CN102207286B

CN102207286B - 低热值气体燃烧器

Info

Publication number: CN102207286B
Application number: CN201110066019A
Authority: CN
Inventors: 徐正前; 林其钊; 张海涛; 秦向东
Original assignee: SUZHOU ANKE ENERGY-SAVING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Anhui Lvbao Emerald Stainless Equipment Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: CN102207286A

Abstract

本发明公开了一种低热值气体燃烧器，包括燃烧室，所述燃烧室的顶部设有高温气体出口，底部设有同时供空气和低热值气体进入的进气口；其特征在于还包括至少一个交替式蓄热装置，每个交替式蓄热装置均包括两个内设蓄热体的蓄热室、蓄热用空气输送装置、低温排气装置和四通换向阀；所述燃烧室的侧面开有通气口与两个蓄热室相连，而两个蓄热室和蓄热用空气输送装置及低温排气装置四者之间通过管路与四通换向阀的四个接口相连。本发明可解决传统燃烧器不能燃烧低热值气体，以及火焰温度低、不能稳定燃烧等缺点。

Description

低热值气体燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧设备技术领域，特别涉及一种低热值气体燃烧器。

背景技术

《高温空气蓄热式燃烧的实验研究》（东北大学，姜洪林，硕士学位论文）中综述了高温空气燃烧技术的发展历程和高温低氧蓄热式燃烧器的工作原理，高温低氧蓄热式燃烧器是一对带有蓄热体的烧嘴，该烧嘴在自动换向系统的控制下，可实现精确的定时定温换向工作，燃烧器必须成对出现，安装在炉窑上。工作时，一个燃烧器燃烧，另一个燃烧器充当烟气热量的回收装置。过一段时间后两个燃烧器交换工作状态，由一个换向阀来改变空气和烟气流向。

《高温空气燃烧技术的国际发展动态》（清华大学，祁海鹰等，工业加热）中提到高炉煤气等低热值煤气（热值3140~3980kJ/m³），在我国冶金行业中通过煤气空气双预热等技术取得了很好的业绩，不仅满足了对工件加热温度要求，而且解决了低热值煤气的燃烧稳定性问题。有很多人提出各种设计方案研究空气煤气双预热技术在不同炉窑和生产工艺下的应用，如《空气、煤气双预热技术在气烧石灰窑的应用》（济南鲍德炉料有限公司，张玉华等，山东冶金），《利用高炉煤气和助燃空气技术提高高炉热风温度的研究》（鞍山热能研究院，金岩等，钢铁年会），《分离式热管煤气、空气双预热器在上海宝钢4#高炉热风炉上的应用》（大连熵立得传热技术有限公司，金万金，节能技术）等等。但这些方案要么达不到生产工艺要求，要么设备成本太高，经济效益不好。而且煤气空气双预热对安全保障有很高要求，容易发生安全事故。

发明内容

本发明目的是：提供一种低热值气体燃烧器，其可解决传统燃烧器不能燃烧低热值气体，以及火焰温度低、不能稳定燃烧等缺点。

本发明的技术方案是：一种低热值气体燃烧器，包括燃烧室，所述燃烧室的顶部设有高温气体出口，底部设有同时供空气和低热值气体进入的进气口；其特征在于还包括至少一个交替式蓄热装置，每个交替式蓄热装置均包括两个内设蓄热体的蓄热室、蓄热用空气输送装置、低温排气装置和四通换向阀；所述燃烧室的侧面开有通气口与两个蓄热室相连，而两个蓄热室和蓄热用空气输送装置及低温排气装置四者之间通过管路与四通换向阀的四个接口相连。

进一步的，本发明中所述每个交替式蓄热装置还包括蓄热用燃气输送装置和三通换向阀，所述燃烧室侧面的通气口上同时设有侧燃气喷嘴，所述两个侧燃气喷嘴和蓄热用燃气输送装置三者之间通过管路与三通换向阀的三个接口相连。

