，维护简单，无冷凝水腐蚀，使用寿命长。

附图说明

[0021] 图1为本发明的结构示意图。

[0022] 图2为本发明的蜗壳外形示意图。

[0023] 图3为本发明的圆锥台结构示意图。

[0024] 图4为本发明的喷嘴的结构示意图。

[0025] 图5为本发明使用时烟气排放数据图。

[0026] 其中图中，1‑外侧板，2‑内侧板，3‑上板，4‑下板，5‑中间板，6‑导向板，7‑喉口圈，8‑中心管，9‑底板，10‑分配器，11‑喷嘴，12‑圆锥台。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的
所有备选方案、改进方案和等效方案。

[0028] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆
时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本
发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方
位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目
的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限
定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的
描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

[0029] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机
械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元
件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。

[0030] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。

[0031] 参见图1‑4，本实施例提供了一种空心圆锥形旋流火焰低氮燃气燃烧器，包括蜗壳单元和燃烧头单元，所述燃烧头单元与蜗壳单元相连。

[0032] 本实施例所述蜗壳单元包括进风口和出风口，所述进风口设于蜗壳单元的头部，所述出风口设于蜗壳单元的侧面，所述出风口处设有喉口圈7；所述蜗壳单元的进气口与出
气口之间设有一个断面逐渐减小的空气通道，以形成旋转空气流，所述空气通道内设有若
干个子通道，以形成均匀稳定的旋转空气流。

[0033] 具体的，所述蜗壳单元包括外侧板1、内侧板2，所述外侧板1和内侧板2的一侧与下板4固定连接，所述外侧板1和内侧板2的另一侧与上板3连接，所述外侧板1、内侧板2、上板
3、下板4之间组成所述的空气通道，所述外侧板1和内侧板2的外端部相连形成直筒型的蜗
壳单元的头部，即进风口设于所述外侧板1和内侧板2的外端部。所述外侧板1和内侧板2的
内端之间安装有将空气导向出风口的导向板6，所述导向板6固定在上板3和下板4之间。所
述空气通道内安装有将其分隔成若干个子通道的中间板5，所述中间板5固定在上板3和下
板4之间。所述出风口设在下板4上，所述喉口圈7与下板4相连。

[0034] 本实施例所述燃烧头单元包括燃气进口、分配器10、喷嘴11和圆锥台12，所述分配器10安装于喉口圈7内，所述分配器10的圆周面与喉口圈7的内壁之间的间隙为混合区，所
述分配器10具有内空腔体，所述分配器10的内侧端面与燃气进口连通从而燃气能进入到内
空腔体里；所述喷嘴11具有开口端、封闭端以及燃气出口，若干个所述喷嘴11均布安装在分
配器10的圆周面上，所述开口端与内空腔体连通，所述开口端与封闭端之间为燃气腔，所述
燃气出口与燃气腔连通并朝喉口圈7的开口设置；所述圆锥台12是一空心结构，其小端面与
分配器10的外侧端面相连，其大端面朝外并露出喉口圈设置，所述圆锥台12的外周面与喉
口圈7的开口之间形成空心圆锥形旋流火焰区，所述圆锥台12的空心内腔形成烟气回流区。

[0035] 具体的，所述燃烧头单元包括中心管8，所述中心管8穿过上板3经出风口与分配器10连通，所述中心管8的外端口为燃气进口。所述中心管8的外端与底板9相连，所述底板9固
定在上板3上，从而将燃烧头单元与蜗壳单元相连。所述分配器10为具有一定直径的，内设
有内空腔体的圆柱体，所述分配器10的内侧端面开设通孔，所述通孔与中心管8相连通，所
述分配器10的外侧端面为封闭结构，所述分配器10的圆周面上开设有若干个孔。所述喷嘴
11为一中空的圆柱体结构，圆柱体结构的一端为开口端，另一端为封闭端，中空区为燃气
腔，圆周面上沿轴向设有若干个燃气出口，开口端插装在所述分配器10的圆周面上的孔内。
所述圆锥台12具有一定的角度。

[0036] 本发明燃烧所需的空气，经进风口进入，通过蜗壳单元，形成均匀稳定旋转空气流，从出风口高速喷入喉口圈7。燃气沿中心管8进入分配器10，从固定在分配器10圆周上的
若干个喷嘴11上的燃气出口喷出，在喉口圈7处与高速旋转空气完成燃烧前的预混，混合气
通过燃烧头单元上的圆锥台12与蜗壳单元上的喉口圈7高速喷入，形成一种空心圆锥形旋
流火焰，圆锥台12的空心内腔处形成空心负压，卷吸高温烟气，形成烟气回流区，构成烟气
内循环，同时保证稳定燃烧。本发明燃烧强度低、温度场均匀，大大降低火焰中心温度，能够
有效抑制燃烧过程中热力型氮氧化物的生成，实现低氮排放。同时燃气与空气混合充分，烟
气中CO含量低。

[0037] 本发明已应用于发明专利号为ZL201610895821.5的一种卧式侧烧式盘管结构快速蒸汽发生系统的发明专利中，为其提供热源。烟气排放数据见图5，氮氧化物的排放值为
3
64.7mg/m ，远远低于GB13271‑2014《锅炉大气污染物排放标准》中规定的氮氧化物特别排
3
放限值150mg/m。

[0038] 以上所述，仅为本发明的基本原理和主要特征，但本发明的保护范围并不受上述实施例的限制，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的发明精神和范围内，可轻易想到或
替换的，都属于本发明的保护范围之内。