CN103900084A - 一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器 - Google Patents

一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，有效解决煤气与空气混合速率低、不均匀，燃烧强度低、温度低、不完全、空间大和结构不合理问题，燃烧室墙体内为燃烧室，燃烧室墙体上的空气和煤气进气管连空气与煤气分配通道，煤气分配通道上有煤气引出喷口，煤气引出喷口与煤气空气预混合通道相连，空气分配通道上有空气引出管，空气引出管接空气引射喷口，空气引射喷口与煤气空气预混合通道相连，煤气空气预混合通道顶部有预混气垂直向上喷口，燃烧室墙体上有热风出口管，本发明保证热风炉在安全与稳定前提下的高效、高热强度与高送风温度的运行，节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量、减少环境污染的良好效果。

Description

一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器
技术领域
本发明涉及高炉热风炉的燃烧器，特别是用于为高炉提供高温鼓风的一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器。
背景技术
当前，高炉热风炉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风温，而最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在热风炉中必须实现优化的燃烧过程与强化的传热过程相结合炉内过程。这就涉及到燃烧装置的结构、蓄热体结构与布置、以及气流流场的组织，尤其是燃烧器的结构与性能对热风炉的影响尤为关键。纵观目前使用的各种高炉热风炉的燃烧器,都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、燃烧器结构选择不当等问题；这就导致燃烧室中燃烧气流的特征变化大、气流不稳定、燃烧强度低，进而引起蓄热室中气流分布不均，降低传热效果与蓄热体的利用率；由于蓄热体的结构与布置均难以按照流场结构和负荷状态选取，从而整体影响热风炉的性能和实际使用效果。因此，随着人们对燃烧、传热传质、以及流体流动的理论及其应用技术认识的提高和应用实践的深入，以及炼铁工艺对于稳定高风温的需求和冶金行业高效、节能与环保的重视，热风炉领域的技术创新呈现出活跃的态势，尤其是热风炉的技术主要集中在燃烧器的改进与蓄热体结构的改进上。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，有效解决煤气与空气混合速率低、混合不均匀，燃烧强度低、燃烧温度低、燃烧不完全、燃烧室空间大和燃烧器结构不合理等问题。
本发明解决的技术方案是，包括燃烧室墙体、燃烧室、热风出口管，空气进气管、煤气进气管、空气分配通道、煤气分配通道、空气引出管、煤气引出喷口、空气引射喷口、烟气吸入口、煤气空气预混合通道和预混气垂直向上喷口，燃烧室墙体是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体的墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部空间为燃烧室，燃烧室墙体的圆筒体外壁上上、下错开布置有垂直于圆筒体的煤气进气管和空气进气管，空气进气管和煤气进气管分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的空气分配通道与煤气分配通道，在煤气分配通道的内侧墙上沿通道均布有多个煤气引出喷口，煤气引出喷口以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气空气预混合通道相连通，空气分配通道的内侧墙上沿通道均布有多个空气引出管，空气引出管弯曲向上接通空气引射喷口，空气引射喷口与煤气空气预混合通道相连通，煤气空气预混合通道的顶部均布多个连通燃烧室2的预混气垂直向上喷口，燃烧室墙体的圆筒体上部有和煤气空气预混合通道相连通的热风出口管，用耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖砌筑成的热风出口管置于煤气分配通道的两端之间。
本发明是在现有热风炉燃烧器结构基础上所做的改进与创新，内混合旋流喷射与抽吸式烟气回流预热的燃烧装置设计，有效实现热风炉燃烧装置的快速均匀混合与高强度回流预热，有效提高了燃烧强度与燃烧的稳定性。在热风炉上采用这种燃烧器就能保证热风炉在安全与稳定前提下的高效、高热强度与高送风温度的运行，继而达到节省燃料、节约投资、降低废气温度与有害气体的排放量、减少环境污染的良好效果。
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B-B截面图。
图3为本发明图1的A-A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。
