CN102016413A - 燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器(1)，其包括：位于任何其他管(2，4，5，7)外部的第一外部送风管(6)；以及环绕周边燃料供应管(5)的第二外部送风管(7)，周边燃料供应管环绕中央送风管(2)。根据本发明，第一外部管(6)由两个承载轴向第一管道(10)的固定导管(8，9)限定边界；第二外部管(7)由内部导管(14)限定边界，该内部导管具有开放的第二管道(15)，该第二管道呈现从上游方向向下游方向减小的切向偏转，并通过外部导管(9)能够相对于覆盖第二管道(15)并包括部分(18)的内部导管(14)移动，所述部分沿上游方向向下游方向偏转；经由外部管(6，7)流动的整体空气经由第一和第二管道(10，15)排出。

Description

燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，更具体地涉及一种使用于诸如用于石灰、氧化铝、氧化物、矿物、水泥厂等的旋转炉的工业炉中的燃烧器。

背景技术

存在许多类型的使用于熔炉中的燃烧器，所述燃烧器包括若干具有平行的(甚至是同轴的)轴线的管，其中：第一外部送风管位于燃烧器的所有其他管的外部；中央送风管，在该中央送风管内布置至少一个中央燃料供应管；至少一个周边燃料供应管，该至少一个周边燃料供应管围绕所述中央送风管布置；以及第二外部送风管，该第二外部送风管围绕所述周边燃料供应管布置。

发明内容

本发明的目的是为了实现一种特别容易调节的新型高效燃烧器。

根据本发明，首先，所述第一外部管由两个相对于彼此固定的导管限定边界，所述两个导管在它们的下游端固定地承载第一系列的封闭轴向管道，该第一系列的封闭轴向管道适于不向在其中循环的空气施加切向分量，其次，第二外部管由两个相对于彼此轴向可动的导管限定边界，从内部限定第二外部管的边界的所述导管在其下游端固定地承载第二系列的开放管道，该第二系列的开放管道适于向在其中循环的空气施加可变的切向分量，每个管道相对于所述燃烧器的轴线呈现从其上游端向其下游端减小的切向偏转，并且从外部限定第二外部管的边界的所述导管包括驱动部，该驱动部从上游到下游径向地发散，使得在第二外部管的下游端处的空气的切向偏转角取决于驱动部相对于第二系列的管道的相对轴向位置，并且在所述外部管中循环的空气的准整体(quasi-entirety)从两个系列的管道排出。本发明的构造使得可以具有这样的燃烧器，该燃烧器具有可易于调节的简单构造(由从所述两个外部管离开的空气形成的全部空气流可仅通过限定第二外部管的边界的两个导管的相对轴向运动而变化)，并且能够以高比例的贫燃料运转(由一系列精确的一元流形成的轴向空气流使得可以吸入来自转炉的燃烧室的较高比例的二次风)。

附图说明

在通过非限制性实施例给出并由附图示出的三个实施方式中，本发明的其它的特征和优点将变得更为清楚，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施方式的燃烧器的局部纵向剖视图；

图2是根据本发明的第二实施方式的与图1的燃烧器相似的燃烧器的视图；

图3是根据本发明的第三实施方式的与图1和图2的燃烧器相似的燃烧器的视图；以及

图4是根据第二实施方式的燃烧器的火焰稳定器的局部纵向剖视图。

具体实施方式

诸如图1至4中所示的旋转炉的燃烧器1包括若干同轴管2、4、5、6。这些管包括中央送风管2，该中央送风管与火焰稳定器3相关联，该火焰稳定器布置在该管2的出口处。稳定器3为盘形的，并且可包括若干柱状的轴向孔口或若干与盘相切的径向狭槽，以确保该稳定器的冷却和吹扫。

这些管还包括至少一个(图1和2中为一个且标以附图标记4；在图3中为两个同轴的4a、4b)中央燃料供应管4，该中央燃料供应管布置在中央送风管2内(这里，在燃烧器1的轴线中，但它也可以是偏心的)，并且其经由开口65穿过火焰稳定器3。

