技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种燃烧器及燃气系统。
背景技术
[0002]
天然气作为一种清洁化石
能源，如果进行粗放式燃烧，会产生大量的氮
氧化物(NOx)与一氧化
碳(CO)，无法达到节能减排、消除氮氧化物(NOx) 与
一氧化碳(CO)的目的。
[0003] 纵观常规国内外低NOx天然气燃烧器，仍然存在有些不足或不尽理想的地方，燃烧过程中仍产生较高含量的NOx。实用新型内容
[0004] 本实用新型针对
现有技术中存在的技术问题，提供一种能够有效减少NOx
排放量的燃烧器及燃气系统。
[0005] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006] 一种燃烧器，包括第一燃烧机构和第二燃烧机构；
[0007] 所述第一燃烧机构包括第一供
燃气管道、第一供空气管道、第一点火
喷枪和第一旋
风旋流器，所述第一供燃气管道具有用于连接燃气源的第一燃气进气端和用于向
锅炉供燃气的第一燃气出气端，所述第一供空气管道套设于所述第一供燃气管道，所述第一供空气管道具有第一空气进气端和包覆所述第一燃气出气端的第一空气出气端，所述第一点火喷枪穿设于所述第一供空气管道或第一供燃气管道内并延伸至其出气端以用于点火，所述第一旋风旋流器设于所述第一空气出气端用于旋转燃烧气流；
[0008] 所述第二燃烧机构包括第二供空气管道、第二供燃气管道、第二点火喷枪和第二旋风旋流器，所述第二供空气管道套设于所述第一供空气管道，所述第二供空气管道具有第二空气进气端和第二空气出气端，所述第二供燃气管道穿设于所述第二供空气管道，所述第二供燃气管道用于连接燃气源的第二燃气进气端和用于向锅炉供燃气的第二燃气出气端，所述第二燃气出气端、所述第二空气出气端和所述第一燃气出气端同侧设置，所述第二点火喷枪穿设于所述第二供空气管道或第二供燃气管道内并延伸至其出气端以用于点火，所述第二旋风旋流器设于所述第二空气出气端用于旋转燃烧气流，所述第二旋风旋流器有多个，多个所述第二旋风旋流器依次间隔设置形成
叶轮环系。
[0009] 在其中一个
实施例中，所述第二空气出气端包围所述第一空气出气端并与所述第一空气出气端相配合形成与所述第二供空气管道连通的空腔，所述空腔内设有隔板，形成用于循环燃烧气流的内循环通路。
[0010] 在其中一个实施例中，所述的燃烧器还包括火检结构，所述火检结构穿设于所述第一供空气管道内并延伸至其出气端。
[0011] 在其中一个实施例中，所述第一燃烧机构还包括用于混合空气和燃烧后的烟气的混合仓，所述混合仓的进气端设有用于调控空气进入量的第一
阀门，所述混合仓的出气端连通所述第一供空气管道。
[0012] 在其中一个实施例中，所述第二燃烧机构还包括空气仓和燃气仓，所述燃气仓和所述空气仓并列套设于所述第一供空气管道，所述空气仓的进气端设有用于调控空气进入量的第二阀门，所述空气仓连通所述第二空气进气端；所述燃气仓的进气端设有用于调控燃气进入量的第三阀门，所述燃气仓连通所述第二燃气进气端。
[0013] 在其中一个实施例中，所述第一阀门、所述第二阀门和第三阀门均
电磁阀。
[0014] 一种燃气系统，包括锅炉、第一风机、排气塔和上述任一项所述的燃烧器；所述第二空气出气端连接所述锅炉，且所述第一燃气出气端、所述第一空气出气端、所述第二空气出气端和所述第二燃气出气端的端部均伸入所述锅炉内，所述锅炉的排气口连接第一风机，所述第一风机通过排气管道连接所述排气塔。
[0015] 在其中一个实施例中，所述的燃气系统还包括烟气外循环管道和第二风机，所述烟气外循环管道的进气端连接所述排气管道，所述第二风机串接于所述烟气外循环管道上，所述烟气外循环管道的出气端连接所述第一供空气管道，所述烟气外循环管道还设有第四阀门。
