CN107893991A - 环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置 - Google Patents
环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,有效解决助燃空气与煤气混合不均匀、混合强度不高、煤气分级燃烧效果不佳且不可控、气流流场分布难以均匀,燃烧温度不可控的问题,圆筒墙体内的旋流预混合环道外侧壁上有多对煤气入口管和空气入口管,内侧壁中有多排旋流阵列预混气喷嘴,内腔中的筒状助燃蓄热体内有高速旋流通道,筒状助燃蓄热体与圆筒墙体之间有预混气旋流燃烧环道,筒壁内有多排旋流阵列燃烧喷嘴,底部的多个助燃蓄热体支撑柱内的空间为燃烧烟气流出口,调节气流喷射入口管设在半球拱顶上。本发明改变了燃烧气流的流场结构,并对燃烧过程深度干预,节省燃料、节约投资、降低有害气体排放量。
Description
技术领域
本发明涉及工业炉窑类的热利用设备使用的气流调控燃烧的设备,特别是一种环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置。
背景技术
当前,在工业炉窑中随着工艺过程的优化以及对环保问题的日趋突出,对燃烧器的燃烧过程的可调节性能提出更高要求,即在高效高强度的燃烧状态下有效控制燃烧温度、调节燃烧负荷、且实现节能与低氮的高效燃烧。而利用蓄热体燃烧技术、分级燃烧技术、以及烟气回流技术来改善混合燃烧状态、调节燃烧强度与及控制燃烧温度是切实可行且行之有效的技术手段,但如何利用蓄热体燃烧技术、分级燃烧技术、烟气回流技术且如何将三种技术组合在一起才能更好的改善混合燃烧状态、调节燃烧强度与及控制燃烧温度正是目前迫切要解决的问题。
发明内容
基于上述分级燃烧技术与烟气回流燃烧技术的发展与应用,以及蓄热体燃烧技术的逐步推广应用,本发明提出一种环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,可有效解决助燃空气与煤气混合不均匀、混合强度不高、煤气分级燃烧效果不佳且不可控、气流流场分布难以均匀,燃烧温度不可控等多种问题。
本发明解决的技术方案是,包括燃烧器墙体、旋流预混合环道、旋流阵列预混气喷嘴、预混气旋流燃烧环道、筒状助燃蓄热体、旋流阵列燃烧喷嘴、高速旋流通道、调节气流喷射入口管、空气入口管、煤气入口管和燃烧烟气流出口,燃烧器墙体为上部的半球拱顶和下部的圆筒墙体相连接构成,燃烧器墙体的内腔为燃烧室,圆筒墙体内设置有旋流预混合环道,旋流预混合环道的外侧壁上连通有伸出圆筒墙体的多对煤气入口管和空气入口管,每对煤气入口管和空气入口管均以圆筒墙体的纵向轴线为中心相互对称,旋流预混合环道的内侧壁中周向布置有多排与旋流预混合环道相连通的旋流阵列预混气喷嘴,圆筒墙体的内腔中同心放置有筒状助燃蓄热体,筒状助燃蓄热体内有上下贯通的高速旋流通道,筒状助燃蓄热体与圆筒墙体之间有预混气旋流燃烧环道,旋流阵列预混气喷嘴的另一端经预混气旋流燃烧环道的外侧壁和预混气旋流燃烧环道连通,筒状助燃蓄热体的筒壁内周向设有多排旋流阵列燃烧喷嘴,旋流阵列燃烧喷嘴的两端分别连通高速旋流通道和预混气旋流燃烧环道,筒状助燃蓄热体底部有置于圆筒墙体内腔中的周向均布的多个助燃蓄热体支撑柱,多个助燃蓄热体支撑柱包围的空间为燃烧烟气流出口,调节气流喷射入口管设置在半球拱顶上。
本发明是对现有工业炉窑燃烧装置的结构与性能所做的改进与创新,并以改善煤气与空气旋流预混合特性,实现在带有筒状助燃蓄热体的燃烧室中旋流燃烧的强化为基本出发点,且从燃烧室顶部设置一个调节气流喷射入口管,其作用不仅改变燃烧气流的流场结构,而且更重要的作用在于对燃烧过程的深度干预,如通入:1)加入空气实现煤气与空气的分级燃烧实现控温与低氮燃烧,2)加入回流烟气控制燃烧温度与实现低氮燃烧,以及提高混合强度和热交换强度并减少燃气消耗量,3)加入富氧乃至纯氧产生高强度燃烧下的低氮燃烧。在工业炉窑上采用这种将分级燃烧、蓄热体燃烧、烟气回流燃烧技术集于一身的燃气燃烧装置,可以在提高燃烧装置性能与稳定高效运行的前提下达到节省燃料、节约投资、降低有害气体排放量的良好的技术效果与社会效益。
附图说明
图1为本发明的剖面主视图。
图2为本发明的横向截面俯视图。
