CN102252323A - 带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器 - Google Patents
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Abstract
带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，包括燃油或燃气或燃水煤浆等燃烧气态或/和液态燃料的燃烧器，以及环绕在燃烧炉内燃烧器周围的管式富氧预热器和连接在管式富氧预热器上的总体对称分布在燃烧器周边的小扩散角富氧喷嘴，其特征在于：燃料喷嘴喷射出较小扩散角的燃料流在燃烧器前端面上贫氧燃烧，然后通过炉内富氧预热器预热后再经炉内富氧喷嘴将富氧气体射流送入燃烧火焰富氧助燃，并使贫氧燃烧火焰的最高温度区和富氧燃烧的最高温度区重叠，以达到最大的燃烧高温区而提高热辐射效率。
Description
技术领域
本发明涉及带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，适用于所有燃油燃气的各种工业锅炉、加热炉、窑炉、熔炉、焚烧炉等，属于综合节能减排技术领域和燃烧科学技术领域。
背景技术
随着工业和农业深加工业的发展，我们的生存生活环境变得越来越糟糕，因此，低碳经济、低碳生活的压力变得越来越大；现代工业各种各样的工业锅炉、加热炉、窑炉、熔炉、焚烧炉等是排放二氧化碳等排放物的最大释放体，所以降低工业生产中的排放是实现低碳经济、保护人类生存生活环境的关键；现在富氧局部增氧助燃节能减排技术已越来越成为工业生产中节能减排的香饽饽，而且富氧助燃节能减排技术的最大优点是不仅节能减排效果好，同时他是对炉体改造最少（只有富氧喷嘴和富氧预热器与炉体接触）、操作参数基本不变（助燃风量调小）并随时能恢复到原炉状态的高新集成技术；但在实施过程中，富氧气体与燃烧火焰的相对位置及其夹角是富氧助燃节能减排和富氧助燃提温扩产技术成功最最关键的因素；而很多燃烧炉因为燃烧器的分布和位置等原因，使得富氧喷嘴的设计、安装位置及其与燃烧火焰的夹角（或与燃烧器的夹角）在实际操作中有一定的局限性或影响，因此，寻找一种能够较方便地、简单地将富氧喷嘴安装到与燃烧火焰形成最佳位置和最佳角度的方法，是加速富氧局部增氧射流助燃节能减排高新集成技术推广应用实施进程的关键。
目前国内申请的几个富氧燃烧器的专利（200610020153.8、200910022531.X、201010185480.5），都是重新设计的与现有的一般燃烧器有较大区别，且不能在现有绝大多数燃烧炉中的燃烧器上改造使用。
此外，在现有燃烧器燃烧的火焰上实施富氧局部增氧射流助燃，对提高燃烧火焰的最高温度有一定局限性，因为现在一般的燃烧器其燃烧效率都能达到80%以上，有的甚至达到或超过90%，对于这种较高热效率的燃烧炉，要实现提高它的热效率最好的办法就是利用射流技术与热辐射原理，想办法提高它的燃烧火焰温度来提高热辐射效率。目前国内只有魏伯卿的“201010115450.7燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法及其装置”是利用富氧射流技术和热辐射原理，提高燃烧炉的火焰温度来提高热辐射效率，从而实现提高燃烧炉的热效率的专利，但这个方法对于热效率达到或超过90%的燃烧炉，燃烧火焰温度提高的量较小，有的甚至小到实施富氧助燃没有实际意义。所以如何利用富氧局部增氧射流助燃提高较高热效率的燃烧炉的燃烧火焰温度，是较高热效率的燃烧炉节能减排和提高炉温及扩大燃烧炉产能的关键。
