本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種低氮氧化物燃燒裝置。主要包括：燃料入口管、貧氧入口管、徑向旋流葉片、預(yù)混室、穩(wěn)焰器、富氧入口管和切向旋流葉片；燃料入口管作為中心套筒位于軸心位置，其始端與燃料管道相連，其末端與預(yù)混室相連；貧氧入口管位于燃料入口管外側(cè)，徑向旋流葉片圍繞預(yù)混室布置，穩(wěn)焰器位于預(yù)混室頂部出口中心位置，富氧入口管與燃燒裝置外側(cè)套筒切向連接，切向旋流葉片與外側(cè)套筒內(nèi)壁面連接；徑向旋流葉片為8片。利用空氣分離設(shè)備制備的貧氧與碳?xì)淙剂辖M織部分預(yù)混、燃燒過程，在穩(wěn)焰器下游形成還原性主燃區(qū)，有效抑制溫度型NOx的生成；然后將富氧以旋流形式從主燃區(qū)外側(cè)送入，組織剩余燃料及熱分解產(chǎn)物的補(bǔ)燃過程，有效降低燃燒產(chǎn)物中碳煙和CO的生成量。本實(shí)用新型專利技術(shù)具有燃燒效率高、污染物排放低、火焰穩(wěn)定及火焰溫度場均勻等特點(diǎn)，適用于地面燃?xì)廨啓C(jī)、燃油燃?xì)忮仩t及加熱爐等動(dòng)力設(shè)備。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種低氮氧化物燃燒裝置，具體說是一種利用貧氧(13% ^ O2 ^ 21%)組織部分預(yù)混燃燒，利用富氧(21%彡O2 ( 30% )完成燃盡過程的清潔、高效燃燒技術(shù)(貧氧部分預(yù)混-富氧補(bǔ)燃工藝)的燃燒裝置。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)燃燒技術(shù)多采用擴(kuò)散燃燒，利用旋轉(zhuǎn)射流或交叉射流實(shí)現(xiàn)燃料與空氣、富氧甚至純氧之間的混合燃燒過程，盡管這種方法提高了燃燒效率，但在射流混合邊界層區(qū)域?qū)⑿纬删植糠磻?yīng)高溫區(qū)，致使氮氧化物(NOx)生成量大幅度提高。基于擴(kuò)散燃燒過程N(yùn)Ox的生成機(jī)理，各國學(xué)者相繼提出了空氣分級(jí)燃燒、濃淡燃燒、煙氣再循環(huán)、富燃/猝冷/貧燃等低NOx燃燒技術(shù)，通過降低主燃區(qū)溫度或氧濃度、縮短氧氣在高溫區(qū)的逗留時(shí)間、將煙氣中的NOx還原等措施，達(dá)到降低擴(kuò)散燃燒過程N(yùn)Ox生成量的目的。但是，降低污染物排放與強(qiáng)化燃燒之間始終是一對(duì)矛盾關(guān)系，上述低NOx燃燒技術(shù)在實(shí)施過程中均有可能因燃料/氧氣混合不良而造成碳煙和CO生成量提高。相對(duì)于擴(kuò)散燃燒而言，預(yù)混燃燒過程不受組分?jǐn)U散等因素的制約，其燃燒效率更高，不僅利于縮小燃燒室體積，并可通過控制預(yù)混氣中燃料或氧氣濃度來控制火焰溫度和 NOx生成量。基于上述理論發(fā)展而來的貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)(Lean premixed combustion)和貧燃預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)(Lean premixed prevaporized combustion)是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ牡蚇Ox燃燒技術(shù)。其基本原理是將燃料與空氣在較低的化學(xué)當(dāng)量比下預(yù)先混合，并組織旋流燃燒過程；因其火焰溫度相對(duì)較低，故NOx生成量較小，同時(shí)由于氧氣充足且燃料/ 氧氣混合均勻，故碳煙和CO的生成量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擴(kuò)散火焰。因此，貧燃預(yù)混燃燒可以實(shí)現(xiàn)更加清潔、高效的燃燒過程。