一种浸没式低氮燃气燃烧装置的制作方法

本实用新型涉及燃烧技术领域，具体而言涉及一种浸没式低氮燃气燃烧装置。

背景技术：

已有的浸没式燃烧装置通，由于在使用时需置于水浴中，因此通常是在装置的底部设置燃烧器，而用于对燃烧器点火的点火装置设置于装置的顶部，以避免点火装置进水受损。点火装置与燃烧器上下间隔有较大距离，导致未及时引燃燃烧器喷射出来的燃气，这造成点火困难，成功率不高。由于未及时引燃燃烧器喷射出来的燃气，使得导致燃烧室内充满大量空气与燃气的混合气体，这会进而导致爆燃现象的发生，带来安全隐患，还会导致燃烧不完全，烟气的氮氧化物含量较大的问题；并且点火时燃烧室内压力脉冲大，使得整个装置的稳定运行得不到良好的保障。此外，现有的燃烧装置的燃烧室的冷却系统不完善，导致燃烧室温度偏高，这也进一步增加烟气中氮氧化物的生成，导致氮氧化物排放超标。

因此，需要一种浸没式低氮燃气燃烧装置，以至少部分地解决以上问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种浸没式低氮燃气燃烧装置，其包括：

装置本体，所述装置本体设有位于上部的上进风口、位于下部的烟气出口和燃烧空间；

上部燃烧器，所述上部燃烧器设置于所述装置本体的上部并部分地容纳于所述燃烧空间内，所述上部燃烧器设有上燃气进口和上燃气喷嘴；

点火枪，所述点火枪设置于所述上部燃烧器并设有点火燃气进口和朝下的点火枪出口，所述点火枪出口与所述上燃气喷嘴彼此靠近布置；以及

下部燃烧器，所述下部燃烧器设置于所述装置本体的下部并部分地容纳于所述燃烧空间内，所述下部燃烧器设有下燃气进管和朝上的下燃气喷嘴，所述下燃气喷嘴与所述点火枪出口朝向彼此布置。

可选地，所述装置本体包括从上之下布置且连通的上部蜗壳、燃烧锥筒和下部蜗壳，所述上进风口设置于所述上部蜗壳，所述烟气出口设置于所述下部蜗壳。

可选地，所述燃烧锥筒的上部设有渐缩段，所述渐缩段的筒径从上往下逐渐缩小。

可选地，还包括倾斜的旋流叶片，所述旋流叶片设置于所述上部燃烧器的底部，并位于所述渐缩段的下方。

可选地，所述燃烧锥筒的下部设有渐扩段，所述渐扩段的筒径从上往下逐渐变大。

可选地，所述燃烧锥筒设置有夹套和沿竖向延伸的分隔板，所述分隔板沿周向间隔地布置于所述夹套内，以形成至少两个冷却腔，每个所述冷却腔均设置有冷却水进口。

可选地，所述下部燃烧器包括辐射射流盘，所述辐射射流盘设置于所述下燃气进管的顶端，所述辐射射流盘设有与所述下燃气进管连通的多个辐射射流通道，所述多个辐射射流通道相对于所述辐射射流盘的中心沿水平方向呈辐射状分布。

可选地，所述辐射射流盘包括上下间隔布置的上辐射射流板和下辐射射流板，以及连接所述上辐射射流板和下辐射射流板的多个辐射射流隔板，所述多个辐射射流隔板间隔布置以形成辐射射流通道。

可选地，还包括雾化水管路和连通所述雾化水管路与所述燃烧空间的多个雾化喷嘴，所述多个雾化喷嘴分别设置于所述装置本体的上部和下部以及所述下部燃烧器的顶部。

可选地，所述装置本体包括下部蜗壳，所述下部蜗壳设有下部蜗壳顶壁，所述多个雾化喷嘴中的至少一个设置于所述下部蜗壳顶壁。

可选地，所述下部蜗壳设有下部蜗壳底壁，所述下部蜗壳底壁的外壁面为倒锥面。

可选地，所述上部燃烧器设置有可上下移动的进风挡环，所述进风挡环位于所述装置本体的所述上部。

可选地，所述上部燃烧器包括分配腔和与所述分配腔连通的多个分配管，所述多个分配管围绕所述点火枪布置，并且所述多个分配管中的每个的下端均设置有朝下的所述上燃气喷嘴和朝向所述点火枪出口的稳焰喷嘴。

