CN107504487B - 连续弥散式燃烧装置及形成连续弥散燃烧的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了连续弥散式燃烧装置及形成连续弥散燃烧的方法，包括燃烧室，所述燃烧室设有燃料进口、助燃空气进口和排烟口，还包括预热体，所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，所述受热传热面之间形成助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气；本发明还公开了连续弥散燃烧的方法。本发明的连续弥散式燃烧装置利用火焰辐射能加热助燃空气来达到发生弥散燃烧所需的助燃空气温度，可达到持续的、稳定的弥散燃烧状态，克服了现有高温低氧燃烧技术使用蓄热式换热器进行烟气和空气切换所带来的非稳态和间断燃烧操作的问题。

Description

连续弥散式燃烧装置及形成连续弥散燃烧的方法

技术领域

本发明涉及燃烧技术领域，更具体地涉及连续弥散式燃烧装置。

背景技术

弥散燃烧(又称为高温低氧燃烧或者高温空气燃烧)是不同于传统的扩散式、预混式火焰的燃烧方式，具有热效率高、污染物排放量低等一系列优点。一般认为，弥散燃烧发生的必要条件之一是将助燃空气预热达到很高的温度(约800至1000℃)。现有的弥散燃烧技术是依靠蓄热式换热器来预热助燃空气达到高温，其操作过程是将热烟气通入蓄热式换热器使其内部的蓄热材料吸热达到高温，然后停止通入热烟气，切换为将空气通入蓄热式换热器使其内部的蓄热材料放热提供给空气从而将空气加热达到高温。参见：蒋绍坚等，《高温低氧燃烧技术与应用》，中南大学出版社，2010年12月；罗国民，《蓄热式高温空气燃烧技术》，冶金工业出版社，2011年7月；CN201610528356“一种连续蓄热燃烧装置”、CN201510900684“还原冶炼蓄热式燃烧系统以及利用该系统进行冶炼的方法”、CN201510685654“多流股、高温低氧、低NOx左右组合式单蓄热烧嘴”、CN201520872026“蓄热燃烧装置及具有其的台车炉”、CN201520485201“一种辐射管蓄热式燃烧系统”、CN201410810830“蓄热式燃烧炉及工作方法”、CN201410490919“一种用于辐射管的蓄热式烧嘴”、CN201420437951“连续蓄热式弥散火焰燃烧设备”、CN201310705395“用于再生燃烧器的蓄热部件结构”、CN201310119635“燃烧装置及燃烧装置的燃烧控制方法”、CN201210367670“一种金属镁及金属钙还原炉蓄热燃烧系统及其控制方法”、CN201210100728“双蓄热式燃烧器”、CN201220591469“一种整体蓄热式烧嘴”、CN201110052562“一种蓄热型无焰燃烧技术”。

在我国，蓄热式高温空气燃烧装置已经初步应用于冶金、化工、机械制造等工业部门，取得了一定程度的节能减排的成效。但是，现有的高温空气燃烧技术利用蓄热式换热器来预热助燃空气时需要配置双数数目的燃烧器和蓄热式换热器、以及相应的高温烟气和空气管路及切换机构，操作时需要通过管路、阀门系统的频繁切换往蓄热式换热器轮流通入烟气和助燃空气，与此同时燃烧器轮流进行点火和熄火，为非稳态的间断燃烧操作，有时出现压力波动、爆燃、脱火、回火、点火失败等不正常现象，且其切换机构和控制系统相当复杂和昂贵。这些问题限制了现有高温空气燃烧技术未能得到更大规模的实际应用。因此，近年来研究人员积极寻求能够进行弥散燃烧的新型燃烧装置(例如，CN201510128053“一种直流式弥散燃烧的管式加热炉系统及燃烧器”)。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需进行烟气和空气切换的、稳态的和高效的连续弥散式燃烧装置，该装置不需使用蓄热式换热器来预热助燃空气，可达到持续的弥散燃烧状态。本发明还提供形成连续弥散燃烧的方法。

为此，本发明提供：

连续弥散式燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室设有燃料进口、助燃空气进口和排烟口，其特征在于：还包括预热体，所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，所述受热传热面之间形成助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气。

进一步地，所述预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。

更进一步地，所述预热体由若干金属薄片构成，所述金属薄片的表面为受热传热面，所述金属薄片布置为每两个相邻的受热传热面之间形成可作为助燃空气通道的窄缝空隙，并且每两个相邻的受热传热面之间窄缝空隙的开口位置和方向均朝向火焰使得火焰辐射可以射入窄缝空隙内部发生黑体效应。

上述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体包括但不限于以下的具体形式：多孔透气式预热体、旋涡翅片式预热体、换热列管式预热体。

具有多孔透气式预热体的连续弥散式燃烧装置的特征在于：包括燃烧器、圆鼓筒和位于所述圆鼓筒内侧的、与所述圆鼓筒的形状相适应的多孔透气式预热体，所述多孔透气式预热体为多孔金属体、金属纤维体、泡沫陶瓷体或者蜂窝陶瓷体，所述圆鼓筒与多孔透气式预热体之间形成中空夹层，所述圆鼓筒底部安装燃烧器，所述燃烧器周围有环形排烟口，所述圆鼓筒的壁面沿切向开设有空气进口。

进一步地，上述具有多孔透气式预热体的连续弥散式燃烧装置还包括风机和换热器，所述环形排烟口连接所述换热器的壳程气体入口，所述风机的出气口连接所述换热器的管程气体入口，所述换热器的管程气体出口连接所述圆鼓筒壁面上的空气进口。

具有旋涡翅片式预热体的连续弥散式燃烧装置的特征在于：包括旋涡翅片式预热体、内圆筒、外圆筒、圆顶板、圆底板、风机和换热器，所述旋涡翅片式预热体由一系列的轴对称分布的、由金属薄片制作的旋涡状翅片所构成，所述旋涡状翅片以所述内圆筒的中轴线为中心排列在所述内圆筒内部的下半部，所述旋涡状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，所述内圆筒和外圆筒之间形成中空夹层，所述外圆筒的顶部和底部分别由所述圆顶板和圆底板封闭，所述内圆筒固定安装在所述圆顶板上，所述内圆筒的下端与所述圆底板之间有间隙，所述外圆筒壁面沿切向开设有空气进口，所述内圆筒壁面沿切向开设有燃料进口，所述圆顶板上设有排烟口和容纳被加热物体的开孔，所述圆顶板上的排烟口连接所述换热器的壳程气体入口，所述风机的出气口连接所述换热器的管程气体入口，所述换热器的管程气体出口连接所述外圆筒壁面上的空气进口。

具有换热列管式预热体的连续弥散式燃烧装置的特征在于：包括换热列管式预热体、第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒、第四圆筒、圆顶板、圆底板和风机，所述换热列管式预热体由一系列的换热列管所构成，第三圆筒和第四圆筒的顶部和底部分别由圆顶板和圆底板封闭，第三圆筒和第四圆筒之间形成中空夹层，第一圆筒固定安装在圆顶板下表面，第一圆筒的下端与圆底板之间有间隙，第二圆筒固定安装在圆底板上表面，第二圆筒的上端与圆顶板之间有间隙，所述换热列管穿过第一圆筒和第二圆筒，所述换热列管连通燃烧区和第三圆筒与第四圆筒之间的中空夹层，并且所述换热列管是绕圆周方向均匀地布置在第三圆筒以内的，所述第四圆筒的壁面沿切向开设有空气进口，所述风机的出气口连接所述第四圆筒的壁面上的空气进口。