但也恰恰是由于貧燃預(yù)混旋流火焰的工作條件過于靠近貧燃熄火極限，并且較大的旋流強(qiáng)度和湍流強(qiáng)度易于誘發(fā)剪切邊界層內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定的渦漩進(jìn)動(dòng) (Processing Vortex Core)，易于造成火焰面內(nèi)發(fā)生局部猝熄，致使火焰熱釋放發(fā)生周期性脈動(dòng)；在某些情況下，脈動(dòng)的火焰熱釋放會(huì)與燃燒室內(nèi)的聲壓振蕩發(fā)生激勵(lì)振蕩，形成熱聲耦合振蕩，最終將導(dǎo)致預(yù)混火焰發(fā)生動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)甚至熄滅。通過對(duì)貧燃預(yù)混旋流燃燒過程N(yùn)Ox排放特性和火焰動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)及理論研究，專利申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，利用多孔介質(zhì)穩(wěn)定火焰、采用部分預(yù)混/環(huán)流注氣等措施可有效降低預(yù)混燃燒過程熱聲耦合振蕩的幅值，并可將N0x、碳煙和CO生產(chǎn)量控制在較低的范圍內(nèi)。 基于上述實(shí)驗(yàn)和理論分析結(jié)果，特提出了一種利用貧氧(13%≤O2 ≤ 21% )組織部分預(yù)混燃燒、利用富氧(21%≤O2 ≤ 30% )組織燃盡過程的低NOx高效燃燒技術(shù)，同時(shí)設(shè)計(jì)了基于該技術(shù)的燃燒裝置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是提供一種低氮氧化物燃燒裝置，它是有效降低碳?xì)淙剂先紵^程中N0x、碳煙及CO生成量的“貧氧部分預(yù)混-富氧補(bǔ)燃”燃燒工藝技術(shù)和以之為理論基礎(chǔ)的燃燒裝置。本技術(shù)一方面綜合了空氣分級(jí)燃燒、濃淡燃燒、貧燃預(yù)混燃燒及富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，另一方面克服了上述各技術(shù)各自的技術(shù)缺陷，具有污染物排放低、燃燒效率高、火焰穩(wěn)定性好及火焰溫度場均勻等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。本技術(shù)提供的一種低氮氧化物燃燒工藝包括的步驟利用貧氧與碳?xì)淙剂辖M織部分預(yù)混燃燒過程，以抑制NOx的生成，同時(shí)利用富氧在主燃區(qū)外側(cè)組織補(bǔ)燃過程，以降低碳煙和CO的生成量；整個(gè)燃燒過程的總體化學(xué)當(dāng)量比控制在1. 0以下。本技術(shù)提供的一種低氮氧化物燃燒工藝包括的步驟利用氧濃度為13% -21%的貧氧與碳?xì)淙剂辖M織化學(xué)當(dāng)量比為1. 1-1. 3的部分預(yù)混燃燒過程，以抑制溫度型NOx的生成，同時(shí)利用氧濃度為21% -30%的富氧在主燃區(qū)外側(cè)組織補(bǔ)燃過程，以降低碳煙和CO的生成量；整個(gè)燃燒過程的總體化學(xué)當(dāng)量比控制在1. 0以下。利用膜法富氧設(shè)備等產(chǎn)生氧濃度在13% -21%之間的貧氧(慢氣)實(shí)現(xiàn)與碳?xì)淙剂辖M織化學(xué)當(dāng)量比為1. 1-1. 3的部分預(yù)混燃燒過程。所述的利用膜法富氧設(shè)備等產(chǎn)生的氧濃度在21%-30%之間的富氧實(shí)現(xiàn)總體當(dāng)量比小于1.0的補(bǔ)燃過程。所述的部分預(yù)混燃燒過程是在燃燒裝置的預(yù)混室內(nèi)利用徑向旋流和直射流組織貧氧與碳?xì)淙剂系牟糠诸A(yù)混過程。所述的部分預(yù)混燃燒過程是利用旋流穩(wěn)焰器或多孔介質(zhì)穩(wěn)焰器實(shí)現(xiàn)部分預(yù)混火焰的穩(wěn)定，形成還原性氣氛的主燃區(qū)。所述的補(bǔ)燃過程是利用切向旋流組織氧濃度21% -30%的富氧與未燃盡燃料及熱分解產(chǎn)物的燃盡過程，并控制總體化學(xué)當(dāng)量比在1.0以下。本技術(shù)提供的一種低氮氧化物燃燒裝置主要包括燃料入口管、貧氧入口管、 徑向旋流葉片、預(yù)混室、穩(wěn)焰器、富氧入口管和切向旋流葉片。燃燒裝置為圓柱形的三層套筒結(jié)構(gòu)。燃料入口管作為中心套筒位于軸心位置，其始端與燃料管道相連，其末端與預(yù)混室相連。