CN1088818C - 一种燃料燃烧方法及使用该方法的燃烧器 - Google Patents

一种燃料燃烧方法及使用该方法的燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃料燃烧方法及其燃烧器，压力空气经第二喷咀喷出到燃烧器本体的混合区，燃料在上述压力气流所产生的吸引力作用下喷出而预混合、通过点火燃烧，自混合区经燃烧区与均温区强化燃烧后进入炉膛，本发明装置可以不用传统的高压油泵、二级加热系统、鼓风机和烟气除尘系统，由于燃烧充分，能实现无焰燃烧，喷咀长期燃烧后不结焦、堵塞，温度可调，节能显著，有利于保护环境，适用于使用温度为50～1600℃的工业炉窑和加热装置，可燃烧多种燃料，尤其是可使用重油、沥青、煤矸石煤粉等。

Description

一种燃料燃烧方法及使用该方法的燃烧器
本发明涉及一种预混合强化燃烧工艺及燃烧器，更具体地说，涉及一种可用多种燃料燃烧的燃烧工艺及燃烧器，其能适用于使用温度为50～1600℃的工业炉窑和加热装置。
申请号为CN86107739、发明名称为“燃油直接汽化燃烧及其燃烧装置”的专利申请公开了一种燃油汽化燃烧装置，设有汽化腔，腔内输有液体燃料，当燃料在燃烧口燃烧时，燃烧口温度升高，将热量传给汽化腔，使汽化腔温度升高，致使流经该汽化腔的燃油汽化，达到一定压力，从燃烧口喷出燃烧。这种装置虽能实现汽化燃烧，但由于油是在一定温度下进行蒸发，汽化量小，所以汽化效率很低，尤其不能适合于重油。
本发明申请人曾经在1990年12月21日向中国专利局提出发明名称为“燃油气化燃烧工艺及其设备”的专利申请，其公开了一种新的燃烧方法及其装置，燃油自油箱经输油管流入位于炉膛内的燃油气化器，并设有启动气化器，对燃油气化器内的燃油加热气化，使燃油在高温状态下实现完全气化。但是，由于高温氧化，一段时期之后，会因氧化物发生结焦，从而引起堵塞，使燃烧器不能长期运行。
另外，现有的燃烧器尤其是重油燃烧器一般均使用高压油泵和鼓风机，而且需要二级加热系统，能耗大，油咀易结焦、堵塞，由于燃料与空气混合、燃烧不充分，所以燃烧后有烟气等，其效果是不理想的。
本发明就是鉴于上述现有技术所存在的缺陷而提出来的，本发明的目的在于提供一种节能型的使燃料充分燃烧而减少污染、能长期运行的新的燃料燃烧方法及其装置。
本发明提出一种燃料燃烧方法，其特征在于，燃烧工艺如下：
压力空气通过第二控制阀经第二喷咀喷向混合区，形成高速气流；
燃料通过一输送手段经第一控制阀进入第一喷咀，在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合；
点火将上述含有燃料微粒或气体燃料的气流点燃，燃料气体自混合区经燃烧区充分强化燃烧后通向炉膛。
还包括启动燃料阶段，点火前，启动燃料通过第三控制阀进入第一喷咀，在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合、雾化，点火之后，打开第一控制阀，关闭第三控制阀，停止供给启动燃料；燃料经预热在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合、燃烧，燃料气体自混合区经燃烧区充分强化燃烧后通向炉膛；要停止燃烧时，打开第三控制阀供给启动燃料，关闭第一控制阀，停止供给燃料，随后关闭第三控制阀，停止供应启动燃料，最后，关闭第二控制阀，停止供给压力空气。
由于本发明的燃料方法是通过高速压力空气流吸引燃料从喷咀喷出，然后燃料气体经强化燃烧通向炉膛，所以燃烧充分，能显著地减少污染。
本发明的燃烧方法可以用于燃烧轻油、重油、渣油、沥青、煤粉、煤气、天然气、石油液化气及合成气等燃料。
根据本发明的燃料燃烧工艺，当燃烧气体通过燃烧区后，还可通过一均温区，然后再进入炉膛。这样会使温度更均匀。
本发明提出一种燃烧器，燃用液态燃料，液态燃料输送管上设有第一控制阀，该输送管与第一喷咀连接，第一喷咀位于液态燃料容器下方；在液态燃料添加管、液态燃料贮存箱和位于液态燃料贮存箱内的余热管四周设有电加热丝；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有气化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
上述燃烧器可以使用轻油、重油、渣油、沥青等燃料。
本发明还提出一种燃烧器，燃用固态燃料，固态燃料输送管上设有第一控制阀，该输送管与第一喷咀连接，第一喷咀位于固态容器下方；驱动燃料前进的装置，其设置在所说容器和输送管之间；在加料管和燃料箱四周设有电加热丝；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有强化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
上述燃烧器可以使用煤粉等燃料，所说驱动燃料前进的装置可以是振动装置，例如振动筛等。
一种燃烧器，燃用气体燃料，气体燃料通过设有第一控制阀的燃料输送管与第一喷咀连接；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有强化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