在前两个实施方式中，这些管包括至少一个(这里是一个)周边燃料供应管5，该至少一个周边燃料供应管5围绕中央送风管2(围绕火焰稳定器3)布置。

最后，所述管包括：第一外部送风管6，该第一外部送风管位于燃烧器1的所有其他管2、4、5、7的外部或者围绕所有其他管2、4、5、7定位；以及第二外部送风管7，该第二外部送风管布置在火焰稳定器3的外部或者围绕该火焰稳定器3布置。在开头两个实施方式中，第二外部送风管7围绕所述周边燃料供应管5布置。

这两个外部管6、7使得可以在燃烧室中引入3％至20％的化学计量燃烧空气(优选地为5％至15％，或者更好地为7％至12％)。

第一外部管6由两个导管8、9(外部导管8和内部导管9)限定边界，该两个管8、9相对于彼此固定。这两个导管8、9在它们的下游端固定地支承第一系列的轴向管道10(这里，周边封闭)，每个轴向管道均具有通向燃烧室的出口孔11。第一系列的管道的出口孔11仅通向燃烧室中的开口，位于限定第一外部管6的边界的两个导管8、9之间。

这些管道10适于向移动到其中的空气施加零切向分量。因此，来自该第一管6的空气具有由一系列精确的轴向一元流形成的轴向流。

在本实施方式中，第一系列的管道10呈角度地规则分布，使得每个出口孔11和与之相邻的两个孔11以一定的角间隙分离，该角间隙的值是孔11的角范围的二倍(甚至三倍)至十倍。该分离使得可以具有彼此充分间隔开的轴向一元流，以允许用于良好地吸入存在于导管8的燃烧室中的二次风，同时具有充分的轴向一元空气流。出口喷嘴11成形为使得在工作负载下，离开时的空气速度在150至350m/s之间，并且优选地在180至250m/s之间(甚至是在200至250m/s之间)。

在本实施方式中，第一系列的管道10都相同。这里，第一系列的每个管道10均具有从上游方向朝向下游方向收敛的圆锥形状，并且均具有截面为直圆的出口孔11。第一系列的每个管道10均包括渐缩部12(这里是圆锥形)，该渐缩部允许从位于限定第一外部管6的边界的两个导管8、9之间的连续环形空间、从第一系列的管道10的上游通到这些管道的出口孔11。优选地，圆锥形缩减部12的顶点处的半角的平均值为30°左右。此外，第一系列的每个管道10包括位于其出口孔11与缩减部之间的圆锥形加速部13，该圆锥形加速部使得轴向一元空气流在燃烧器1的壁附近的空气回流较少，并可以避免出口孔11在圆形周边的所有空气分离，该分离将导致环形的微小涡流。因此，这使得可以降低灰尘围绕出口孔11沉积的风险，该沉积会导致不同程度的重大阻塞。优选地，圆锥形加速部13的顶点处的半角值在3°至12°之间(优选地，接近于7°)。

第二外部管7由两个导管9、14(外部导管9和内部导管14)限定边界，该两个导管9、14相对于彼此轴向可动。在该情况下，两个外部管6、7仅通过中间导管9彼此分开，中间导管9是从内部限定第一外部管6的边界并从外部限定第二外部管7的边界的导管。

从内部限定第二外部管7的导管14在其下游端固定地支承第二系列的管道15，该第二系列的管道15沿从外部限定第二外部管7的边界的导管9的方向打开，每个管道15均具有通向燃烧室的出口孔16。

这些管道15适于向在其中移动的空气施加可变的切向分量。为此，第二系列的每个管道15相对于燃烧器1的轴线呈现从其上游端向其下游端降低的切向偏转。

此外，从外部限定第二外部管7的边界的导管9(这里，中间导管9)被成形为包括圆筒形重叠部17，该重叠部根据限定第二外部管7的边界的两个导管9、14的相对轴向位置在或多或少较大的长度上覆盖第二系列的开放管道15。在本实施方式中，重叠部17位于第二系列的管道15的附近，使得从第二外部管7离开的空气的准整体穿过这些管道15，而以非常低的比例从两个导管9、14之间存在的间隙离开(间隙使得在两个导管9、14之间具有必要的空隙，以使得它们的相对轴向运动无摩擦)。结果，在外部管6、7中循环的空气的准整体通过两个系列的管道10、15离开。