[0016] 在其中一个实施例中，所述的燃气系统还包括
空气预热器和第三风机；所述空气预热器串接于所述第一风机和所述锅炉之间，所述空气预热器还通过管路分别连接第一空气进气端和第二空气进气端，所述空气预热器连接所述第三风机。
[0017] 在其中一个实施例中，所述的燃气系统还包括
控制器，所述控制器分别连接所述第一燃烧机构、所述第二燃烧机构、所述空气预热器、第一风机、第二风机和/或第三风机。
[0018] 在其中一个实施例中，所述的燃气系统还包括省
煤器，所述省煤器串接于所述空气预热器和所述锅炉之间。
[0019] 上述燃烧器为低NOx燃烧器，其燃烧原理如下：燃气燃烧烟气中的氮氧化物(NOx)主要是NO，而NO2很少。当NO进入大气，很快被氧
化成 NO2。为防止NO2及其引起的光化学烟雾污染，必须抑制燃气燃烧烟气中 NO的生成。由于NOx生成机理可分为
温度型和
燃料型，而减少或控制烟气中NOx含量的方法主要在于降低燃烧温度、冲淡燃烧区氧浓度、降低烟气在高温区的
停留时间三个方面。
[0020] 本实用新型的有益效果是：
[0021] 上述燃烧器通过调整第一燃烧机构和第二燃烧机构中各管道等结构的尺寸，能够实现燃气细股流与旋风燃烧、多段燃烧、浓淡燃烧，能够实现在过量空气下燃烧以及在空气量不足的情况下燃烧，使燃烧温度均降低，从而抑制NOx的生成。另外，上述燃烧器还可以实现排烟再循环法，把一部分燃气燃烧炉(锅炉)排烟与燃烧器混合，再送入炉内燃烧，进一步降低抑制 NOx的生成；再者，上述燃烧器还可以实现阶段燃烧法，按不同的区间进行多级供风，过剩空气系数由小到大，供风空气含氧量由少到多，这样以达到降温的目的，从而抑制NOx的生成。
附图说明
[0022] 图1为一实施方式的燃烧器的结构示意图；
[0023] 图2为图1的燃烧器中第一燃烧机构及烟气外循环通路的结构示意图；
[0024] 图3为图1的燃烧器中第二燃烧机构的局部结构示意图；
[0025] 图4为图1的燃烧器中内循环通路的结构示意图；
[0026] 图5为图1的燃烧器中的另一视
角的结构示意图；
[0027] 图6为包括图1的燃烧器的燃气系统的结构示意图。
[0028] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0029] 100、燃烧器，111、第一供燃气管道，112、第一供空气管道，113、第一点火喷枪，114、第一旋风旋流器，115、火检结构，116、混合仓，131、烟气内循环入口，132、烟气内循环出口，121、第二供燃气管道，1210、燃气仓，122、第一供空气管道，1220、空气仓，123、第二点火喷枪，124、第二旋风旋流器；
[0030] 200、锅炉，300、第一风机，400、排气塔，500、空气预热器，510、第三风机，610、烟气外循环管道，620、第二风机，630、第四阀门，700、省煤器。
具体实施方式
[0031] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0032] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
[0033] 请结合图1，一实施方式的燃烧器100，包括第一燃烧机构和第二燃烧机构。
[0034] 请进一步结合图2，在本实施方式中，第一燃烧机构包括第一供燃气管道111、第一供空气管道112(一次风管)、第一点火喷枪113和第一旋风旋流器114(内设旋转叶轮)。其中，第一供燃气管道111具有用于连接燃气源的第一燃气进气端和用于向锅炉供燃气的第一燃气出气端。第一供空气管道 112套设于第一供燃气管道111，第一供空气管道112具有第一空气进气端和包覆第一燃气出气端的第一空气出气端。第一点火喷枪113穿设于第一供空气管道112内并延伸至其出气端以用于点火。第一旋风旋流器114设于第一空气出气端用于旋转该中央区域的燃烧气流。
