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CN106196054B - 一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器 - Google Patents

一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，有效解决不同热值煤气、助燃空气与煤气混合不均，煤气分级燃烧效果不佳、气流流场的分布不均匀，燃烧温度不可控等多种问题，燃烧器墙体内上部有上部开口的预混气旋流环道，预混气旋流环道的外侧连有1个或多个预混气进气通道，预混气进气通道外端伸出燃烧器墙体和外置气流预混合器连，外置气流预混合器端部有煤气进气管，外壁上连有空气进气管，燃烧器墙体顶部有二次气流喷射入口，燃烧器墙体内堆砌有多个陶瓷多孔体构成的堆砌体，堆砌体顶部呈凹坑状，堆砌体的底部为燃烧器气流出口，本发明可以调节燃烧温度与燃烧强度，提高燃烧的稳定性，节能环保，安全与稳定，降低有害气体排放量。

Description

一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器
技术领域
本发明涉及工业炉窑类的热利用设备使用的可调控燃烧装置，特别是一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器。
背景技术
当前，工业炉窑从节能降耗上考虑要求在燃烧不同燃料与不同煤气下获得燃烧稳定、温度可控、流场均匀的性能与结构，以最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在工业炉窑中燃烧器除了必须实现优化的燃烧过程外，还应具有燃烧可调节的性能，如燃烧各种煤气时，需要获得高的或稳定的燃烧温度，或在适应不同品种燃料时保持额定负荷不变等。此外，环保上对燃气中SO2和NOx的控制也要求燃烧器有分级燃烧和控温燃烧的特征及性能。这就涉及到相应燃烧器的独特的结构以及与对应燃烧室结构的改变，以及相互间的合理配置与有效控制，从而产生出合乎对应要求的技术效果。目前，使用传统燃烧器所带来的在结构与性能上的问题层出不穷，主要表现在因燃烧装置设计与选择不合理而造成的煤气（或油汽、或煤粉）与空气之间混合不均匀和火焰稳定性差，造成燃烧不稳定和不完全稳定燃烧；因不恰当的燃烧器与燃烧室空间之间的配合，出现燃烧室中气流流场特征的不确定与分布不均匀，甚至造成燃烧强度低而不能达到设计要求等问题。这样的燃烧器和与之配合的燃烧室，即使在采用富氧助燃或者采用高热值煤气补燃，也很难达到理想的燃烧效果和稳定而均匀的燃烧温度。当然，优化的燃烧过程的实现，其关键还是在燃烧器的合理设计与应用上。因此，按照燃烧过程的实际需要设计出具有煤气种类的适应能力、有较大的性能调节范围、燃烧温度稳定可控的燃烧装置，使之能配合燃烧室或者热利用空间，产生良好的流场结构与燃烧效果，是当前迫切要解决的问题。
发明内容
为适应多种气体燃料燃烧与低氮燃烧的燃烧器的发展与应用现状，本发明提出一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，可有效解决不同热值煤气、助燃空气与煤气混合不均，煤气分级燃烧效果不佳、气流流场的分布不均匀，燃烧温度不可控等多种问题。
本发明解决的技术方案是，包括燃烧器墙体、燃烧室、外置气流预混合器、预混气进气通道、预混气旋流环道、二次气流喷射入口、陶瓷多孔体和燃烧器气流出口，燃烧器墙体为上部的半球顶和下部的圆筒体连接组成，燃烧器墙体的内腔为燃烧室，圆筒体的墙壁内上部设置有上部开口的预混气旋流环道，预混气旋流环道的外侧墙体上水平倾斜连通有1个或多个预混气进气通道，预混气进气通道的外端伸出燃烧器墙体的圆筒体和外置气流预混合器连通，外置气流预混合器的端部有轴向接入的煤气进气管，外置气流预混合器的外壁上连通有空气进气管，燃烧器墙体的顶部设置有和燃烧室连通的二次气流喷射入口，燃烧器墙体的圆筒体内至下向上堆砌有多个陶瓷多孔体构成的堆砌体，堆砌体的顶部呈凹坑状，堆砌体的底部为燃烧器气流出口。
