CN102410535A - 带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，有效解决众多炉窑燃烧装置结构复杂，需要大的燃烧空间，气体混合不均匀、燃烧不充分、污染环境、浪费能源的问题，旋流与回流燃烧室为钟罩形墙体与圆形多孔蓄热锥体间的环形空间，钟罩形墙体侧面设置煤气和空气进气管，煤气和空气进气管经进气喷口与旋流与回流燃烧室相连通，进气喷口内设导流挡板，开口对着气流混合环道，有效解决低热值煤气燃烧不稳定、燃烧强度弱、燃烧温度低问题；不仅自身在简单的结构下实现气流快速旋流预混、多孔体中高温预热与高强度燃烧，对工业炉窑整体结构的简化与改善其热工特性都起到了至关重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及高炉热风炉及其它工业窑炉用的一种带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器。
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。纵观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，这种模式总是存在混合不均、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（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。相反，若跳出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。这样的燃烧器应用到相应的热风炉中，可以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。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，能有效解决众多炉窑（尤其是向高炉提供高温鼓风的热风炉和以热利用为主的窑炉）燃烧装置结构复杂，或需要较大的燃烧空间，且气体混合不均匀、燃烧不充分、污染环境、浪费能源等的问题。
本发明解决的技术方案是，包括钟罩形旋流与回流燃烧室、圆形多孔蓄热锥体、煤气进气管、空气进气管、进气喷口及上部开口的气流混合环道，旋流与回流燃烧室为钟罩形墙体与圆形多孔蓄热锥体之间构成的环形空间；圆形多孔蓄热锥体是由多孔的格子砖块堆砌而成，从旋流与回流燃烧室圆形底部开始逐步向上收小其直径，钟罩形墙体的侧面上，在同一水平面上沿径向设置煤气进气管和空气进气管，煤气进气管和空气进气管经带有水平倾斜角度的进气喷口与旋流与回流燃烧室相连通，进气喷口使进口气流方向改变和提高其流速，从而在旋流与回流燃烧室中产生高速旋流；进气喷口的断面为圆形、拱形、矩形的一种，其内设置导流挡板，开口对着截面为倒梯形的气流混合环道，使气流在环道中边混合边向上流动进入上部的旋流与回流燃烧室。
使用该燃烧器能实现煤气与空气直接进入旋流与回流燃烧室，完成混合气体的高温预热与集中且快速稳定的高强度燃烧，从而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旋流预混气流并借助于多孔蓄热锥体的大接触表面完成高温与高强度的燃烧过程。由于多孔蓄热锥体的调压均流作用而使烟气以分布均匀的气流进入炉窑的热利用空间。鉴于燃烧过程集中在燃烧器内完成，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或短焰的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（多孔蓄热锥体蓄热与交换能力强、或周期燃烧与送风造成的多孔蓄热锥体高温蓄热）而省去了煤气与空气的预热装置。因此，该燃烧器相对于其他采用气体燃烧类型的燃烧器而言，不仅自身在更加简单的结构下实现了气流快速旋流预混、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与改善其热工特性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的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1-2所示，本发明包括钟罩形旋流与回流燃烧室1、圆形多孔蓄热锥体2、煤气进气管3、空气进气管4、进气喷口6及上部开口的气流混合环道5，旋流与回流燃烧室1为钟罩形墙体7与圆形多孔蓄热锥体2之间构成的环形空间；圆形多孔蓄热锥体2是由多孔的格子砖块堆砌而成，从旋流与回流燃烧室圆形底部开始逐步向上收小其直径，钟罩形墙体7的侧面上，在同一水平面上沿径向设置煤气进气管3和空气进气管4，煤气进气管3和空气进气管4经带有水平倾斜角度的进气喷口6与旋流与回流燃烧室1相连通，进气喷口使进口气流方向改变和提高其流速，从而在旋流与回流燃烧室1中产生高速旋流；进气喷口6的断面为圆形、拱形、矩形的一种，其内设置导流挡板6a，开口对着截面为倒梯形的气流混合环道5，使气流在环道中边混合边向上流动进入上部的旋流与回流燃烧室1。