[0035] 进一步地，在本实施方式中，第一燃烧机构还包括用于混合空气和燃烧后的烟气的混合仓116。混合仓116的进气端设有用于调控空气进入量的第一阀门(图中未标号)，混合仓116的出气端连通第一供空气管道112。燃烧后的烟气再按照一定比例与进入第一供空气管道112的空气(一次风)均混，在第一旋风旋流器114的作用下，产生旋转气流，在点火枪的帮助下形成低氧，低温旋转火焰，能极大地抑制NOx的生成。
[0036] 另外，本实施方式的燃烧器还包括火检结构115。火检结构115穿设于第一供空气管道112内并延伸至其出气端。
[0037] 请进一步结合图3，第二燃烧机构包括第二供燃气管道121、第二供空气管道122、第二点火喷枪123和第二旋风旋流器124。其中，第二供空气管道122套设于第一供空气管道112，第二供空气管道122具有第二空气进气端和第二空气出气端。第二供燃气管道121穿设于第二供空气管道122，第二供燃气管道121用于连接燃气源的第二燃气进气端和用于向锅炉供燃气的第二燃气出气端。第二燃气出气端、第二空气出气端和第一燃气出气端同侧设置。第二点火喷枪123穿设于第二供燃气管道121内并延伸至其出气端以用于点火。第二旋风旋流器124设于第二空气出气端用于旋转燃烧气流。优选地，第二旋风旋流器124有多个，多个第二旋风旋流器124依次间隔设置形成叶轮环系，便于形成一圈圈小旋转火焰，降低燃烧火焰流的温度，抑制NOx的生成。
[0038] 本实施方式的燃烧器100将燃料和空气分别分多次供应，可依据情况调整第一供燃气管道111和第二供燃气管道121内的燃气供应量以及第一供空气管道112和第二供空气管道122内的空气供应量，同时通过设置第一旋风旋流器114以及分割火焰流的第二旋风旋流器124形成的叶轮环系，整体上能够调整实现燃气细股流与旋风燃烧、多段燃烧、浓淡燃烧，能够实现在过量空气下燃烧以及在空气量不足的情况下燃烧，使燃烧温度均降低，从而抑制NOx的生成。
[0039] 进一步地，在本实施方式中，第二空气出气端包围第一空气出气端并与第一空气出气端相配合形成与空气仓1220或者第二供空气管道122连通的空腔，空腔内设有隔板，形成烟气内循环入口131和烟气内循环出口132，形成用于循环燃烧气流的内循环通路，吸收未燃尽的燃气燃料进入
负压区，得以不停的燃烧，同时在负压和旋风气流的作用下，还可使周边未燃尽的燃料与烟气进入内循环烟气系统，从而进一步降低该燃烧区内的温度，缩短烟气在该高温区的停留时间，降低该区域内的氧含量，降低或消除NOx的生成。
[0040] 进一步地，在本实施方式中，第二燃烧机构还包括燃气仓1210和空气仓1220。燃气仓1210和空气仓1220并列套设于第一供空气管道112。空气仓1220的进气端设有用于调控空气进入量的第二阀门(图中未标号)。空气仓1220连通第二空气进气端。空气仓1220还与内循环通道连通，促进烟气内循环燃烧。燃气仓1210的进气端设有用于调控燃气进入量的第三阀门(图中未标号)，燃气仓1210连通第二燃气进气端。优选地，第一阀门、第二阀门和第三阀门均电磁阀，便于实现自动化调控燃气和空气的供应量。
[0041] 请进一步结合图5，本实施方式的燃烧器100通过以下几大技术实现低氮低碳燃烧：