本发明是基于现有工业炉窑燃烧装置的结构所做的改进与创新，是煤气与空气预混合气流在燃烧室内旋流燃烧的基本结构的基础上，从燃烧室顶部设置一个二次气流射流的射流通道，其基本作用是改变燃烧气流的流场结构使之变得更加均匀后进入陶瓷多孔体，其更重要的作用在如下两个方面。一是从顶部喷吹二次空气实现煤气与空气的分级燃烧，在外置气流预混合器形成过量空气系数小于1的缺氧混合状态进入环道形成缺氧燃烧状态，有助于抑制氮氧化物形成或高温形成的氮氧化物的分解还原，有效降低烟气中氮氧化物的含量而实现低氮燃烧，未完成燃烧过程的煤气继而与顶部喷出的二次空气进行再次混合而燃烧；二是从顶部喷吹回流烟气在降低燃烧温度的同时实现燃烧温度控制，以及达到节省煤气用量的节能效果（如天然气燃烧，燃烧温度高达1800℃，多数情况用不上这样的高温，在造成能级损失同时还会造成能量浪费，烟气回流就能处理好这一问题而产生好的节能效果）。对于该发明提出的燃烧器结构，不论是实现煤气与空气间的分级可控燃烧，还是用于烟气回流控制高热值煤气的燃烧温度，都能够实现调节燃烧温度与燃烧强度，提高燃烧的稳定性，最终改善同一燃烧装置的适应能力。在工业炉窑上采用这种燃烧可控且节能环保的燃气燃烧装置，可以在保证其安全与稳定运行的前提下高效、高燃烧可控、高热强度地稳定运行，从而达到节省燃料、节约投资、降低有害气体排放量、减少环境污染的良好效果。
附图说明
图1为本发明的剖面主视图。
图2为本发明的截面俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1-图2所示，本发明包括燃烧器墙体、燃烧室、外置气流预混合器、预混气进气通道、预混气旋流环道、二次气流喷射入口、陶瓷多孔体和燃烧器气流出口，燃烧器墙体1为上部的半球顶和下部的圆筒体连接组成，燃烧器墙体的内腔为燃烧室3，圆筒体的墙壁内上部设置有上部开口的预混气旋流环道4，预混气旋流环道的外侧墙体上水平倾斜连通有1个或多个预混气进气通道5，预混气进气通道的外端伸出燃烧器墙体的圆筒体和外置气流预混合器2连通，外置气流预混合器的端部有轴向接入的煤气进气管6，外置气流预混合器的外壁上连通有空气进气管7，燃烧器墙体的顶部设置有和燃烧室连通的二次气流喷射入口10，燃烧器墙体的圆筒体内至下向上堆砌有多个陶瓷多孔体8构成的堆砌体，堆砌体的顶部呈凹坑状9，用于调节进入多孔陶瓷体中气流的分布，堆砌体的底部为燃烧器气流出口11。
所述的燃烧器墙体1为耐热钢制成的壳体内壁上砌筑耐受1200℃～1500℃高温的耐火材料构成的罩状结构。
所述的预混气旋流环道4为上部开口连通燃烧室的矩形截面的环形凹槽。
所述的预混气旋流环道4的横截面积不小于预混气进气通道的流通面积。
所述的多个预混气进气通道以燃烧器的竖向中轴线为中心对称分布或沿预混气旋流环道周向均匀布置。
所述的外置气流预混合器2是由内圆筒体和外圆筒体同心套装在一起，构成内外两个圆筒体之间有环道的环形结构，环道为空气分配空间，环道的两端呈封闭状，内圆筒体的出口端与预混气进气通道5连接，内圆筒体的进口端与煤气进气管6连通，外圆筒体上垂直、倾斜或切向连通有空气进气管7，内圆筒体上均布有多排沿周向分布的多个空气喷口7a，内圆筒体的筒内空间为煤气与空气的混合通道。
所述的二次气流喷射入口10为收缩状喷射通道，接入直喷气流或接入旋流喷射气流，其引入流体因使用工况而确定。
所述的陶瓷多孔体8为由耐1600℃高温的非粘附颗粒的陶瓷材料制成的、均布有上下贯通的通孔的多孔结构。
实施时，煤气通过煤气进气管6进入外置气流预混合器2，助燃空气从空气进气管7进入外置气流预混合器2，在其中通过空气喷口7a与煤气进行充分预混合，继而经由预混气进气通道5进入预混气旋流环道4，形成旋转向上气流进入燃烧室3，在其中完成预热与燃烧，在上升过程中与从顶部的二次气流喷射入口10喷射下来的气流（二次空气或烟气）混合，一起进入陶瓷多孔体8中完成二次燃烧（对于分级燃烧模式）或充分混合（对于烟气回流模式），最后经由燃烧器气流出口11离开燃烧器。
本发明适合于燃烧气体燃料的锅炉、加热炉、热风炉、隧道窑、石灰窑等炉窑使用的一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，使煤气（或高热值煤气）、助燃空气之间实现良好混合与燃烧，且借助顶部气流喷吹（二次空气或烟气）完成具有调节与控制特性的高效燃烧，可有效实现气流的分级（或者非分级）的均匀混合、预混气流流场的合理分布、燃烧过程的调节、以及烟气流场的均匀分布等功能，从而控制燃烧温度与燃烧强度、促进燃烧完全程度、合理控制过量空气系数、以及提高热利用设备的热利用率等功能。采用本发明这种新结构的燃烧器，在改善与优化燃烧过程的同时也能有效减小氮氧化物含量与提高能量利用效率，且能节省燃烧室空间乃至热利用装置的结构空间。