本说明书中三个概念名词说明：常氧燃烧——燃料在正常的空气中燃烧，其助燃空气的氧含量为标准空气氧含量；富氧燃烧——燃料在大于标准空气氧含量的气体中燃烧或将大于标准空气氧含量的气体即富氧气体送入燃烧火焰局部增氧射流助燃的燃烧；贫氧燃烧——燃料在低于标准空气氧含量的气体中燃烧或燃烧的燃料火焰区形成缺氧状态下的燃烧。
发明内容
本发明的目的是提供一种在燃烧炉内自带预热器的且能根据燃料特性、燃烧状况、炉膛结构等特点设计确定燃烧器燃料喷嘴与富氧喷嘴相对位置及其夹角的，并且通过将燃烧器常氧燃烧改造成贫氧燃烧后，再加富氧局部增氧射流助燃，从而能较大幅度地提高富氧助燃的燃烧火焰温度的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器。
带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，包括燃油或燃气或燃水煤浆等燃烧气态或/和液态燃料的燃烧器，以及环绕在燃烧炉内燃烧器周围的管式预热器和连接在管式预热器上的总体对称分布在燃烧器周边的小扩散角富氧喷嘴，其特征在于：
1、燃烧器的原理和结构与通常的燃烧器一样，但本发明中燃烧器的燃料喷嘴口离燃烧器（炉内）前端面的垂直距离在0~22CM，较通常的燃烧器要短，即将可调节的燃料喷嘴口调节到离燃烧器前端面较近的距离位置，使得燃烧火焰大部分露在燃烧器前端面之上，有利于炉内富氧喷嘴喷射的富氧气体进入燃烧火焰指定位置；从而使富氧进入燃烧火焰后形成的富氧燃烧火焰最高温度区与原燃烧火焰形成的常氧燃烧火焰最高温度区重叠形成更高的火焰最高温度区，进而形成更高温度的能最大限度地提高热辐射效率的火焰高温区。因为局部增氧射流助燃的技术关键就是使两个最高温度区重叠形成更高温度的火焰高温区，即富氧气体进入燃烧火焰前的燃烧火焰中有个最高温度的常氧燃烧火焰高温区，而富氧气体进入燃烧火焰后又会在燃烧火焰中形成另一个最高温度的富氧燃烧火焰高温区，只有这两个最高温度区重叠才能形成更高温度的最高温度区，从而更大限度地提高燃烧热辐射效率和热量的利用率，进而实现提高燃烧炉温度、扩大燃烧炉生产负荷及节能减排等目的。
2、本发明的燃烧器燃料喷嘴喷射的燃料流比较集中，燃料喷嘴喷射的燃料流其喷射扩散角较一般的燃烧器其喷射燃料流的扩散角要小，因此，其燃烧火焰在不加富氧助燃时的常氧燃烧状态，形成火焰贫氧燃烧，其火焰整体贫氧（缺氧）5%~15%左右；并使其火焰区燃料燃烧不完全率达到5%~20%左右；在这种状态下利用小扩散角富氧喷嘴给燃烧火焰中心射流注入富氧高效助燃，从而能使火焰区温度提高更多，进而更有利于提高燃烧热辐射效率和热量的利用率。本发明的燃烧器只适用于富氧燃烧，因为一般的燃烧器其喷射的燃料流扩散角太小，会影响助燃空气进入燃料流的中心而使燃料流中心过分缺氧，进而使燃料燃烧更不完全；但对于局部增氧射流助燃的富氧燃烧器，燃料流集中燃烧，能使富氧进入燃料流燃烧的火焰中心某部位补充供氧助燃，使燃料更集中高氧燃烧，从而使燃烧火焰中心某部位的燃烧温度更高更集中，进而提高燃烧效率和燃烧热辐射效率。
3、形成燃烧器贫氧燃烧的方法，可以通过燃料喷嘴设计各燃料喷射的角度使燃料流集中，形成燃料流中心区缺氧而贫氧燃烧，也可以通过调节燃料供给压力和燃烧器进风量使其形成贫氧燃烧。
4、耐高温的管式预热器安装在燃烧器周围，并贴在或半埋在燃烧器四周的保温层中，富氧气体预热吸取燃烧器四周的热量而不影响燃烧炉热辐射效果及燃烧炉内热辐射分布。
5、富氧喷嘴直接焊接在管式预热器上，并按燃烧器和火焰总体对称分布在燃烧器的周围，其具体按燃烧器燃料喷嘴、燃烧火焰和炉内结构及炉内热辐射分布等条件计算加经验确定：富氧喷嘴的数量及焊接于炉内管式预热器上的位置及角度、富氧喷嘴与燃烧器燃料喷嘴的相对位置及夹角。