上述燃烧器可以使用煤气、天然气、石油液化气、合成气等多种燃气。
上面三种燃烧器，在燃烧器本体上可设有观察孔。
上面三种燃烧器，在燃烧器本体内部还可形成均温区。
上述燃烧器本体的强化燃烧筒构成燃烧区与开口之间的陶瓷板形成有均温区，均温区中设有分温板和均温板，位于强化燃烧筒内末端，分温板和均温板上分别设有分温孔和均温孔。
上述气化或强化手段是采用构成燃烧器本体之一的强化燃烧筒和若干与耐火保温层固结的气化柱与陶瓷板，在强化燃烧筒内构成强燃区。
根据本发明的燃烧器，强化燃烧筒聚温形成燃烧区和均温区，强化燃烧筒纵向长度比其横向截面尺寸大，呈长形状，其聚温形成的高温区域使燃料气体的燃烧得到强化。
根据本发明的燃料燃烧方法和燃烧器，可不用高压油泵、鼓风机、二级加热系统和烟气除尘系统，若燃煤粉需粉煤灰回收系统，喷咀长期燃烧不结焦、堵塞，可无焰燃烧，温度可调，能形成大面积相对均温或长形钢焰燃烧，尤其是可燃用沥青、煤矸石煤粉等劣质燃料。
下面参照附图，通过对较佳实施例的描述来进一步说明本发明。
图1表示一个根据本发明的燃料燃烧方法的重油燃烧器的实施例的概略图；
图2表示图1中沿A-A线的截面图；
图3表示图1中沿B-B线的截面图；
图4表示图1中沿C-C线的截面图；
图5表示转向筒图。
各件号名称如下：
1—排放管，2—陶纤，3—电热丝，4—余热管，5—加油管，6—重油箱，7—调节阀，8—余温导管，9—导油管，10—导油管，11—加油管，12—控制阀，13—轻油箱，14—第三控制阀，15—控制阀，16—导油管，17—导油管，18—观察孔，19—第二控制阀，20-第二喷咀，21—第一喷咀，22—混合区，23—气化柱，24—点火道，25—导气管，26—减压阀，27—压力控制阀，28—第一控制阀，29—导油管，30—外壳，31—陶纤，32—均温孔，33—陶瓷板，34—分温孔，35—陶瓷板，36—强化燃烧筒，37—空压机，38—储气罐，39—外壳，40—陶纤，41—转向筒，42—燃烧区，43—均温区。
图1表示根据本发明的一种重油燃烧器。
重油经一次加热系统(图中未示)通过加油管5送入重油箱6，接通电热丝3，预热重油箱6、导油管29、导油管16及其中的重油，轻油通过加油管11进入轻油箱13与导油管10。用压力控制阀等常规的压力控制回路，使储气罐中存贮有保持一定压力的空气，压力空气从储气罐38经控制阀19从第二喷咀20喷出，燃烧器本体内部分为混合区22、燃烧区42和均温区43，由第二喷咀喷出的空气在混合区22产生高速气流。打开控制阀14，轻油因位差压力经导油管17进入第一喷咀21，受在混合区所产生的吸引作用而喷出，与空气混合、雾化。用点火手段(例如电热丝点火、电子气体点火或电弧点火等)通过点火道将已雾化混合好的油气流点燃，燃烧区中的气化柱23温度迅速升高、聚温发红，此时便可停止点火，气化柱23便可将雾化气流气化燃烧以防止脱火，火焰通过分温孔34、均温孔32，在本实施例中，强化燃烧筒36聚温形成燃烧区和均温区，其纵向长度比横向截面尺寸大，呈长形状，由于强化燃烧筒、气化柱、分温板、均温板都用高铝蜂窝陶瓷制成，可显著减少强化燃烧时产生的噪声。燃烧气流最后进入炉膛(图中未示)，膛尾余温气通过余温导管8进入重油箱6，通过余温导管4对重油加热，然后经排放管1排入大气中。
加热到重油能流动时，打开控制阀28、15，重油因位差压力经导油管29、控制阀15、导油管16流向第一喷咀21，关闭控制阀14，停止轻油供给，重油由第一喷咀21被从第二喷咀喷出的高速气流吸引出混合、雾化、燃烧，形成重油正常燃烧。此时可以切断电热丝3的电源，而仅由余温来进行预热。
停止燃烧前，先关闭控制阀28，同时打开控制阀12，轻油经导油管9进入导油管29与导油管16，此时再次燃烧轻油，然后关闭控制阀12、15，最后关闭控制阀19。
本实施例中，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离大约为1～4mm，该交点与第二喷咀口则非常接近，第一与第二喷咀口的内径约为3mm。
可通过各控制阀调节控制油量和压力空气量的大小，从而调节燃烧器出口温度，以适合各种炉膛。本实施例的燃烧器适用于使用温度为50～1600℃的工业炉窑和加热装置。
本实施例的压力空气的压力约为4kg/cm2左右，此时燃烧良好，压力最低不宜低于1kg/cm2。
图2表示本实施例中所设置的若干气化柱的截面图。
图3表示本实施例中分温板的截面图。
图4表示本实施例中均温板的截面图。
本燃烧器当然也可使用轻油、渣油、沥青等等。
以上描述了本发明的实施例的燃烧过程，应该明白，本实施例并不是对本发明的限定，本发明可以有各种变型。
例如，对于象瓷窑这一类炉膛较长的加热炉，燃烧器本体可以不要包括分温板与均温板在内的均温区而直接进入炉膛。
不用说，气化柱、分温板和均温板的形状、数量自然可以作各种变化。强化燃烧筒内部空间的纵向长度与横向截面尺寸也可以有变化，例如长形、球形、锥形等等。在本实施例中；强化燃烧筒内部空间为直筒形，不言而喻，其也可以为其它形状，例如蛇形、盘旋形、螺旋形等等。其横向截面形状可以有多种变化，例如方形、菱形、椭圆形、三角形、半圆形等等，并在以上形状下可形成螺旋来福线等等。
另外，为适应各种不同的炉子，可以用如图5那样的转角件，改变燃烧方向。
