阅读说明：本技术 一种空气分流自旋部分预混双燃料低NOx燃烧器 (Air shunting spinning part premixing dual-fuel low NOx burner ) 是由 龚彦豪 惠世恩 王登辉 牛艳青 靳苏毅 康雅倩 刘思琪 董宁 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空气分流自旋部分预混双燃料低NOx燃烧器,包括燃烧器外二次风套筒外围由预燃室壳体围成的预燃室,预燃室壳体外侧套有三次风套筒,预燃室壳体末端外缘沿预燃室出口轴线周向对称开设有三次风喷口。本发明作为燃气燃烧器投用时,从燃气预混喷口喷出的燃气围绕燃气套筒轴线形成旋转射流,在燃气预混通道内和燃气助燃空气快速混合,有效降低NOx生成量。当作为煤粉燃烧器投用时,一次风粉混合物在预燃室快速释放挥发分,预燃室壳体末端外缘开设的三次风喷口使三次风形成高速射流,并围绕预燃室出口轴线形成旋转射流,从射流边界卷吸大量高温烟气回流,进入炉膛的气粉混合物在MILD燃烧条件下进行燃烧,NOx生成量显著降低。(The invention discloses an air-shunting spinning part-premixing dual-fuel low NOx burner which comprises a precombustion chamber, wherein the periphery of a secondary air sleeve outside the burner is surrounded by a precombustion chamber shell, a tertiary air sleeve is sleeved outside the precombustion chamber shell, and tertiary air nozzles are symmetrically arranged on the outer edge of the tail end of the precombustion chamber shell along the axial line of an outlet of the precombustion chamber in the circumferential direction. When the gas burner is used as a gas burner, gas sprayed out of the gas premixing nozzle forms rotary jet flow around the axis of the gas sleeve, and is rapidly mixed with gas combustion-supporting air in the gas premixing channel, so that the generation amount of NOx is effectively reduced. When the burner is used as a pulverized coal burner, the primary air-powder mixture quickly releases volatile components in the precombustion chamber, the tertiary air nozzle arranged on the outer edge of the tail end of the precombustion chamber shell enables tertiary air to form high-speed jet flow and form rotary jet flow around the axis of the outlet of the precombustion chamber, a large amount of high-temperature flue gas is sucked from the jet flow boundary to flow back, the gas-powder mixture entering the hearth is combusted under the MILD combustion condition, and the generation amount of NOx is obviously reduced.)

一种空气分流自旋部分预混双燃料低NOx燃烧器

【技术领域】

本发明属于热能与动力工程技术领域，涉及一种旋流燃烧器，具体涉及一种空气分流自旋部分预混双燃料低NO_x燃烧器，用于增强燃烧器对燃料种类的适应性、提高燃料燃烧的稳定性和降低燃料燃烧过程中NO_x生成。

【背景技术】

当下，化石能源是能源的主体消费形式，化石能源在未来很长时期内依然是最主要的能源消费形式，同时，天然气消费在一次能源消费中的占比将稳步提高。

化石燃料燃烧是氮氧化物(NO_x)的主要来源，NO_x是光化学烟雾产生的主要成因，同时也是形成酸雨的主要因素，严重危害大气环境与人体健康。并且，研究结果显示NO_x也是大气PM2.5颗粒的重要来源，是造成雾霾天气的主要元凶之一。

MILD(Moderate or Intense Low Oxygen Dillution)燃烧技术可以有效控制NO_x生成，在近几年得到了快速发展。MILD燃烧技术的燃料适应性强，能广泛应用于固、液、气态燃料；该种燃烧方式形成的火焰呈弥散状，燃烧区域大，峰值温度低，热流分布均匀，靠近燃烧器区域的氧气浓度显著低于传统燃烧方式，在抑制NOx生成的同时，可以保证较高的燃烧效率。通过燃烧器的合理组织，将MILD燃烧技术应用到天然气和煤粉的燃烧中，降低NO_x原始排放。

【

发明内容

】

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种用于增强燃烧器对燃料种类的适应性、提高燃料燃烧稳定性和降低燃料燃烧过程中NO_x生成的空气分流自旋部分预混双燃料低NO_x燃烧器，该燃烧器可根据燃用燃料的种类来切换燃烧组织方式，以分别适应天然气和煤粉的燃烧条件，实现燃烧器燃料种类适应性强的要求。同时，通过燃烧器的合理组织，将MILD燃烧技术应用到天然气和煤粉的燃烧中，降低NO_x原始排放。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种空气分流自旋部分预混双燃料低NOx燃烧器，包括：

