CN102330980B - 煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，有效解决燃烧装置结构复杂，燃烧室空间大，气体混合不均匀、燃烧不充分、污染环境及浪费能源的问题，燃烧室的侧墙体设置预混气进气管，预混气进气管通过射流预混器与煤气进气管和空气进气管相连，预混气进气管在接入燃烧室之前放置点火多孔体，预混气进气管对称分布在燃烧室的空间内，燃烧室内充填有多孔蓄热体，燃烧室侧墙体上有热风或烟气的出口管，燃烧室下端有连接体，本发明有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、燃烧温度低等关键问题，有效减低其制作成本，在简单的结构下实现了预混气流多孔体中高温预热与高强度燃烧。

Description

煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器，特别是高炉热风炉及其它工业窑炉用的一种煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器。

背景技术

当前，高炉热风炉和其它工业炉窑从节能降耗上考虑，要求在燃烧低热值高炉煤气下获得高性能和高效益，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，高效而强化的燃烧过程就是十分必要的，这就涉及到燃烧装置性能的好坏的问题。目前使用的各种气体燃烧装置，均以煤气与空气在燃烧空间中混合、预热、着火燃烧模式为主，这种模式存在混合不均、燃烧不完全、燃烧室空间大、燃烧器结构复杂、燃烧气流组织不当（即气流分布不均）、燃烧气流特征随负荷变动（即可控性差）等问题，故改进和创新势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，有效解决燃烧装置结构复杂，燃烧室空间大，气体混合不均匀、燃烧不充分、污染环境及浪费能源的问题。

本发明解决的技术方案是，燃烧室的侧墙体垂直方向设置预混气进气管，预混气进气管通过射流预混器与煤气进气管和空气进气管相连，构成对冲回流燃烧室结构；预混气进气管在接入燃烧室之前放置点火多孔体，预混气进气管的管孔方向与气流方向一致；射流预混器为同心渐缩套管结构，以实现煤气与空气相互引射的混合，引射流速为40～50m/s，以保证两种气流快速的对流预混且互不串风，防止煤气或空气倒灌进入空气或煤气管路；预混气进气管由3～12个组成，对称分布在燃烧室的空间内，对应的射流预混器的个数与预混气进气管个数相同；燃烧室内充填有多孔蓄热体，多孔蓄热体的孔的流通方向与燃烧器轴向一致，以保证与燃烧器出口的气流方向一致；燃烧室侧墙体上垂直布置有与周期换热设备相接的热风或烟气的出口管；燃烧室下端有连接体，以便与炉窑的炉膛空间对接。

本发明有效解决了低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、燃烧温度低等关键问题，将煤气与空气间的边混合边燃烧的占用大量燃烧空间的长焰燃烧方式改变为预混气流借助于多孔体的大接触表面预热混合气的无焰燃烧方式，由于多孔体的调压均流作用，而使烟气以分布均匀的气流进入炉窑本体，鉴于燃烧过程集中在对冲回流燃烧室中完成，这样就极大地节省了炉窑的燃烧空间，有效减低其制作成本。显然，采用这种多孔体中无焰燃烧方式既提高了燃烧过程的完全程度又省去了炉窑的燃烧室，且还能实现了一定程度的自身预热（主要在送风转为燃烧的初期），因而省去了煤气与空气的预热装置。显然，该燃烧器相对于其他采用气体燃烧类型的燃烧器而言，不仅自身在简单的结构下实现了预混气流多孔体中高温预热与高强度燃烧，而且对工业炉窑整体结构的简化和热工特性的改善都起到了至关重要的作用。