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2所示,本发明包括燃烧器墙体1、旋流预混合环道4、旋流阵列预混气喷嘴5、预混气旋流燃烧环道6、筒状助燃蓄热体8、旋流阵列燃烧喷嘴7、高速旋流通道9、调节气流喷射入口管13、空气入口管3、煤气入口管2和燃烧烟气流出口12,燃烧器墙体1为上部的半球拱顶和下部的圆筒墙体相连接构成,燃烧器墙体的内腔为燃烧室,圆筒墙体内设置有旋流预混合环道4,旋流预混合环道的外侧壁上连通有伸出圆筒墙体的多对煤气入口管2和空气入口管3,每对煤气入口管2和空气入口管3均以圆筒墙体的纵向轴线为中心相互对称,旋流预混合环道的内侧壁中周向布置有多排与旋流预混合环道相连通的旋流阵列预混气喷嘴5,圆筒墙体的内腔中同心放置有筒状助燃蓄热体8,筒状助燃蓄热体内有上下贯通的高速旋流通道9,筒状助燃蓄热体与圆筒墙体之间有预混气旋流燃烧环道6,旋流阵列预混气喷嘴的另一端经预混气旋流燃烧环道的外侧壁和预混气旋流燃烧环道连通,筒状助燃蓄热体的筒壁内周向设有多排旋流阵列燃烧喷嘴7,旋流阵列燃烧喷嘴的两端分别连通高速旋流通道9和预混气旋流燃烧环道6,筒状助燃蓄热体8底部有置于圆筒墙体内腔中的周向均布的多个助燃蓄热体支撑柱11,多个助燃蓄热体支撑柱包围的空间为燃烧烟气流出口12,调节气流喷射入口管13设置在半球拱顶上。
所述的燃烧器墙体1为耐热钢制成的壳体与壳体内用耐高温抗热震的耐火材料砌筑构成的上部半球形、下部圆筒形的组合结构。
所述的旋流预混合环道4的纵截面为矩形,外侧壁上的多对煤气入口管2和空气入口管3均以同向水平倾斜式连通旋流预混合环道;旋流预混合环道内侧壁中的旋流阵列预混气喷嘴5均水平倾斜连通旋流预混合环道;煤气入口管2、空气入口管3和旋流阵列预混气喷嘴的倾斜方向相同。
所述的煤气入口管2和空气入口管3的倾斜角度为0°-45°。
所述的旋流阵列预混气喷嘴5的倾斜角度为0°-45°。
所述的旋流阵列燃烧喷嘴7以水平倾斜弯曲呈弧形的方式通过两端分别连通高速旋流通道9和预混气旋流燃烧环道6。
所述的旋流阵列燃烧喷嘴7的倾斜角度为0°-45°。
所述的旋流阵列燃烧喷嘴7每排均有周向均匀分布的多个,形成筒状助燃蓄热体的筒壁上的阵列喷嘴。
所述的调节气流喷射入口管13为耐热钢制成的圆筒状,调节气流喷射入口管的进口置于半球拱顶外部,调节气流喷射入口管的出口呈收缩状结构向下与高速旋流通道9同轴连通。
所述的筒状助燃蓄热体8为耐1500℃高温的陶瓷材料制成的筒状蓄热体。
所述的多个助燃蓄热体支撑柱11之间呈间隙状排列,多个助燃蓄热体支撑柱之间的间隙为燃烧烟气流进入燃烧烟气流出口12的燃烧烟气出口通道10。
所述的助燃蓄热体支撑柱11的外侧竖直、内侧向外侧倾斜,多个助燃蓄热体支撑柱均匀排列,包围的空间构成渐扩状的燃烧烟气流出口12。
所述的高速旋流通道9的下部呈上小下大的喇叭状,高速旋流通道与渐扩状的燃烧烟气流出口12同轴连通。
本发明的工作原理是,煤气和助燃空气分别通过煤气入口管2和空气入口管3进入旋流预混合环道4,在其中助燃空气与煤气进行充分的旋流预混合,继而经由旋流阵列预混气喷嘴5进入预混气旋流燃烧环道6燃烧,产生的燃烧烟气一部分旋流向下经过燃烧烟气出口通道10进入燃烧烟气流出口12,另一部分通过旋流阵列燃烧喷嘴进入筒状助燃蓄热体内的高速旋流通道9,在此形成高速旋转气流而向下进入燃烧烟气流出口12;这样,煤气与空气的高速、稳定、高燃烧强度、高温的燃烧过程得以实现,且会出现“超焓(超绝热)燃烧”的燃烧状态;这为低热值煤气的高强且高温的燃烧提供了相应的燃烧装置;这样的燃烧过程实际上存在不可控的特征,在高负荷时温度高,在高热值状况下温度高,容易产生过量的氮氧化物;为此,调节气流(回流烟气、或二次空气)就通过调节气流喷射入口管13进入燃烧室,且直接进入高速旋流通道9,有效抑制“超焓(超绝热)燃烧”过程的产生,降低燃烧温度与降低燃烧强度;显然,这样设置调节气流喷射入口管13对于控制燃烧强度和降低燃烧温度的作用特别显著。
本发明是一种环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热体燃烧的高强高温与可控的燃烧装置,是适于燃烧气体燃料的锅炉、加热炉、热风炉、隧道窑、石灰窑等炉窑使用的新型燃烧装置,本发明能实现在高燃烧强度下的均匀混和快速充分燃烧,以及燃烧强度与燃烧温度的有效调节与控制,为高强、控温、低氮、高效的燃烧提供可靠的技术手段。本发明能使各种热值煤气(或高热值或低热值)与助燃空气在其中高速均匀且充分的混合与筒状助燃蓄热体中高强度的高温燃烧,且通过由调节气流喷射入口管喷射的调节气流进入高强度燃烧的高速旋流通道中直接对燃烧状态进行有效调节与控制。因此,本发明应用在热利用设备上,能充分改善与优化其热工性能,有效实现工艺过程的调节与控制,以及减小氮氧化物排放与提高能量利用效率,且节能环保,有巨大的经济和社会效益。
Claims (10)