预燃室，预燃室由预燃室壳体围成，并连接在外二次风套筒的***；预燃室入口处由内至外依次套装有燃气套筒、空气分流套筒、燃气助燃空气套筒、一次风套筒、耐火水泥隔离带、内二次风套筒和外二次风套筒；

预燃室壳体，预燃室壳体的外侧套有三次风套筒，末端外缘沿预燃室出口轴线周向对称开设有若干三次风喷口；

燃气套筒，燃气套筒设置有若干燃气预混喷口和若干燃气非预混喷口；燃气预混喷口管道嵌于空气分流套筒与燃气助燃空气套筒形成的环形通道内；燃气预混喷口至燃气助燃空气套筒出口之间的环形通道为燃气预混通道。

本发明进一步的改进在于：

内二次风套筒出口处设置有内二次风扩口；外二次风套筒出口处设置有外二次风轴向旋流叶片。

燃气套筒沿其轴线周向设置有8个燃气预混喷口，燃气预混喷口管道相对于燃气套筒的周向定位角为η，30°≤η≤60°，使喷出的燃气围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气助燃空气混合。

空气分流套筒将燃气助燃空气套筒内的空气流分流为内外侧两股；内侧空气通流截面与燃气助燃空气通流截面当量直径之比为0.3～0.5，内侧空气流在燃气套筒与空气分流套筒之间的环形通道内以直流形式流动；空气分流套筒与燃气助燃空气套筒之间形成与燃气预混喷口管道相交替的燃气助燃空气轴向旋流通道；外侧空气流在燃气助燃空气轴向旋流通道内流动，围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气混合。

燃气套筒沿其轴线周向设置有8个燃气非预混喷口，燃气非预混喷口位于燃气套筒头部倾斜端面，燃气呈扩散状从燃气非预混喷口喷出，扩散角为30°～45°，在预燃室内和助燃空气进行非预混燃烧。

预燃室壳体末端外缘沿预燃室出口轴线周向对称开设有8个三次风喷口，三次风喷口的周向定位角为30°～45°，使喷出的三次风围绕预燃室出口轴线形成高速旋转射流。

一次风套筒出口处设置有一次风扩口。

一次风套筒侧面开设有一次风入口；内二次风套筒侧面开设有内二次风入口；外二次风套筒侧面开设有外二次风入口；三次风套筒侧面开设有三次风入口。

燃气套筒侧面开设有燃气入口；燃气助燃空气套筒侧面开设有燃气助燃空气入口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明当作为燃气燃烧器投用时，关闭一次风通道和三次风通道；燃气预混喷口使喷出的燃气围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气助燃空气快速混合；从燃气非预混喷口喷出的燃气在预燃室内和助燃空气进行非预混燃烧；内二次风为高速直流射流(65～100m/s)，外二次风为高速旋转射流(65～100m/s)，内、外二次风从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使预燃室和主燃区呈现还原性气氛，燃气受到强烈的扰动与空气以及烟气在炉膛内弥散混合，在MILD燃烧条件下进行燃烧，有效降低NO_x生成量。当作为煤粉燃烧器投用时，关闭燃气通道和燃气助燃空气通道；一次风粉混合物通过蜗壳导流以旋转射流方式进入预燃室快速释放挥发分，内二次风适当补充氧气使挥发分部分燃烧提高煤粉着火稳定性，随后进入炉膛的煤粉颗粒在自身旋转射流连同外二次风以及三次风的旋转射流带动下，在炉膛内部弥散分布；同时，预燃室壳体末端外缘开设的三次风喷口使三次风形成高速射流(65～100m/s)，并围绕预燃室出口轴线形成旋转射流，从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使得煤粉主燃区呈现还原性气氛，进入炉膛的气粉混合物在MILD燃烧条件下进行燃烧，NO_x生成量显著降低。

进一步的，本发明空气分流套筒将燃气助燃空气套筒内的空气流分流为内外侧两股；内侧空气通流截面与燃气助燃空气通流截面当量直径之比为0.3～0.5，内侧空气流在燃气套筒与空气分流套筒之间的环形通道内以直流形式流动；由于燃气预混喷口管道嵌于空气分流套筒与燃气助燃空气套筒形成的环形通道内，且燃气预混喷口管道相对于燃气套筒的周向定位角η的作用，从而在空气分流套筒与燃气助燃空气套筒之间形成与燃气预混喷口管道相交替的燃气助燃空气轴向旋流通道；外侧空气流在燃气助燃空气轴向旋流通道内流动，围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气快速混合进行预混燃烧，进一步降低NO_x生成。