根据本实用新型的浸没式低氮燃气燃烧装置，通过设置上部燃烧器，一方面能够稳定地引燃下部燃烧器，提高点火成功率，使点火成功率高达100％，避免了爆燃现象的发生，进而提高点火过程的系统稳定性和安全性；另一方面改善燃烧效果，使燃烧空间内的燃气接近完全燃烧或完全燃烧，最大化利用燃烧室内空间，整体燃烧稳定性会极大地改善，从而减少各类污染物，诸如co、nox、炭黑颗粒物等的生成。

此外，通过设置上燃气进口、点火燃气进口和下燃气进口，形成了燃料分级；通过设置上进风口和下进风口，形成了空气分级；由此，可以最大程度地限制局部高温区域，使燃烧空间内的温度大致稳定在预设温度内，从而进一步改善整体燃烧稳定性，减少nox的生成。

燃烧锥筒的渐缩段和渐扩段的设置，能够归整气流流场，减少乱流，降低流动阻力，与旋流叶片配合来稳固旋流流场，以及可以减少旋流进入下部蜗壳后的流动死区，可以有效地利用燃烧空间，组织燃气的燃烧。

通过形成的冷却水雾化系统，一方面可降低燃烧区域的火焰温度，另一方面延缓燃气燃烧的反应速率，从而进一步减少nox的生成。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型的浸没式低氮燃气燃烧装置的立体示意图；

图2为图1中所示的浸没式低氮燃气燃烧装置的一个截面示意图；

图3为图1中所示的上部燃烧器的立体示意图；

图4为图1中所示的上部燃烧器的截面示意图；

图5为图1中所示的燃烧锥筒的截面示意图；

图6为图1中所示的下部燃烧器的一部分的立体示意图；

图7为图6中所示的下部燃烧器的一部分的截面示意图。

附图标记说明：

100：低氮燃气燃烧装置101：装置本体

102：上进风口103：烟气出口

104：压缩空气进口105：观火窗

106：下进风口107：下进风管

110：上部蜗壳120：燃烧锥筒

121：渐缩段122：渐扩段

123：夹套124：分隔板

125：冷却水进口126：冷却水出口

127：冷却水供应管130：下部蜗壳

131：下部蜗壳顶壁132：下部蜗壳底壁

140：上部燃烧器141：上燃气进口

142：上燃气喷嘴143：分配腔

144：分配管145：安装筒

146：稳焰喷嘴147：进风挡环

148：盖板149：旋流叶片

150：点火枪151：点火燃气进口

152：点火枪出口153：点火电极

160：下部燃烧器161：下燃气进管

162：下燃气喷嘴163：喷气筒

164：下燃气进口165：下燃气供应管

166：燃气出口170：辐射射流盘

171：辐射射流通道172：上辐射射流板

173：下辐射射流板174：辐射射流隔板

181：盘管182：下冷却水进口

183：冷却水进管184：下冷却水出口

185：冷却水出管190：雾化水管路

191：雾化水喷嘴192：下雾化水喷嘴

193：下雾化水进管194：下雾化水进口

195：下雾化水供应管167：预混空气进口

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种浸没式低氮燃气燃烧装置100，用于提供高温烟气。为简化下文用燃烧装置代称浸没式低氮燃气燃烧装置。该燃烧装置100可以应用于液化天然气的气化系统，以将液化天然气加热而气化形成气化天然气。在使用时需将燃烧装置100的至少下部置于水浴中。

燃烧装置100可以整体采用上下双蜗壳结构，形成的强旋流式流场。具体地，燃烧装置100由具有燃烧空间的装置本体101以及设置于装置本体101的燃烧器构成。装置本体101可以包括位于上部的上部蜗壳110、位于下部的下部蜗壳130和设置于上部蜗壳110和下部蜗壳130之间的燃烧锥筒120。装置本体101还可以设有位于上部的上进风口102和位于下部的烟气出口103，上进风口102设置于上部蜗壳110，具体是上部蜗壳110的外端部，烟气出口103设置于下部蜗壳130，具体是下部蜗壳130的外端部。

空气可以从上进风口102进入上部蜗壳110。燃烧锥筒120和下部蜗壳130均形成燃烧空间，空气与燃气在燃烧空间内发生燃烧反应，形成高温烟气。借助于上部蜗壳110和下部蜗壳130的结构，在燃烧装置100内形成高速旋转的气流，使燃气能够与空气充分均匀的混合。至少下部蜗壳130设置于水浴的水面以下。