1.一种环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,包括燃烧器墙体(1)、旋流预混合环道(4)、旋流阵列预混气喷嘴(5)、预混气旋流燃烧环道(6)、筒状助燃蓄热体(8)、旋流阵列燃烧喷嘴(7)、高速旋流通道(9)、调节气流喷射入口管(13)、空气入口管(3)、煤气入口管(2)和燃烧烟气流出口(12),燃烧器墙体(1)为上部的半球拱顶和下部的圆筒墙体相连接构成,燃烧器墙体的内腔为燃烧室,其特征在于,圆筒墙体内设置有旋流预混合环道(4),旋流预混合环道的外侧壁上连通有伸出圆筒墙体的多对煤气入口管(2)和空气入口管(3),每对煤气入口管(2)和空气入口管(3)均以圆筒墙体的纵向轴线为中心相互对称,旋流预混合环道的内侧壁中周向布置有多排与旋流预混合环道相连通的旋流阵列预混气喷嘴(5),圆筒墙体的内腔中同心放置有筒状助燃蓄热体(8),筒状助燃蓄热体内有上下贯通的高速旋流通道(9),筒状助燃蓄热体与圆筒墙体之间有预混气旋流燃烧环道(6),旋流阵列预混气喷嘴的另一端经预混气旋流燃烧环道的外侧壁和预混气旋流燃烧环道连通,筒状助燃蓄热体的筒壁内周向设有多排旋流阵列燃烧喷嘴(7),旋流阵列燃烧喷嘴的两端分别连通高速旋流通道(9)和预混气旋流燃烧环道(6),筒状助燃蓄热体(8)底部有置于圆筒墙体内腔中的周向均布的多个助燃蓄热体支撑柱(11),多个助燃蓄热体支撑柱包围的空间为燃烧烟气流出口(12),调节气流喷射入口管(13)设置在半球拱顶上。
2.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的燃烧器墙体(1)为耐热钢制成的壳体与壳体内用耐高温抗热震的耐火材料砌筑构成的上部半球形、下部圆筒形的组合结构。
3.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的旋流预混合环道(4)的纵截面为矩形,外侧壁上的多对煤气入口管(2)和空气入口管(3)均以同向水平倾斜式连通旋流预混合环道;旋流预混合环道内侧壁中的旋流阵列预混气喷嘴(5)均水平倾斜连通旋流预混合环道;煤气入口管(2)、空气入口管(3)和旋流阵列预混气喷嘴的倾斜方向相同。
4.根据权利要求3所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的煤气入口管(2)和空气入口管(3)的倾斜角度为0°-45°; 所述的旋流阵列预混气喷嘴(5)的倾斜角度为0°-45°。
5.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的旋流阵列燃烧喷嘴(7)以水平倾斜弯曲呈弧形的方式通过两端分别连通高速旋流通道(9)和预混气旋流燃烧环道(6);所述的旋流阵列燃烧喷嘴(7)每排均有周向均匀分布的多个,形成筒状助燃蓄热体的筒壁上的阵列喷嘴。
6.根据权利要求5所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的旋流阵列燃烧喷嘴(7)的倾斜角度为0°-45°。
7.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的调节气流喷射入口管(13)为耐热钢制成的圆筒状,调节气流喷射入口管的进口置于半球拱顶外部,调节气流喷射入口管的出口呈收缩状结构向下与高速旋流通道(9)同轴连通。
8.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的筒状助燃蓄热体(8)为耐1500℃高温的陶瓷材料制成的筒状蓄热体。
9.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的多个助燃蓄热体支撑柱(11)之间呈间隙状排列,多个助燃蓄热体支撑柱之间的间隙为燃烧烟气流进入燃烧烟气流出口(12)的燃烧烟气出口通道(10);所述的助燃蓄热体支撑柱(11)的外侧竖直、内侧向外侧倾斜,多个助燃蓄热体支撑柱均匀排列,包围的空间构成渐扩状的燃烧烟气流出口(12)。
10.根据权利要求1所述的环道旋流预混多排阵列喷射旋流穿透蓄热套筒的燃烧装置,其特征在于,所述的高速旋流通道(9)的下部呈上小下大的喇叭状,高速旋流通道与渐扩状的燃烧烟气流出口(12)同轴连通。
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CN107893991B (zh) | 2019-02-05 |
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