关于第一喷咀与第二喷咀的交点到第一、二喷咀口的距离，以及喷咀口形状和截面尺寸的大小都可随燃料种类、压力空气压力、使用场合的不同而不同。
对于高温炉，在使用本燃烧器时，可以往压力空气中或点火通道或观察孔配纯氧，以提高燃烧温度。
对于中低温炉膛，也可以在使用本燃烧器时，通过本体上通道送入空气，以减少能耗。
另外，当本发明的燃烧器使用煤气、天然气、石油液化气、合成气等气体燃料时，第一喷咀和第二喷咀可以设计成一个喷咀结构，该喷咀结构设有二个进口，一个出口，所说二个进口的轴线大致垂直，其中一个是气体燃料进口，另一个是压力空气进口，压力空气进口与出口大致在同一轴线上。
总之，在本发明精神下所作的各种变型都属于本发明的保护范围。

Claims (43)

1.一种燃料燃烧方法，其特征在于，燃烧工艺如下：
压力空气通过第二控制阀经第二喷咀喷向混合区，形成高速气流；
燃料通过一输送手段经第一控制阀进入第一喷咀，在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合；
点火将上述含有燃料微粒或气体燃料的气流点燃，燃料气体自混合区经燃烧区充分强化燃烧后通向炉膛。
还包括启动燃料阶段，点火前，启动燃料通过第三控制阀进入第一喷咀，在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合、雾化，点火之后，打开第一控制阀，关闭第三控制阀，停止供给启动燃料；燃料经预热在上述高速气流吸引下喷出，在混合区与上述高速气流预混合、燃烧，燃料气体自混合区经燃烧区充分强化燃烧后通向炉膛；要停止燃烧时，打开第三控制阀供给启动燃料，关闭第一控制阀，停止供给燃料，随后关闭第三控制阀，停止供应启动燃料，最后，关闭第二控制阀，停止供给压力空气。
2.根据权利要求1中所述的燃料燃烧方法，其特征在于，所说启动燃料是轻油。
3.一种燃烧器，燃用液态燃料，其特征在于，液态燃料输送管上设有第一控制阀，该输送管与第一喷咀连接，第一喷咀位于液态燃料容器下方；在液态燃料添加管、液态燃料贮存箱和位于液态燃料贮存箱内的余热管四周设有电加热丝；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有气化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
4.一种燃烧器，燃用固态燃料，其特征在于，固态燃料输送管上设有第一控制阀，该输送管与第一喷咀连接，第一喷咀位于固态容器下方；驱动燃料前进的装置，其设置在所说容器和输送管之间；在加料管和燃料箱四周设有电加热丝；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有强化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
5.一种燃烧器，燃用气体燃料，其特征在于，气体燃料通过设有第一控制阀的燃料输送管与第一喷咀连接；压力空气通过第二控制阀与第二喷咀连接；由外壳、耐火保温层和强化燃烧筒构成的燃烧器本体，其内部形成有混合区和燃烧区，燃烧区设有强化柱，该区有开口与外部相通，第一和第二喷咀口穿过本体的外壳和耐火保温层从外向内延伸到混合区，第一喷咀与第二喷咀交点到第一喷咀口的距离为1-4mm，两喷咀轴线大致呈垂直状态，第二喷咀的轴线与强化燃烧筒的轴线平行，本体上还设有点火通道。
6.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体上设有观察孔。
7.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体上设有观察孔。
8.根据权利要求5中所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体上设有观察孔。
9.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，所说强化燃烧筒的纵向长度比横向尺寸长。
10.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，所说强化燃烧筒的纵向长度比横向尺寸长。
11.根据权利要求5中所述的燃烧器，其特征在于，所说强化燃烧筒的纵向长度比横向尺寸长。
12.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，所说驱动燃料前进的装置是一种振动装置。
13.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体的强化燃烧筒构成燃烧区与开口之间的陶瓷板形成有均温区，均温区中设有分温板和均温板，位于强化燃烧筒内末端，分温板和均温板上分别设有分温孔和均温孔。
14.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体的强化燃烧筒构成燃烧区与开口之间的陶瓷板形成有均温区，均温区中设有分温板和均温板，位于强化燃烧筒内末端，分温板和均温板上分别设有分温孔和均温孔。
15.根据权利要求5或12中任一个所述的燃烧器，其特征在于，燃烧器本体的强化燃烧筒构成燃烧区与开口之间的陶瓷板形成有均温区，均温区中设有分温板和均温板，位于强化燃烧筒内末端，分温板和均温板上分别设有分温孔和均温孔。