Claims (7)

1.一种中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，包括燃烧器墙体、燃烧室、外置气流预混合器、预混气进气通道、预混气旋流环道、二次气流喷射入口、陶瓷多孔体和燃烧器气流出口，其特征在于，燃烧器墙体（1）为上部的半球顶和下部的圆筒体连接组成，燃烧器墙体的内腔为燃烧室（3），圆筒体的墙壁内上部设置有上部开口的预混气旋流环道（4），预混气旋流环道的外侧墙体上水平倾斜连通有1个或多个预混气进气通道（5），预混气进气通道的外端伸出燃烧器墙体的圆筒体和外置气流预混合器（2）连通，外置气流预混合器的端部有轴向接入的煤气进气管（6），外置气流预混合器的外壁上连通有空气进气管（7），燃烧器墙体的顶部设置有和燃烧室连通的二次气流喷射入口（10），燃烧器墙体的圆筒体内至下向上堆砌有多个陶瓷多孔体（8）构成的堆砌体，堆砌体的顶部呈凹坑状（9），堆砌体的底部为燃烧器气流出口（11）；所述的外置气流预混合器（2）是由内圆筒体和外圆筒体同心套装在一起，构成内外两个圆筒体之间有环道的环形结构，环道为空气分配空间，环道的两端呈封闭状，内圆筒体的出口端与预混气进气通道（5）连接，内圆筒体的进口端与煤气进气管（6）连通，外圆筒体上垂直、倾斜或切向连通有空气进气管（7），内圆筒体上均布有多排沿周向分布的多个空气喷口（7a），内圆筒体的筒内空间为煤气与空气的混合通道。
2.根据权利要求1所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的燃烧器墙体（1）为耐热钢制成的壳体内壁上砌筑耐受1200℃～1500℃高温的耐火材料构成的罩状结构。
3.根据权利要求1所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的预混气旋流环道（4）为上部开口连通燃烧室的矩形截面的环形凹槽。
4.根据权利要求3所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的预混气旋流环道（4）的横截面积不小于预混气进气通道的流通面积。
5.根据权利要求1所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的多个预混气进气通道以燃烧器的竖向中轴线为中心对称分布或沿预混气旋流环道周向均匀布置。
6.根据权利要求1所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的二次气流喷射入口（10）为收缩状喷射通道，接入直喷气流或接入旋流喷射气流。
7.根据权利要求1所述的中心导流调节的旋流分级与温度可控的燃烧器，其特征在于，所述的陶瓷多孔体（8）为由耐1600℃高温的非粘附颗粒的陶瓷材料制成的、均布有上下贯通的通孔的多孔结构。
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