更进一步的，本发明中所述燃烧室内侧通过高温导热隔板隔出有内室和外室，所述燃烧室侧面的通气口均直接与内室相连，而燃烧室底部的进气口则与外室相连。设置了所述高温导热隔板后，从燃烧室侧面进入的燃气和空气就无需与从燃烧室底面进入的燃气和空气混合在一起，而是可以通过高温导热隔板进行热交换。高温导热隔板由高温导热材料制成，当然所述高温导热材料为本领域公知技术。

同常规技术一样，本发明中还包括主燃气输送装置和主空气输送装置，所述燃烧室底部的进气口上同时设有主燃气喷嘴和主空气喷嘴，分别通过管路与主燃气输送装置和主空气输送装置相连。

同常规技术一样，本发明中还包括高温排气装置，所述燃烧室顶部的高温气体出口通过管路与高温排气装置相连。

优选的，本发明中所述每个交替式蓄热装置内的两个蓄热室对称分布于燃烧室两侧。

优选的，本发明中在低温排气装置和四通换向阀之间的管路上设置有节流阀。通过调节节流阀来调节低温排气装置的排气量，以此来调节高温排气装置和低温排气装置的排气比例，从而控制高温排气温度。当然需要指出的是，本发明中若如前述那样设置了高温导热隔板后，就无需再设置上述节流阀，而是只需合理安排燃烧室侧面和底面进气比例就可以有效控制高温排气温度。

优选的，本发明中所述燃烧室内也设置有蓄热体，这可以进一步确保燃烧室底面燃气燃烧的火焰稳定。

优选的，本发明中交替式蓄热装置为两个，这样当一个交替式蓄热装置内的两个蓄热室借助四通换向阀换向时，另一个交替式蓄热装置内的两个蓄热室就可以持续的交替工作在蓄热和放热状态，从而确保燃烧室内压力场、温度场不会有太大波动，维持高温出气温度和流量的稳定。

在实际实施过程中，本发明中所述的高温排气装置采用耐高温风机，低温排气装置可采用引风机，所述主空气输送装置、蓄热用空气输送装置均可采用鼓风机，而所述主燃气输送装置和蓄热用燃气输送装置则采用专门的燃气输送泵。

本发明是用来燃烧低热值气体（如瓦斯和各类低热值煤气）的，故主燃气喷嘴输入的燃气是指低热值气体；考虑到初始阶段点火的稳定性（用低热值气体不一定能点着）及燃烧室内温度要求（若温度要求较高，侧燃气喷嘴采用低热值气体不一定能满足要求），故侧燃料喷嘴输入的燃气可以采用普通气体燃料（常规煤气，天然气，液化石油气），也可以采用低热值气体。本发明中的低热值气体为本领域技术人员所熟知。

本发明中的单个交替式蓄热装置工作时，由蓄热用空气输送装置将空气先送入一侧（左侧）的蓄热室，经过蓄热体后进入燃烧室，此时燃烧室顶部的高温气体出口关闭，而燃烧室底部的主燃气喷嘴和主空气喷嘴则同时送入燃气和空气与侧面通入的空气一起燃烧，待燃烧充分后燃烧产物（烟气）进入另一侧（右侧）蓄热室，并加热该室内蓄热体，冷却至预定温度（200℃）以下后再经四通换向阀从低温排气装置排出。随着燃烧过程的进行，待从低温排气装置排出的气体温度升高至预定温度（200℃）后，四通换向阀换向，蓄热用空气输送装置将空气先送入右侧蓄热室，经过其内部高温的蓄热体预热后再进入燃烧室与从燃烧室底部进来的空气和燃气混合燃烧，燃烧产物（烟气）从左侧蓄热室排出加热其内蓄热体，待燃烧产物冷却至预定温度（200℃）后再经四通换向阀从低温排气装置排出。待排出气体温度升高至预定温度（200℃）后，四通换向阀再实施换向，如此交替重复上述过程，以此来维持燃烧室内的高温。在交替式蓄热装置运作的同时，待燃烧室内达到设定高温（1200℃）时，便可以加大燃烧室底部的空气和燃气喷入量，同时开启高温气体出口，不断排出高温气体供加热煅烧使用。

