一种高稳燃性低热值气体旋流燃烧器

技术领域

本发明属于气体燃烧技术领域，具体涉及一种高稳燃性低热值气体旋流燃烧器。

背景技术

低热值气体燃料一般是指热值在2800-6280kJ/m3之间的气体燃料，其热值仅相当于天然气热值的1/10～1/8。在我国低热值气体来源广泛、总量巨大，在冶金、化工、煤炭生产等工业生产过程中都会产生低热值气体，如高炉煤气、水煤气、煤层气等。

目前低热值气体的利用率较低，一方面是因为低热值气体中往往含有大量CO2和N2等不可燃烧的组分，导致低热值气体热值低、着火困难、燃烧不稳定，低热值气燃烧时火焰温度低，导致稳焰和燃尽困难，利用难度大。另一方面低热值气体种类多、成分复杂不稳定，对燃烧器的通用性要求较高，在燃烧时还需要根据实际情况及时调整配风系数等参数，导致低热值气体难以大规模开发利用。

由于低热值气的热值较低，着火晚，燃烧稳定性差，实际应用中多采用高热值气体助燃的方法燃烧，同时在大的锅炉内采用多个燃烧器配合提高燃烧稳定性，但是在单个小炉膛采用单只燃烧器燃烧时，较难获得稳定燃烧。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种高稳燃性低热值气体旋流燃烧器，以解决背景技术中提出的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高稳燃性低热值气体旋流燃烧器，包括

外周空气管以及依次套设在所述外周空气管内的外周燃气管、中心空气管和中心燃气管，所述中心燃气管末端开设有若干燃气喷孔；所述外周空气管和所述外周燃气管之间形成第一通道，所述外周燃气管和所述中心空气管之间形成第二通道，所述中心空气管与所述中心燃气管之间形成第三通道；

燃烧器还包括设于所述外周空气管出气端的稳燃扩口，所述稳燃扩口呈喇叭状；

所述第二通道和所述中心燃气管用于通入低热值气体，所述第一通道和所述第三通道用于通入空气，低热值气体和空气通入后在稳燃扩口的罩设空间内混合后燃烧。

进一步改进在于，所述第一通道、所述第二通道以及所述第三通道靠近所述稳燃扩口的通道壁径向依次设有外周旋流叶片、燃气旋流叶片以及中心旋流叶片。

进一步改进在于，所述外周旋流叶片的叶片数量为12-16,外周旋流叶片与所述外周空气管中心轴线的偏转角度为30°-50°，所述燃气旋流叶片叶片数量为12°-18°，燃气旋流叶片与所述外周燃气管中心轴线的偏转角度为35°-50°，所述中心旋流叶片叶片数量为10-16，中心旋流叶片与所述中心空气管中心轴线的偏转角度为30°-60°。

进一步改进在于，所述中心燃气管末端延伸至所述稳燃扩口内，中心燃气管末端的顶面设置为平端面，中心燃气管末端较外周空气管、外周燃气管和中心空气管末端突出10-50mm。

进一步改进在于，所述燃气喷孔在中心燃气管末端呈周向均匀分布，数量为3-9个，直径为3-30mm。

进一步改进在于，所述稳燃扩口由耐高温绝热材料制得，稳燃扩口的扩口与所述外周空气管中轴线的角度为30°-60°，稳燃扩口的扩口长度为所述外周空气管管道长度的1-3倍。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明中，利用空气和低热值燃气的两次供给，在燃烧器出口中心形成中心稳燃区，在燃烧器外围形成旋流扩散燃烧区，采用了双重分级燃烧的方法，实现了低热值气的稳定燃烧。

(2)本发明中，通过两级空气和燃气分级，在燃烧器出口区形成中心稳燃区和外围扩散燃烧区，中心稳燃区采用富燃料燃烧，提供稳定的稳燃火焰，外围扩散燃烧区主要靠旋流叶片，依靠旋流实现燃烧。

(3)本发明中，中心燃气管末端周向分布中心燃气喷孔，增强了中心燃气与中心空气混合作用，中心燃气管末端采用平端面设计，起到了稳燃钝体的作用，形成了稳定的中心稳燃区。

(4)本发明中，燃烧器出口设置稳燃扩口，减少热量损失，能够增大回流区面积，提高中心稳燃区温度，从达到稳燃的目的。

附图说明

图1是本发明中燃烧器的整体结构示意图；

图2是本发明中燃烧器的局部结构示意图；

图3是本发明中燃烧器的俯视图；

图4是本发明中燃烧器外周旋流叶片、燃气旋流叶片3以及中心旋流叶片的整体示意图；

图5是本发明中的中心燃气管结构示意图。

图中：1、稳燃扩口；2、外周旋流叶片；3、燃气旋流叶片；4、中心旋流叶片；5、燃气喷孔；6、外周空气管；7、外周燃气管；8、中心空气管；9、中心燃气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1-5所示，本发明提供了一种高稳燃性低热值气体旋流燃烧器，包括外周空气管6以及依次套设在外周空气管6内的外周燃气管7、中心空气管8和中心燃气管9，中心燃气管9末端周向开设有若干燃气喷孔5；外周空气管6和外周燃气管7之间形成第一通道，外周燃气管7和中心空气管8之间形成第二通道，中心空气管8与中心燃气管9之间形成第三通道。