如图2所示，燃烧装置100还可以包括上部燃烧器140、点火枪150和下部燃烧器160。上部燃烧器140能够设置于装置本体101的上部并部分地容纳于燃烧空间内。上部燃烧器140能够设有上燃气进口141和上燃气喷嘴142，上燃气进口141外露，以便与燃气供应管路连通；上燃气喷嘴142位于燃烧空间内，具体是位于燃烧锥筒120。上燃气进口141经由燃气通道与上燃气喷嘴142连通。从上燃气喷嘴142喷射出的燃气能够快速地与从上进风口102进入的空气在燃烧空间内混合。

点火枪150能够设置于上部燃烧器140。进一步说，点火枪150设置于燃烧装置100的上部，由此，点火枪150和与点火枪150连接的电缆等电部件能够避开水浴，从而提高装置的使用安全性。点火枪150可以设有点火燃气进口151和朝下的点火枪出口152，燃气可以从点火燃气进口151进入，在点火枪150内被点燃，从点火枪出口152向下喷射出火焰。

点火枪出口152能够与上燃气喷嘴142彼此靠近布置。由此，点火枪150能够点燃从上燃气喷嘴142喷射出的燃气，形成向下喷射的更大火焰。换句话说，上部燃烧器140能够增加火焰的射程。

下部燃烧器160可以设置于装置本体101的下部并部分地容纳于燃烧空间内。下部燃烧器160设有下燃气进管161和朝上的下燃气喷嘴162，下燃气喷嘴162位于燃烧空间内，具体是位于下部蜗壳130内。下燃气进管161为沿竖向布置的直管。下燃气喷嘴162能够设置于下燃气进管161的顶端。

下燃气进口164能够与点火枪出口152朝向彼此布置。例如，对于图示实施方式，下燃气喷嘴162可以位于点火枪出口152的正下方。例如，燃烧装置100具有沿竖向延伸的中心线，下燃气喷嘴162靠近或位于该中心线，点火枪出口152也靠近或位于该中心线。当点火枪150点燃上部燃烧器140后，由上部燃烧器140产生更长的、空间充满度更高的火焰，完全覆盖下燃气喷嘴162的燃气喷射区域，即能够触及下燃气喷嘴162喷射出的燃气。

以此实施方式，上部燃烧器140能够稳定地引燃下部燃烧器160，提高点火成功率。本实用新型设计的逐级点火模式，其点火成功率高达100％，极大地避免了由于未及时引燃下部燃烧器160喷射出来的燃气而导致燃烧室内充满大量空气燃气混合气体，从而避免了爆燃现象的发生，进而提高点火过程的系统稳定性和安全性。

运行过程中，上部燃烧器140与下部燃烧器160同时运行，两个燃烧器的功率分配比例可根据燃烧状态进行调整。点火枪150根据工艺要求可设置为常开。

燃烧装置100设置上部燃烧器140的一个作用是，稳定引燃下部燃烧器160；另一个作用是与下部燃烧器160共同运行改善燃烧效果。从燃烧组织的角度来说，上部燃烧器140与下部燃烧器160可以通过调整各自的空燃比，实现灵活多样的整机燃烧组织模式，从而实现最优运行工况。最优运行工况的目的是使燃烧空间内的燃气完全燃烧，最大化利用燃烧室内空间，整体燃烧稳定性会极大地改善，以低污染物燃烧技术组织燃烧过程，从而减少各类污染物，诸如co、nox、炭黑颗粒物等的生成。由于上部燃烧器140的结构采用了低氮燃烧结构，能够更好地降低烟气中nox的含量，因此，上部燃烧器140也可以称为低氮燃烧器。

如图3和图4所示，上部燃烧器140可以包括分配腔143和与分配腔143连通的多个分配管144。多个分配管144可以围绕点火枪150布置，例如，多个分配管144沿上部燃烧器140的周向间隔布置，每个分配管144的一端与分配腔143连通，另一端(即下端)设置有朝下的上燃气喷嘴142和朝向点火枪出口152的稳焰喷嘴146。上燃气喷嘴142可以朝下喷射燃气，稳焰喷嘴146可以朝向点火枪出口152送入一部分燃气，使得从上部燃烧器140喷射出的燃气可以快速地被点火枪150点燃。

