CN105114954A - 一种多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，有效完成气流的分级均匀混合、预混气流流场的合理分布，以及烟气流场的均匀分布，燃烧装置筒体封闭端的煤气进气管内有煤粉或油汽进口管，燃烧装置筒体和煤气进气管之间构成空气旋流环道，煤气进气管内端构成煤气出口，煤气出口处有圆锥形的钝体，空气进气管设在燃烧装置筒体侧壁上连通空气旋流环道，空气旋流环道与设在燃烧装置筒体开口端内的预混燃烧通道连通，空气旋流环道与煤气出口间形成空气出口，煤粉或油汽进口管内有富氧空气进口管，本发明有效实现工业炉窑燃烧装置的快速而均匀的混合与富氧助燃的高温预热燃烧，有效提高了燃烧强度与燃烧的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及工业炉窑类的热利用设备，特别适用于燃烧气体燃料的锅炉、加热炉（或热风炉）用的一种多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置。
背景技术
当前，工业炉窑从节能降耗上考虑要求在燃烧不同燃料与不同煤气下获得高温、均温、均流的性能与结构稳定，以最终达到高效、节能、环保、增产的目的。为此，在工业炉窑中燃烧器除了必须实现优化的燃烧过程外，还应能适应燃料品种的多样化，如能燃烧油、燃烧煤粉、以及燃烧各种煤气，同时还要求在必要时采用富氧助燃等。这就涉及到相应燃烧器与对应燃烧室的结构，以及相互间的合理配置，从而产生出较好的技术效果。纵观目前各种工业炉的燃烧器的使用状况，总是存在结构上的各种问题，这就势必造成煤气（或油汽、或煤粉）与空气之间混合不均匀和燃烧不完全。此外，当在燃烧器与燃烧室空间的位置配合不适当时，又会出现燃烧室中气流流场特征的不确定、气流分布的不均匀、燃烧强度低等问题。这样的燃烧器和与之配合的燃烧室结构，即使在采用富氧助燃方式时也很难达到理想的热工效果。当然，燃烧过程的优化实现，其关键部件还在燃烧器。因此，必须设计出既能燃烧油、又能燃烧煤粉、还能燃烧各种煤气、且在必要时还能采用富氧助燃的新结构的燃烧装置，使之均能产生良好的燃烧强度与燃烧效果并得到合理的流场结构。
发明内容
为适应多种燃料燃烧或富氧助燃的燃烧器发展现状，本发明提出一种多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，可有效完成气流的分级均匀混合、预混气流流场的合理分布，以及烟气流场的均匀分布，从而提高燃烧温度、加快燃烧速率、促进燃烧完全、降低过量空气系数、以及提高热利用设备的热利用率等。
本发明采用的技术方案是，包括燃烧装置筒体、煤气进气管、煤气出口、钝体、钝体支撑板、空气进气管、空气旋流环道、空气出口、预混燃烧通道，煤粉或油汽进口管、第一支撑导流板、富氧空气（或纯氧）进口管和第二支撑导流板，燃烧装置筒体为一端开口另一端封闭的圆筒形结构，燃烧装置筒体封闭端的中心位置同轴设置有煤气进气管，煤气进气管内部同轴设置有煤粉或油汽进口管，煤气进气管的内端呈收缩状，且伸进燃烧装置筒体内，燃烧装置筒体和煤气进气管之间的空间构成空气旋流环道，收缩状的煤气进气管的内端构成煤气出口，煤气出口处同心设置有圆锥形的钝体，钝体的锥形顶朝向煤气进气管的进口方向，空气进气管切向设置在燃烧装置筒体的侧壁上并连通空气旋流环道，空气旋流环道与设置在燃烧装置筒体开口端内的预混燃烧通道连通，空气旋流环道和预混燃烧通道连通处在空气旋流环道与煤气出口外周壁之间形成环形的空气出口，煤粉油或汽进口管的外端水平伸出煤气进口管的外端，煤粉或油汽进口管的内端为出口，和钝体的锥形顶之间有间隙，煤粉或油汽进口管的内部同心设置有富氧空气（或纯氧）进口管，富氧空气（或纯氧）进口管的外端伸出煤粉或油汽进口管，内端置于煤粉或油汽进口管内、不超过煤粉或油汽进口管的出口位置。
本发明是基于现有工业炉窑燃烧装置的结构所做的改进与创新，将钝体设置于煤气（或煤粉、或油雾）出口，形成向外环形张开的煤气射流，并与收缩的空气出口造成的环形膜状旋流空气射流，在本发明燃烧装置出口处相遇而很快形成旋流预混气流，并在钝体回流区的作用下形成稳定而高强度的燃烧。煤气进气管中心添加煤粉流或油汽流的输送进口管（即煤粉油汽进口管）与富氧空气（或纯氧）进口管，以实现煤气与煤粉（或油雾）的混烧与煤粉（或油雾）的单独燃烧，若单独燃烧时，原来的煤气进口管变成为一次空气进口管，富氧空气喷射预混合方式，以形成的多流股射流之间或者多流股环状射流之间的充分完全的预混合，在进入燃烧通道后借助于燃烧器出口处钝体后回流烟气的预热而着火燃烧并稳定燃烧，从而有效实现工业炉窑燃烧装置的快速而均匀的混合与富氧助燃的高温预热燃烧，有效提高了燃烧强度与燃烧的稳定性。