16.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，构成燃烧器本体之一的强化燃烧筒和若干与耐火保温层固结的气化柱与陶瓷板构成气化手段，并在强化燃烧筒内构成强燃区。
17.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，构成燃烧器本体之一的强化燃烧筒和若干与耐火保温层固结的气化柱与陶瓷板构成强化手段，并在强化燃烧筒内构成强燃区。
18.根据权利要求5或12中任一个所述的燃烧器，其特征在于，构成燃烧器本体之一的强化燃烧筒和若干与耐火保温层固结的气化柱与陶瓷板构成强化手段，并在强化燃烧筒内构成强燃区。
19.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，强化燃烧筒由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
20.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，强化燃烧筒由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
21.根据权利要求5或12中任一个所述的燃烧器，其特征在于，强化燃烧筒由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
22.根据权利要求19中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
23.根据权利要求20中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
24.根据权利要求21中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
25.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，气化柱由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
26.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，强化柱由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
27.根据权利要求5或12中任一个所述的燃烧器，其特征在于，强化柱由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
28.根据权利要求25所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
29.根据权利要求26所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
30.根据权利要求27所述的燃烧器，其特征在于，所说材料是高铝蜂窝陶瓷。
31.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，所说耐火保温层由高铝陶纤构成。
32.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，所说耐火保温层由高铝陶纤构成。
33.根据权利要求5或12中任一个所述的燃烧器，其特征在于，所说耐火保温层由高铝陶纤构成。
34.根据权利要求13中所述的燃烧器，其特征在于，所述分温板和均温板由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
35.根据权利要求14中所述的燃烧器，其特征在于，所述分温板和均温板由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
36.根据权利要求15中所述的燃烧器，其特征在于，所述分温板和均温板由耐高温、抗腐蚀的聚温材料制成。
37.根据权利要求34中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料为高铝蜂窝陶瓷。
38.根据权利要求35中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料为高铝蜂窝陶瓷。
39.根据权利要求36中所述的燃烧器，其特征在于，所说材料为高铝蜂窝陶瓷。
40.根据权利要求5中所述的燃烧器，其特征在于，还设有预热所说气体燃料输送管的电热丝。
41.根据权利要求3中所述的燃烧器，其特征在于，设置贮存启动燃料的燃料箱，其通过设有第三控制阀的管道与第一喷咀连接。
42.根据权利要求4中所述的燃烧器，其特征在于，设置贮存启动燃料的燃料箱，其通过设有第三控制阀的管道与第一喷咀连接。
43.根据权利要求12中所述的燃烧器，其特征在于，设置贮存启动燃料的燃料箱，其通过设有第三控制阀的管道与第一喷咀连接。
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