进一步地，具有换热列管式预热体的连续弥散式燃烧装置还包括与换热列管的数目相对应的若干个文丘里引射器，每个换热列管的将助燃空气喷入燃烧区的喷口均安装一个文丘里引射器，用于引入燃烧区的烟气使得所述烟气与助燃空气相互混合。

本发明还提供形成连续弥散燃烧的方法：预热助燃空气使其温度达到弥散燃烧预热温度，将燃料和所述已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气提供给燃烧区，并使燃料和/或所述已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气与已燃烟气混合以达到高温低氧状态，从而形成连续弥散燃烧。其中，预热助燃空气是首先利用烟气热量的加热，然后利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度，或者，预热助燃空气只利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度。

进一步地，形成连续弥散燃烧的方法包括间壁加热、高速旋流、辐射加热的三阶段的助燃空气预热方式，或者，包括间壁加热、辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式，或者，包括辐射加热的一阶段的助燃空气预热方式。

本发明的连续弥散式燃烧装置利用火焰辐射能加热助燃空气来达到发生弥散燃烧所需的助燃空气温度，可达到持续的、稳定的弥散燃烧状态，克服了现有高温低氧燃烧技术使用蓄热式换热器进行烟气和空气切换所带来的非稳态和间断燃烧操作的问题。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种具有多孔透气式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。

图2是本发明实施例2的一种具有旋涡翅片式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。

图3是本发明实施例3的一种具有换热列管式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。

图4是本发明实施例4的换热列管喷口安装文丘里引射器的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

以下实施例中列举的数据仅仅是为了更好地说明本发明的内容而给出的示例性数据，除非另有说明，不构成对本发明权利要求的任何限制。

本说明书中，“火焰辐射”是指火焰燃烧所引发的全部辐射，包括火焰的发光区域发出的所有辐射(含可见、紫外和红外部分)、非发光区域的燃烧产物发出的所有辐射、及上述辐射被其它表面反射和散射的部分、以及被加热的物体或其它表面达到高温后该被加热的物体或其它表面发出的红外辐射。“受热传热面”是指那些能够吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给与所述受热传热面直接接触的助燃空气的表面。“弥散燃烧预热温度”是指发生弥散燃烧所需的助燃空气预热温度。

实施例1

如图1所示，为本发明的一种具有多孔透气式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。参见图1，该燃烧装置包括燃烧器60、圆鼓筒62和位于圆鼓筒62内侧的、与圆鼓筒62形状相适应的多孔透气式预热体61、以及风机68和换热器69。圆鼓筒62与多孔透气式预热体61之间形成中空夹层A。圆鼓筒62底部安装燃烧器60，燃烧器60周围有环形排烟口64，所排出的烟气通入换热器69的壳程用于预热助燃空气。圆鼓筒62壁面沿切向开设有空气进口。来自于外界的助燃空气用风机68加压后通入换热器69的管程被烟气余热加热达到约500至700℃的温度，再通过圆鼓筒62壁面的空气进口流入中空夹层A，然后这些助燃空气流过多孔透气式预热体61被进一步加热达到约800至1000℃温度后进入燃烧区。由燃烧器60提供的燃料与由多孔透气式预热体61进入的高温助燃空气在燃烧区发生弥散燃烧。圆鼓筒62可采用耐热金属材料或非金属耐火材料制作，其外表面设有保温层。风机68的抽取外界空气的进气口安装有高效除尘过滤器。本实施例中多孔透气式预热体61内部空间构成了燃烧室。

多孔透气式预热体61的作用是吸收火焰辐射能并将火焰辐射能转换所得的热能传递给透过该多孔透气式预热体进入燃烧区的助燃空气。本实施例中多孔透气式预热体61应同时满足下列条件：第一，具有较大的与助燃空气接触的面积，其内表面积远大于外表面积，使得助燃空气流经多孔透气式预热体61的内表面积时被显著地加热升温；第二，具有较高的火焰辐射吸收率；第三，具有良好的耐热性能；第四，具有良好的导热性能；第五，具有适当的空气流动阻力，使得由风机68通入的助燃空气首先充满圆鼓筒62与多孔透气式预热体61之间的中空夹层A，然后才均匀地流经多孔透气式预热体61的所有透气孔进入燃烧区。作为例子，以下给出制作多孔透气式预热体61的四种方法。按照具体条件可采用这四种方法之一或其它适当的方法来制作多孔透气式预热体61：

(1)多孔金属体：选用金属材料用铸造法获得所需的圆鼓形状的金属厚壁(当用于小型设备时，金属厚壁的壁厚为20至30mm；当用于大中型设备时，金属厚壁的壁厚为100至150mm)，然后在垂直于金属厚壁表面的方向上密集地、均匀地钻孔穿透金属厚壁，所形成的透气孔的深度等于金属厚壁的壁厚，透气孔的深度/孔径比达到20至30，表面开孔率为70％，多孔金属体的体积空隙率为70％。由于上述多孔金属体有较高的表面开孔率，且透气孔的深度/孔径比达到20至30，来自于燃烧区的火焰辐射射入这些透气孔后在其内表面被多次反射/吸收从而发生黑体效应，因此上述多孔金属体具有较高的火焰辐射吸收率。多孔金属体内透气孔的内表面为吸收火焰辐射能并将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经这些透气孔进入燃烧区的助燃空气的受热传热面。

(2)金属纤维体：选用市售金属纤维毯成品(微孔的平均孔径0.1mm，体积空隙率85％)，在其内外侧均安装圆鼓筒形状的金属护网。金属纤维毯是用金属纤维丝制成的，具有三维空间网格的微观结构，其微孔对于火焰辐射有较高的吸收率，且有较大的内表面积、较佳的耐热和导热性能以及适当的流动阻力。金属纤维体的内表面积可作为吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经微孔进入燃烧区的助燃空气的受热传热面。

(3)泡沫陶瓷体：选用市售泡沫陶瓷板成品(微孔孔径分布范围为10至100nm，体积空隙率90％)。使用许多块的泡沫陶瓷板拼接成图1所示形状的多孔透气式预热体61。泡沫陶瓷板的微孔对于火焰辐射有较高的吸收率，且有较大的内表面积、较佳的耐热性能以及适当的流动阻力。泡沫陶瓷板的内表面积可作为吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经微孔进入燃烧区的助燃空气的受热传热面。

(4)蜂窝陶瓷体：当用于中大型燃烧设备时，多孔透气式预热体61可由许多的蜂窝陶瓷体堆砌成。市售蜂窝陶瓷体的常见规格如：单个蜂窝陶瓷体的外形尺寸50x50x200mm，蜂窝通道呈直线，蜂窝壁厚为0.2至0.5mm，单元间距为1至3mm，蜂窝通道的深度/口径比为70至200。来自于燃烧区的火焰辐射射入这些蜂窝通道在其内表面被多次反射/吸收从而发生黑体效应，因此上述蜂窝陶瓷体具有较高的火焰辐射吸收率。蜂窝陶瓷体内蜂窝通道的内表面为吸收火焰辐射能并将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经这些蜂窝通道进入燃烧区的助燃空气的受热传热面。