如图1、图2及图3所示，本发明包括燃烧室墙体1、燃烧室2、热风出口管11，空气进气管3、煤气进气管4、空气分配通道5、煤气分配通道6、空气引出管7、煤气引出喷口8、空气引射喷口9、烟气吸入口9a、煤气空气预混合通道10和预混气垂直向上喷口10a，燃烧室墙体1是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体的墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部空间为燃烧室2，燃烧室墙体1的圆筒体外壁上上、下错开布置有垂直于圆筒体的煤气进气管4和空气进气管3，空气进气管3和煤气进气管4分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的空气分配通道5与煤气分配通道6，在煤气分配通道6的内侧墙上沿通道均布有多个煤气引出喷口8，煤气引出喷口以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气空气预混合通道10相连通，空气分配通道5的内侧墙上沿通道均布有多个空气引出管7，空气引出管弯曲向上接通空气引射喷口9，空气引射喷口与煤气空气预混合通道10相连通，煤气空气预混合通道10的顶部均布多个连通燃烧室2的预混气垂直向上喷口10a，燃烧室墙体1的圆筒体上部有和煤气空气预混合通道10相连通的热风出口管11，用耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖砌筑成的热风出口管置于煤气分配通道6的两端之间。
所述的燃烧室墙体1为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐高温的耐火材料层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成的内层、轻质耐火材料构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层由内至外依次组合在一起构成。
所述的空气进气管3和煤气进气管4是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖构成的圆形通道。
所述的空气分配通道5和煤气分配通道6是由红柱石高铝砖砌筑而成矩形通道，空气分配通道和煤气分配通道内侧墙上的空气引出管7和煤气引出喷口8的截面均为扇形或矩形，煤气引出喷口8以水平倾角0～45°和煤气空气预混合通道10连通，空气引出管7与垂直布置的空气引射喷口9的下端连通，由于热风炉燃烧器为圆筒状结构，煤气分配通道、空气分配通道、煤气空气预混合通道均为首尾相接的环道。
所述的空气引射喷口9为一缩放形喷嘴，其收缩段的内侧墙上与烟气吸入口9a的一个端口相连通，而烟气吸入口9a另一个端口连通燃烧室2，矩形截面的烟气吸入口9a是以一定水平倾角（0～45°之间）彼此连通的，且倾斜的方向与煤气引出喷口的倾斜方向一致，空气引射喷口9的顶部与矩形截面的煤气空气预混合通道10的底部连通，煤气空气预混合通道10的顶部为连通燃烧室2的沿通道均布的多个预混气垂直向上喷口10a，而上述部位均由红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑而成。
实施时，在燃烧器中煤气通过煤气分配通道6的内侧进入均布的煤气引出喷口8，经其水平倾斜进入煤气与空气预混合环道10；而空气通过空气分配通道5进入均布的空气引出管7再进入空气引射喷口9，在其缩放形的通道中提速降压而吸引高温烟气通过烟气吸入口9a从燃烧室进入空气引射喷口9，在其中射流扩散混合并从煤气与空气预混合环道10底部进入，并在其中与旋流煤气流相遇而相互快速旋流混合形成初步预热的预混气流，经预混气垂直向上喷口10a而喷射进入燃烧室2中，再经燃烧室中回流的高温烟气进一步预热而着火燃烧，后经燃烧室拱顶折返后离开燃烧室而进入下部的热利用装置。
本发明为综合性的创新结构的高炉热风炉用的燃烧器，创新之处在于，热风炉顶部设置能实现强旋流快速预混合，预混气流垂直旋流上喷进入燃烧室，经燃烧室侧墙内设置的由空气分配通道5、煤气分配通道6、空气引出管7、煤气引出喷口8、空气引射喷口9、烟气吸入口9a和煤气空气预混合通道10相互连通构成的烟气回流结构，实现旋流与回流预热的高强度与高稳定性的燃烧。热风炉采用这种空气引射烟气强制回流预热、煤气与空气旋流预混合、燃烧室回流与旋流预热稳焰燃烧的燃烧器后，就有效解决了低热值煤气预混效果差、预热强度低、燃烧不稳定、燃烧温度低等高炉热风炉燃烧过程的关键问题。将煤气与空气间的边混合边燃烧的占用大量燃烧空间的燃烧方式改变为环道内射流烟气强制回流预热与快速强旋流预混合，再经垂直向上喷口形成气流折返的回流自预热的燃烧室中高强度燃烧的燃烧，配合燃烧室内堆砌助燃的陶瓷多孔体的高速稳定燃烧与强化燃烧模式（对于高炉热风炉），既提高了燃烧的完全程度又缩小了燃烧室空间；既能实现火焰(燃烧)的稳定又能达到强化预热预混气流而提高局部燃烧温度的目的。因此，相对于采用其他气体燃烧装置的热风炉而言，本发明的燃烧装置通过空气喷射强制烟气回流预热，以及旋流喷射预混合通道中快速混合而实现煤气与空气的预热、快混与均混；并通过预混气垂直向上喷口和燃烧室拱顶作用，产生回流自预热与旋流自预热效果，借以达到提高火焰稳定性与确保高强度的预混气燃烧。此外，还因通过空气喷射产生强制烟气回流的气流方向与煤气喷口旋流喷射的方向相反，可用来调节其下部的热利用装置的烟气流场分布的均匀性，对于高炉热风炉也就是调节进入热风炉蓄热室中的气流分布而实现热风炉蓄热室中的高效与均匀的传热。这就极大地改善了采用本旋流燃烧器的热风炉的热工性能，使得热风炉能在燃烧低热值煤气的条件下，在煤气与空气均不预热的条件下，具备了高效、高风温、与节能环保的功能，本发明经实际试用和测试，效果非常好，与同类产品相比，热效率提高5%，节约投资成本10%左右，风温提高50度以上，而且大大减少了因燃烧不充分，给大气带来的污染，有利于环境保护，经济和社会效益显著。