附图说明

图1为本发明的剖面主视图。

图2为本发明图1中A-A向截面图。

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。

由图1-图2给出，本发明的结构是，燃烧室1的侧墙体垂直方向设置预混气进气管3，预混气进气管通过射流预混器4与煤气进气管5和空气进气管6相连，构成对冲回流燃烧室结构；预混气进气管3在接入燃烧室1之前放置点火多孔体7，预混气进气管的管孔方向与气流方向一致；射流预混器4为同心渐缩套管结构，以实现煤气与空气相互引射的混合，引射流速为40～50m/s，以保证两种气流快速的对流预混且互不串风，防止煤气或空气倒灌进入空气或煤气管路；预混气进气管3由3～12个组成，对称分布在燃烧室1的空间内，对应的射流预混器4的个数与预混气进气管3个数相同；燃烧室1内充填有多孔蓄热体2，多孔蓄热体的孔的流通方向与燃烧器轴向一致，以保证与燃烧器出口的气流方向一致；燃烧室1侧墙体上垂直布置有与周期换热设备相接的热风或烟气的出口管8；燃烧室1下端有连接体9，以便与炉窑的炉膛空间对接。

所述的多孔蓄热体2是由多个蜂窝状管组合在一起构成的锥形体，孔径为12～24mm，孔隙率≥35%，孔的流通是从上到下的方向，与燃烧器出口气流方向相一致；所述的点火多孔体7，是由高温陶瓷（800-1400℃）制成的蜂窝管状结构，孔径为8～20mm，孔隙率≥60%，孔截面是方孔或六边形；所述的连接体9为迷宫式连接体或法兰式连接体，当热风炉时，采用无应力相互作用的迷宫式连接体，当窑炉时，采用法兰式连接体，以实现与炉窑的炉膛孔径对接。

该燃烧器整体外形为锺罩状结构，包含燃烧室，其内被锥形的多孔蓄热体2充填，能使气流在其中进一步预热燃烧，形成均匀流出的高温烟气流，燃烧室1墙体上布置垂直热风炉轴线的预混气进气管3，其通过射流预混器4与煤气进气管5和空气进气管6相连；预混气进气管3在进入燃烧室1前要通过点火多孔体7，以实现预混气的点燃与火焰稳定；预混气进气管3的个数一般为3到12个不等并对称布置，其目的在于同多孔蓄热体2一起形成沿轴向的均匀气流流场和在多孔蓄热体中完成燃烧过程。

使用上述燃烧器时，煤气与空气分别从煤气进气管5和空气进气管6进入，经过射流预混器4后进入预混气进气管通过其中的点火多孔体7后着火燃烧，并进入燃烧室1，直接与多孔蓄热体2相遇而转折向上；当与对称而来的同样气流相遇后，又因燃烧器球顶限制而只能折返向下，进入多孔蓄热体2，完成燃烧过程，燃烧后的高温烟气以均温均流的流场分布而流出燃烧器。应该说，经过点火多孔体7后的气流一直处在燃烧过程中，当辗转进入多孔蓄热体2中时燃烧过程已经进入尾声，但当热负荷高时多孔蓄热体的燃尽作用是不可忽视的。

当燃烧器是周期性运行时，如在热风炉中的燃烧器，由于送风阶段热风会流经燃烧室1中的多孔蓄热体，使其温度逐步达到热风温度，并借助多孔蓄热体本身的质量而储蓄部分热量，当转入燃烧阶段时这部分热量就成为初期预热预混气流的热量，从而使得燃烧过程具有了自身预热高强度燃烧的特征，这就有效提高了初期燃烧过程的燃烧温度并能快速使燃烧过程在较高的温度下进行，有利于在相应的燃烧时间内将多孔蓄热体（可由格子砖堆砌而成）烧透（储蓄更多的热量）。这也就保证了送风过程达到稳定而持续输送高风温的效果。此外，点火多孔体7因放置在预混气进入燃烧室的位置，能有效防止射流预混器4在送风阶段因高温辐射而升温过高，有效保证其安全运行。

本发明由于是多个预混气进气管对称布置，气流不可能绕过多孔蓄热体而只能在遇到燃烧室球顶后再折返回来，向下进入多孔蓄热体的蜂窝状轴向通孔之中。由于点火多孔体和多孔蓄热体是蜂窝管状结构，有较大的接触面（其单位体积交换面积在100～150平方米之间）使得燃烧过程能快速且充分地在燃烧器中完成，且同时借助于多孔蓄热体混流均压的作用而形成流出燃烧器的均温均流的烟气流场。显然，在有限空间中利用多孔材料特征实现快速预热与燃烧，能有效降低过量空气系数、提高燃烧温度与燃烧强度、进而极大地简化燃烧器结构与减轻燃烧器重量。其温度更接近理论燃烧温度（甚至还能出现超焓燃烧状态），这就能在较低煤气热值下实现高的燃烧温度。