该连续弥散式燃烧装置的点火过程说明如下：装置为冷态时，启动风机68，将少量的助燃空气通入燃烧区，同时使用燃烧器60向燃烧区喷入少量燃料，用点火器(图1中未示出)点火，在燃烧器60上方产生传统的扩散火焰。多孔透气式预热体61吸收火焰辐射被加热升温，经多孔透气式预热体61进入燃烧区的助燃空气随之被加热升温。维持燃烧器60的扩散火焰，使整套装置升温。当由多孔透气式预热体61进入燃烧区的助燃空气温度达到弥散燃烧预热温度时，燃烧区内开始发生弥散燃烧。

在弥散燃烧状态下，用燃烧器60高速喷入燃料，在其射流动能的驱动下，燃烧器60周围的烟气被卷吸进入射流，产生如图1中弯曲箭头线所示的花瓣状循环流动，该循环流动的速度分布是以燃烧器60中轴线为中心的轴对称分布。在上述循环流动过程中，燃烧区内的各种成分被充分混合，使得由燃烧器60喷入的燃料被稀释至约1％的燃料浓度，同时由多孔透气式预热体61进入的助燃空气被稀释至约5％的氧气浓度。从燃烧器60进入的燃料不会与氧气浓度为21％的空气相遇，不会发生链式反应，不会出现传统的在窄小区域、短时间内强烈发光和放热的火焰。当助燃空气的预热温度高于燃料的燃点温度时，在燃烧区各处均达到燃料发生氧化反应所需的温度条件，但各处只可能出现1％浓度的燃料与5％浓度的氧气相遇的反应物浓度条件，因而各处只可能发生温和的、均匀发光的、大体积的、取决于燃料分子及热解产物分子与氧气分子碰撞概率的氧化反应从而形成连续的和稳态的弥散燃烧。

弥散燃烧可发出光辐射(含可见、紫外和红外部分)，烟气中含有的燃烧产物二氧化碳和水蒸气也发出较强的红外辐射。上述四种形式的多孔透气式预热体61均具有相当高的火焰辐射吸收率和较好的导热性能，并且来自于弥散燃烧区的火焰辐射主要是在多孔透气式预热体61的内表面被吸收转换为热能，使得多孔透气式预热体61内部被火焰辐射能所加热升温。当助燃空气流经多孔透气式预热体61时与其内表面接触从而被加热成为高温空气，然后流入弥散燃烧区。

本说明书中，发生弥散燃烧所需的助燃空气预热温度称为“弥散燃烧预热温度”。如果助燃空气能够被多孔透气式预热体61加热达到燃料燃点温度，则助燃空气从多孔透气式预热体61的透气孔喷入燃烧区的那一刻就能够与燃料发生氧化反应形成弥散燃烧；如果助燃空气被多孔透气式预热体61加热达到的温度是低于燃料燃点温度约数百度，则从多孔透气式预热体61的透气孔喷入燃烧区的助燃空气与已燃烟气混合达到高温后也可以发生氧化反应形成弥散燃烧；但如果助燃空气被多孔透气式预热体61加热达到的温度过低，则可能造成不完全燃烧。“弥散燃烧预热温度”与燃烧装置的具体结构和特性参数相关，估计为所使用燃料的燃点温度以下数百度的温度(例如，燃料燃点温度为800℃，“弥散燃烧预热温度”约为400℃)。

本实施例不需像现有技术那样使用蓄热式换热器来预热助燃空气，也不需配置烟气和空气的切换机构。本实施例可达到不间断的弥散燃烧状态。如上所述，图1所示连续弥散式燃烧装置中助燃空气的预热是首先利用烟气余热的加热，然后利用火焰辐射的加热来达到发生弥散燃烧所需的助燃空气温度。本实施例具有弥散燃烧的所有公知的优点。另外，本实施例的圆鼓筒62和多孔透气式预热体61共同构成了该燃烧设备的燃烧室壁(或炉膛壁、灶膛壁)，因而还具有以下的优点：

(1)燃烧室壁不需使用耐火材料，尤其适合于热负荷急剧变化的场合。

现有燃烧设备(如工业炉、商用燃气灶)的燃烧室壁(或炉膛壁、灶膛壁)通常采用耐火材料。在热负荷快速变化的情况下，耐火材料壁面承受较大热应力使其容易产生裂纹。使用一段时间后耐火材料破碎、剥落，经常需要修补或更换。其中一个典型例子是商用中餐炒菜灶，其燃烧器功率可达60kW。由于火力强劲，商用中餐炒菜灶点火炒菜时灶膛急剧升温，炒菜完毕后灶膛冷却降温，如此反复加热和冷却造成商用中餐炒菜灶耐火材料灶壁的使用寿命较短，一般使用一至两年时间就需要更换。类似地，许多类型的工业炉操作温度有较大变化，容易损坏耐火材料炉壁，时常需要停炉进行耐火材料的人工维护，费工费时。

本实施例圆鼓筒62和多孔透气式预热体61共同构成的燃烧室壁可以替代耐火材料制造的燃烧室壁。首先，本实施例多孔透气式预热体61的表面开孔率高达70％以上，且透气孔有较大的深度，多孔透气式预热体61的内表面积远大于外表面积，来自于弥散燃烧区的火焰辐射可以经透气孔射入多孔透气式预热体61内部发生黑体效应使得整个多孔透气式预热体61内部得到均匀加热，而不仅仅是面向燃烧区的表面被加热。其次，本实施例多孔透气式预热体61远离燃烧器60，且其弯曲形状提供了相当大的热胀冷缩的余地，能够降低从常温至火焰温度的剧烈温度变化产生的热应力。再次，本实施例多孔透气式预热体61采用的金属、金属纤维、泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷材料本身可以承受反复加热和冷却产生的较大热应力而不容易破裂。最后，由风机68通入的助燃空气对多孔透气式预热体61有良好的冷却作用。上述因素使得本实施例多孔透气式预热体61用于燃烧室壁时有很长的使用寿命；而且多孔透气式预热体61的体积空隙率达到70％以上，较为轻便，尤其适合于在周期性或间歇操作过程中热负荷有较大变化的燃烧加热设备如热处理炉、熔化炉、焙烧炉、干燥炉和各种炉灶。

(2)可降低燃烧室壁的蓄热损失。

现有技术典型工业炉的耐火材料炉壁厚度一般为数百毫米，保温层厚度也有数百毫米，这些耐火材料炉壁吸收火焰辐射被加热升温所引起的蓄热损失较大。本实施例多孔透气式预热体61的体积空隙率在70％以上，重量轻，且其内部由助燃空气流过，多孔透气式预热体61的温度较低，吸热量较小，因此可降低蓄热损失。

在某些应用中，由环形排烟口64排出的热烟气需用于其它的用途(如通入工业辐射加热器或干燥器)，因而不能通入图1中的换热器69。这种情况下，可取消换热器69。来自于外界的冷空气用风机68加压后通过圆鼓筒62壁面的空气进口流入中空夹层A，然后这些冷空气流过多孔透气式预热体61被加热达到约800至1000℃温度后进入燃烧区与燃料发生弥散燃烧。这种情况要求多孔透气式预热体61有足够大的内表面积，可以将弥散燃烧区发出的火焰辐射吸收转换为热能来预热助燃空气达到高温。