更确切地说，在所述两个实施方式中，在限定第二外部管7的边界的两个导管9、14之间定位密封装置30(在该情况下，为金属O形环30)，使得在该管7中循环的全部空气仅从第二系列的管道15离开。这里，密封装置30布置在形成于重叠部17中的环形槽内。

从外部限定第二外部管7的边界的导管9在圆筒形重叠部17的下游延伸部中还包括驱动部18，该驱动部18从其上游端(该端为重叠部17的下游端)向其下游端径向地发散。结果，空气在第二外部管7的下游端的切向偏转角取决于驱动部18相对于第二系列的管道15的相对轴向位置，该切向偏转角从其上游端到其下游端变化。重叠部17的下游端(以及驱动部18的上游端)的轴向位置限定第二系列的管道15的出口横截面16a。

在前两个实施方式和最后一个实施方式中，驱动部18是角度固定的圆锥形，并且其顶点处的平均半角至多等于30°，并且优选地至多等于20°。

此外，为了限制会导致所述燃烧器1磨损的涡流的存在，在第二系列的两个管道15的周边的周缘上测得的、分开该两个管道的边与边的距离至多等于6mm。结果，离开第二外部管7的全部空气流保持基本连续，从而防止吸入离开这些管道15的多尘环境空气，该多尘环境空气的吸入将产生导致燃烧器1的金属磨损的周围的逆流。

在本实施方式中，为了用于限制所述燃烧器1磨损的相同目的，无论限定第二外部管7的边界的两个导管9、14的相对位置如何，第二系列的管道15的出口横截面16a都位于所述第一系列的管道10的出口孔11的上游。

此外，在第一实施方式中，两个外部管7、8被一起供应空气。在这方面，中间导管9的上游端位于限定两个外部管6、7的边界的其它两个导管8、14中的每一个的上游端的下游，从而限定独特的上流供应管20的边界。

相反地，在第二实施方式中，中间导管9与限定两个外部管6、7的边界的其他两个导管8、14一样向上游延伸。结果，每个外部管6、7均被彼此独立地供应空气，从而允许这两个管6、7具有不同的压力。

在本实施方式中，中间导管9由下游结构31(导管)和上游结构32(导管)形成，下游结构31支承第一系列的管道10，上游结构32从下游结构31延伸并与该下游结构31叠置。上游结构32大体向上游延伸至限定两个外部管6、7的边界的两个其它导管8、14的上游端。两个结构31、32的叠置使得可以通过它们的相对轴向运动克服扩展。此外，为了确保两个外部管6、7之间的密封，中间导管9还包括位于两个结构31、32之间的密封装置33(这里是金属O形环33)。这里，密封装置33被布置在形成于上游结构32中的环形槽内。

在本实施方式中，为了使第一外部管6的在第一系列的管道10之间的空隙处的下游端冷却，燃烧器1包括形成挡板的折流板21。当部分地掩盖管道10的部分12中的直接空气入口时，该挡板可以使在第一外部管6内循环的一部分空气沿环形壁23循环，从环形壁23开始形成第一系列的管道10的入口孔。在这些实施方式中，折流板21相对于环形壁23固定。在这些实施方式中，折流板由一系列阻挡壁21形成。阻挡壁21以一定距离并且面向第一系列的管道10布置在上游。

此外，如附图3所示，火焰稳定器3相对于周边导管50轴向可滑动地安装，周边导管50从外部限定中央送风管2的边界。该周边导管50的内部下游端51和火焰稳定器3的周边边缘52限定环形通路60的边界。在本实施方式中，为了可以改变穿过环形通路60的空气流，限定该环形通路的边界的两个表面51、52中的至少一个有斜面(这里，该斜面是周边导管50的内部下游端51)。此外，在该实施方式中，限定环形通路60的边界的两个表面51、52中的至少一个具有偏转部件(在该情况下，是倾斜槽)，以在穿过该环形通路60的流体上施加切向分量(这里，它是火焰稳定器3的周边边缘52)。优选地，槽相对于燃烧器1的轴线的倾斜角在5°至60°之间。最后，为了可以使火焰稳定器3易于轴向运动，将限定中央燃料供应管4的边界的中央导管55轴向地固定在所述火焰稳定器3。