本发明是避开燃烧室中气流混合燃烧的模式，利用煤气与空气在管道中混合，在多孔体中预热完成燃烧过程，以实现真正意义上的无焰燃烧模式，这就必然导致产生的烟气流场更加均温均流，而且不受负荷变动的影响。同时，燃烧器的结构因去掉了复杂的燃烧器喷嘴的特殊结构而大为简化，而无焰燃烧省去了有焰燃烧的燃烧空间，使得热风炉和其它工业窑炉的制作成本明显下降。如将这样的燃烧器应用到相应的热风炉中，能实现高强度的无焰燃烧过程，且能进一步通过格子砖调压均流和增强传热的结构实现了均匀高效的传热-蓄热过程。对这种热风炉而言，由于去掉了空间燃烧室，多孔蓄热体几乎充满了热风炉的内空间，在相同热值的煤气下，其燃烧温度会提高（减少散热与自身预热效果），且部分燃烧过程还会在多孔蓄热体中进行，这也增加了多孔蓄热体的高温蓄热，因而有利于在低热值煤气燃烧温度不高（约1400℃左右）的前提下实现稳定的高热风温度（1350℃）。由于燃烧温度能控制在1400℃上下就不会引起氮氧化物的大量生成，减少环境污染和防止炉壳的晶间腐蚀。

总之，本发明应用射流混合原理实现进入燃烧室气流的快速预混合，利用多孔体完成预混气流的自身预热与迅速完全燃烧。该燃烧器克服了常规气体燃烧装置气流空间混合不均、燃烧不完全、火焰不稳定、燃烧强度难提高、燃烧气流速度分布不均匀、气流结构不可控等燃烧过程中的关键问题。使用这种燃烧器能够有效地保证工业炉窑高效、高温、均速、高热强度、且安全与稳定地运行，继而实现节省燃料、节约投资、降低废气温度与排放量、减少环境污染的良好的经济效益与社会效益。

Claims (4)

1.一种煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，其特征在于，燃烧室（1）的侧墙体垂直方向设置预混气进气管（3），预混气进气管通过射流预混器（4）与煤气进气管（5）和空气进气管（6）相连，构成对冲回流燃烧室结构；预混气进气管（3）在接入燃烧室（1）之前放置点火多孔体（7），预混气进气管的管孔方向与气流方向一致；射流预混器（4）为同心渐缩套管结构，以实现煤气与空气相互引射的混合，引射流速为40～50m/s，以保证两种气流快速的对流预混且互不串风，防止煤气或空气倒灌进入空气或煤气管路；预混气进气管（3）由3～12个组成，对称分布在燃烧室（1）的空间内，对应的射流预混器（4）的个数与预混气进气管（3）个数相同；燃烧室（1）内充填有多孔蓄热体（2），多孔蓄热体的孔的流通方向与燃烧器轴向一致，以保证与燃烧器出口的气流方向一致；燃烧室（1）侧墙体上垂直布置有与周期换热设备相接的热风或烟气的出口管（8）；燃烧室（1）下端有连接体（9），以便与炉窑的炉膛空间对接。

2.根据权利要求1所述的煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，其特征在于，所述的多孔蓄热体（2）是由多个蜂窝状管组合在一起构成的锥形体，孔径为12～24mm，孔隙率≥35%，孔的流通是从上到下的方向，与燃烧器出口气流方向相一致。

3.根据权利要求1所述的煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，其特征在于，所述的点火多孔体（7），是由高温陶瓷制成的蜂窝管状结构，孔径为8～20mm，孔隙率≥60%，孔截面是方孔或六边形。

4.根据权利要求1所述的煤气与空气射流引射混合多孔体稳焰对冲均流燃烧器，其特征在于，所述的连接体（9）为迷宫式连接体或法兰式连接体，当用于热风炉时，采用无应力相互作用的迷宫式连接体，当用于窑炉时，采用法兰式连接体，以实现与炉窑的炉膛孔径对接。