在上述情况下，由于多孔透气式预热体61的内表面积远大于外表面积，由风机68通入的冷空气与多孔透气式预热体61面向中空夹层A的侧面接触时升温幅度不大，中空夹层A充满了由风机68通入的冷空气，因此圆鼓筒62面向中空夹层A的侧面接受的对流传热量不大。而且多孔透气式预热体61面向中空夹层A的侧面温度较低且能够透过多孔透气式预热体61的火焰及烟气辐射量有限，只有少量的火焰及烟气辐射能够穿过多孔透气式预热体61的透气孔(而不碰到透气孔侧壁)最终到达圆鼓筒62面向中空夹层A的侧面，因此圆鼓筒62面向中空夹层A的侧面接受的辐射传热量也不大。作为燃烧室外壁面的圆鼓筒62外表面的温度只是稍高于常温，即使不使用保温材料其外表面散热损失也很低。因此在上述情况下，本实施例的额外的优点是燃烧室外壁面接近常温，散热损失极低。

本说明书中，“火焰辐射”是指火焰燃烧所引发的全部辐射，包括火焰的发光区域发出的所有辐射(含可见光、紫外和红外部分)、非发光区域的燃烧产物发出的所有辐射、及上述辐射被其它表面反射和散射的部分、以及被加热的物体或其它表面达到高温后该被加热的物体或其它表面发出的红外辐射。这是因为火焰燃烧所引发的绝大部分的辐射均可被本发明的预热体所吸收并用于预热助燃空气。例如，图1所示连续弥散式燃烧装置中多孔透气式预热体61能够接收到燃烧区发出的大部分辐射。烟气含有的二氧化碳和水蒸气具有较强的红外辐射发射能力。烟气温度高于1200℃时发出的红外辐射相当强；900℃时其红外辐射仍然较强；低于600℃时其红外辐射较为微弱。烟气中的碳微粒也有很强的辐射能力(包括可见光和红外部分)。图1中烟气的花瓣状循环流动使得烟气在装置内部有较长的停留时间，只要烟气温度维持高于约900℃，烟气辐射能就可以传递给多孔透气式预热体61。另外，图1中被加热物体的底部亦会反射部分的火焰及烟气辐射到多孔透气式预热体61。当被加热物体达到高温后，其底部也会发出红外辐射。以上这些辐射均会被多孔透气式预热体61接收。在没有黄焰的情况下，以上的辐射能合计大约占到燃料燃烧总放热量的10％至20％。弥散燃烧时，只需要供给符合当量比的助燃空气就能达到完全燃烧，因此所需的助燃空气量较低。将燃料燃烧所需的这些助燃空气预热达到燃烧温度所需的物理显热大约占到燃料燃烧总放热量(化学能)的10％。由上述可见，火焰辐射能足以加热助燃空气达到燃烧温度。关键在于多孔透气式预热体61要有较高的火焰辐射吸收率和较大的与助燃空气接触的面积，才能够将火焰辐射能转换为热能并传递给助燃空气。

应该理解的是，在传统的扩散式或预混式火焰中，供给燃烧区的外界冷空气进入燃烧区后同样是需要耗费火焰热量来加热这些冷空气达到燃烧温度，然后才可能发生燃料与氧气之间的燃烧反应。本发明的连续弥散式燃烧装置只不过是利用火焰辐射能将还未进入燃烧区的助燃空气提前预热达到了燃烧温度，这些已达燃烧温度的助燃空气进入燃烧区后就不再需要耗费火焰热量来加热了。本发明的连续弥散式燃烧装置的总体能量平衡仍然遵循公知的燃料燃烧热力学规律。但由于助燃空气进入燃烧区时已经达到了较高温度，且燃烧区内部是充分混合的，这些边界条件和气流运动及传热传质条件的改变使得其燃烧形态发生了巨大的变化：传统的在窄小空间内强烈发光和放热的圆锥状火焰向外弥散开来成为大体积的、各处均匀发光且温和放热的弥散火焰。当已被预热达到燃烧温度的助燃空气从多孔透气式预热体61进入到燃烧区那一刻就开始与燃料发生氧化反应，燃烧区内各处均同时发生低浓度燃料与低浓度氧气之间的温和的氧化反应，从而达到了弥散燃烧状态。

本实施例的另外一些改进是：将多孔透气式预热体61的透气孔按一定方向排列，可在燃烧区产生气体旋流、回流或者增强图1所示花瓣状循环流动的效果。将圆鼓筒62与多孔透气式预热体61之间的中空夹层A分隔为若干部分，每一部分设置单独的空气进口，可以使助燃空气更加均匀地经多孔透气式预热体61流入燃烧区。圆鼓筒62亦可以改为采用其它形状如腰鼓状、圆筒状、长方体形状等。

图1中只是示意性地画出被加热物体的形状和位置。取决于连续弥散式燃烧装置的用途，被加热物体可以是坩埚、平底锅、圆底锅、物料、食物、产品、零件、工件、器械、换热器排管或盘管等。许多时候被加热物体是位于燃烧室的内部或壁面上。本实施例连续弥散式燃烧装置的结构和布置方式可根据不同的用途加以改变。

本实施例多孔透气式预热体61的内表面为吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给与其直接接触的助燃空气的受热传热面。多孔透气式预热体61内部的透气孔(助燃空气通道)是由这些受热传热面所围成的。

本实施例中助燃空气首先在换热器69被烟气余热所加热，然后在多孔透气式预热体61被火焰辐射能所加热，因此具有间壁加热-辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式。在热烟气需用于其它的用途因而取消换热器69的情况下，助燃空气是在多孔透气式预热体61被火焰辐射能所加热，为辐射加热的一阶段的助燃空气预热方式。

实施例2

如图2所示，为本发明的一种具有旋涡翅片式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。参见图2，该燃烧装置包括旋涡翅片式预热体7、内圆筒721和外圆筒722、圆顶板751和圆底板752、以及风机78、换热器79。所述内圆筒721和外圆筒722之间形成中空夹层B。外圆筒722的顶部和底部分别由圆顶板751和圆底板752封闭。内圆筒721固定安装在圆顶板751下表面，内圆筒721的下端与圆底板752之间有间隙。内圆筒721内部的下半部设有旋涡翅片式预热体7，所述旋涡翅片式预热体7由一系列以内圆筒721中轴线为中心的轴对称分布的、由厚度为0.5mm以上的金属薄片制作的旋涡状翅片71所构成。外圆筒722上端壁面沿切向开设有空气进口，内圆筒721约四分之三高度的壁面处沿切向开设有燃料进口，圆顶板751上设有排烟口。被加热的物体位于圆顶板751中部。内圆筒721和旋涡状翅片71用耐热金属材料制作。外圆筒722、圆顶板751和圆底板752可用耐热金属材料或非金属耐火材料制作。外圆筒722、圆顶板751和圆底板752的外壁面有保温材料。本实施例中内圆筒721内部空间的上半部构成了燃烧室。