貧氧入口管位于燃料入口管外側(cè)，徑向旋流葉片(可選一組8片)圍繞預(yù)混室布置，切向旋流葉片與外側(cè)套筒內(nèi)壁面連接；空氣分離設(shè)備產(chǎn)生的貧氧經(jīng)由貧氧入口管進(jìn)入中間套筒后，然后經(jīng)過徑向旋流葉片以旋轉(zhuǎn)射流方式進(jìn)入預(yù)混室內(nèi)，與燃料形成部分預(yù)混可燃?xì)狻Ｇ邢蛐鞣€(wěn)焰器(或多孔介質(zhì)穩(wěn)焰器)位于預(yù)混室頂部出口中心位置，部分可燃預(yù)混氣經(jīng)由切向旋流穩(wěn)焰器(或多孔介質(zhì)穩(wěn)焰器)進(jìn)入燃燒室，形成還原性氣氛的主燃區(qū)。富氧入口管與燃燒裝置外側(cè)套筒切向連接，空氣分離設(shè)備制備的富氧經(jīng)由富氧入口管進(jìn)入外側(cè)套筒，然后流經(jīng)外側(cè)套筒出口的切向旋流葉片，以旋轉(zhuǎn)射流方式進(jìn)入燃燒室，在主燃區(qū)外側(cè)形成氧化性氣氛的補(bǔ)燃區(qū)。燃燒裝置整體為圓柱形，燃料入口管、貧氧入口管、富氧入口管均為圓管；預(yù)混室為圓柱狀腔室；徑向旋流葉片是一組直葉片，與預(yù)混室上下端蓋焊接；切向旋流葉片7是一組直葉片，與外側(cè)套筒內(nèi)壁面焊接；切向旋流穩(wěn)焰器(或多孔介質(zhì)穩(wěn)焰器)5由一組扭曲葉片，葉片內(nèi)外兩端分別與中心圓柱和外側(cè)圓管內(nèi)壁面焊接(多孔介質(zhì)穩(wěn)焰器是緊固在圓管內(nèi)的多孔陶瓷體)。本技術(shù)的特點(diǎn)詳細(xì)描述如下本技術(shù)所涉及的“富氧”是指利用空氣分離技術(shù)(如膜法富氧制備技術(shù))制備得到的氧濃度介于21% -30%的氧氣/氮?dú)饣旌蠚怏w，而“貧氧”則是指空氣分離后所產(chǎn)生的氧濃度介于13% -21%的慢氣(通常情況下，這種濃度的慢氣多直接排入大氣，而不加以利用)。上述“富氧”、“貧氧”的濃度可通過調(diào)整富氧制備設(shè)備的工作參數(shù)予以保證。本技術(shù)所涉及的“貧氧部分預(yù)混-富氧補(bǔ)燃技術(shù)”是指將“貧氧”和碳-氫氣體燃料按某一化學(xué)當(dāng)量比φ (1. 1 < φ < 1. 3)進(jìn)行預(yù)混燃燒，形成還原性氣氛的主燃區(qū)； 同時(shí)，在主燃區(qū)外側(cè)，利用旋轉(zhuǎn)射流方式送入“富氧”，形成氧化性氣氛的補(bǔ)燃區(qū)；在碳?xì)淙剂系恼麄€(gè)燃燒過程中，保持總體化學(xué)當(dāng)量比Φ小于1.0。采用“貧氧部分預(yù)混”可使主燃區(qū)火焰溫度降低150-200°C，從而有效抑制溫度型NOx的生成；同時(shí)，主燃區(qū)內(nèi)的還原性氣氛也有助于將NOx還原成N2。采用“富氧補(bǔ)燃”有助于提高主燃區(qū)外側(cè)剩余碳?xì)淙剂霞捌錈岱纸猱a(chǎn)物的燃燒速度和燃盡程度，可有效降低燃燒產(chǎn)物中碳煙和CO的體積含量。研究結(jié)果顯示，在相同的工況下，相對(duì)于貧燃預(yù)混燃燒而言，采用“貧氧部分預(yù)混-富氧補(bǔ)燃”技術(shù)可降低煙氣中NOx濃度75%以上，碳煙和CO的生成量相當(dāng)，火焰穩(wěn)定性大大提高。本實(shí)用新本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種低氮氧化物燃燒裝置，其特征在于它主要包括：燃料入口管、貧氧入口管、徑向旋流葉片、預(yù)混室、穩(wěn)焰器、富氧入口管和切向旋流葉片；燃料入口管作為中心套筒位于軸心位置，其始端與燃料管道相連，其末端與預(yù)混室相連；貧氧入口管位于燃料入口管外側(cè)，徑向旋流葉片圍繞預(yù)混室布置，穩(wěn)焰器位于預(yù)混室頂部出口中心位置，富氧入口管與燃燒裝置外側(cè)套筒切向連接，切向旋流葉片與外側(cè)套筒內(nèi)壁面連接；燃燒裝置整體為圓柱形，三層套筒結(jié)構(gòu)；所述的徑向旋流葉片為８片。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉聯(lián)勝，吳晉湘，茍湘，林博穎，王恩宇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河北工業(yè)大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：12
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