[发明专利]一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置及其控制方法

权利要求书

1.一种后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：包括自适应射流混合器（1）、层流阻火燃烧头（2）、火焰冷却装置（3）、引火及火焰感知装置（4）；自适应射流混合器（1）下端与层流阻火燃烧头（2）上端固定连接，层流阻火燃烧头（2）下端与火焰冷却装置（3）连接；引火及火焰感知装置（4）位于火焰冷却装置（3）下方；

所述自适应射流混合器（1）其由渐缩管（102）、等径的喉管（103）、渐扩管（106）构成一个局部速度突变通道，助燃风通过渐缩管（102）后流通截面积减小速度增大，在喉管（103）处达到最大，经渐扩管（106）后流通截面积增加流速减小，在此速度突变情况下，在喉管（103）入口处形成负压区，燃气经喉管（103）上混合器燃气环形阵列喷嘴（114）被负压吸入与助燃风混合，可实现低燃气压力被动混合；

所述自适应射流混合器（1）还包括自适应扰流装置导轨入口固定架（115）和自适应扰流装置导轨出口固定架（111），两者将自适应扰流装置导轨（107）固定，自适应装置流速调节端面（108）安装在自适应扰流装置导轨（107）上并且能够沿着自适应扰流装置导轨（107）移动，自适应装置流速调节端面（108）周边设有扰流片（109），自适应扰流装置调节弹簧（110）夹持在自适应装置流速调节端面（108）与自适应扰流装置导轨出口固定架（111）之间的自适应扰流装置导轨（107）上；依据混合气通过渐扩管（106）产生流速对自适应装置流速调节端面（108）和扰流片（109）产生的推力与自适应扰流装置调节弹簧（110）产生弹力形成平衡以确保混合气体混合比的稳定。

2.根据权利要求1所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：

所述层流阻火燃烧头（2）包括混合均匀提升装置（202），混合均匀提升装置（202）通过其设置的旋流叶片及叶片上开孔形成局部射流与旋流对经自适应射流混合器（1）产生混合气体进行进一步混合以提高混合均匀性。

3.根据权利要求2所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：

所述层流阻火燃烧头（2）还包括燃烧头混合气仓（203），燃烧头混合气仓（203）为圆变长方型结构，在所述层流阻火燃烧头（2）入口布置混合均匀提升装置（202）可将混合气均匀布置到燃烧头混合气仓（203）。

4.根据权利要求3所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：

所述层流阻火燃烧头（2）包括增速整流布风板（204），增速整流布风板（204）下方为层流阻火喷射装置（205）；

增速整流布风板（204）通过对设计燃烧器输出负荷调节比确定，计算出其结构确保混合气通过其流速控制在1.5-7.5m/s，以确保混合气流速大于甲烷气体燃烧传播速度3倍以上。

5.根据权利要求4所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：

所述火焰冷却装置（3）包括水冷限位仓板（301）和火焰冷却管（303），层流阻火喷射装置（205）位于水冷限位仓板（301）中，火焰冷却管（303）固定在水冷限位仓板（301）底部；火焰冷却管（303）中冷却水与锅炉介质水连通，经层流阻火喷射装置（205）喷射混合气体再经过火焰冷却管（303）后被引燃并对火焰核心区进行降温，从而抑制热力型氮氧化物的产生。

6.根据权利要求5所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：所述火焰冷却装置（3）还包括水冷壁辐射管（306），水冷壁辐射管（306）位于火焰冷却管（303）下方，水冷壁辐射管（306）对火焰外径进行限制确保燃烧充分降低CO排放，保证燃烧充分性。

7.根据权利要求6所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置，其特征在于：所述引火及火焰感知装置（4）中离子探针绝缘异型陶瓷管（402）与引火枪枪头（410）内部形成气体通道，燃气经引火枪燃气进口锁紧密封部件（409）进入其中被点火变压器释放高压电在引火枪枪头（410）间释放电火花引燃后作为母枪引燃离子探针子枪，子枪火焰覆盖离子探针探头（412）将火焰信号传出可确保引火成功。

8.一种权利要求7所述的后预混墙式层流水冷超低氮燃烧装置的控制方法，包括以下步骤

步骤1、助燃风经鼓风机增压后经助燃风接口（101）进入渐缩管（102）、喉管（103）和渐扩管（106），因流通通道截面积突变在喉管入口处产生负压，燃气经燃气进口法兰（104）进入燃气仓（105）通过混合器燃气环形阵列喷嘴（114）被吸入喉管（103）与助燃空气混合，混合后的混合气经渐扩管（106）与自适应装置流速调节端面（108）形成可变通道，经扰流片（109）扰流进一步混合，其中自适应扰流装置调节弹簧（110）是依据自适应装置流速调节端面（108）和扰流片（109）在不同流量下产生阻力与自适应扰流装置调节弹簧（110）弹力之间的线性关系设计的弹性系数实现动态状态下的平衡，确保混合均匀性和混合比的稳定性；

步骤2、混合气经混合器与炉体连接法兰（112）接口进入层流阻火燃烧头（2）经混合均匀提升装置（202）后被均匀的分配至燃烧头混合气仓（203），经增速整流布风板（204）提升速度至1.5-7.5m/s确保混合气流速是甲烷燃烧火焰传播速度3倍以上以确保安全；

步骤3、混合气通过层流阻火喷射装置（205）实现分散燃烧低氮燃烧，并杜绝回火；

步骤4、混合气进入火焰冷却装置（3），经火焰冷却管（303）后被引火及火焰感知装置（4）引燃，引燃后的混合气体在火焰冷却管（303）前建立稳定火焰，火焰经火焰冷却管（303）冷却后大大降低空气中的氮气分子被氧化的速率，从而使气体燃烧后烟气中氧含量在3.5-8%之间排放氮氧化物折算值均小于30mg/Nm³且燃烧充分。