使用时在点火之后的稳定燃烧状态下，外界空气用鼓风机78通入换热器79回收烟气余热后达到约700℃的空气温度。这些700℃温度的空气然后由外圆筒722壁面的空气进口沿切向高速喷入，在内圆筒721和外圆筒722之间的中空夹层B内形成旋流，与内圆筒721外壁面产生强烈的对流换热因而被较高温度的内圆筒721壁面所加热达到约850℃的空气温度。这些850℃温度的空气经内圆筒721的下端与圆底板752之间的间隙进入旋涡翅片式预热体7的旋涡状翅片71之间的空隙，然后在旋涡状翅片71的引导下以旋流的形式进入旋涡翅片式预热体7上方的燃烧区。每两片相邻的旋涡状翅片71之间的空隙对于射入该空隙的火焰辐射呈现黑体效应，使得旋涡翅片式预热体7能够高效吸收其上方的燃烧区发出的热辐射因而达到相当高的温度。前述的已被内圆筒721壁面加热达到约850℃温度的空气在流经旋涡翅片式预热体7时被进一步加热达到约1000℃的温度。

燃料由内圆筒721壁面的燃料进口沿切向高速喷入，在内圆筒721内部形成旋流。上述的内圆筒721和外圆筒722之间中空夹层B处的空气旋流、旋涡翅片式预热体7处产生的空气旋流与内圆筒721内的燃料旋流(或其燃烧反应混合物的旋流)的旋转方向是相同的(以上三处的旋流同时为顺时针方向或逆时针方向)。在1000℃温度的助燃空气由旋涡状翅片71之间的空隙以旋流的形式进入燃烧区以及燃料射流同时也以高速旋流的形式进入燃烧区且燃料与助燃空气供给量大致符合当量比的条件下，内圆筒721内部燃烧区发生弥散燃烧。在弥散燃烧状态下，内圆筒721内部燃烧区各处均为正在发生氧化反应的燃料(及其热解产物)和空气与燃烧产物的混合物，各处的温度和成分较为均匀(温度约1200℃，燃料浓度约1％，氧气浓度约5％，其余为燃烧产物)，各处均达到燃料发生氧化反应所需的温度条件，但各处只可能出现1％浓度的燃料与5％浓度的氧气相遇的反应物浓度条件，因而只可能发生温和的、占据内圆筒721内大部分容积的弥散燃烧。不会出现燃料与氧气浓度为21％的空气之间在极短时间和极小空间内发生的剧烈氧化反应(即传统的火焰)。

以下进一步说明弥散燃烧与传统的扩散式、预混式或大气式火焰的区别。扩散式火焰时，燃烧器喷出的燃料与周围的氧气浓度为21％的空气相遇发生链式反应，瞬间产生强烈的光和热，形成圆锥形火焰。预混式火焰和大气式火焰的情况类似。在图2中，燃料旋流和空气旋流使得内圆筒721内部的燃料、空气和燃烧产物充分混合。从燃料进口喷入的燃料不可能与氧气浓度为21％的空气相遇，不会发生链式反应，不会出现传统的圆锥形火焰。从旋涡状翅片71之间的空隙喷入的1000℃温度的助燃空气是与内圆筒721内的混合物(其中只含有1％的燃料浓度)相遇使得其原先为21％的氧气浓度被充分地稀释至约5％的氧气浓度(当1000℃温度的氧气浓度为21％的助燃空气从旋涡状翅片71之间的空隙喷入燃烧区、与含有1％燃料浓度的混合物相遇时已经达到发生氧化反应的条件，使得这些1％的燃料很快地氧化消耗掉，但不会产生急剧的温升)。此时，在内圆筒721内部各处同时发生温和的、取决于燃料分子及其热解产物分子与氧气分子碰撞概率的氧化反应从而形成弥散燃烧。

与传统燃烧方式相比较，本发明连续弥散式燃烧装置的主要优点为：

(1)只需要供给符合当量比的助燃空气就能达到完全燃烧，排烟中基本不含剩余氧，因而降低了烟气量，避免了排烟中的剩余氧及相应的氮气携带走热量所造成的排烟热损失。相比较，传统燃烧方式需要通入大量助燃空气(过量空气系数常达1.5以上)才能达到完全燃烧，排烟中剩余氧浓度高达15％，烟气量及排烟热损失相当大。

(2)加热效果好，因为被加热物体周围为强烈旋流，对流传热系数大，且内圆筒721内部在旋涡状翅片71以上全部为均匀发光的弥散燃烧区，对被加热物体的辐射加热强度大。

(3)可调节范围大，没有传统火焰的回火、脱火等方面的限制性因素，在低功率工况和高功率工况下都能够稳定运行，且低热值燃料也能稳定燃烧。

(4)排烟中一氧化碳含量低，因为内圆筒721内部在旋涡翅片式预热体7以上全部为燃烧区，燃料(及其热解产物)和空气与燃烧产物的混合物在燃烧区的停留时间很长，在足够高的温度区域有足够长的反应时间达到完全氧化。

(5)排烟中氮氧化物含量低，因为弥散燃烧中不存在局部高温区，最高温度处只有1200℃，未达到激发助燃空气中的氮气分子参与反应的条件。

(6)没有黄焰。传统火焰出现黄焰是由于剧烈链式氧化反应形成了局部高温缺氧区而导致部分燃料裂解产生碳微粒(PM2.5)。弥散燃烧时最高温度不超过1200℃，未达到燃料裂解产生碳微粒的条件。

(7)可降低制作材料的耐热性能要求，因为内圆筒721内部温度均匀，没有局部高温，且内圆筒721下部与旋涡状翅片71相接使其热量可传导给旋涡状翅片71，内圆筒721外壁面有空气旋流，散热条件较好，因此可降低制作材料的耐热性能要求。相比较，传统的燃烧加热设备在燃烧室窄小空间内产生强烈发光和放热的火焰，产生局部高温，燃烧室壁面受到火焰辐射持续加热且难以散热，对设备制作材料的耐热性能要求较高。

本实施例弥散燃烧加热设备的点火程序说明如下：在冷态起动的情况下，将少量的燃料由燃料进口连续地、低速地喷入，用鼓风机78向空气进口通入助燃空气，用点火器在燃料进口附近点火，形成传统的扩散式火焰；逐渐增大燃料和助燃空气供给量，火焰体积随之增大。保持一段时间，利用该扩散式火焰使全套设备逐渐升温；当从旋涡状翅片71之间的空隙喷出的助燃空气温度达到该种燃料的弥散燃烧预热温度时进入弥散燃烧状态，高速喷入燃料和助燃空气形成旋流，控制助燃空气供给量(过量空气系数约为1)。

本实施例弥散燃烧加热设备的关键点之一在于从旋涡状翅片71之间的空隙喷入燃烧区的助燃空气必须具有足够高的温度(一般需要达到800至1000℃以上，取决于燃料种类)。从旋涡状翅片71之间空隙喷入燃烧区的助燃空气温度过低时则达不到着火条件，造成不完全燃烧。本实施例弥散燃烧加热设备的创新点主要在于助燃空气的预热方式包括三个阶段：

(1)间壁加热阶段：用换热器79回收烟气余热将助燃空气加热达到约700℃。换热器79可采用常规间壁换热器(图2中示出的是具有辐射传热段和对流传热段的间壁换热器)。由圆顶板751上的排烟口排出的烟气温度约为1200℃。换热器79的烟气侧与空气侧的传热温差达500至200℃。该传热温差相当大，使得换热器79只需设置较小的传热面积。