6、富氧喷嘴与炉内管式预热器的连接口内，富氧喷嘴管有一个背朝气流方向的斜口，伸入管式预热器管内，以阻挡在管式预热器管内流动的气体直接进入富氧喷嘴连接管，而且离管式富氧预热器富氧气体入口越近的富氧喷嘴管，其伸入管式富氧预热器管内的斜口部分越长，从而保证管式富氧预热器内远离富氧气体入口的富氧喷嘴流经的富氧气体，能与其他各个离富氧气体进入管式富氧预热器入口的远近不同的富氧喷嘴流经的富氧气体流量和压力相近，因为炉内安装的富氧喷嘴不能与炉外安装的富氧喷嘴一样可以通过安装压力表和调节阀来调节实现流经各富氧喷嘴的富氧气体流量相近。
7、实验和实践证明富氧从炉底取热预热富氧气体不仅不会降低燃烧炉的热效率，相反会较大地提高燃烧中心某区域火焰的温度，从而能较大地提高燃烧的热辐射效率。
8、将普通燃烧器的燃料喷枪即燃料喷嘴的喷射角度改成较小扩散角燃料喷嘴，并将燃料喷嘴向炉膛前移一定距离，使燃烧火焰伸出火盆并大部分露在燃烧器前端面之外，再加上富氧预热器和连接于富氧预热器上的富氧喷嘴系统，即改造成为带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器。
9、将炉内富氧预热器和富氧喷嘴与燃烧器设计成完全配套的一体化结构，有利于局部增氧射流助燃技术的高效应用和标准化；即本发明能使局部增氧射流助燃技术中最复杂、最关键、最需要根据具体燃烧炉多因素现场确定的富氧喷嘴的设计应用技术做成标准化；也就是说利用本发明能将复杂的个体差异较大的且需争对每个燃烧炉单独设计富氧喷嘴及其安装位置和角度的局部增氧射流助燃应用集成技术实现标准化、规范化、简易化、大众化，从而更适合于其大面积的推广应用。
10、如果燃烧炉内有多个比较集中紧凑的燃烧器，则可以将炉内富氧预热器设计成围绕多个燃烧器布置，其富氧喷嘴的位置可以根据燃烧火焰等条件，设计在多个燃烧器的周围总体对称分布或根据燃烧炉内结构条件总体不对称分布。
11、管式富氧预热器不能存在没有富氧气体流动的死角或盲端，以保证炉内富氧预热器不被高温烧损。
12、富氧预热器和富氧喷嘴系统与富氧燃烧器相对独立，并可以单独更换。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1．将富氧预热器放在炉内燃烧器周围，并和富氧喷嘴直接连接，安装比较方便、简单、安全。
2．将燃烧器设计成贫氧燃烧状态，有利于富氧局部增氧射流助燃时能将燃烧火焰中心区域的温度提高更多，更利于提高燃烧的热辐射效率和提高热量的利用率。
3．因为富氧预热所吸收的热量占燃烧放出的热量比例相对较小，且又不改变燃烧炉内的热辐射环境，所以安装带富氧喷嘴的炉内富氧预热器，能大大地减少富氧预热器的成本和复杂的安装工作。
4．将炉内富氧预热器和富氧喷嘴与燃烧器设计成完全配套的一体结构，有利于局部增氧射流助燃技术的高效应用和标准化；即本发明能将局部增氧射流助燃技术中最复杂、最关键、个体差异较大的且需争对每个燃烧炉单独设计富氧喷嘴及其安装位置和角度的局部增氧射流助燃应用集成技术实现标准化、规范化、简易化、大众化。更适合于其大面积的扩广应用。
5．很容易将普通燃烧器的燃料喷枪即燃料喷嘴改成小扩散角燃料喷嘴，并将燃料喷嘴向炉膛前移一定距离，使燃烧火焰伸出火盆大部分露在燃烧器前端面之上，再加上富氧预热器和连接于富氧预热器上的富氧喷嘴系统，即改造成为带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例中A-A剖面示意图；
图3是图1所示实施例中富氧喷嘴管斜口背向伸入预热管内部分结构示意图。
图中：1、富氧预热管 2、富氧喷嘴管 3、富氧气体入口 4、燃料喷嘴 5、燃料喷嘴口 6、燃烧器 7、富氧喷嘴 8、燃烧器前端面 9、富氧喷嘴管背向伸入预热管内的斜口部分 10、富氧喷嘴管背向伸入预热管内的斜口部分 11、富氧气体流方向
具体实施方式