本发明中增加了侧燃气喷嘴之后，交替式蓄热装置工作时，燃气可以通过侧燃气喷嘴喷入燃烧室内，与藉由蓄热用空气输送装置从燃烧室侧面送入的空气预先一同混合，在燃烧室内燃烧。这样在初始阶段，燃烧室底部无需较早的通入燃气和空气，而是可以等到交替式蓄热装置交替运作一段时间，待燃烧室内气体达到设定高温（1200℃）后开始通入燃气和空气，混合燃烧，再开启高温气体出口，排出高温气体供加热煅烧使用。

本发明工作时，由燃烧室侧面和底面排入的空气和燃气燃烧后产生的高温燃烧产物（高温烟气），一部分从燃烧室上端高温气体出口排出供加热煅烧使用，一部分则在燃烧室侧面的蓄热室内继续加热蓄热体，维持燃烧室内的高温，最后排出至低温排气装置。

本发明的优点是：

1．本发明与传统燃烧器相比较，由于设置了交替式蓄热装置，通过交替式蓄热装置内两个蓄热室的交替燃烧来维持燃烧室内高温，提高燃烧室和高温气体出口排气的温度，使得本发明能将低热值气体用于大型炉窑的连续加热或煅烧。概括的讲，本发明实际上就是耦合了传统燃烧器和高温蓄热式燃烧技术，达到既能燃烧低热值气体又能排出高温气体的效果。

2．本发明与采用燃气空气双预热技术燃烧低热值气体的燃烧器比较，后者设备昂贵，占用空间大且效率较低，而本发明则设备简单，占用空间小，成本低，且其工作时能够藉由气体直接接触或换热，将全部燃气的燃烧产热全部集中到一部分烟气上，从而大幅提高高温排出气体的温度，热效率高。

3．本发明由于无需另外的设备对燃气进行预热，操作更加安全。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种优选实施例的结构示意图；

图2为本发明第四实施例的燃烧室内部结构示意图；

图3为本发明第五实施例的燃烧室内部结构示意图。

其中：1、燃烧室；2、高温气体出口；3、蓄热体；4、左蓄热室；5、右蓄热室；6、蓄热用空气输送装置；7、四通换向阀；8、左侧燃气喷嘴；9、右侧燃气喷嘴；10、高温导热隔板；a、内室；b、外室；11、主燃气喷嘴；12、主空气喷嘴；13、节流阀；14、蓄热体支架。

具体实施方式

实施例1：结合图1所示，为低热值气体燃烧器一种较为优选的实施方式，其由燃烧室1、单个蓄热装置、主燃气输送装置（图中未画出）、主空气输送装置（图中未画出）及高温排气装置（图中未画出）共同组成。所述燃烧室1的顶部设有高温气体出口2，该高温气体出口2通过管路与高温排气装置相连；燃烧室1底部设有同时供空气和低热值气体进入的进气口，该进气口上同时设有主燃气喷嘴11和主空气喷嘴12，分别通过管路与主燃气输送装置和主空气输送装置相连。

本实施例中的交替式蓄热装置由对称分布于燃烧室1两侧的左右蓄热室4、5，左右侧燃气喷嘴8、9，蓄热用空气输送装置6、蓄热用燃气输送装置（图中未画出）、三通换向阀（图中未画出）、低温排气装置（图中未画出）、四通换向阀7和节流阀13共同组成。所述燃烧室1的侧面开有通气口与左右蓄热室4、5相连，这两个蓄热室4、5内均设有蓄热体3。左右蓄热室4、5、蓄热用空气输送装置6及低温排气装置四者之间通过管路与四通换向阀7的四个接口相连。所述燃烧室1两侧的通气口上还分别设有左右侧燃气喷嘴8、9，左右侧燃气喷嘴8、9和蓄热用燃气输送装置三者之间通过管路与三通换向阀的三个接口相连。