(2)高速旋流阶段：空气由外圆筒722壁面的空气进口沿切向高速喷入后在中空夹层B内形成旋流，与内圆筒721外壁面产生强烈的对流换热。在内圆筒721内壁面，燃烧反应混合物旋流也与内圆筒721内壁面发生强烈的对流换热，且内圆筒721内壁面还受到大体积的弥散燃烧区的辐射加热。因此，高速旋流阶段的换热条件相当好。虽然换热面积不大(能用于高速旋流换热的仅限于内圆筒721外壁面积)、换热时间短暂，本阶段可将进口温度为700℃的助燃空气加热达到约850℃的出口温度。

(3)辐射加热阶段：旋涡状翅片71之间的空隙对于射入该空隙的来自于燃烧区的热辐射呈现黑体效应，因此旋涡翅片式预热体7能够高效吸收弥散燃烧区发出的热辐射从而达到相当高的温度。而且该预热体的结构形式在有限的体积内安排了相当大的与助燃空气直接接触的受热传热面积。因此在本阶段能够利用弥散燃烧区辐射能将进口温度为850℃的助燃空气加热达到1000℃以上的出口温度。

上述的间壁加热-高速旋流-辐射加热三阶段的助燃空气预热方式能够将助燃空气预热至很高的温度，在燃烧设备内达到弥散燃烧状态，而且是连续运行的、稳态的、高效的、简单的和廉价的。相比较，现有技术只使用一个常规的间壁换热器难以将助燃空气预热达到800℃以上的温度，因为很高温度的助燃空气与烟气之间的传热温差太小，间壁换热器的换热效率并不高，只使用一个常规间壁换热器需要十分巨大的换热器面积才能将助燃空气预热达到1000℃以上的温度。现有技术的高温低氧燃烧设备是依靠蓄热式换热器来预热助燃空气达到1000℃以上的高温，需要配置双数数目的燃烧器和蓄热式换热器，并频繁地往蓄热式换热器轮流通入热烟气和助燃空气，与此同时燃烧器轮流进行点火和熄火(燃烧器和蓄热式换热器的切换周期均为一分钟以内)，为非稳态的间断燃烧操作，容易出现压力波动、爆燃、脱火、回火、点火失败等安全隐患，且其切换机构和控制系统相当复杂和昂贵。本实施例使用间壁加热-高速旋流-辐射加热三阶段预热助燃空气的弥散燃烧设备为连续燃烧操作，与现有的蓄热式高温低氧燃烧技术相比较有着巨大的优越性。本发明的连续弥散式燃烧装置点火后可连续燃烧，燃烧室内压力波动小；燃料与助燃空气的进口处于不同位置，因此不会发生回火；爆燃和脱火的可能性也大为降低。

本实施例旋涡状翅片71具体形状可采用任何能使气流产生旋流的形式。现有技术常用与气流方向有一定夹角的导流叶片使气流产生旋流(导流叶片的数目一般不需太多)。本实施例旋涡状翅片71与现有技术导流叶片的区别在于：本实施例旋涡状翅片71应该十分紧密地排列使相邻的旋涡状翅片71之间形成窄缝空隙，且旋涡状翅片71应有较大深度使窄缝空隙的深度/开口宽度比达到20至30，旋涡状翅片71的数目应比较多来获得足够大的受热传热面的总面积，这样才能达到吸收火焰辐射并预热助燃空气的目的。

本实施例未提及的部分与实施例1类似，此处不再赘述。

实施例3

现行工业炉设计规范主要包括三个部分的内容：燃烧器、炉体和余热回收换热器。燃烧器主要有预混式和扩散式燃烧器等，用于将燃料和空气送入燃烧区并达到稳定燃烧，其有待克服的一些问题例如有：需要比较多的过量空气才能达到完全燃烧、火焰区域温度很高、氮氧化物生成量较大。炉体用于构成燃烧室，其有待克服的一些问题例如有：耐火材料炉壁和保温层的蓄热损失和外表面散热损失较大，某些情况下耐火材料经常需要修补。余热回收换热器用于回收烟气余热，其有待克服的一些问题例如有：换热面积有限，烟气余热回收率不高，时常受工业炉使用场地条件的限制余热回收换热器的安装位置离工业炉较远，高温烟气管道和高温空气管道过长，散热损失大。

为了有利于克服上述问题，本实施例将工业炉的燃烧器、炉体和余热回收换热器合并为一个整体。如图3所示，为本发明的一种具有换热列管式预热体的连续弥散式燃烧装置的结构示意图。参见图3，该燃烧装置包括换热列管式预热体8、第一圆筒821、第二圆筒822、第三圆筒823、第四圆筒824、圆顶板851和圆底板852。第三圆筒823和第四圆筒824的顶部和底部分别由圆顶板851和圆底板852封闭。第三圆筒823和第四圆筒824之间形成中空夹层C。第一圆筒821固定安装在圆顶板851下表面，第一圆筒821的下端与圆底板852之间有间隙。第二圆筒822固定安装在圆底板852上表面，第二圆筒822的上端与圆顶板851之间有间隙。换热列管式预热体8由一系列的换热列管81构成。这些换热列管81穿过第一圆筒821和第二圆筒822，所述换热列管81连通燃烧区和中空夹层C，并且所述换热列管81是绕圆周方向均匀地布置在第三圆筒823以内的并与第三圆筒823径向形成一定的夹角。来自外界的助燃空气用风机88加压后通入中空夹层C，然后经换热列管81喷入燃烧区并在燃烧区产生旋流。在圆底板852中部开设的燃料进口用于将燃料以高速旋流的方式喷入燃烧区。已燃烟气经过第一圆筒821下端与圆底板852之间的间隙流入第一圆筒821与第二圆筒822之间，然后向上流动，再经过第二圆筒822上端与圆顶板851之间的间隙流入第二圆筒822与第三圆筒823之间，然后向下流动，降温后的烟气由圆底板852上开设的排烟口向外排出。本实施例中第一圆筒821内部空间构成了燃烧室。

助燃空气的预热包括间壁加热阶段和辐射加热阶段。间壁加热阶段为：换热列管81内的助燃空气从中空夹层C流动至第一圆筒821部位的过程中换热列管81管内的助燃空气被管外的热烟气所加热。辐射加热阶段为：换热列管81内的助燃空气从第一圆筒821部位流动至喷射进入燃烧区的管口部位的过程中换热列管81管内的助燃空气被火焰及烟气辐射加热升温。由于换热列管81的管口是朝向燃烧区的，火焰及烟气辐射可由管口射入换热列管81内部后在换热列管81内表面发生多次反射/吸收从而发生黑体效应，因此换热列管81内表面为吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给换热列管81内的助燃空气的受热传热面。另外，部分的火焰及烟气辐射会射向换热列管81外表面之间。位于第一圆筒821以内的换热列管81所有管段外表面之间对于射入换热列管81所有管段外表面之间的火焰及烟气辐射也能发生黑体效应，因此这些换热列管81管段外表面也吸收火焰及烟气辐射能，并且这些换热列管81管段外表面还受到热烟气的对流加热，然后换热列管81管段外表面接受的辐射和对流加热热量以间壁传热方式传递给管内的助燃空气。