【附图说明】

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明A-A方向的剖视图；

图3为本发明的右视图；

图4为本发明燃气套筒的结构示意图；

图5为本发明燃气预混喷口管道的局部剖视图。

其中，1-燃气助燃空气入口；2-燃气助燃空气套筒；3-一次风入口；4-一次风套筒；5-耐火水泥隔离带；6-内二次风入口；7-外二次风套筒；8-三次风入口；9-三次风套筒；10-预燃室壳体；11-预燃室；12-三次风喷口；13-燃气非预混喷口；14-燃气预混通道；15-空气分流套筒；16-燃气预混喷口；17-一次风扩口；18-内二次风扩口；19-外二次风轴向旋流叶片；20-外二次风入口；21-内二次风套筒；22-燃气套筒；23-燃气入口；24-燃气助燃空气轴向旋流通道。

【

具体实施方式

】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1-5，本发明空气分流自旋部分预混双燃料低NO_x燃烧器，包括燃烧器的外二次风套筒7，外二次风套筒7的***连接的由预燃室壳体10围成的预燃室11，预燃室11入口处由内至外依次套装有燃气套筒22、空气分流套筒15、燃气助燃空气套筒2、一次风套筒4、耐火水泥隔离带5、内二次风套筒21和外二次风套筒7。预燃室壳体10外侧套有三次风套筒9，三次风套筒9侧面开设有三次风入口8；预燃室壳体10末端外缘沿预燃室11出口轴线周向对称开设有8个三次风喷口12。

燃气套筒22侧面开设有燃气入口23；燃气套筒22沿其轴线周向设置有8个燃气预混喷口16，燃气预混喷口16管道相对于燃气套筒22的周向定位角为η，30°≤η≤60°；燃气预混喷口16管道嵌于空气分流套筒15与燃气助燃空气套筒2形成的环形通道内；燃气预混喷口16至燃气助燃空气套筒2出口之间的环形通道为燃气预混通道14；同时，燃气套筒22沿其轴线周向设置有8个燃气非预混喷口13，燃气非预混喷口13位于燃气套筒22头部倾斜端面，燃气呈扩散状从燃气非预混喷口13喷出，扩散角为30°～45°。

空气分流套筒15将燃气助燃空气套筒2内的空气流分流为内外侧两股；内侧空气通流截面与燃气助燃空气通流截面当量直径之比为0.3～0.5，内侧空气流在燃气套筒22与空气分流套筒15之间的环形通道内以直流形式流动；由于燃气预混喷口16管道嵌于空气分流套筒15与燃气助燃空气套筒2形成的环形通道内，且燃气预混喷口16管道相对于燃气套筒22的周向定位角η的作用，从而在空气分流套筒15与燃气助燃空气套筒2之间形成与燃气预混喷口16管道相交替的燃气助燃空气轴向旋流通道24；外侧空气流在燃气助燃空气轴向旋流通道24内流动，围绕燃气套筒22轴线形成旋转射流。燃气助燃空气套筒2侧面开设有燃气助燃空气入口1。

一次风套筒4侧面开设有一次风入口3；一次风入口3将通过蜗壳形成旋流的煤粉和空气的混合物送入一次风套筒4；煤粉和空气的混合物在一次风套筒4和燃气助燃空气套筒2之间的环形通道内流动，在一次风套筒4出口形成旋转射流；一次风套筒4出口处设置有一次风扩口17。

内二次风套筒21与一次风套筒4之间设置有耐火水泥隔离带5，内二次风套筒21侧面开设有内二次风入口6；内二次风套筒21出口处设置有内二次风扩口18。外二次风套筒7侧面开设有外二次风入口20；外二次风套筒7出口处设置有外二次风轴向旋流叶片19。

天然气在燃气套筒22内流动，由燃气预混喷口16和燃气非预混喷口13喷出；内侧燃气助燃空气在燃气套筒22和空气分流套筒15之间的环形通道内流动；外侧燃气助燃空气在空气分流套筒15和燃气助燃空气套筒2之间的燃气助燃空气轴向旋流通道24内流动；煤粉和空气的混合物由一次风入口3送入，并在一次风套筒4和燃气助燃空气套筒2之间的环形通道内流动；内二次风在内二次风套筒21和耐火水泥隔离带5之间的环形通道内流动；外二次风在外二次风套筒7和内二次风套筒21之间的环形通道内流动；三次风在三次风套筒9和预燃室壳体10外表面之间的环形通道内流动。