所述的钟罩形墙体7是在金属外壳内砌筑耐火砖层构成，耐火砖层是由重质耐火砖砌筑的内层，轻质耐火砖砌筑的外层，外层的外面为耐温纤维粘与喷涂层组成；所述的圆形多孔蓄热锥体2是由格子砖堆砌而成，格子砖是耐高温防黏附的耐火材料烧制成的六边形柱状块，柱状块端面上按等边三角形排列开设通孔，孔径为12～30mm，孔隙率为30%～50%，通孔方向与燃烧器轴向方向一致且上下贯通，使气流保持上下流通；所述的煤气进气管3和空气进气管4均为在圆形截面的金属外壳内由耐火材料砌筑而成的圆形通道，各为1～3个（图2中各给出一个），数量取决于燃烧器的热负荷以及对气流混合质量的要求；所述的导流挡板6a是由耐火材料砌筑而成的棱形柱体，使进气喷口6内形成多个在燃烧器径向方向上倾斜0°～60°角度的气流通道，起着气流导向与提高流速的作用，进气喷口6的开口对着上部开口的气流混合环道5，进气喷口与气流混合环道的底部对齐；所述的气流混合环道5的高度与进气喷口6的高度相等，以保证进气喷口6出来的高速气流不直接冲涮圆形多孔蓄热锥体，迫使其在气流混合环道5中高速旋转、迅速相互混合、且同时向上流动，不断进入上部的旋流与回流燃烧室1；所述的钟罩形墙体7的侧面环墙上，或钟罩形墙体顶部设置有热风炉的热风出口管8或窑炉的烟气出口管，管口的设置数量与位置取决于实际炉窑的需要。
具体实施时，煤气与空气分别从煤气进气管3和空气进气管4进入，经进气喷口6后形成倾斜冲击的高速气流而进入气流混合环道5，在沿其作快速旋流流动过程中两种气流快速相互混合，并从上部开口向上进入旋流与回流燃烧室1，在向上气流与顶部折返气流的相互作用下，在气流混合环道5中形成的周向旋流的作用下，整个气流流场就形成一个旋转涡环结构，成为气流强烈混合、快速预热、迅速着火与燃烧的环境；随之气流进入圆形多孔蓄热锥体2，并借助高温蓄热其提供的大量的接触面高温预热下上迅速完成燃烧过程并产生较高的燃烧温度，之后进入热利用空间。
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无焰燃烧室中的多孔体，使其温度逐步达到热风温度，并借助多孔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格子砖蓄热体烧透（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。
本发明是一种高炉热风炉及其它工业窑炉用的煤气与空气快速旋流混合上喷、回流稳焰、多孔体中完成燃烧过程的预混燃烧模式的燃烧器，其煤气与空气以一定的旋切角度进入燃烧器的预混合环道进行旋流混合并向上喷出，在燃烧器有限的空间中产生周向与轴向回旋运动，煤气与空气在其中基本完成混合过程且受回流烟气预热而开始着火燃烧，之后快速进入多孔蓄热体中完成燃烧过程。由于圆形多孔蓄热锥体是蜂窝管状结构，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。由于部分预混燃烧过程在更为绝热的多孔体中进行，其温度更接近理论燃烧温度（局部还能超理论燃烧温度），这就能在较低煤气热值下实现高的燃烧温度。
对于采用这种燃烧器的热风炉而言，由于去掉了空间燃烧室格子砖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蓄热体中进行，这也增加了蓄热体的高温蓄热，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，有利于减少环境污染和防止炉壳的晶间腐蚀。这也正是在热风两炉中采用带旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器的重要目的。
总之，本发明采用紧凑而独特的燃烧室结构，应用旋流混合上喷、回流预热的高强度稳定燃烧技术，实现进入燃烧室气流的快速混合、迅速着火与燃烧，并随即进入多孔蓄热锥体完成部分预混气流的自身预热与完全燃烧，以及最后形成均流、均温、与高速的烟气流。该燃烧器克服了常规气体燃烧装置存在的气流混合不均、燃烧不完全、火焰不稳定、燃烧强度低、燃烧气流分布不均匀、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实现高效、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 (7)