如上所述，换热列管81管内助燃空气在间壁加热阶段受到烟气的对流加热，在辐射加热阶段同时受到射入管内的火焰及烟气辐射加热、射至管外表面的火焰及烟气辐射加热以及管外表面的烟气对流加热。由换热列管81管口喷入燃烧区的助燃空气温度容易达到燃料燃点温度，在燃烧区发生弥散燃烧。当换热列管81管口喷出的助燃空气温度远低于燃料燃点温度时则在燃烧区产生传统的扩散式或部分预混式火焰。

本实施例可以取得实施例1和2所列出的有益效果。本实施例的其它优点是：

(1)将燃烧器、炉体和余热回收换热器集成为一个设备。换热列管式预热体8向燃烧区提供经预热达到高温的助燃空气，并使这些助燃空气与燃料充分混合后稳定燃烧，部分地起到了燃烧器的作用；换热列管式预热体8、第一圆筒821与其它部件共同构成了燃烧室，起到了炉体的作用；同时换热列管式预热体8利用烟气余热加热助燃空气，起到了余热回收换热器的作用。本实施例在同一个设备达到了燃烧器、炉体和余热回收换热器的功能，结构紧凑，大为降低设备外表面散热面积，尤其是省略了现有技术炉体和余热回收换热器之间的高温烟气管道和高温空气管道，进一步降低了热损失。

(2)换热列管81内的流动空气对换热列管81具有冷却作用。第一圆筒821的热量也可以传导至换热列管81。因此，对换热列管81和第一圆筒821的制作材料的耐热性能要求不高。

(3)第一圆筒821的内侧面及其第一圆筒821以内的换热列管81外表面的红外辐射可增强对物体的加热效果。

第一圆筒851和第三圆筒853之间的换热列管与第一圆筒851、第三圆筒853、圆顶板851和圆底板852相当于共同构成了现有技术的间壁换热器。因此，为了增强热烟气向助燃空气的对流传热效果，可采用现有技术间壁换热器的各种技术手段。例如：可在换热列管81外表面增设传热翅片；在第一圆筒821与第三圆筒823之间增设更多的圆筒或螺旋状隔板从而分隔为更多的热烟气通道。由于本实施例是在圆柱状空间内沿径向布置换热列管这一特殊性，还可以在第一圆筒821与第三圆筒823之间设置换热列管81的若干支管，若干支管合并后通入燃烧区；将第一圆筒851和第三圆筒853之间的换热列管设置为盘管的形式。另外，可以将第一圆筒821以内的换热列管81管段按一定规律进行转折、弯曲或盘绕从而改变助燃空气的喷射方向，有利于在燃烧区产生各种不同的气流效果，并且可以延长第一圆筒821以内的换热列管81管段的长度，有助于提高助燃空气的预热温度。另一方面，在圆底板852上增设更多数目的燃料进口来高速喷入燃料，可增强燃烧区内气体旋流，有利于已燃烟气的回流和大体积弥散燃烧区的形成。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

实施例4

本实施例与实施例3类似，其不同之处在于本实施例的换热列管81的将助燃空气喷入燃烧区的喷口处还安装有文丘里引射器。如图4所示，文丘里引射器86由收缩管段861、扩大管段862和直管段863构成。换热列管81的将助燃空气喷入燃烧区的喷口位于文丘里引射器86的喉部。助燃空气从换热列管81的喷口喷出时将由收缩管段861与第一圆筒821之间的空隙流入的烟气引入到扩大管段862，助燃空气与这些烟气在直管段863内充分混合，然后从直管段863的出口喷入燃烧区。本实施例中每个换热列管81的喷口均安装一个文丘里引射器86。这些文丘里引射器86之间由支撑件(图4中未示出)支撑。

本实施例与实施例3的区别是：在实施例3中，助燃空气从换热列管81喷口喷入燃烧区后才与烟气混合来达到低氧状态，其混合效果受到燃烧区内气体旋流强度的很大影响，因此要求燃料喷入燃烧区时具有很高的速度，才能达到较好的混合效果。本实施例则是利用文丘里引射器86使助燃空气与烟气充分混合来达到高温低氧状态，因此受到燃烧区内气体旋流强度的影响较小。

本实施例中助燃空气在辐射加热阶段同时受到射入文丘里引射器86的直管段863内的火焰及烟气辐射加热、射至文丘里引射器86外表面的火焰及烟气辐射加热、以及文丘里引射器86外表面的烟气对流加热，并且助燃空气还由于与文丘里引射器86引入的高温烟气相互混合而受到加热。因此本实施例中助燃空气更容易达到高温低氧的弥散燃烧状态。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，此处不再赘述。

以上内容的核心发明点在于利用火焰辐射能预热助燃空气达到发生连续弥散燃烧所需的助燃空气温度。本发明与现有高温低氧燃烧技术的区别是：现有技术使用蓄热式换热器加热助燃空气，而本发明主要是利用火焰辐射能加热助燃空气。图1中，在热烟气需用于其它的用途因而取消换热器69的情况下，实施例1为辐射加热的一阶段的助燃空气预热方式；在使用换热器69的情况下，实施例1为间壁加热-辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式。实施例2的具有旋涡翅片式预热体的连续弥散式燃烧装置采用了间壁加热-高速旋流-辐射加热三阶段的助燃空气预热方式。实施例3的具有换热列管式预热体的连续弥散式燃烧装置采用了间壁加热-辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式。因此，本发明的形成连续弥散燃烧的方法可以归纳为：预热助燃空气使其温度达到弥散燃烧预热温度，将燃料和所述已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气提供给燃烧区，并使燃料和/或所述已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气与已燃烟气混合以达到高温低氧状态，从而形成连续弥散燃烧。其中，预热助燃空气是首先利用烟气热量的加热，然后利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度，或者，预热助燃空气只利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度。进一步地，形成连续弥散燃烧的方法包括间壁加热、高速旋流、辐射加热的三阶段的助燃空气预热方式，或者，包括间壁加热、辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式，或者，包括辐射加热的一阶段的助燃空气预热方式。

空气本身不能吸收火焰辐射。这是因为空气中的氧气和氮气均为双原子的对称分子结构，空气对于火焰辐射、太阳辐射或其它人造光源辐射是透明的。因此，本发明的连续弥散式燃烧装置包括预热体，所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，所述受热传热面之间形成助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气。实施例1中的多孔透气式预热体内部的透气孔的表面为受热传热面，这些受热传热面之间形成助燃空气通道；实施例2中的旋涡翅片式预热体的一系列的旋涡状翅片的表面为受热传热面，这些受热传热面之间形成助燃空气通道；实施例3中的换热列管式预热体的每个列管内表面为受热传热面，这些受热传热面之间形成助燃空气通道。因此这些实施例具有相同的核心技术特征，这些实施例为同一个总的发明构思的不同具体形式。

本发明的预热体必须具有相当高的火焰辐射吸收率、相当大的与助燃空气接触的面积、以及良好的耐热和导热性能，才能达到本发明的目的。为了高效吸收火焰辐射，本发明预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。实施例1的多孔透气式预热体、实施例2的旋涡翅片式预热体和实施例3的换热列管式预热体均对火焰辐射呈现黑体效应。