其他实施方式也是可行的。

为了限制燃烧器磨损，无论限定第二外部管的边界的两个导管的相对位置如何，第二系列的管道的出口孔16都可以在第一系列管道的出口孔的上游。

因此，可以使第一系列的管道的出口孔11的分布呈现某些规律性改变，这些孔因此可呈两个一组和三个一组。这种特有布置呈现出进一步促进良好吸入存在于围绕管8的燃烧室中的二次风的空气动力学相关性，同时减小两个隔得最远的孔之间的最大距离，并且因此减少灰尘沉积在燃烧器的下游壁上的风险。在这些情况下，分开两个相邻的、属于两个不同组的出口孔的角间隙在两倍(在三个孔组的情况下，甚至是一倍半)到十倍于孔角范围内。分开两个相邻的、属于同一组的出口孔的间隙至多等于孔的角范围。

还可以使两个外部管通过外部燃料供应管(一般而言，是燃气)相互分开。

对于中央燃料供应管4，可选地或者附加地，还可以在中心送风管2中布置接收点火喷嘴的中央管。

还可以使从外部限定第二外部管边界的导管在驱动部18的下游延伸部中包括柱形笔直部，该柱形部的上游端形成驱动部18的下游端，并且其下游端形成导管的下游端。该柱形部使得可以减少从第二外部管离开的空气流的偏转的径向分量，因此限制来自两个外部管的两个空气流之间的过早混合。

还可以使驱动部18呈现逐渐偏转部，该偏转部在顶点处的半角从上游到下游增加。因此，该半角在其上游端可以小于12°，并且在其下游端逐渐地增加但是不超过25°。

Claims (27)

1.一种燃烧器(1)，该燃烧器包括若干个轴线平行的管(2，4，5，6，7)，其中：

中央送风管(2)，在该中央送风管的出口上布置火焰稳定器(3)，并且在该中央送风管内布置至少一个中央燃料供应管(4)和/或中央管，该至少一个中央燃料供应管和/或中央管接收经由开口(65)通向所述稳定器(3)的点火喷嘴，

第一外部送风管(6)，该第一外部送风管位于所述燃烧器(1)的所有其他管(2，4，5，7)的外部，并且

第二外部送风管(7)，该第二外部送风管布置在所述火焰稳定器(3)的外部，

所述燃烧器的特征在于，所述第一外部送风管(6)由两个导管(8，9)限定边界，所述两个导管(8，9)相对于彼此固定，并且在它们的下游端固定地支承第一系列轴向管道(10)，所述第一系列轴向管道适于向在其中移动的空气施加零切向分量，所述第二外部管(7)由两个相对于彼此轴向可动的导管(9，14)限定边界，从内部限定所述第二外部管(7)的边界的所述导管(14)在其下游端固定地支承第二系列的开口管道(15)，所述第二系列的开口管道适于向在其中移动的空气施加可变的切向分量，每个管道(15)相对于所述燃烧器(1)的轴线呈现从其上游端朝其下游端降低的切向偏转，并且从外部限定所述第二外部管(7)的边界的所述导管(9)包括从上游向下游径向地发散的驱动部(18)，使得空气在所述第二外部管(7)的所述下游端处的切线偏转角取决于所述驱动部(18)相对于所述第二系列的所述管道(15)的相对轴向位置，并且当所有空气从所述两个系列的管道(10，15)离开时所述空气在所述外部管(6，7)内循环。

2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于，无论限定所述第二外部管(7)的边界的所述两个导管(9，14)的相对位置如何，所述第二系列的所述管道(15)的出口有效区域(16a)位于所述第一系列的所述管道(15)的出口孔(11)的上游。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，无论限定所述第二外部管(7)的边界的所述两个导管(9，14)的相对位置如何，所述第二系列的所述管道(15)的出口孔(16)位于所述第一系列的所述管道(10)的出口孔(11)的上游。

4.如权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在所述第二系列的两个管道(15)的圆周上获取的将所述两个管道(15)间隔开的边到边距离至多等于6毫米。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在所述驱动部(18)的顶点处的平均半角至多为30°，并且优选地至多为20°。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在所述驱动部(18)的顶点处的半角从上游到下游增大，并且优选地，在其上游端处呈现小于12°的半角，并且在其下游端处呈现小于25°的半角。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的管道(10)的每个出口孔(11)具有正圆横截面。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的每个管道(10)具有从上游向下游收敛的圆锥形状。

