CN108368999B - 顶部燃烧炉 - Google Patents

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Abstract

用于顶部燃烧热风炉的燃烧器组件，包括：由燃烧器壳围绕的燃烧器，其中该燃烧器具有圆形横截面；多个空气喷嘴，被布置成将空气切向地供给到燃烧器，这些空气喷嘴连接到一个或多个空气分配室；多个气体喷嘴，被布置成将气体切向地供给到燃烧器，气体喷嘴连接到一个或多个气体分配室；其中这些空气喷嘴布置成一个或多个倾斜或垂直堆叠的空气喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的空气分配室连通；这些气体喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的气体喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的气体分配室连通；并且(一个或多个)倾斜或垂直的空气分配室和(一个或多个)倾斜或垂直的气体分配室沿燃烧器壳的圆周布置。

Description

顶部燃烧炉
技术领域
本发明总体上涉及一种用于热风炉(回热空气加热装置)的燃烧器组件，用于在鼓风炉操作中预热鼓风。更具体地说，本发明涉及所谓的顶部或圆顶燃烧炉，其中燃烧器布置在炉子的顶部。
背景技术
众所周知，在回热加热的领域中，尤其是在热风炉领域中，通过使空气通过预先加热的耐火材料(通常称为格子砖)来加热空气。对格子砖进行加热通过如下方式实现：在存在空气的情况下燃烧来自通常富含天然气或焦炉煤气的鼓风炉的顶部气体，将生成的烟道气通过格子砖。
燃烧介质(气体和空气)的燃烧通常在热风炉内的单独的轴(燃烧器轴)中进行，或者最近在所谓的顶部或圆顶燃烧热风炉的顶部圆顶中进行。
已知的顶部燃烧热风炉通常包括布置在热风炉的顶部上的燃烧器，该燃烧器被供给彼此分开的或预先混合的气体和空气，经由喷嘴供给到燃烧室。这些已知的构型具有带有环形分布的燃烧介质的圆柱形燃烧室。在这样的构型中，每种介质(空气和气体)具有其自身的环形导管系统，该系统具有通常整合在燃烧器的壳内的相关联的喷嘴。在WO 00/58526、US 4,054,409、CN 201 288 198 Y或WO 2015/094011中描述了这种类型的典型示例。这些系统的主要缺点是由于存在环形导管而导致壳体的结构变得脆弱。此外，这些构型需要大量不同形状的砖，因此也需要大量的组装工作。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种用于顶部燃烧热风炉的燃烧器构型，其允许优选通过提供良好的或甚至更好的燃烧性能克服至少一些所述已知缺点。
技术方案
为了克服至少一些上述问题，本发明在第一方面中提出了一种用于顶部燃烧热风炉的燃烧器组件，其包括：由燃烧器壳围绕的燃烧器，其中该燃烧器具有圆形横截面；多个空气喷嘴，(在燃烧器壳内)布置成将空气切向地供给到燃烧器，这些空气喷嘴连接到一个或多个(分开的)空气分配室；多个气体喷嘴，(在燃烧器壳内)布置成将气体切向地供给到燃烧器，这些气体喷嘴连接到一个或多个(分开的)气体分配室。与已知的解决方案相反，这些空气喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的空气喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的空气分配室连通；这些气体喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的气体喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的气体分配室连通；并且一个或多个空气分配室和一个或多个气体分配室沿着燃烧器壳的圆周布置(即分布)。