在图1—3所示的实施例中：燃烧器6的结构与普通的燃烧器一样，燃烧器6为圆柱形或炉内燃烧器内口变大的喇叭形，中间是燃料喷枪即燃料喷嘴管，燃料喷嘴4在燃料喷嘴管的顶端，燃料喷嘴管四周是燃烧器的风道，与普通燃烧器不同的是燃料喷嘴口5离燃烧器前端面8的距离较近，即燃烧器6的燃料喷嘴口5离燃烧器（炉内）前端面8的垂直距离在0~22CM，较通常的燃烧器要短，使得燃烧火焰大部分露在燃烧器前端面8之外；炉内富氧预热管1环绕在燃烧炉内燃烧器6的周围，贴在或半埋在燃烧器6四周的保温层中，炉内富氧预热管1上焊接有两个或多个与燃烧器6对称分布的富氧喷嘴管2，富氧喷嘴7连接在富氧喷嘴管2上，富氧喷嘴7的喷口对着燃烧器6的中轴线，并与燃烧器6中轴线成10度~90度的夹角，使富氧喷嘴7将富氧气体送入到燃烧火焰指定的区域；富氧喷嘴管2伸入富氧预热管1内的斜口部分9和10，斜口背向富氧气体流方向11，而且离富氧气体入口3较近的伸入富氧预热管1内的斜口部分9，比离富氧气体入口3较远的伸入富氧预热管1内的斜口部分10要长，从而使流经各富氧喷嘴7并喷射送入燃烧火焰某区域的富氧气体流量相近。带富氧喷嘴7的燃烧炉内富氧预热管1的安装和燃烧器6各部分的安装调试需要注意以下三点：第一，连接在富氧预热管1上的富氧喷嘴7一定要与燃烧器6对称分布；第二，要在炉外调节燃烧器6中的燃料喷嘴4的燃料喷嘴口5与燃烧器前端面8的距离，以保证燃烧火焰绝大部分露在燃烧器前端面8之外燃烧，从而使富氧喷嘴7喷射的富氧气体准确进入到燃烧火焰某区域，实现局部增氧射流高效集中助燃；第三，因为燃烧器6中的燃料喷嘴4是小扩散角喷嘴，因此这个燃料喷嘴4只能在富氧局部增氧射流助燃条件下使用，一旦富氧气体停止供应，就要将燃烧器6中的小扩散角燃料喷嘴4更换成普通型燃料喷嘴才能不出现贫氧燃烧。
Claims (10)
1.带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，包括燃油或燃气或燃水煤浆等燃烧气态或/和液态燃料的燃烧器（6），以及环绕在燃烧炉内燃烧器（6）周围的管式富氧预热器和连接在管式富氧预热器上的总体对称分布在燃烧器（6）周边的小扩散角富氧喷嘴（7），其特征在于：燃烧器（6）的原理和结构与通常的燃烧器一样，但本发明中燃烧器（6）的燃料喷嘴（4）口离燃烧器（炉内）前端面（8）的垂直距离在0~22CM，较通常的燃烧器要短，而且将可调节的燃料喷嘴（4）口调节到离燃烧器前端面（8）较近距离的位置，使得燃烧火焰大部分露在燃烧器前端面（8）之外，有利于炉内富氧喷嘴（7）喷射的富氧气体进入燃烧火焰指定位置；从而使富氧进入燃烧火焰后形成的富氧燃烧火焰最高温度区与原燃烧火焰形成的常氧燃烧火焰最高温度区重叠形成更高的火焰最高温度区，进而形成更高温度的能最大限度地提高热辐射效率的火焰高温区，因为局部增氧射流助燃的技术关键就是使两个最高温度区重叠形成更高温度的火焰高温区。
2.如权利要求1所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：燃烧器（6）中燃料喷嘴（4）喷射的燃料流比较集中，燃料喷嘴（4）喷射的燃料流其喷射扩散角较一般的燃烧器其喷射燃料流的扩散角要小，因而使燃料流集中稠密，燃烧中心缺氧燃烧，同时减小助燃风量，也使其在不加富氧状态下缺氧燃烧；因此，其燃烧火焰在不加富氧助燃时的常氧燃烧状态，形成火焰贫氧燃烧，其火焰整体贫氧（缺氧）5%~15%左右；并使其火焰区燃料燃烧不完全率达到5%~20%左右；在这种状态下利用小扩散角富氧喷嘴（7）给燃烧火焰中心射流注入富氧高效助燃，从而能使火焰区温度提高更多，进而更有利于提高燃烧热辐射效率和热量的利用率。
3.如权利要求1所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：富氧喷嘴（7）直接焊接在管式预热器上，并按燃烧器（6）和火焰总体对称分布在燃烧器（6）的周围，其具体按燃烧器（6）中燃料喷嘴（4）、燃烧火焰和炉内结构及炉内热辐射分布等条件计算加经验确定：富氧喷嘴（7）的数量及焊接于炉内管式预热器上的位置及角度、富氧喷嘴（7）与燃烧器（6）中燃料喷嘴（4）的相对位置及夹角。