上部燃烧器140可以设置有安装筒145，安装筒145的上部和下部均开放。空气能够进入安装筒145并经由安装筒145向下流动。点火枪150和分配管144从安装筒145内延伸经过，并且分配管144与安装筒145连接。上部燃烧器140还可以设置有可上下移动的进风挡环147，进风挡环147套设于安装筒145并相对于安装筒145可上下移动。进风挡环147可以位于装置本体101的上部，具体是上部蜗壳110内。进风挡环147的上下移动能够调节从进风挡环147上方进入至上部燃烧器140内的空气量。进风挡环147的上部设置有从上往下逐渐缩小的渐缩部，以便归整气流流场，减少乱流，降低流动阻力，使空气旋流能够容易地进入进风挡环147内。

上部燃烧器140还可以包括盖板148，用于覆盖装置本体101的顶部开口。点火枪150与设有上燃气进口141的管段穿过盖板148，向上延伸。点火枪150上还设有点火电极153和压缩空气进口104。盖板148可以设置有观火窗105和另一个压缩空气进口104。

上部燃烧器140还可以包括倾斜的旋流叶片149。旋流叶片149可以设置于上部燃烧器140的底部，具体地，旋流叶片149可以构造成环形，并与安装筒145装配连接。旋流叶片149构造成角度可调节，换句话说，旋流叶片149可枢转地设置，以便调节叶片倾斜的角度，从而可以根据需要调节流体的旋转方向，改变流场。

如图5所示，燃烧锥筒120的上部可以设有渐缩段121，渐缩段121的筒径从上往下逐渐缩小。渐缩段121的设置能够显著优化气流流场的稳定性。本实施方式中，上述旋流叶片149可以位于渐缩段121的下方，使得渐缩段121进一步与旋流叶片149配合，旋流依次经由渐缩段121和旋流叶片149的稳流作用，能够更好地稳固旋流流场。燃烧锥筒120的下部可以设有渐扩段122，渐扩段122的筒径从上往下逐渐变大，使得可以减少旋流进入下部蜗壳130后的流动死区，可以有效地利用燃烧空间，组织燃气的燃烧。

燃烧锥筒120还可以设置有夹套123。夹套123处可以设置有位于夹套123下部的冷却水进口125和位于夹套123上部的冷却水出口126。冷却水进口125可以连接冷却水供应管127或管路。经过换热从冷却水出口126流出的冷却水流至水浴。燃烧锥筒120还可以设置有沿竖向延伸的分隔板124。分隔板124沿燃烧锥筒120的周向间隔地布置于夹套123内，以形成至少两个冷却腔。优选地，分隔板124沿燃烧锥筒120的周向间隔地布置于夹套123内，以形成大致相等的至少两个冷却腔。分隔板124能够将夹套123分隔为至少两个冷却腔，例如，可以分隔为两个、三个、四个等冷却腔。每个冷却腔均设置有冷却水进口125，以便冷却水从燃烧锥筒120的不同位置分别进入不同的冷却腔，实现燃烧锥筒120段的均匀冷却。

返回参见图2，下部燃烧器160可以包括上部开放的喷气筒163和盘管181。喷气筒163能够与具有下进风口106的下进风管107连通，从下进风口106进入的空气经由下进风管107进入下部燃烧器160，并从喷气筒163向上喷射出。盘管181设置于喷气筒163的内侧，盘管181能够与具有下冷却水进口182的冷却水进管183和具有下冷却水出口184的冷却水出管185连通。冷却水能够从下冷却水进口182进入经由冷却水进管183、盘管181、冷却水出管185，从下冷却水出口184流出。下燃气进管161位于喷气筒163内，并能够与具有下燃气进口164的下燃气供应管165连通。

下部燃烧器160还可以包括辐射射流盘170，辐射射流盘170设置于下燃气进管161的顶端。参见图6和图7，辐射射流盘170能够设有与下燃气进管161连通的多个辐射射流通道171。多个辐射射流通道171可以相对于辐射射流盘170的中心沿水平方向呈辐射状分布，以形成辐射状燃气流。由此，下部燃烧器160也可以称为辐射式燃烧器。借助于喷射盘，燃气流能够从下部蜗壳130的中部附近高度处沿水平方向向四周辐射。