在第二方面中，本发明涉及一种顶部燃烧热风炉，包括：炉壳；布置在该炉壳内的一定体积的格子砖；由燃烧器壳围绕的燃烧器，其中该燃烧器具有圆形横截面并且轴向布置在炉壳的上部；多个空气喷嘴，布置成将空气切向地供给到燃烧器，这些空气喷嘴连接到一个或多个(分开的)空气分配室；以及多个气体喷嘴，布置成将气体切向地供给到燃烧器，这些气体喷嘴连接到一个或多个(分开的)气体分配室。再次，与已知的解决方案相反，这些空气喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的空气喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的空气分配室连通；这些气体喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的气体喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的气体分配室连通；并且一个或多个空气分配室和一个或多个气体分配室沿着燃烧器壳的圆周布置(即分布)。
由燃烧器壳围绕的燃烧器因此限定了在顶部由圆顶形盖子封闭并且在其底部侧上敞开的基本上圆柱形的内体积(并且通常也是外体积)，所述底部侧被设置用以附接到热风炉，如本文进一步所述。
空气和气体分配室可以布置在燃烧器壳内，或者它们可以附接到所述壳的外部。在优选的变型中，空气和气体分配室布置在燃烧器壳的壁内，优选地但不一定布置在相对于燃烧器壳的厚度的中心位置。在多于一个空气和气体分配室沿着燃烧器壳的圆周布置的情况下，它们通常将被交替布置(空气-气体-空气-气体......)，但是其它布置，例如两个-两个的布置(空气-空气-气体-气体......)等也被视为在本发明的范围内。显而易见，被供给不同介质(空气或气体)的任何两个分开的分配室都不会相互连接(空气和气体只能在燃烧器的初次燃烧室内汇集在一起)，而传送相同的介质的任何两个倾斜或垂直分配室在燃烧器壳内也不会相互连接。换句话说，如果有两个或更多个倾斜或垂直分配室传送相同的介质，则它们是分开的，并且在燃烧器壳内它们之间不会有任何流体连接。因此，如果本发明的燃烧器组件包括两个或更多个倾斜或垂直的空气分配室和两个或更多个倾斜或垂直的气体分配室，则这两个或更多个倾斜或垂直的空气分配室中不会有任何一个在燃烧器壳内有流体连接，而这两个或更多个倾斜或垂直的气体分配室中不会有任何一个在燃烧器壳内有流体连接。
倾斜或甚至实质上垂直堆叠的喷嘴以及沿着燃烧器圆周的切向方向的气体和空气入口的特定组合，允许具有改进的燃烧介质分层和燃烧的旋流。更重要的是，与已知的具有周向水平分配室的解决方案相比，即使分配室布置在燃烧器壳内，也在燃烧器的结构稳定性急剧增加的同时实现了有利燃烧条件。事实上，分配室倾斜或垂直并沿燃烧器的圆周布置或分布，燃烧器壳包括在分散数目的分配室之间的连续倾斜或垂直底部至顶壁区段。此外，燃烧器壳的壁结构在其构型所需的砖块形状和组装工作方面显著简化。由于根据本发明的燃烧器组件不包括环形或同轴的分配室，或燃烧器壳内的分配室之间的任何其它类型的互连，所以通过本构型避免了这种已知解决方案的脆弱内部环形砖。因此，本文所述的燃烧器不需要进一步的结构措施来确保其结构稳定性。所述空气和气体分配室的高度通常约等于燃烧器的圆柱形内部体积(也称为燃烧室或尤其称为初次燃烧室)的高度的约0.3至约1倍，优选约0.5至约0.9倍，更优选约0.6至约0.8倍。取决于燃烧器的尺寸和所需容量，每种燃烧介质的分配室的数目将通常在1和10之间，优选在2和4之间，但是如果必要或需求，该数目可能超过10。
通常，分配室将是倾斜的或竖直的轴区段，优选地具有圆形或多边形横截面，具有多个垂直(如果倾斜的话，则为横向)间隔开的通向燃烧器的孔，这些孔用于将燃烧介质送入燃烧器的喷嘴。在实质上垂直分配室的情况下，它们通常实质上是直轴。在分配室倾斜的情况下，它们可以具有弯曲形状，其中曲线实质上遵循(或对应于)燃烧器壳的圆形形状。根据倾斜角度和轴的长度(即燃烧器的高度)，分配室每个将具有(部分)螺旋形或螺旋线的形状。取决于构造(空气和气体分配室的数目，倾斜角度和燃烧器的高度)，分配室可以表现许多缠绕的螺旋线。如果需要，则燃烧器壳内的这种倾斜((螺旋线形)分配室的圆周角可以表现高达90°或甚至更多。然而，在任何情况下，燃烧器壳的稳定性将通过从燃烧器壳的顶部到底部的连续(倾斜或垂直)壁区段来保证。