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向截面视图。
图3为本发明图1的B-B向视图。
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3所示，本发明包括燃烧装置筒体1、煤气进气管2、煤气出口3、钝体4、钝体支撑板4a、空气进气管5、空气旋流环道6、空气出口7、预混燃烧通道8，煤粉或油汽进口管9、第一支撑导流板9a、富氧空气（或纯氧）进口管10和第二支撑导流板10a，其特征在于，燃烧装置筒体1为一端开口另一端封闭的圆筒形结构，燃烧装置筒体1封闭端的中心位置同轴设置有煤气进气管2，煤气进气管内部同轴设置有煤粉或油汽进口管9，煤气进气管的内端呈收缩状，且伸进燃烧装置筒体内，燃烧装置筒体和煤气进气管之间的空间构成空气旋流环道6，收缩状的煤气进气管的内端构成煤气出口3，煤气出口处同心设置有圆锥形的钝体4，钝体的锥形顶朝向煤气进气管的进口方向，空气进气管5切向设置在燃烧装置筒体1的侧壁上并连通空气旋流环道6，空气旋流环道6与设置在燃烧装置筒体1开口端内的预混燃烧通道8连通，空气旋流环道6和预混燃烧通道8连通处在空气旋流环道6与煤气出口3外周壁之间形成环形的空气出口7，煤粉油或汽进口管9的外端水平伸出煤气进口管2的外端，煤粉或油汽进口管9的内端为出口，和钝体的锥形顶之间有间隙，煤粉或油汽进口管9的内部同心设置有富氧空气（或纯氧）进口管10，富氧空气（或纯氧）进口管的外端伸出煤粉或油汽进口管，内端置于煤粉或油汽进口管内、不超过煤粉或油汽进口管9的出口位置。
所述的燃烧装置筒体1为耐热钢制成的筒状结构。
所述的燃烧装置筒体1内层砌筑和喷涂耐800℃～1000℃高温的耐火材料层，适用于燃烧装置筒体内通过超过300℃的煤气与助燃空气。
所述的钝体4经周向均匀分布的多个钝体支撑板4a固定在煤气进气管2的煤气出口内，钝体4的底部直径不大于煤气出口3直径的2/3，钝体的锥形顶角小于60°。
所述的燃烧装置筒体1的开口端内壁上有抗热震性强的红柱石高铝质或堇青石-莫来石质材料砌筑或浇注构成的保温层11，被保温层11包围在内的空间为预混燃烧通道8，预混燃烧通道8是燃烧装置筒体1与燃烧室联通的过渡段，预混燃烧通道8的两端口径大、中间直径小。
所述的空气出口7的环形间距小于煤气出口的直径大小。
所述的空气进气管5的横向中心轴线与燃烧装置筒体1的竖向中心轴线正交，空气进气管的底面相切于燃烧装置筒体1的内筒壁的底面。
所述的煤粉或油汽进口管9经多个第一支撑导流板9a固定在煤气进口管2内。
所述的富氧空气（或纯氧）进口管10经多个第二支撑导流板10a固定在煤粉或油汽进口管9内。
实施时，煤气通过煤气进气管2进入继而通过钝体4从煤气出口3形成带纵向回流涡旋的煤气环形射流；而空气从空气进气管5进入，经过空气旋流环道6而形成旋转气流从空气出口7流出，在煤气出口3与空气出口7的共同作用下形成环形旋流缝隙射流，在燃烧装置的预混燃烧通道8中两股射流相遇而预混燃烧，这样的混合燃烧方式既能做到燃烧稳定又能实现高的燃烧强度；当煤气热值较低时，可以适当混入部分煤粉气流，此时可通过煤粉或油汽进口管9送入一定量的煤粉（油汽）气流，其煤粉浓度（油汽浓度）是可以调整的；由于助燃风是环形旋流状，煤粉（油汽）射流基本上限制在预混燃烧通道8的中部，可有效防止煤粉（油汽）燃烧在预混燃烧通道结渣而堵塞通道；如果需要富氧助燃，可通过富氧空气（或纯氧）进口管10送入适量的富氧或纯氧，用以强化燃烧过程和提高燃烧温度，也可以用纯氧完成燃烧的点火过程。当然，本发明燃烧装置也可以完全燃烧煤粉（或油汽），这时候煤气进口管2就成为一次助燃空气进气管，而空气进气管5就成为二次助燃空气进气管，其燃烧过程的调节应按实际的燃烧煤种、煤粉细度、一次与二次助燃空气的温度而改变，其调节主要在空气流量与流速上。
本发明提出一种煤气（燃油或煤粉）、助燃空气、富氧空气（或纯氧）之间实现良好混合状态的高效燃烧装置，由于新结构燃烧装置的采用，在改善与优化燃烧过程的同时也能有效减小燃烧室乃至热利用装置的结构空间，本发明燃烧装置为一端开口的圆筒体结构，煤气管设置在其一端的中心且同轴连通燃烧装置圆筒体并插入其中，在煤气管出口处的中心设置一个圆锥形的钝体，使得煤气流出煤气管时形成有中心回流的射流；助燃用的空气进气管从圆筒体的侧壁接入圆筒体与煤气管间形成的环道中，圆筒体内的另一端是一个收缩的出口，并于其后的一个预混燃烧通道相连通，这样助燃空气就形成旋流流动的流场而离开燃烧装置；此外，为适应多种燃料的使用，设置煤粉或油汽进口管和富氧空气（或纯氧）进口管，它们都同轴设置在煤气管中，其出口距煤气管出口处的钝体有一个合适的间距。这样，该燃烧装置就能够实现气体、液体、及固体粉粒等多种燃料的燃烧，其适应大大增强。在工业炉窑上采用本发明这种富氧燃烧的燃烧装置就能保证其在安全与稳定前提下高效、高燃烧温度、高热强度的运行，继而达到节省燃料、节约投资、与有效控制有害气体的排放量。本发明经实际应用统计和测试，使用效果好，与同类产品相比，燃料节省10%以上，投资成本大幅降低，且因完全与充分的燃烧而使有害气体排放量大为减少，据统计至少减少50%以上，有助于改善排放处空气环境，其经济和社会效益显著。