本发明的原理：

当作为燃气燃烧器投用时，本发明燃气预混喷口使喷出的燃气围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气助燃空气快速混合；从燃气非预混喷口喷出的燃气在预燃室内和助燃空气进行非预混燃烧。空气分流套筒将燃气助燃空气套筒内的空气流分流为内外侧两股；内侧空气通流截面与燃气助燃空气通流截面当量直径之比为0.3～0.5，内侧空气流在燃气套筒与空气分流套筒之间的环形通道内以直流形式流动；由于燃气预混喷口管道嵌于空气分流套筒与燃气助燃空气套筒形成的环形通道内，且燃气预混喷口管道相对于燃气套筒的周向定位角η的作用，从而在空气分流套筒与燃气助燃空气套筒之间形成与燃气预混喷口管道相交替的燃气助燃空气轴向旋流通道；外侧空气流在燃气助燃空气轴向旋流通道内流动，围绕燃气套筒轴线形成旋转射流，在燃气预混通道内和燃气快速混合进行预混燃烧，降低NO_x生成量。内二次风为高速直流射流(65～100m/s)，外二次风为高速旋转射流(65～100m/s)，内、外二次风从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使预燃室和主燃区呈现还原性气氛，燃气受到强烈的扰动与空气以及烟气在炉膛内弥散混合，在MILD燃烧条件下进行燃烧，有效降低NO_x生成量。

当作为煤粉燃烧器投用时，本发明利用一次风和外二次风的旋转射流在预燃室内形成回流区，卷吸高温烟气回流对预燃室内的煤粉进行加热，煤粉在预燃室内受热快速分解释放大量挥发分，挥发分部分燃烧，为预燃室提供热量。在过量空气系数小于1的还原性气氛下，挥发分中的含氮化合物在预燃室内经过一系列反应被还原成N₂，使得NO_x生成量下降。同时，回流进预燃室的高温烟气中氧气含量比较低，进一步降低了预燃室内的氧浓度，抑制NO_x生成。

为了保证预燃室内的低氧环境，要求：

(一次风量(煤粉)+内二次风量+外二次风量)/煤粉燃烧所需理论计算总风量＜0.6。

也就是说预燃室内总的过量空气系数要小于0.6。

本发明预燃室壳体末端外缘开设的三次风喷口使三次风形成高速射流(65～100m/s)，并围绕预燃室出口轴线形成旋转射流，从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使得煤粉主燃区呈现还原性气氛；进入炉膛的煤粉颗粒在自身旋转射流连同外二次风以及三次风的旋转射流带动下，在炉膛内部呈弥散分布，炉膛内的气粉混合物在MILD燃烧条件下进行燃烧，NO_x生成量显著降低。

本发明的工作过程：

当作为燃气燃烧器投用时，关闭一次风通道和三次风通道。将燃气助燃空气、内二次风和外二次风通过燃气助燃空气入口1、内二次风入口6和外二次风入口20送入，内侧燃气助燃空气在燃气套筒22和空气分流套筒15之间的环形通道内流动，外侧燃气助燃空气在空气分流套筒15和燃气助燃空气套筒2之间的燃气助燃空气轴向旋流通道24内流动，内二次风在内二次风套筒21和耐火水泥隔离带5之间的环形通道内流动，外二次风在外二次风套筒7和内二次风套筒21之间的环形通道内流动，燃气助燃空气、内二次风和外二次风进入预燃室11内，对预燃室11进行1分钟以上的吹扫。

通过点火推进器将高能点火器和油枪或燃***送入到指定点火位置进行点火。将燃气助燃空气、内二次风和外二次风通过燃气助燃空气入口1、内二次风入口6和外二次风入口20送入，内侧燃气助燃空气在燃气套筒22和空气分流套筒15之间的环形通道内流动，外侧燃气助燃空气在空气分流套筒15和燃气助燃空气套筒2之间的燃气助燃空气轴向旋流通道24内流动，内二次风在内二次风套筒21和耐火水泥隔离带5之间的环形通道内流动，外二次风在外二次风套筒7和内二次风套筒21之间的环形通道内流动，燃气助燃空气、内二次风和外二次风进入预燃室11内。外二次风套筒7出口处设置有外二次风轴向旋流叶片19，外二次风以旋转射流方式进入预燃室11。