9.根据权利要求8所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的每个管道(10)包括横截面渐变的第一缩减部(12)。

10.根据权利要求9所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的每个管道(10)在其出口孔(11)与所述缩减部(12)之间包括圆锥形加速部(13)，该圆锥形加速部的顶点半角的值在3°至20°之间。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，两个外部管(6，7)仅通过中间导管(9)彼此分开，所述中间导管由支承所述驱动部(18)的所述导管(9)形成。

12.根据权利要求11所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述中间导管(9)的上游端位于限定所述两个外部管(6，7)的边界的其它两个导管(8，14)中的每一个的上游端的下游，从而限定所述两个外部管(6，7)的独特的上游供应管(20)的边界。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在限定所述第二外部管(7)的边界的两个导管(9，14)之间定位有密封装置(30)，使得在该管(7)中循环的所有空气从所述第二系列的所述管道(15)离开。

14.根据权利要求13所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述密封装置(30)由金属O形环(30)形成。

15.根据权利要求11所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述中间导管(9)延伸，使得每个外部管(6，7)可被互相独立地供应空气。

16.根据权利要求15所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述中间导管(9)包括补偿装置，使得可以对扩展进行补偿。

17.根据权利要求16所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述中间导管(9)包括：下游结构，该下游结构支承所述第一系列的所述管道(10)；以及上游结构，该上游结构从所述下游结构延伸并与该下游结构叠置，所述上游结构向上游基本延伸到限定所述两个外部管(6，7)的边界的其它的两个导管(8，14)的端部，以通过所述中间导管(9)的两个结构的相对轴向运动对扩展进行补偿。

18.根据权利要求17所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述中间导管(9)包括位于形成所述中间导管(9)的所述两个结构之间的密封装置，以确保所述两个外部管(6，7)之间的密封。

19.根据权利要求18所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述密封装置由金属O形环形成。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，该燃烧器包括以一定距离布置在上游的、并面向所述第一系统的所述管道(10)的一系列阻挡壁(21)，以形成适于使得在所述第一外部管(6)中循环的一部分空气沿环形壁(23)循环的挡板，在所述环形壁(23)中形成所述第一系列的所述管道(10)的入口孔。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的所述管道(10)呈角度分布，使得每个出口孔(11)以一定角间隙与两个与所述出口孔(11)相邻的所述孔分离，所述角间隙的值在所述孔(11)的角范围的三倍至十倍之间。

22.根据权利要求1至20中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的所述管道(10)呈角度地分布，使得每个出口孔(11)在一侧和另一侧分别以一定角间隙与两个与所述出口孔(11)相邻的所述孔分离，在所述一侧的角间隙的值在所述孔(11)的角范围的两倍至十倍之间，而在所述另一侧的角间隙的值至多等于所述孔(11)的角范围的三倍。

23.根据权利要求1至20中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述第一系列的所述管道(10)呈角度地分布，使得它们的出口孔(11)形成三个孔为一组的组，每个组以一定角间隙与该组相邻的两组分开，所述组的角间隙的值在所述孔(11)的角范围的三倍至十倍之间，一组的每个中央孔(11)以一定角间隙与该组的其它两个孔(11)分开，该中央孔的角间隙的值至多等于所述孔(11)的角范围的三倍。

24.根据权利要求1至23中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在工作负载下，离开所述第一外部管(6)的空气的流速在150至350m/s之间，并且优选地在180至250m/s之间。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在与这些管道(15)中的每个中的流体的流动垂直的平面上，所述第一系列的所述管道(15)的截面恒定。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述火焰稳定器(3)相对于从外部限定所述中央送风管(2)的边界的周边导管(50)轴向可滑动地安装。

27.根据权利要求26所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述周边导管(50)的内部下游端(51)和所述火焰稳定器(3)的周边边缘(52)限定环形通路(60)的边界，限定所述环形通路(60)的边界的两个表面(51，52)中的至少一个具有斜面。

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