Claims (9)
1.一种多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，包括燃烧装置筒体（1）、煤气进气管（2）、煤气出口（3）、钝体（4）、钝体支撑板（4a）、空气进气管（5）、空气旋流环道（6）、空气出口（7）、预混燃烧通道（8），煤粉或油汽进口管（9）、第一支撑导流板（9a）、富氧空气进口管（10）和第二支撑导流板（10a），其特征在于，燃烧装置筒体（1）为一端开口另一端封闭的圆筒形结构，燃烧装置筒体（1）封闭端的中心位置同轴设置有煤气进气管（2），煤气进气管内部同轴设置有煤粉或油汽进口管（9），煤气进气管的内端呈收缩状，且伸进燃烧装置筒体内，燃烧装置筒体和煤气进气管之间的空间构成空气旋流环道（6），收缩状的煤气进气管的内端构成煤气出口（3），煤气出口处同心设置有圆锥形的钝体（4），钝体的锥形顶朝向煤气进气管的进口方向，空气进气管（5）切向设置在燃烧装置筒体（1）的侧壁上并连通空气旋流环道（6），空气旋流环道（6）与设置在燃烧装置筒体（1）开口端内的预混燃烧通道（8）连通，空气旋流环道（6）和预混燃烧通道（8）连通处在空气旋流环道（6）与煤气出口（3）外周壁之间形成环形的空气出口（7），煤粉油或汽进口管（9）的外端水平伸出煤气进口管（2）的外端，煤粉或油汽进口管（9）的内端为出口，和钝体的锥形顶之间有间隙，煤粉或油汽进口管（9）的内部同心设置有富氧空气（或纯氧）进口管（10），富氧空气（或纯氧）进口管的外端伸出煤粉或油汽进口管，内端置于煤粉或油汽进口管内、不超过煤粉或油汽进口管（9）的出口位置。
2.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧装置筒体（1）为耐热钢制成的筒状结构。
3.根据权利要求2所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧装置筒体（1）内层砌筑和喷涂耐800℃～1000℃高温的耐火材料层，适用于燃烧装置筒体内通过超过300℃的煤气与助燃空气。
4.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的钝体（4）经周向均匀分布的多个钝体支撑板（4a）固定在煤气进气管（2）的煤气出口内，钝体（4）的底部直径不大于煤气出口（3）直径的2/3，钝体的锥形顶角小于60°。
5.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的燃烧装置筒体（1）的开口端内壁上有抗热震性强的红柱石高铝质或堇青石-莫来石质材料砌筑或浇注构成的保温层（11），被保温层（11）包围在内的空间为预混燃烧通道（8），预混燃烧通道（8）是燃烧装置筒体（1）与燃烧室联通的过渡段，预混燃烧通道（8）的两端口径大、中间直径小。
6.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气出口（7）的环形间距小于煤气出口的直径大小。
7.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的空气进气管（5）的横向中心轴线与燃烧装置筒体（1）的竖向中心轴线正交，空气进气管的底面相切于燃烧装置筒体（1）的内筒壁的底面。
8.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的煤粉或油汽进口管（9）经多个第一支撑导流板（9a）固定在煤气进口管（2）内。
9.根据权利要求1所述的多燃料预混旋流燃烧的燃烧装置，其特征在于，所述的富氧空气进口管（10）经多个第二支撑导流板（10a）固定在煤粉或油汽进口管（9）内。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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