形成的辐射状燃气流为部分空气与燃气预先混合的半预混燃气流。具体地，下燃气进管161的顶端可以设置有燃气出口166(图7)。燃气出口166能够与辐射射流通道171连通，以便由燃气出口166喷出的燃气进入辐射射流通道171。辐射射流盘170可以设置有开口向下的预混空气进口167(图7)。预混空气进口167可以位于喷气筒163的上方并且上下位置对应(图2)，以接收由喷气筒163喷出的部分空气。预混空气进口167能够与辐射射流通道171连通。由喷气筒163喷出的部分空气会通过预混空气进口167与燃气出口166喷出的燃气混合，形成预混燃气，再沿辐射射流通道171辐射喷出，实现辐射式的预混燃烧火焰。预混燃烧方式使燃气能够充分与空气混合，一方面可以强化燃烧的稳定性，提高燃烧效率，充分利用炉膛空间，也可以将燃气燃烧过程的脉动压力减小，进一步利于污染物的控制。

下部燃烧器160可以设置于下部蜗壳130的中心线处，从而可以沿下部蜗壳130的径向方向四周辐射。

下燃气喷嘴162被引燃后，可以将辐射状燃气流引燃。进一步说，通过下燃气喷嘴162喷射的直线状燃气流，可以保证上部燃烧器140的火焰能够稳定地传递至辐射状燃气流，使辐射状燃气流燃烧，从而保证了点火的稳定性和火焰的连续性，并且使燃烧状态保持稳定。

具体地，辐射射流盘170可以包括上下间隔布置的上辐射射流板172和下辐射射流板173，以及连接上辐射射流板172和下辐射射流板173的多个辐射射流隔板174。多个辐射射流隔板174可以间隔布置，例如等间隔布置，以形成辐射射流通道171。燃气出口166能够与辐射射流通道171位置对应，例如可以一一对应。预混空气进口167可以设置于下辐射射流板173，例如可以设置成环形，即预混空气进口167为环形开口，这样方便生产制造。

下部燃烧器160的核心技术特征为预混辐射式燃烧器，本文所描述的下部燃烧器160的结构仅为其中一种简化的设计结构。可以根据需要，在本文的下部燃烧器160基础上作出任何改进和变型，例如改变各个部件的形状等。

燃烧装置100还可以包括雾化水管路190和连通雾化水管路190与燃烧空间的多个雾化喷嘴。多个雾化喷嘴可以分别设置于装置本体101的上部(图2)和下部(图1)以及下部燃烧器160的顶部(图7)。从图1中可以看到，在图示实施方式中，雾化水管路190包括雾化水干路和与雾化水干路连通的多个雾化水支路。雾化水支路延伸至各个雾化喷嘴。以此实施方式，可以形成冷却水雾化系统，借助于该雾化系统，一方面可降低燃烧区域的火焰温度，另一方面延缓燃气燃烧的反应速率，从而进一步减少nox的生成。冷却水的雾化量可以根据实际运行过程中的诸如nox等污染物排放及燃烧效果进行调节。

具体地，多个雾化喷嘴中的几个可以设置于上部蜗壳110，例如，位于旋流叶片149的上方，以将雾化水喷入上部蜗壳110内的旋流风。下部蜗壳130可以设有下部蜗壳顶壁131和下部蜗壳底壁132。多个雾化喷嘴中的至少一个可以设置于下部蜗壳顶壁131。下部蜗壳顶壁131沿周向间隔设置有多个雾化喷嘴，例如四个或四个以上。由此，可以将雾化水喷入下部蜗壳130的高温火焰。多个雾化喷嘴包括设置于下部燃烧器160的下雾化水喷嘴192。

下部燃烧器160还可以包括下雾化水进管193。下雾化水喷嘴192设置于下雾化水进管193的顶端。由此，可以在下部雾化器处喷射出雾化水，以降低下部燃烧器160的火焰温度。下雾化水喷嘴192设置于多个下燃气喷嘴162的中间位置。下雾化水进管193可以与具有下雾化水进口194的下雾化水供应管195连通，以向下部燃烧器160输送用于雾化的冷却水。

可选地，下进风口106、下燃气进口164、冷却水进口125、下冷却水出口184和下雾化水进口194设置的位置可以高于下部蜗壳130，以便于安装管路。

参见图2，由于燃烧装置100设置于水浴中，因此，会在浸没于水浴的高温外表面产生气泡，为避免气泡堆集，下部蜗壳底壁132可以设置成倒锥形，下部蜗壳底壁132的外壁面可以为倒锥面。借助于倒锥面，附着在燃烧装置100外表面的气泡可自动及时沿倒锥面向外移动，从而气泡能够顺利排出，防止气泡堆集导致局部高温干烧，可进一步提高燃烧装置100的整体寿命。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。