因此，与分配室相关联的喷嘴在任何情况下都可表现为堆叠(叠加)阵列，其中喷嘴的出口可以完全垂直排列或者以高达60°的角度相互偏移(倾斜)，优选地偏离所述垂直方向高达50°，尤其是例如在约0°至约45°之间。在非垂直喷嘴阵列(喷嘴出口与垂直方向成一定角度排列)的情况下，相关联的分配室可以类似地定向或者是垂直的，在后一种情况下，喷嘴导管适于使喷嘴出口处于所选择的相互偏移的位置。堆叠喷嘴的其它非对准变型，例如之字形布置也是可能的。根据本发明的具有倾斜或垂直分配室的优点确保了燃烧器壳的最大稳定性。此外，由于分配室是倾斜或垂直的并且通常在喷嘴阵列的整个高度上，因此从分配室到喷嘴出口的喷嘴导管可以水平地实现，这又简化了燃烧器壳的设计和组装。如果需要，尤其是如果倾斜或垂直分配室的垂直高度小于相关联的堆叠喷嘴阵列的垂直高度，则喷嘴导管当然可以是非水平的或者甚至是非直的。喷嘴和/或喷嘴导管的横截面可以具有任何适当的形状。喷嘴数目可根据燃烧器的尺寸和所需容量适当地选择。一般而言，每个堆叠阵列的喷嘴数目将在2到20之间，最常见在3到10之间，如果必要或需要，则数目也可以超过20。
在特别优选的实施例中，燃烧器组件或热风炉还包括截头圆锥形二次燃烧室，该截头圆锥形二次燃烧室被布置在燃烧器下方的锥形壳围绕，即位于燃烧器和一定体积的格子砖之间的热风炉中。实际上，该二次燃烧室具有正圆锥体的截头圆锥体的形状，其顶端侧在顶部定位，并且优选具有在50°与70°之间的锥形孔径角(即，在该锥体的径向相对的侧面之间测量的角度)。
燃烧介质的燃烧通常会在燃烧器(也称为燃烧室或初次燃烧室)内发生。由于圆柱形燃烧器的构造并且尤其是由于根据本发明的喷嘴阵列，介质的燃烧在燃烧介质的分层旋流中实现。通过提供截头圆锥形二次燃烧室，现在通常被烧掉的介质的回旋流继续沿着锥形壳体的内侧旋转，因此扩大了其直径，这继而产生到燃烧器(初次燃烧室)的垂直(轴向)部分回流。热烟道气体的回流促进了燃烧器内燃烧介质的强烈混合，同时即便并且尤其是当进入的燃烧介质太冷时，也能允许将燃烧器中的温度保持在高于燃点的值。
燃烧器(初次燃烧室)和次燃烧室(截头圆锥形部分)的尺寸因此优选选择为使得回流区可以在所需的负载范围内稳定地形成。通常，截头圆锥形部分的高度将选择为初次燃烧室高度的0.3倍至5倍，优选为0.5倍至2倍。
燃烧器壳和锥体壳可以制成单件，或者优选地，燃烧器壳通过凸缘或类似装置可拆卸地固定到截头圆锥形二次燃烧室的炉壳或锥体壳。通过用凸缘组件或类似装置连接燃烧器具有特别的优点，可以将燃烧器带到地面进行修理和维护，或者简单地用相同规格的燃烧器替换，或者更有利地用具有(例如，更高容量/更多喷嘴等)不同规格的燃烧器替换。此外，这种替换或升级更快，从而缩短炉子甚至设备的停机时间。
实际上，如本文所述的燃烧器组件通常将包括两个或更多个空气分配室和两个或更多个气体分配室。因此，这种燃烧器组件优选地进一步包括歧管型空气供给管和气体供给管，其整合在燃烧器壳内或布置在燃烧器壳的外部，并且分别将空气和气体分配室流体地连接到空气和气体供应部。在其中两个相邻的分配室输送相同的介质的那些构型中，例如在上述的两个-两个排列的空气-空气-气体-气体….的构型中，两个单独的室可以通过整合的供给管连接。
优选地，在格子砖上方提供循环区(通常为圆柱形空间或顶部空间)，用于增强烟道气体在炉壳的整个横截面上的分布。因此，该循环区如本文所述位于燃烧器组件下方。
热风炉可以是无轴热风炉，即其中主体积的格子砖实质上占据了炉子的整个横截面，并且其中热风下向流管被布置在炉壳外部。热风炉也可以是具有内轴或热风下向流管的热风炉。