[0042] (1)浓淡型低NOx控制技术：在天然气燃烧供应的工况空气量，总量要保持不变，即空气过剩系数α保持正常数值。以确保天然气彻底燃尽的情况下，空气量分成两部分供应。天然气也分成两部分供应，一部分供应中央小火第一点火喷枪燃烧，这部分空气量还可以外掺入外循环烟气。即工业炉燃尽后的外排烟气由第二风机610(循环烟气风机)引入，以一定比例的烟气量(含氧量3％～6％)掺入空气仓1220或者第二供供气管道122(二次风管)，随着二次风进入中央主点火喷枪风道内。这样二次风量以少量喷出(α＜1)的情况下，中央主点火喷枪的天然气处于不完全燃烧情况下，加之中央主点火喷枪的扩散锥后形成大量的负压区。这一部分燃料作为过淡燃烧，无论温度型与燃料型NOx都很低，且该区域的温度也很低，从而抑制NOx 生成。二次风则在总空气量的要求下，大量的进入环形燃气喷枪的旋风旋流器(旋转叶轮)内。此时α＞1的情况下，环形天然气喷枪喷出的细股流火焰在旋风旋流器的作用下，形成一圈圈小旋转火焰，最终连成了非常漂亮的一圈大火焰流。由于风量过大，这一圈火焰流的温度并不高(NOx产生的温度为1300℃以上)，也从而抑制了NOx的生成。
[0043] (2)割火焰型低NOx控制技术：将天然气燃料分成两部分，即主燃料与副燃料。主燃料进入燃气仓1210(环形燃料带)，在叶轮环系的作用下，大量二次风量进入第二旋风旋流器内，形成旋转气流的小火焰，这样又把大量主燃料分成若干个小群火焰，从而使小群火焰喷枪喷出的火焰温度更低 (＜1300℃)，从而也抑制了NOx的生成，也缩短了燃烧烟气在高温燃烧区的停留时间，也进一步地防止NOx的生成。
[0044] (3)烟气再利用控制技术；天然气充分燃烧时与其供应的空气中产生激烈的热化学反应，空气中的氧气O2含量基本上消耗殆尽，其烟气中的氧含量只有3％～6％，这种低氧烟气再次进入燃烧系统，对于抑制NOx生成带来非常大的好处，是降低NOx的有效手段之一。
[0045] 请进一步就结合图2和图4，循环烟气具体可分成二种形式，一种是外循环烟气进入燃烧系统，即从工业炉后的第一风机(300引风机)出口处通过第四阀门630与空气按适当的比例，进入中央喷枪的
通风道内。在中央通道内的喷枪头部的扩散锥处形成低温的还原燃烧，从而抑制NOx的生成。另一种是内循环的烟气进入燃烧系统，在第一供燃气管道111的出口端(端部设置呈扩散锥结构)后附近的相对负压区的作用下，大量的没有燃烧或燃烧不完全的烟气，在还原反应的作用下，生成了低温的CO与H2等可燃气体(天然气的主要成份为CH4占95％以上)，在负压区的作用下被吸入内循环通道，与大量的一次风混合后又喷射进入炉内燃烧。这种烟气内循环只要天然气一旦点火成功，就开始不断地循环燃烧。这种烟气内循环是一次风也掺入了部分低温烟气，从而也让一次风的氧含量进一步降低，也是天然气燃烧的高温区的温度得以进一步降低，烟气停留在高温区的时间进一步缩短。因此，内外循环烟气进入燃烧系统可一一破解产生NOx的三大因素，即超高烟气燃烧温度，燃烧区域的过高的含氧量，甚至纯空气的含氧量。也就是循环烟气的加入是燃料(煤、油、气)燃烧器降低或消除NOx的有效手段之一。
[0046] (4)燃料与空气分级供应控制技术；对于大推
力的天然气来说，如大喷量的天然气一次性喷出，燃烧不好，还要出安全事故。因此，燃料有必要分级供应天然气。本燃气器的燃气点火开始分为二级，即中央主点火喷枪，为一级供气，这一级也是点火喷枪；二级天然气燃料通过环形是天然气喷管，分成若干个小型的喷枪，形成若干个小型旋转小火焰，组成环形火焰带。也就是功率越大，或者说供
热能力越大，组成的环形小喷枪越多，这样燃烧产生的温度越低，烟气在高温区的停留时间越短；从而也抑制了NOx的产生。
[0047] 另外，供应燃气燃烧的空气量，如按工况的条件下，其风量是天然气耗量的十多倍。这样较大型的风机是不可能与燃烧器一体设计与安装的。因此，燃烧所需的空气也有必要相应分成多级供应，也跟随者燃气供应的不同而有所不同。其不同的是全部都通向旋转射流进而产生同向的燃气细流与空气旋转均混的旋转火焰。这样产生的火焰中，燃气与空气均混效果更好，温度也更低。也更进一步抑制了NOx的产生。