1.一种带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征是，包括钟罩形旋流与回流燃烧室（1）、圆形多孔蓄热锥体（2)、煤气进气管（3）、空气进气管（4）、进气喷口（6）及上部开口的气流混合环道（5），旋流与回流燃烧室（1）为钟罩形墙体（7）与圆形多孔蓄热锥体（2）之间构成的环形空间；圆形多孔蓄热锥体（2）是由多孔的格子砖块堆砌而成，从旋流与回流燃烧室圆形底部开始逐步向上收小其直径，钟罩形墙体（7）的侧面上，在同一水平面上沿径向设置煤气进气管（3）和空气进气管（4），煤气进气管（3）和空气进气管（4）经带有水平倾斜角度的进气喷口（6）与旋流与回流燃烧室（1）相连通，进气喷口使进口气流方向改变和提高其流速，从而在旋流与回流燃烧室（1）中产生高速旋流；进气喷口（6）的断面为圆形、拱形、矩形的一种，其内设置导流挡板(6a)，开口对着截面为倒梯形的气流混合环道（5），使气流在环道中边混合边向上流动进入上部的旋流与回流燃烧室（1）。
2.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的钟罩形墙体（7）是在金属外壳内砌筑耐火砖层构成，耐火砖层是由重质耐火砖砌筑的内层，轻质耐火砖砌筑的外层，外层的外面为耐温纤维粘与喷涂层组成。
3.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的圆形多孔蓄热锥体（2)是由格子砖堆砌而成，格子砖是耐高温防黏附的耐火材料烧制成的六边形柱状块，柱状块端面上按等边三角形排列开设通孔，孔径为12～30mm，孔隙率为30%～50%，通孔方向与燃烧器轴向方向一致且上下贯通，使气流保持上下流通。
4.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的煤气进气管（3）和空气进气管（4）均为在圆形截面的金属外壳内由耐火材料砌筑而成的圆形通道，各为1～3个。
5.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的导流挡板(6a)是由耐火材料砌筑而成的棱形柱体，使进气喷口（6）内形成多个在燃烧器径向方向上倾斜0°～60°角度的气流通道，起着气流导向与提高流速的作用，进气喷口（6）的开口对着上部开口的气流混合环道（5），进气喷口与气流混合环道的底部对齐。
6.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的气流混合环道（5）的高度与进气喷口（6）的高度相等，以保证进气喷口（6）出来的高速气流不直接冲涮圆形多孔蓄热锥体，迫使其在气流混合环道（5）中高速旋转、迅速相互混合、且同时向上流动，不断进入上部的旋流与回流燃烧室（1）。
7.根据权利要求1所述的带快速旋流混合装置的多孔锥体中燃烧的燃烧器，其特征在于，所述的钟罩形墙体（7）的侧面环墙上，或钟罩形墙体顶部设置有热风炉的热风出口管（8）或窑炉的烟气出口管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHENGZHOU YUXING REFRACTORY MATERIAL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHEN WEIHAN Effective date: 20140828 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 450003 ZHENGZHOU, HENAN PROVINCE TO: 452374 ZHENGZHOU, HENAN PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140828 Address after: 452374 Yue Village, Yue Village, Xinmi, Henan Applicant after: Zhengzhou Yuxing Refractory Material Co., Ltd. Address before: 450003 room 1108, Zheng Hua building, No. 56, Huayuan Road, Jinshui District, Henan, Zhengzhou Applicant before: Chen Weihan |
|
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120411 |