Claims (5)

1.一种预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，包括燃烧室墙体(1)、燃烧室(2)、热风出口管(11)，空气进气管(3)、煤气进气管(4)、空气分配通道(5)、煤气分配通道(6)、空气引出管(7)、煤气引出喷口(8)、空气引射喷口(9)、烟气吸入口(9a)、煤气空气预混合通道(10)和预混气垂直向上喷口(10a)，其特征在于，燃烧室墙体(1)是由上部的半球形拱顶与下部的圆筒体的墙体连成一体构成，燃烧室墙体的内部空间为燃烧室(2)，燃烧室墙体(1)的圆筒体外壁上上、下错开布置有垂直于圆筒体的煤气进气管(4)和空气进气管(3)，空气进气管(3)和煤气进气管(4)分别垂直连接砌筑在燃烧器墙体内的空气分配通道(5)与煤气分配通道(6)，在煤气分配通道(6)的内侧墙上沿通道均布有多个煤气引出喷口(8)，煤气引出喷口以水平倾斜方向与砌筑在燃烧器墙体内的煤气空气预混合通道(10)相连通，空气分配通道(5)的内侧墙上沿通道均布有多个空气引出管(7)，空气引出管弯曲向上接通空气引射喷口(9)，空气引射喷口与煤气空气预混合通道(10)相连通，煤气空气预混合通道(10)的顶部均布多个连通燃烧室(2)的预混气垂直向上喷口(10a)，燃烧室墙体(1)的圆筒体上部有和煤气空气预混合通道(10)相连通的热风出口管(11)，用耐高温且性能稳定的红柱石-莫来石砖砌筑成的热风出口管置于煤气分配通道(6)的两端之间。
2.根据权利要求1所述的预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，其特征在于，所述的燃烧室墙体(1)为金属外壳内壁上砌筑耐高温1300℃～1500℃的耐火材料层构成，耐高温的耐火材料层由抗热震性强的红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖构成的内层、轻质耐火材料构成的外层，以及外层外面的陶瓷纤维棉与喷涂层由内至外依次组合在一起构成。
3.根据权利要求1所述的预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，其特征在于，所述的空气进气管(3)和煤气进气管(4)是在金属管内壁上砌筑高铝砖或粘土砖构成的圆形通道。
4.根据权利要求1所述的预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，其特征在于，所述的空气分配通道(5)和煤气分配通道(6)是由红柱石高铝砖砌筑而成矩形通道，空气分配通道和煤气分配通道内侧墙上的空气引出管(7)和煤气引出喷口(8)的截面均为扇形或矩形，煤气引出喷口(8)以水平倾角0～45°和煤气空气预混合通道(10)连通，空气引出管(7)与垂直布置的空气引射喷口(9)的下端连通，由于热风炉燃烧器为圆筒状结构，煤气分配通道、空气分配通道、煤气空气预混合通道均为首尾相接的环道。
5.根据权利要求1所述的预混气流强制烟气回流预热燃烧的旋流燃烧器，其特征在于，所述的空气引射喷口(9)为一缩放形喷嘴，其收缩段的内侧墙上与烟气吸入口(9a)的一个端口相连通，而烟气吸入口(9a)另一个端口连通燃烧室(2)，矩形截面的烟气吸入口(9a)是以水平倾角0～45°彼此连通，且倾斜的方向与煤气引出喷口的倾斜方向一致，空气引射喷口(9)的顶部与矩形截面的煤气空气预混合通道(10)的底部连通，煤气空气预混合通道(10)的顶部为连通燃烧室(2)的沿通道均布的多个预混气垂直向上喷口(10a)，上述部位均由红柱石高铝砖或堇青石-莫来石砖砌筑而成。
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