实施例1中列举了多孔金属体、金属纤维体、泡沫陶瓷体、蜂窝陶瓷体作为多孔透气式预热体的例子。实际上，任何的具有较高开孔率的多孔体或具有较高空隙率的微孔体均具有较高的火焰辐射吸收率，同时也具有许多的能够作为助燃空气通道的孔道或微孔，且其较大的内表面积可以用作为吸收火焰辐射并将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经这些孔道或微孔进入燃烧区的助燃空气的受热传热面。任何具有较高开孔率的多孔体或具有较高空隙率的微孔体都可以用于实施例1的多孔透气式预热体。可见，除了实施例1中列举的多孔金属体、金属纤维体、泡沫陶瓷体、蜂窝陶瓷体之外，实施例1的多孔透气式预热体还有许多其它的等同替换形式。

实施例2采用了旋涡翅片式预热体。实际上，只要一定数目的金属薄片按照一定方式密集地排列，每两片相邻的金属薄片之间的窄缝空隙用作助燃空气通道，这些窄缝空隙的深度/开口宽度比约为20至30，并使这些窄缝空隙的开口位置和方向均朝向火焰使得火焰辐射可以射入窄缝空隙内部发生黑体效应，那么这些金属薄片就可以构成本发明的预热体。当需要助燃空气产生旋流时，这些金属薄片排列为旋涡状为最佳实施方式；当不需要助燃空气产生旋流时，这些金属薄片可以排列为放射状、网格状、百叶窗状等。可见，实施例2的旋涡翅片式预热体还有许多其它的等同替换形式。

实施例3采用了换热列管式预热体。实际上，一根长管的管口是一个良好的黑体(从管口看进去，长管的深处总是漆黑的。但因为自然光是散射光，不是直射光，所以管口附近的管内表面仍是可见的)。实施例3换热列管的每个管口可对火焰辐射呈现黑体效应，换热列管外壁之间也可对火焰辐射呈现黑体效应。因此，换热列管用作助燃空气通道时可以高效吸收火焰辐射能来预热助燃空气。这些列管可为圆管或方管、直管或弯管、单管或套管。另外，燃烧室壁可以全部由一系列的径向通道构成，其中一些径向通道为助燃空气通道，另外一些径向通道为排烟通道，排烟通道里的烟气与助燃空气通道里的助燃空气通过这些径向通道的壁面发生热交换，可以取得与实施例3相同的利用火焰辐射和烟气余热热来预热助燃空气的效果。可见，实施例3的换热列管式预热体还有许多其它的等同替换形式。

以上各个实施例的连续弥散燃烧装置中的预热体可以改为采用其它实施例的预热体形式。

显然，以上实施例只是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述实施例的基础上可以根据具体情况做出其它不同形式的变化或变动。这些根据具体情况所能作出的变化或改动对于所属领域的普通技术人员来说是显而易见的。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、简化、替代、添加、组合、修饰、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.连续弥散式燃烧装置，包括燃烧室，所述燃烧室设有燃料进口、助燃空气进口和排烟口，其特征在于：还包括预热体，所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，所述受热传热面之间形成助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气；

所述连续弥散式燃烧装置包括换热列管式预热体、第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒、第四圆筒、圆顶板、圆底板和风机，所述换热列管式预热体由一系列的换热列管所构成，第三圆筒和第四圆筒的顶部和底部分别由圆顶板和圆底板封闭，第三圆筒和第四圆筒之间形成中空夹层，第一圆筒固定安装在圆顶板下表面，第一圆筒的下端与圆底板之间有间隙，第二圆筒固定安装在圆底板上表面，第二圆筒的上端与圆顶板之间有间隙，所述换热列管穿过第一圆筒和第二圆筒，所述换热列管连通燃烧区和第三圆筒与第四圆筒之间的中空夹层，并且所述换热列管是绕圆周方向均匀地布置在第三圆筒以内的，所述第四圆筒的壁面沿切向开设有空气进口，所述风机的出气口连接所述第四圆筒的壁面上的空气进口；

所述预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。

2.根据权利要求1所述的连续弥散式燃烧装置，其特征在于：所述预热体由若干金属薄片构成，所述金属薄片的表面为受热传热面，所述金属薄片布置为每两个相邻的受热传热面之间形成可作为助燃空气通道的窄缝空隙，并且每两个相邻的受热传热面之间窄缝空隙的开口位置和方向均朝向火焰使得火焰辐射可以射入窄缝空隙内部发生黑体效应。

3.根据权利要求1所述的连续弥散式燃烧装置，其特征在于：包括燃烧器、圆鼓筒和位于所述圆鼓筒内侧的、与所述圆鼓筒的形状相适应的多孔透气式预热体，所述多孔透气式预热体为多孔金属体、金属纤维体、泡沫陶瓷体或者蜂窝陶瓷体，所述圆鼓筒与多孔透气式预热体之间形成中空夹层，所述圆鼓筒底部安装燃烧器，所述燃烧器周围有环形排烟口。

4.根据权利要求3所述的连续弥散式燃烧装置，其特征在于：还包括风机和换热器，所述环形排烟口连接所述换热器的壳程气体入口，所述风机的出气口连接所述换热器的管程气体入口，所述换热器的管程气体出口连接所述圆鼓筒壁面上的空气进口。

5.根据权利要求2所述的连续弥散式燃烧装置，其特征在于：包括旋涡翅片式预热体、内圆筒、外圆筒、圆顶板、圆底板、风机和换热器，所述旋涡翅片式预热体由一系列的轴对称分布的、由金属薄片制作的旋涡状翅片所构成，所述旋涡状翅片以所述内圆筒的中轴线为中心排列在所述内圆筒内部的下半部，所述旋涡状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，所述内圆筒和外圆筒之间形成中空夹层，所述外圆筒的顶部和底部分别由所述圆顶板和圆底板封闭，所述内圆筒固定安装在所述圆顶板上，所述内圆筒的下端与所述圆底板之间有间隙，所述外圆筒壁面沿切向开设有空气进口，所述内圆筒壁面沿切向开设有燃料进口，所述圆顶板上设有排烟口和容纳被加热物体的开孔，所述圆顶板上的排烟口连接所述换热器的壳程气体入口，所述风机的出气口连接所述换热器的管程气体入口，所述换热器的管程气体出口连接所述外圆筒壁面上的空气进口。

6.根据权利要求1所述的连续弥散式燃烧装置，其特征在于：还包括与换热列管的数目相对应的若干个文丘里引射器，每个换热列管的将助燃空气喷入燃烧区的喷口均安装一个文丘里引射器，用于引入燃烧区的烟气使得所述烟气与助燃空气相互混合。

7.应用权利要求1-6任一所述的连续弥散式燃烧装置的形成连续弥散燃烧的方法，其特征在于：预热助燃空气使其温度达到弥散燃烧预热温度，将燃料和已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气提供给燃烧区，并使燃料和/或所述已经预热达到弥散燃烧预热温度的助燃空气与已燃烟气混合以达到高温低氧状态，从而形成连续弥散燃烧，所述预热助燃空气是首先利用烟气热量的加热，然后利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度，或者，所述预热助燃空气只利用火焰辐射的加热使助燃空气达到弥散燃烧预热温度。

8.根据权利要求7所述的形成连续弥散燃烧的方法，其特征在于：包括间壁加热、高速旋流、辐射加热的三阶段的助燃空气预热方式，或者，包括间壁加热、辐射加热的二阶段的助燃空气预热方式，或者，包括辐射加热的一阶段的助燃空气预热方式。