一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器的制作方法

本发明属于燃烧器，具体涉及一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器。

背景技术：

1、气体燃烧器在燃烧过程中，会产生氮氧化物等污染物质，当前环境污染问题十分严重，因此需要开发贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术等清洁燃烧技术。同时燃烧器的稳定性和可靠性也很重要，使用时需要防爆、防止熄火。其中部分预混相比于全预混，燃烧过程中需要空气进行扩散补充，着火点较低，火焰传播速度慢，具有安全性高的特点，还能大大减少了热力型nox的生成；同时部分预混相比于非预混火焰，过量空气系数在较低的情况下就能实现完全燃烧；燃烧温度均匀，不会有局部高温，火焰峰面温度低，同时火焰传播速度较快，烟气在高温区域停留时间相对短，燃烧过程生成的nox排放减少，因此这类燃烧器能实现低氮效果。

2、但是现有技术中，燃烧器的预混燃烧技术存在一定缺陷，例如部分预混燃烧器的燃烧器端部温度相对较低，当燃气供应速度不稳定时，燃烧器的可靠性仍有不足，可能发生熄火或回火爆炸等问题。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，以解决现有技术中由于部分预混温度较低、燃烧稳定性不足而存在熄火或回火爆炸的技术问题。

2、所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，包括由外至内依次嵌套设置的第一管体、第二管体、第三管体、第四管体和第五管体，第一管体与第二管体之间为第一空气腔，第二管体与第三管体之间为第一混合腔，第三管体与第四管体之间为用于通入冷却水的冷却水腔，第四管体和第五管体之间为第二混合腔，第五管体的内腔为第二空气腔，第一空气腔和第二空气腔均属于用于通入空气的空气腔，第一混合腔和第二混合腔均属于用于通入燃气与空气混合的混合腔，各个空气腔与相邻的混合腔之间通过通气结构连通，各个混合腔中均周向均匀设置有若干旋流叶片，所述旋流叶片设于所述部分预混燃烧器的端口和所述通气结构之间，使用中，各混合腔中的气体的流动静压小于相邻空气腔中的空气的流动静压，所述第一混合腔中第一预混气的过量空气系数高于所述第二混合腔中第二预混气的过量空气系数。

3、优选的，所述通气结构包括用于连通空气腔与相邻的混合腔的气管，各气管的伸出方向均与对应的混合腔中的预混气在旋流叶片作用后的旋转流动方向一致；所述气管中设于所述第二管体内侧的为第一气管，而设于所述第五管体外侧的为第二气管；所述第一气管向内倾斜伸出，所述第二气管向外倾斜伸出。

4、优选的，气管沿周向均匀布满一周形成一层气管，沿部分预混燃烧器的轴向依次均匀布置有多层气管，第一气管形成的通气结构的通气量大于第二气管形成的通气结构的通气量。

5、优选的，所述第一混合腔和所述第二混合腔单位时间内通入的燃气量相同，所述第一混合腔和所述第二混合腔二者的横截面积相同；第二预混气的过量空气系数在0.2至0.5之间，而第一预混气的过量空气系数为第二预混气的过量空气系数的1倍至3倍之间。

6、优选的，所述旋流叶片均与冷却水腔的侧壁连接，旋流叶片包括第一旋流叶片和第二旋流叶片，所述第一旋流叶片和所述第二旋流叶片分别固定在第一混合腔和第二混合腔内，所述旋流叶片均从燃烧器端口开始向部分预混燃烧器内部延伸，所述旋流叶片的长度不小于相应混合腔的径向厚度的20倍。

7、优选的，所述部分预混燃烧器的端口处设有稳燃器，所述稳燃器包括覆盖于所述端口的稳燃管、位于所述端口上侧的上集箱和位于所述端口下侧的下集箱，所述上集箱和所述下集箱之间通过所述稳燃管连通，所述上集箱和所述下集箱形成包裹在所述端部外侧的管套箱体结构。

8、优选的，所述稳燃管有若干根并平行设置，所述稳燃管侧面设有管翅片；所述管翅片垂直于所述稳燃管，所述稳燃管与所述管翅片连接形成网格结构，所述网格结构仅设置于所述端口中对应于所述第一混合腔和第二混合腔的区域。

9、优选的，所述上集箱远离所述端口位置的外侧设有进水口，所述下集箱位于所述端口位置的外侧设有排水口。

10、本发明具有以下优点：本方案的空气腔中空气由压差作用下，自动进入混合腔，实现与燃料混合，而端口喷出的气体中，最外侧为空气，第一混合腔喷出的具有较高过量空气系数的预混气包裹着第二混合腔喷出的较低过量空气系数的预混气，而最内层这是由第二空气腔喷出的空气，此种结构使得火焰具有较为稳定的连续性，端口处燃料和氧化剂已经混合，火焰传播速度适当提高，这样难以发生火焰传播速度小于气流速度的情况，不容易发生熄火。同时由于内外混合腔中的预混气采用不同浓度，形成分级燃烧，不让燃料和氧化剂过早的充分混合，在燃烧前期，希望形成一种缺氧燃烧状态，实现低氮效果。

11、本方案采用部分预混燃烧器技术，部分预混火焰与非预混火焰相比，在氢气流体内部呈现空间燃烧，而不是非预混火焰，火焰仅在氢气与空气接触面进行燃烧。这样部分预混，在主燃烧区，氢气流场内部处于贫氧状态，燃烧会产生多种ch自由基等还原性燃烧产物，当部分预混氢气与扩散空气接触，燃烧阶段即进入再燃区，再燃区由于氧气充足，燃烧温度会有一定的提高，nox会在这个阶段大量生成，当主燃区的还原性ch自由基与nox接触，会将nox还原成n2，从而大幅减少nox的排放。

