[实用新型]一种基于波瓣混合器引射烟气回流的燃烧装置

说明书

本实用新型公开一种基于波瓣混合器引射烟气回流的燃烧装置，属于喷射器、低氮燃烧技术领域，包括天然气进气管、氧化剂进气管、点火电极、引射集气室、烟气回流管、波瓣混合器、波瓣混合器外包络壳、烟气混合管和天然气喷头；波瓣混合器将氧化剂流道和烟气流道分隔开，把两股不同压力的同向流体混合形成一股中间压力的流体；氧化剂通过波瓣混合器喷射在波瓣外侧产生负压区域，通过烟气回流管引射回流炉膛中的烟气；本实用新型利用波瓣混合器，通过喷射空气引射烟气回流降低燃烧温度，降低NOx的生成速率，波瓣混合器增大了两股气流的接触面积，使得主、次流之间的黏性剪切混合增强；由于较高温度烟气的回流，循环重复利用，提高热效率。

技术领域

本实用新型属于喷射器、低氮燃烧技术领域，具体涉及一种基于波瓣混合器引射烟气回流的燃烧装置。

背景技术

氮氧化物表示为NOx，其主要成分是N20、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等。NOx的生成过程非常复杂，涉及200多步基元反应。其中，根据NOx的形成机理，主要将其分为燃料型、热力型或Zeldovich机理、快速型或费尼莫机理、N2O-中间产物机理和NNH机理。热力型机理在高温燃烧时对NOx排放浓度起支配作用。当量比在较大的范围内变化时，都会影响到热力型NOx排放浓度。该机理包含两个链式反应，受到温度的影响巨大。当温度高1800K时，热力型机理明显占据NOx生成量的主导地位。在燃烧过程中，燃烧室各部分的温度分布不均匀，燃烧室内个别区域温度过高，则热力型NOx将会大量生成。研究发现，烟气在高温区的停留时间对NOx生成也有影响。因此，可以采取一定措施，通过控制氧气浓度分布情况来避免高温区，缩短烟气在高温区的停留时间都可抑制NOx生成。

NOx的控制技术按照处理过程的先后顺序，可以分为燃烧前、燃烧中和燃烧后控制。燃烧前控制是指在燃烧开始之前，采用一系列的方法将燃料和助燃气体中的氮元素去除，从根源上遏制氮氧化物的生成，这主要是是燃料型NOx应对方法。燃烧中控制是指在燃烧过程中控制与燃烧密切相关的因素，如火焰的温度分布，氧浓度分布，燃烧器下游流场的速度分布等。大量研究成果显示，对燃烧过程的控制可以通过调节燃烧过程中的变量，例如氧化剂的分布，各级火焰之间的距离，流动特性等因素，来控制燃料与氧化剂反应速度，从而降低NOx的生成速率。此种方法可以和燃烧前处理相互协同，对NOx的生产起到优化作用。

如上所述，降低燃烧温度，可通过引射混合回流烟气来调整火焰的温度分布、氧浓度分布及燃烧器下游的流场。理想的混合器要求混合过程时间上的快速性，空间上的均匀性，成本上的廉价性。随着引射混合器技术的不断发展，主喷管呈波瓣型的混合器获得了众多的研究和关注。引射混合器是一种没有运动部件的把两股不同压力的同向流体混合形成一股中间压力的流体的装置，也是一种主、次流的同向流动混合器，起到利用流体之间的黏性剪切力传递能量、动量与使质量相互掺混的作用。

波瓣引射混合器中存在着十分复杂的多种涡流：流向涡、正交涡、马蹄涡。波瓣引射混合器较常规喷管混合器可大幅提高引射流量比。波瓣混合器与传统环形混合器相比，能够显著提高主、次流的混合效率的原因一方面在于由上述流向涡、正交涡等引起的对流混合作用的增强；另一方面在于同样出口面积的条件下，与常规混合结构相比，波瓣混合器的特殊结构增大了两股气流的接触面积，使得主、次流之间的黏性剪切混合增强。而在湍流扩散火焰中，燃料、氧化剂的混合过程和化学反应过程之间具有相互作用影响的关系。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种利用波瓣混合器引射较高倍数的烟气，掺混降低装置燃烧时的温度，实现降低NOx的目的。基于波瓣混合器引射烟气回流的燃烧装置，进一步可使用天然气和纯氧，进行无氮燃烧。

技术方案：为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于波瓣混合器引射烟气回流的燃烧装置，包括天然气进气管、氧化剂进气管、点火电极、引射集气室、烟气回流管、波瓣混合器、波瓣混合器外包络壳、烟气混合管和天然气喷头；