[实用新型]撞击流部分预混低氮气体燃烧器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种低氮气体燃烧器，尤其涉及一种撞击流部分预混低氮气体燃烧器。

背景技术

氮氧化物（NOx）是大气的主要污染源之一，它不仅可以形成酸雨或者酸雾，也是PM2.5二次颗粒物的重要前驱物。随着环境污染不断加剧，我国重点区域频繁出现雾霾，已经对人们的健康造成了巨大的危害。随着天然气、石油液化气以及煤合成气的燃烧利用，气体燃烧的污染问题，尤其降低NOx的排放，是一项刻不容缓的任务。因此，控制天然气燃烧过程中NOx的产生具有重要意义。

燃烧理论将NOx的生成分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。天然气中含氮量较低，NOx来源主要为热力型NOx与快速型NOx。热力型NOx是指燃烧所用空气中N₂在高温下氧化生成NOx；在热力型机理中，温度是支配NOx生成的关键性变量。当温度低于1500℃时，热力NOx的生成量很少；高于1500℃时，温度每升高100℃，反应速度将增大6~7倍。快速型NOx一般是碳氢自由基与氮分子进行反应形成胺或氰基化合物，主要在当量比大于1的区域生成，其反应温度也低于热力型NOx。

低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质燃烧、无焰燃烧、化学链燃烧等技术。

分级燃烧技术的原理为燃烧温度在当量比为1的情况下达到最高，在贫燃或者富燃的情况下进行燃烧，其燃烧温度比当量比为1的燃烧温度要低，能合理分配炉内的温度场分布，避免出现局部高温，达到降低NOx生成的效果。

预混燃烧是一种降低NOx生成的有效技术。对于控制NOx的生成，这项技术的优点是可以通过对当量比的完全控制来实现对燃烧温度的控制。通过贫燃燃烧使得燃烧温度降低，同时使得混合物的当量比小于1，这样热力型NOx和快速型NOx生成将降低。但是预混燃烧技术未广泛应用的限制因素在于：燃烧不稳定，可能导致回火或者熄火；过剩空气系数较大，降低系统热效率。

燃烧温度的降低也可以通过烟气再循环来实现，通过将烟气的燃烧产物加入到燃烧区域内，降低了燃烧温度，同时加入的烟气降低了氧气的分压，这将减弱氧气与氮气生成热力型NOx的过程，从而减少了NOx的生成。研究表明，外部烟气再循环将减少70%的NOx生成。烟气再循环的主要问题在于氧气分压降低、空气流速增加使得燃烧不稳定，出现熄火、震荡等现象。

按照低氮燃烧工业应用技术的发展阶段，可大体将之分为三个发展阶段：第一，采用分级燃烧技术，可将NOx的排放浓度控制在100mg/m³，但该项技术可能造成CO排放浓度明显上升；第二，采用烟气再循环技术，可将NOx的排放浓度控制在60~80mg/m³，根据烟气循环比例排放水平差异较大，该项技术成本较低，且适于改造升级，但对于快速型NOx的控制没有效果，并且增大了风机电耗；第三，预混燃烧技术，可将NOx的排放浓度控制10~60mg/m³，根据环保标准的要求在一定范围内可调，该项技术成本较低，适于新建项目，但对于整体热效率稍有影响（以低位发热量计，约1~2%左右），即NOx排放浓度越低，热效率越低，同时也存在安全性问题。

实用新型内容

有鉴于此，确有必要提供一种热效率高、NOx排放浓度较低、燃烧稳定的撞击流部分预混低氮气体燃烧器。

一种撞击流部分预混低氮气体燃烧器，其包括燃烧头，该燃烧头包括一圆柱形空气流道；一设置在该圆柱形空气流道内部的旋流器，该旋流器包括外环、内环、设置在该外环和内环之间的旋流片以及设置在内环中心孔的中心钝体；一设置在燃烧器旋流器的外侧且位于该圆柱形空气流道内部的燃料喷管，该燃料喷管包括燃料管以及设置于该燃料管侧面的燃料喷口。

在一些实施方式中，在所述撞击流部分预混低氮气体燃烧器出口进一步设置有二次燃料喷口，该二次燃料喷口分布在所述撞击流部分预混低氮气体燃烧器出口的圆环上。

在另一些实施方式中，在所述撞击流部分预混低氮气体燃烧器出口设置有稳焰段，该稳焰段为所述二次燃料出口的圆环向远离所述撞击流部分预混低氮气体燃烧器延长的那一段。

在另一些实施方式中，所述二次燃料喷口的数量为10-40个，直径为2-6mm，占总燃料比例为20-80%。

在另一些实施方式中，所述旋流片的个数为10-20个。

在另一些实施方式中，所述旋流片的倾斜角度范围为10-30o。

在另一些实施方式中，所述内环和外环的直径比为1:3。