本实施例中所述的高温排气装置采用耐高温风机，低温排气装置采用引风机，所述主空气输送装置、蓄热用空气输送装置6均采用鼓风机，而所述主燃气输送装置和蓄热用燃气输送装置则采用专门的燃气输送泵。

本实施例工作原理如下（本实施例中主燃气喷嘴11输入低热值煤气，左、右侧燃气喷嘴8、9输入常规煤气）：

结合图1所示，起始阶段，蓄热用空气输送装置6（即鼓风机）鼓入空气经四通阀7后进入左蓄热室4，经过蓄热体3后，进入燃烧室1，同时左侧燃气喷嘴8通过蓄热用燃气输送装置（即燃气输送泵）送入煤气在燃烧室1内充分燃烧后燃烧产物（高温烟气）进入右蓄热室5并加热右蓄热室5内的蓄热体3，冷却至200℃以下，经四通换向阀7和节流阀13排出至低温排气装置（即引风机）。随着燃烧过程的进行，节流阀13中排出的气体温度会逐渐升高，当升高到预定的温度200℃后，四通换向阀7换向，这样蓄热用空气输送装置6鼓入空气进入右蓄热室5并被其内部本就高温的蓄热体3预热，同时左侧燃气喷嘴8关闭，右侧燃气喷嘴9供给煤气，与被右蓄热室5内的蓄热体3预热过的高温空气混合进入燃烧室1燃烧，燃烧产生的高温烟气从左蓄热室4排出同时加热左蓄热室4内的蓄热体3，这样高温烟气被冷却至200℃以下，由四通换向阀7和节流阀13排出至低温排气装置。当从节流阀13中排出的气体温度升高至200℃后，四通换向7阀再换向，如此交替重复上述步骤，以此来维持燃烧室1内的高温。

在交替式蓄热装置运作的同时，当燃烧室1达到设定高温1200℃后，燃烧室1底端的主空气喷嘴12开始喷入空气，同时主燃气喷嘴11喷入低热值煤气，在燃烧室1中混合燃烧，由于燃烧室1处于很高温度以及左右蓄热室4、5蓄热作用，使得燃烧室1内的燃烧产物高温烟气保持很高温度。

燃烧器进入稳定工作状态，即左右蓄热室4、5根据低温排烟温度来周期性的切换四通换向阀7换向，同时左右侧燃气喷嘴8、9相应的喷气或不喷气，燃烧室1底部不断鼓入低热值煤气、空气燃烧，燃烧室1上端高温气体出口2打开，不断排出高温气体供加热煅烧使用。通过调节节流阀13来调节低温排气装置的排烟量，从而调节高温排气装置和低温排气装置的排气比例，以此控制高温排气温度。

本实施例工作时，由燃烧室1侧面和底面排入的空气和燃气燃烧后产生的高温燃烧产物（高温烟气），一部分从燃烧室1上端高温气体出口2排出供加热煅烧使用，一部分则在燃烧室1侧面的蓄热室4、5内继续加热蓄热体3，维持燃烧室1内的高温，最后排出至低温排气装置。

实施例2

本实施例中采用两个交替式蓄热装置，即在燃烧室1侧面布置4个蓄热室，这样当一个交替式蓄热装置内的两个蓄热室4、5借助四通换向阀7换向时，另一个交替式蓄热装置内的两个蓄热室就可以持续、稳定的交替工作在蓄热和放热状态，从而确保燃烧室1内压力场、温度场不会有太大波动，维持高温出气温度和流量的稳定。

本实施例其他与实施例1相同。

实施例3

本实施例中不设置左右侧燃气喷嘴8、9，煤气全部通过燃烧室1底部送入。即在起始阶段主燃气喷嘴11就喷入低热值煤气与从左右蓄热室4、5鼓入的空气燃烧，此时高温气体出口2关闭，左右蓄热室4、5在四通换向阀7的作用下交替运作，等到燃烧室1达到设定高温（1200℃）后，加大主燃气喷嘴11的流量并同时开启主空气喷嘴12和高温气体出口2，高温气体由高温气体出口2排出供加热煅烧使用。