12、本方案中旋流叶片一方面让预混气形成旋流，提高燃烧器出口处氢气与空气的混合度，还具有防爆作用；另一方面作为冷却水腔上的翅片起传热作用，保证冷却效果，防止预混气过热导致爆炸。气管的设置方式则能保证旋流的偏转方向与对应混合腔中的气管输入的空气的偏转方向一致，由此让空气带动的预混气偏转方向与旋流叶片作用下的旋流偏转方向一致，避免前后部预混气流动发生阻挡现象。

13、在燃烧器出口段，一方面通过水冷和端口处的稳燃管降低燃料和氧化剂温度，另一方面，利用网格结构充当钝体制造气体扰流，并降低流通面积增加气体流速，进一步确保预混气体流速大于火焰传播速度，提高火焰稳定性，因此本方案从上述两方面防止回火，具有较好的防爆作用。

技术特征：

1.一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：包括由外至内依次嵌套设置的第一管体(1)、第二管体(2)、第三管体(3)、第四管体(4)和第五管体(5)，第一管体(1)与第二管体(2)之间为第一空气腔(15)，第二管体(2)与第三管体(3)之间为第一混合腔(16)，第三管体(3)与第四管体(4)之间为用于通入冷却水的冷却水腔(12)，第四管体(4)和第五管体(5)之间为第二混合腔(17)，第五管体(5)的内腔为第二空气腔(18)，第一空气腔(15)和第二空气腔(18)均属于用于通入空气的空气腔，第一混合腔(16)和第二混合腔(17)均属于用于通入燃气与空气混合的混合腔，各个空气腔与相邻的混合腔之间通过通气结构连通，各个混合腔中均周向均匀设置有若干旋流叶片，所述旋流叶片设于所述部分预混燃烧器的端口和所述通气结构之间，使用中，各混合腔中的气体的流动静压小于相邻空气腔中的空气的流动静压，所述第一混合腔(16)中第一预混气的过量空气系数高于所述第二混合腔(17)中第二预混气的过量空气系数。

2.根据权利要求1所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述通气结构包括用于连通空气腔与相邻的混合腔的气管，各气管的伸出方向均与对应的混合腔中的预混气在旋流叶片作用后的旋转流动方向一致；所述气管中设于所述第二管体(2)内侧的为第一气管(13)，而设于所述第五管体(5)外侧的为第二气管(14)；所述第一气管(13)向内倾斜伸出，所述第二气管(14)向外倾斜伸出。

3.根据权利要求2所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：气管沿周向均匀布满一周形成一层气管，沿部分预混燃烧器的轴向依次均匀布置有多层气管，第一气管(13)形成的通气结构的通气量大于第二气管(14)形成的通气结构的通气量。

4.根据权利要求1所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述第一混合腔(16)和所述第二混合腔(17)单位时间内通入的燃气量相同，所述第一混合腔(16)和所述第二混合腔(17)二者的横截面积相同；第二预混气的过量空气系数在0.2至0.5之间，而第一预混气的过量空气系数为第二预混气的过量空气系数的1倍至3倍之间。

5.根据权利要求1所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述旋流叶片均与冷却水腔(12)的侧壁连接，旋流叶片包括第一旋流叶片(10)和第二旋流叶片(11)，所述第一旋流叶片(10)和所述第二旋流叶片(11)分别固定在第一混合腔(16)和第二混合腔(17)内，所述旋流叶片均从燃烧器端口开始向部分预混燃烧器内部延伸，所述旋流叶片的长度不小于相应混合腔的径向厚度的20倍。

6.根据权利要求1所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述部分预混燃烧器的端口处设有稳燃器(6)，所述稳燃器(6)包括覆盖于所述端口的稳燃管(19)、位于所述端口上侧的上集箱(7)和位于所述端口下侧的下集箱(8)，所述上集箱(7)和所述下集箱(8)之间通过所述稳燃管(19)连通，所述上集箱(7)和所述下集箱(8)形成包裹在所述端部外侧的管套箱体结构。

7.根据权利要求6所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述稳燃管(19)有若干根并平行设置，所述稳燃管(19)侧面设有管翅片(20)；所述管翅片(20)垂直于所述稳燃管(19)，所述稳燃管(19)与所述管翅片(20)连接形成网格结构，所述网格结构仅设置于所述端口中对应于所述第一混合腔(1 6)和第二混合腔(17)的区域。

8.根据权利要求6所述的一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，其特征在于：所述上集箱(7)远离所述端口位置的外侧设有进水口，所述下集箱(8)位于所述端口位置的外侧设有排水口。

技术总结本发明属于燃烧器技术领域，公开了一种防爆低氮氧化物的部分预混燃烧器，包括由外至内依次形成的第一空气腔、第一混合腔、冷却水腔、第二混合腔和第二空气腔，各个空气腔与相邻的混合腔之间通过通气结构连通，各个混合腔中均周向均匀设置有若干旋流叶片，所述旋流叶片设于所述部分预混燃烧器的端口和所述通气结构之间，使用中，各混合腔中的气体的流动静压小于相邻空气腔中的空气的流动静压，所述第一混合腔中第一预混气的过量空气系数高于所述第二混合腔中第二预混气的过量空气系数。本发明在输出端口前实现燃气和空气部分预混，这样难以发生火焰传播速度小于气流速度的情况，不容易发生熄火；同时形成分级燃烧和缺氧燃烧状态，实现低氮效果。技术研发人员：王成鑫,陈奇,徐晓亮受保护的技术使用者：三碳（安徽）科技研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29