在第三方面中，本发明还涉及使用如本文所述的燃烧器组件来翻新、修复或升级任何类型的现有热风炉，无论是顶部燃烧炉还是燃烧器轴式热风炉。本发明还涉及翻新、修复或升级现有热风炉的方法，包括以下步骤：从所述热风炉移除现有燃烧器组件，并且将如本文所述的燃烧器组件优选借助于凸缘组件安装到所述热风炉。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：
图1是装备有根据本发明的燃烧器组件的优选实施例的热风炉的上部的截面图；以及
图2是根据本发明的燃烧器组件的优选实施例的局部截面顶视图。
参考附图，根据几个非限制性实施例的以下详细描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见。
具体实施方式
图1示出了用于加热空气以用于鼓风炉的回热器(热风炉)操作的设备的优选实施例的上部的截面。
燃烧器10具有圆形横截面的燃烧器壳11，并且通过凸缘组件111轴向安装在热风炉1的上部区段中，该热风炉1包括炉壳2，其具有用于存储和交换热量的一定主体积的回热格子砖40；以及没有格子砖的循环区或顶部空间30。
燃烧器(或燃烧室)10在顶部由圆顶140封闭，并且具有用于燃烧介质空气12和气体13的单独的供给布置。供给布置包括：空气和气体供给管125、135；以及空气和气体连接管123、124、133、134，分别将供给管连接到垂直空气和气体分配室121、122、131、132。空气和气体通过空气喷嘴120和气体喷嘴130的多个交替垂直阵列被供给至燃烧器10。垂直喷嘴阵列的数目可以是两个或更多(图1和图2中示出四个阵列)，并且主要取决于燃烧器的大小(直径)。一个阵列内的喷嘴的数目通常在2和10之间或更多(图1中每个阵列中显示5个喷嘴)
尤其是在图2中可以看出，竖直空气和气体分配室121、122、131、132不仅允许供给具有大量堆叠喷嘴(并且因此具有显著高度的燃烧器)的阵列，而且更重要的是，它们为燃烧器壳11的支撑壁结构留出足够的空间。在燃烧器壳内的分配室之间不存在流体水平连接，这将减弱燃烧器壳结构，即使两个相邻的分配室传送相同的燃烧介质，每个垂直分配室也与相邻的分配室分开。事实上，先前的解决方案基于燃烧介质的环形分布，其不仅需要将大量不同形状的砖组装为燃烧器壳，而且还导致整体结构稳定性差。
可选地，空气和气体分配室121、122、131、132也可以相对于燃烧器的竖直轴线倾斜，每个分配室由此形成螺旋线的一部分。图2中所示的横截面也可以是通过具有交替的气体-空气室的这种倾斜的分配室构型的截面。在图1中，倾斜构型通常(但不一定)具有以与分配腔室的倾斜角度相同的倾斜角度堆叠的喷嘴120、130。
喷嘴120、130被布置成使得燃烧介质的大致切向入口发生在燃烧器10中。燃烧器中的这个切向入口可以通过将整个喷嘴在燃烧器壳11内以一定角度定向(如图2所示)或通过仅提供具有适当设计的喷嘴的出口部分而起作用。交替的空气和气体喷嘴阵列在圆周上的分布以及每个阵列中在燃烧器高度上的喷嘴120、130的数目可根据设备的大小进行调整。更重要的是，燃烧器中切向气体和空气喷射的交替产生了对燃烧器的燃烧室内的混合和燃烧有利的燃烧介质交替层的旋流。
因此设计本发明的燃烧器几何结构和喷嘴布置，使得在燃烧室内沿轴向方向和切向方向产生高速旋流。
在一个特别优选的实施例中，该燃烧器10与锥形(实际上是截头圆锥形)二次燃烧器20结合，该二次燃烧器20用作燃烧器10的延伸燃烧室以及用于在格子砖上产生的烟道气的分配装置。实际上，由于二次燃烧室的截头圆锥形状，在燃烧器10内产生的旋流在其沿着锥形壳体21向下流动时变宽，由此产生朝向燃烧器10的轴向内部(部分)回流。从锥形二次燃烧室20到燃烧器10的热烟道气体的强劲回流不仅具有进一步混合燃烧介质的效果，而且还加热了进入的燃烧介质，从而增加了它们的点火可能性。
虽然燃烧介质在离开燃烧器10之前通常被烧掉，但是如果需要的话，尤其在燃烧阶段的启动期间，二次燃烧室20内的涡流有助于完成燃烧。
附图标记
1热风炉
2炉壳
10燃烧器或燃烧室或初次燃烧室
11燃烧器壳
111凸缘组件
12空气
120空气喷嘴
121、122空气分配室