本实施例其他与实施例1相同。

实施例4

结合图2所示，本实施例中所述燃烧室1内侧通过高温导热隔板10隔出有内室a和外室b，所述燃烧室1侧面的通气口均直接与内室a相连，而燃烧室1底部的进气口则与外室b相连。

起始阶段燃烧室1侧面的燃气空气在内室a中燃烧，当燃烧室1达到预定温度后，燃烧室1底端的主空气喷嘴12开始喷入空气，同时主燃气喷嘴11喷入低热值煤气，在外室b燃烧并由高温气体出口2排出。设置了所述高温导热隔板10后，从燃烧室1侧面进入的燃气和空气就无需与从燃烧室1底面进入的燃气和空气混合在一起，而是可以通过高温导热隔板10进行热交换。本实施例的优点是不需要节流阀13，只需合理安排燃烧室1侧面和底面进气比例来控制高温排气温度。

本实施例其他与实施例1相同。

实施例5

本实施例中在燃烧室1内设置蓄热体支架14，并在蓄热体支架14上设置蓄热体3，在燃烧室1内设置蓄热体3可以进一步确保燃烧室1底面燃气燃烧的火焰稳定。

本实施例其他与实施例1相同。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种低热值气体燃烧器，包括燃烧室（1），所述燃烧室（1）的顶部设有高温气体出口（2），底部设有同时供空气和低热值气体进入的进气口；其特征在于还包括至少一个交替式蓄热装置，每个交替式蓄热装置均包括两个内设蓄热体（3）的蓄热室（4、5）、蓄热用空气输送装置（6）、低温排气装置和四通换向阀（7）；所述燃烧室（1）的侧面开有通气口与两个蓄热室（4、5）相连，而两个蓄热室（4、5）和蓄热用空气输送装置（6）及低温排气装置四者之间通过管路与四通换向阀（7）的四个接口相连。

2．根据权利要求1所述的低热值气体燃烧器，其特征在于所述每个交替式蓄热装置还包括蓄热用燃气输送装置和三通换向阀，所述燃烧室（1）侧面的通气口上同时设有侧燃气喷嘴（8、9），所述两个侧燃气喷嘴（8、9）和蓄热用燃气输送装置三者之间通过管路与三通换向阀的三个接口相连。

3．根据权利要求2所述的一种低热值气体燃烧器，特征在于燃烧室（1）内侧通过高温导热隔板（10）隔出有内室（a）和外室（b），所述燃烧室（1）侧面的通气口均直接与内室（a）相连，而燃烧室（1）底部的进气口则与外室（b）相连。

4．根据权利要求1或2或3所述的低热值气体燃烧器，其特征在于还包括主燃气输送装置和主空气输送装置，所述燃烧室（1）底部的进气口上同时设有主燃气喷嘴（11）和主空气喷嘴（12），分别通过管路与主燃气输送装置和主空气输送装置相连。

5．根据权利要求1或2或3所述的低热值气体燃烧器，其特征在于还包括高温排气装置，所述燃烧室（1）顶部的高温气体出口（2）通过管路与高温排气装置相连。

6．根据权利要求1所述的低热值气体燃烧器，其特征在于所述每个交替式蓄热装置内的两个蓄热室（4、5）对称分布于燃烧室（1）两侧。

7．根据权利要求1所述的一种低热值气体燃烧器，其特征在于在低温排气装置和四通换向阀（7）之间的管路上设置有节流阀（13）。

8．根据权利要求1所述的一种低热值气体燃烧器，其特征在于燃烧室（1）内也设置有蓄热体（3）。

9．根据权利要求1所述的一种低热值气体燃烧器，其特征在于所述交替式蓄热装置为两个。