[0048] (5)燃气喷出的细流与旋转空气流均混控制技术；天然气相对于煤、油等化石能源，是一种清洁化石能源；其发热值在8500kcal/Nm3左右，遇
热分解产物为CO、H2等，与一定比例的空气结合达到着火点后，产生激烈的燃烧。因此，喷射出的气流必须细流与高速。国内外大部分燃气也以细流股与高速的燃气流按一定角度喷出与空气细流相遇混合，产生燃烧，但其效果并不理想。如一定角度的高速燃气细流与一定角度的旋转空气流均混，其效果则更为理想。上述燃烧器就本着这种工作原理，全部为旋转的燃气流与风流，以达到更为理想的燃烧火焰，可节约燃气10％以上。可燃成份的燃烧也更加干净彻底，炉尾烟气中的CO含量几乎为零，燃气几乎不含硫、无粉尘，只需脱去NOx即可达到国家烟气排放的环保标准。
[0049] 请进一步结合图6，本实用新型还提供一种燃气系统，包括上述燃烧器 100、锅炉200、第一风机300和排气塔400。燃烧器100的第二空气出气端连接锅炉200，且第一燃气出气端、第一空气出气端、第二空气出气端和第二燃气出气端的端部均伸入锅炉200内，锅炉
200的排气口连接第一风机 300，通过第一风机300排出锅炉内燃烧后的烟气。第一风机300通过排气管道连接排气塔400，便于使锅炉200内形成负压区，排出燃烧后的烟气。
[0050] 进一步地，本实施方式的燃气系统还包括烟气外循环管道610和第二风机620。烟气外循环管道610的进气端连接排气管道，烟气外循环管道610 的出气端连接第一供空气管道112，烟气外循环管道610还设有第四阀门 630，第二风机620串接于烟气外循环管道610上，以将从锅炉200内排出的烟气重新与空气混合后循环燃烧，可进一步降低NOx的生成。
[0051] 进一步地，本实施方式的燃气系统还包括空气预热器500和第三风机 510。空气预热器500串接于第一风机300和锅炉200之间，空气预热器500 还通过管路分别连接第一空气进气端和第二空气进气端，空气预热器500连接第三风机510以吸取新鲜空气，对待进入第一供空气管道112和第二供空气管道122内的空气进行预热，不仅能够提高燃烧效率和燃尽率，还能够充分利用燃烧烟气的余热，节约能耗。
[0052] 进一步地，本实施方式的燃气系统还包括控制器。控制器分别连接第一燃烧机构、第二燃烧机构、空气预热器500、第一风机300、第二风机620 以及第三风机510。控制器优选PLC程序控制器，便于实现自动化调控整体的燃气
进程。
[0053] 进一步地，本实施方式的燃气系统还包括省煤器700，省煤器700串接于空气预热器和锅炉之间。
[0054] 总的来讲，上述燃烧器100及燃气系统通过五项控制技术消除NOx，能够最大限度地脱除NOx。另外，上述燃烧器100及燃气系统可通过控制器、检测元件以及各类阀门之间的联
锁与自动控制等的配合严格控制燃气与空气量，形成大、小火相互转换；点火与火检技术的应用，形成一键
开关，安全启动与安全运行，基本上达到进口产品的控制要求与DCS联网通讯要求。与同类型、同型号的国内外燃气燃烧器相比，最少节约天然气10％以上，这对于我国天然气大量进口的今天，是很有意义的。与同型号老式天然气燃烧器相比可节约天然气15％以上。
[0055] 同时上述燃烧器100造价低，竞争力大，产品最终经济性能可达到：氮氧化物(NOx)＜30mg/m3以下，在理想状态下可达到20mg/m3以下；一氧化碳(CO)的含量近似0～0.001以下，说明天然气燃烧完全。
[0056] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0057] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