123、124空气连接管
125空气供给管
13气体
130气体喷嘴
131、132气体分配室
133、134气体连接管
135气体供给管
140圆顶
20锥形二次燃烧器或二次燃烧室
21锥形壳体
30循环区或顶部空间
40格子砖
SF旋流
BF回流。

Claims (18)

1.一种用于顶部燃烧热风炉的燃烧器组件，包括：
由燃烧器壳围绕的燃烧器，其中所述燃烧器具有圆形横截面；
多个空气喷嘴，所述多个空气喷嘴布置成将空气切向地供给到所述燃烧器，所述空气喷嘴连接到多个空气分配室；
多个气体喷嘴，所述多个气体喷嘴布置成将气体切向地供给到所述燃烧器，所述气体喷嘴连接到多个气体分配室；其特征在于：
所述空气喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的空气喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的空气分配室连通；
所述气体喷嘴布置为一个或多个倾斜或垂直堆叠的气体喷嘴阵列，每个倾斜或垂直堆叠的阵列与一个倾斜或垂直的气体分配室连通；和
所述倾斜或垂直的空气分配室和所述倾斜或垂直的气体分配室沿所述燃烧器壳的圆周分布，燃烧器壳包括：在分散数目的分配室之间的、连续的、倾斜或垂直的底部至顶壁区段。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其中所述倾斜或垂直的空气分配室和所述倾斜或垂直的气体分配室布置在所述燃烧器壳内。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器组件，其中，每个堆叠阵列的喷嘴的数目在2和20之间。
4.根据权利要求1或2所述的燃烧器组件，其中倾斜的堆叠阵列以相对于所述燃烧器的垂直轴线高达60°的角度倾斜。
5.根据权利要求1或2所述的燃烧器组件，还包括截头圆锥形二次燃烧室，所述截头圆锥形二次燃烧室由圆锥壳围绕并且布置在所述燃烧器下方。
6.根据权利要求5所述的燃烧器组件，其中所述燃烧器借助于凸缘组件可拆卸地固定到所述截头圆锥形二次燃烧室的锥形壳。
7.根据权利要求5所述的燃烧器组件，其中所述截头圆锥形二次燃烧室的孔径角在50°和70°之间。
8.根据权利要求5所述的燃烧器组件，其中截头圆锥形二次燃烧室的高度被选择为所述燃烧器的高度的0.3至5倍。
9.根据权利要求1或2所述的燃烧器组件，包括两个或更多个空气分配室和两个或更多个气体分配室，所述燃烧器组件还包括歧管型空气供给管和气体供给管，所述歧管型空气供给管和气体供给管布置在所述燃烧器壳外部并且分别将所述空气分配室和气体分配室流体地连接到空气和气体供应部。
10.根据权利要求3所述的燃烧器组件，其中每个堆叠阵列的喷嘴的数目在3和10之间。
11.根据权利要求4所述的燃烧器组件，其中倾斜的堆叠阵列以相对于所述燃烧器的垂直轴线高达50°的角度倾斜。
12.根据权利要求11所述的燃烧器组件，其中倾斜的堆叠阵列以相对于所述燃烧器的垂直轴线高达45°的角度倾斜。
13.根据权利要求8所述的燃烧器组件，其中截头圆锥形二次燃烧室的高度被选择为所述燃烧器的高度的0.5至2倍。
14.一种顶部燃烧热风炉，包括：炉壳；布置在所述炉壳内的一定体积的格子砖；以及如权利要求1至13中任一项所述的燃烧器组件，其中所述燃烧器轴向布置在所述炉壳的上部。
15.根据权利要求14所述的热风炉，还包括在所述一定体积的格子砖上方的循环区。
16.根据权利要求14或15所述的热风炉，还包括在所述炉壳内的热风下向流管。
17.一种对根据利要求1至13中任一项所述的燃烧器组件的使用，以翻新、修复或升级现有的热风炉。
18.一种用于翻新、修复或升级具有现有燃烧器组件的现有热风炉的方法，所述方法包括以下步骤：从所述热风炉移除所述现有燃烧器组件，并将根据权利要求1至13中任一项所述的燃烧器组件安装到所述热风炉。
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