燃烧器还包括设于外周空气管6出气端的稳燃扩口1，稳燃扩口1呈喇叭状；第二通道和中心燃气管9用于通入低热值气体，第一通道和第三通道用于通入空气，低热值气体和空气通入后在稳燃扩口1的罩设空间内混合后燃烧。

本实施例中燃烧器在使用时，采用两重分级燃烧的方式，燃烧器所需低热值气体通过中心燃气管9和第二通道给入，空气通过第一通道和第三通道分两路供给，在燃烧器中心区域中心燃气管9的燃气与第三通道给入的空气混合燃烧，形成中心稳燃区，在第二通道内的燃气和第一通道中的空气混合，在中心稳燃区外侧形成扩散火焰的主燃区，通过控制中心稳燃区的过量空气系数，能够获得稳定的中心稳燃区火焰

本实施例中提供用于低热值气体稳定燃烧的燃烧器，能够实现低热值气体燃料的稳定燃烧，通过两重分级燃烧和稳燃扩口1，使得即使不添加助燃气体情况下可以实现低热值气体燃料的稳定燃烧。

为进一步提升混合气体的燃烧效果，第一通道、第二通道以及第三通道靠近稳燃扩口1的通道壁径向依次设有外周旋流叶片2、燃气旋流叶片3以及中心旋流叶片4。外周旋流叶片2的叶片数量为12-16,外周旋流叶片2与外周空气管6中心轴线的偏转角度为30°-50°，燃气旋流叶片3叶片数量为12°-18°，燃气旋流叶片3与外周燃气管7中心轴线的偏转角度为35°-50°，中心旋流叶片4叶片数量为10-16，中心旋流叶片4与中心空气管8中心轴线的偏转角度为30°-60°。

本实施例中，燃烧器在使用时，在第一通道、第二通道以及第三通道出口处设置不同角度的旋流叶片，中心燃气管9和第二通道中的低热值气体经过燃气旋流叶片3和中心旋流叶片4后形成旋转气流，空气经过第一通道和第三通道内的旋流叶片后形成旋转气流，在燃烧室出口低热值燃气与空气混合燃烧，由于气流的旋转形成高温烟气回流区，不断的加热低热值气和空气，保持燃烧的稳定。

进一步的，中心燃气管9末端延伸至稳燃扩口1内，中心燃气管9末端的顶面设置为平端面，中心燃气管9末端较外周空气管6、外周燃气管7和中心空气管8末端突出10-50mm。

进一步的，稳燃扩口1由耐高温绝热材料制得，稳燃扩口1的扩口与外周空气管6中轴线的角度为30°-60°，稳燃扩口1的扩口长度为外周空气管6管道长度的1-3倍。

中心燃气管9内的低热值气通过周向设置若干个燃气喷孔5喷出，喷出后的燃气进入中心空气通道，形成交叉射流，强化与中心空气混合，控制中心燃气和中心空气的量，实现中心火焰处于富燃区，在燃烧器中心形成稳定燃烧的稳燃火焰，中心燃气管9末端部顶面设置为平端面，作为钝体，气体流过后中心燃气管末端能够形成负压区，产生高温烟气回流，使得中心稳燃区火焰更加稳定。

本实施例中，中心燃气管9末端设置有3-9个燃气喷孔5，喷孔呈周向分布，燃气从燃气喷孔5喷出后与中心空气形成交叉射流，采用了垂直交叉射流的方法，加强中心燃气和空气的及时混合。

本实施例中，在燃烧器出口和炉膛接口处设置一定角度的稳燃扩口1，扩口由耐高温绝热材料制作，燃烧器喷出的空气和燃气在稳燃扩口1内着火燃烧，增强了旋流强度，增大了回流区，形成高温的稳燃火焰。

实施例2

在实施例1的基础上，当燃用不同热值的低热值气体时，中心燃气管9通入热值相对较高的低热值气，热值较高的低热值气经中心燃气管9末端的燃气喷孔5喷出后与中心空气强烈混合，在燃烧器中心形成富燃料的稳燃火焰，热值较低的低热值气通过第二通道通入，经过燃气旋流叶片3和中心旋流叶片4后形成旋转气流，在燃烧器出口与外侧的旋流空气混合，内侧的中心稳燃区火焰点燃外侧扩散燃烧区热值较低的低热值气，在燃烧器出口的稳燃扩口1内，气流的旋转运动增强，促进高温烟气的回流，防止热量的流失，在稳燃扩口内形成稳定的燃烧火焰。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。