由燃气入口23送入天然气，天然气通过燃气套筒22由燃气预混喷口16和燃气非预混喷口13喷出。燃气预混喷口16使喷出的燃气围绕燃气套筒22轴线形成旋转射流，在燃气预混通道14内和燃气助燃空气快速混合；从燃气非预混喷口13喷出的燃气在预燃室11内和助燃空气进行非预混燃烧。空气分流套筒15将燃气助燃空气套筒2内的空气流分流为内外侧两股；内侧空气流在燃气套筒22与空气分流套筒15之间的环形通道内以直流形式流动；由于燃气预混喷口16管道嵌于空气分流套筒15与燃气助燃空气套筒2形成的环形通道内，且燃气预混喷口16管道相对于燃气套筒22的周向定位角η的作用，从而在空气分流套筒15与燃气助燃空气套筒2之间形成燃气助燃空气轴向旋流通道24；外侧空气流在燃气助燃空气轴向旋流通道24内流动，围绕燃气套筒22轴线形成旋转射流，在燃气预混通道14内和燃气快速混合进行预混燃烧，降低NOx生成量。在进入预燃室11后，燃气被油枪或燃***出口产生的火焰点燃。内二次风为高速直流射流(65～100m/s)，外二次风为高速旋转射流(65～100m/s)，内、外二次风从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使预燃室11和主燃区呈现还原性气氛，燃气受到强烈的扰动与空气以及烟气在炉膛内弥散混合，在MILD燃烧条件下进行燃烧，有效降低NO_x生成量。

待预燃室11内燃气燃烧稳定后，通过点火推进器将高能点火器和油枪或燃***撤回。同时红外火焰监测装置通过窥火装置实时监测燃烧火焰状态，当发生灭火时，发出警报，并及时停止燃气的输入，重新执行吹扫和点火操作。

当作为煤粉燃烧器投用时，关闭燃气通道和燃气助燃空气通道。将内二次风和外二次风通过内二次风入口6和外二次风入口20送入，内二次风在内二次风套筒21和耐火水泥隔离带5之间的环形通道内流动，外二次风在外二次风套筒7和内二次风套筒21之间的环形通道内流动，内、外二次风进入预燃室11内，对预燃室11进行1分钟以上的吹扫。

通过点火推进器将高能点火器和油枪或燃***送入到指定点火位置进行点火。将内二次风和外二次风通过内二次风入口6和外二次风入口20送入，内二次风在内二次风套筒21和耐火水泥隔离带5之间的环形通道内流动，外二次风在外二次风套筒7和内二次风套筒21之间的环形通道内流动，内、外二次风进入预燃室11内。外二次风套筒7出口处设置有外二次风轴向旋流叶片19，外二次风以旋转射流方式进入预燃室11。

由一次风入口3将通过蜗壳形成旋流的煤粉和空气的混合物送入一次风套筒4，煤粉和空气的混合物在一次风套筒4和燃气助燃空气套筒2之间的环形通道内流动，在一次风套筒4出口形成旋转射流。在进入预燃室11后，煤粉发生热解释放出挥发分，并被油枪或燃***出口产生的火焰点燃。在一次风和二次风携带的氧气含量不充足的情况下，预燃室11内呈现还原性气氛，煤粉热解产生的含氮化合物经过一系列反应被还原成N₂，使得NO_x生成量有效降低。未燃烧的挥发分、高温烟气和煤粉颗粒形成的混合物在预燃室11后半段均匀混合后进入炉膛燃烧。

三次风通过三次风入口8送入，三次风在三次风套筒9和预燃室壳体10外表面之间的环形通道内流动。预燃室壳体10末端外缘沿预燃室11出口轴线周向对称开设有8个三次风喷口12，使三次风形成高速射流(65～100m/s)，并围绕预燃室11出口轴线形成旋转射流，从射流边界卷吸大量高温烟气回流，使得煤粉主燃区呈现还原性气氛；进入炉膛的煤粉颗粒在自身旋转射流连同外二次风以及三次风的旋转射流带动下，在炉膛内部呈弥散分布，炉膛内的气粉混合物在MILD燃烧条件下进行燃烧，NO_x生成量显著降低。

待预燃室11内煤粉着火稳定后，通过点火推进器将高能点火器和油枪或燃***撤回。同时红外火焰监测装置通过窥火装置实时监测燃烧火焰状态，当发生灭火时，发出警报，并及时停止煤粉的输入，重新执行吹扫和点火操作。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。