4.如权利要求3所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：富氧喷嘴（7）与炉内管式预热器的连接口内，富氧喷嘴管（2）有一个背朝气流方向的斜口（9、10），伸入管式预热器管内，以阻挡在管式预热器的富氧预热管（1）内流动的气体直接进入富氧喷嘴（7）连接管，而且离管式富氧预热器富氧气体入口越近的富氧喷嘴管（2），其伸入管式富氧预热器的富氧预热管（1）内的斜口部分越长，从而保证管式富氧预热器上远离富氧气体入口的富氧喷嘴（7）流经的富氧气体，能与其他各个离富氧气体进入管式富氧预热器入口的远近不同的富氧喷嘴（7）流经的富氧气体流量和压力相近，因为炉内安装的富氧喷嘴（7）不能与炉外安装的富氧喷嘴一样可以通过安装压力表和调节阀来调节实现流经各富氧喷嘴（7）的富氧气体流量相近。
5.如权利要求2所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：形成燃烧器（6）贫氧燃烧的方法，可以通过燃料喷嘴（4）设计各燃料喷射的角度使燃料流集中，形成燃料流中心区缺氧而贫氧燃烧，也可以通过调节燃料供给压力、液体燃料的雾化和燃烧器（6）进风量使其形成贫氧燃烧。
6.如权利要求3所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：耐高温的管式预热器安装在燃烧器（6）周围，并贴在或半埋在燃烧器（6）四周的保温层中，富氧气体预热吸取燃烧器（6）四周的热量而不影响燃烧炉热辐射效果及燃烧炉内热辐射分布。
7.如权利要求1所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：实验和实践证明富氧从燃烧器周围的炉底或炉壁取热预热富氧气体不仅不会降低燃烧炉的热效率，相反会较大地提高燃烧中心某区域火焰的温度，从而能较大地提高燃烧的热辐射效率。
8.如权利要求1、2所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：将普通燃烧器的燃料喷枪即燃料喷嘴的喷射角度改成较小扩散角燃料喷射流，并将燃料喷嘴（4）向炉膛前移一定距离，使燃烧火焰伸出火盆并大部分露在燃烧器前端面（8）之外，再加上富氧预热器和连接于富氧预热器上的富氧喷嘴（7）系统，即改造成为带富氧喷嘴（7）的燃烧炉自预热富氧燃烧器。
9.如权利要求1所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：将炉内富氧预热器和富氧喷嘴（7）与燃烧器（6）设计成完全配套的一体化结构，有利于局部增氧射流助燃技术的高效应用和标准化；即本发明能使局部增氧射流助燃技术中最复杂、最关键、最需要根据具体燃烧炉多因素现场确定的富氧喷嘴（7）的设计应用技术做成标准化；也就是说利用本发明能将复杂的个体差异较大的且需争对每个燃烧炉单独设计富氧喷嘴（7）及其安装位置和角度的局部增氧射流助燃应用集成技术实现标准化、规范化、简易化、大众化，从而更适合于其大面积的推广应用。
10.如权利要求1、3、6所述的带富氧喷嘴的燃烧炉自预热富氧燃烧器，其特征在于：如果燃烧炉内有多个比较集中紧凑的燃烧器（6），则可以将炉内富氧预热器设计成围绕多个燃烧器（6）布置，其富氧喷嘴（7）的位置可以根据燃烧火焰等条件，设计在多个燃烧器（6）的周围总体对称分布或根据燃烧炉内结构条件总体不对称分布。
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