CN109058987A

CN109058987A - 一种可调节火焰长度的燃气燃烧器

Info

Publication number: CN109058987A
Application number: CN201810743220.1A
Authority: CN
Inventors: 李群艳; 吕锋; 金头男; 相志磊; 田英良; 马子钧; 孙诗兵
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2018-12-21

Abstract

本发明公开了一种可调节火焰长度的燃气燃烧器，采用预混燃烧和非预混燃烧的组合燃烧方式；燃气进口进入的燃气与一次助燃风进口进入的一次助燃风在预混室混合后经点火器点燃并从燃烧器头部喷出，二次助燃风进口进入的二次助燃风在燃烧器头部螺纹片的作用下形成螺旋运动的二次助燃风气流，二次助燃风气流与一次燃烧未燃尽的燃气进行扩散燃烧。本发明将燃气与一次助燃风在燃烧器内相遇并混合，二次助燃风在燃烧器外部相遇并燃烧，火焰长度可以实现调节与控制，适合宽断面大空间窑炉的高温加热；通过调节一次助燃风和二次助燃风的比例，可实现火焰长度2m‑5m的可调；通过螺纹片使二次助燃风气流形成螺旋的二次助燃风气流，避免气流发散。

Description

一种可调节火焰长度的燃气燃烧器

技术领域

本发明涉及燃气燃烧器技术领域，尤其涉及一种用于工业加热且以燃气为燃料的可调节火焰长度的燃气燃烧器，适用于超宽、高均温场的工业窑炉的燃烧装置。

背景技术

近年来，随着工业窑炉节能改造及工业加热技术的升级与进步，将原有的直接燃煤或间接燃煤(煤制气)淘汰或取缔，采用天然气等清洁燃料进行直接加热。

随着科技进步，节能与环保政策的推行与市场竞争的加剧，工业窑炉的结构不断改进与优化，加大窑炉断面和容积成为重要的节能方向，其宽度逐步从2米提高到4米，甚至更宽更高，其目的是提高空间利用率、减少单位产能散热面积、提高产品的质量和增加产量。随着窑炉断面宽度增大和容积增大，原有的燃烧器所产生的火焰不能覆盖整个窑炉空间，造成局部温度过高或过低；严重地，窑炉空间内温差高达50℃以上，严重影响产品的烧成质量要求。

现有工业窑炉燃烧器多以预混式燃烧器和非预混燃烧器为主，预混式燃烧器火焰刚性过强，易形成局部温度高，在火焰区域与非火焰区域之间存在明显的温度梯度，不利于工业窑炉空间温度场的均匀。非预混燃烧器火焰过长，燃烧不充分；燃气与氧气配比不合理时，易产生黑烟，造成环境污染和能源浪费；同时，其火焰偏软，不利于对流传热，工业窑炉内温度场也相对不均匀，因此急需发明一种满足宽断面大空间工业窑炉的燃烧器。

发明内容

针对现有燃气燃烧器存在的缺陷和不足，本发明提供一种应用于超大断面工业窑炉的可调节火焰长度的燃气燃烧器，尤其适用于隧道窑、辊道窑等。

为实现上述目的，本发明提供一种可调节火焰长度的燃气燃烧器，所述燃气燃烧器采用预混燃烧和非预混燃烧的组合燃烧方式；

燃气进口进入的燃气与一次助燃风进口进入的一次助燃风在预混室混合后经点火器点燃并从燃烧器头部喷出，二次助燃风进口进入的二次助燃风在燃烧器头部螺纹片的作用下形成螺旋运动的二次助燃风气流，二次助燃风气流与一次燃烧未燃尽的燃气进行扩散燃烧。

作为本发明的进一步改进，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，所述一次助燃风提供的匹配氧气为90-240份，二次助燃风匹配氧气为210-60份。

作为本发明的进一步改进，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，所述一次助燃风提供的最优匹配氧气为180-240份，二次助燃风最优匹配氧气为120-60份。

作为本发明的进一步改进，所述二次助燃风的风压为7kPa-8kPa。

作为本发明的进一步改进，所述燃气燃烧器包括钢套、钢内壳和钢外壳；

所述钢内壳的内壁上设有耐火内衬，所述耐火内衬的尾部嵌设有钢套，所述耐火内衬的头部形成有预混室，所述预混室内设有用于点燃混合气的点火器；

所述钢套内安装有用于向所述预混室内通入燃气的燃气喷嘴，所述燃气喷嘴的外壁与所述钢套的内壁形成用于向所述预混室内通入一次助燃风的一次助燃风道，所述钢套和钢内壳上安装有与所述一次助燃风道相连通的一次助燃风套；

所述钢内壳的外壁和钢外壳的内壁形成用于向所述预混室的燃烧器头部通入二次助燃风的二次助燃风道，所述钢外壳和钢内壳上安装有与所述二次助燃风道相连通的二次助燃风套；所述二次助燃风道的头部通过螺纹片固定杆安装有螺纹片。

作为本发明的进一步改进，所述燃气喷嘴的燃气进口通过燃气喷嘴内部的燃气道与所述预混室的进口相连通，所述一次助燃风套的一次助燃风进口通过所述一次助燃风道与所述预混室的进口相连通，所述二次助燃风套的二次助燃风进口与所述二次助燃风道相连通。

作为本发明的进一步改进，调节螺纹片固定杆的角度改变二次助燃风气流的气流方向。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用预混燃烧和非预混燃烧的组合燃烧方式，将燃气与一次助燃风在燃烧器内相遇并混合，二次助燃风在燃烧器外部相遇并燃烧，火焰长度可以实现调节与控制，适合宽断面大大空间窑炉的高温加热；

本发明可通过调节一次助燃风和二次助燃风的比例，可以实现火焰长度2m-5m的可调；

本发明通过设置螺纹片使二次助燃风气流在螺纹片的导流作用下，形成螺旋的二次助燃风气流，包裹燃烧器中心喷射出来的未燃燃气，避免气流发散，使火焰保持一定刚性。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的可调节火焰长度的燃气燃烧器的结构图。

图中：

1、钢套；2、钢内壳；3、钢外壳；4、耐火内衬；5、预混室；6、点火器；7、燃气喷嘴；8、燃气进口；9、燃气道；10、一次助燃风套；11、一次助燃风进口；12、一次助燃风道；13、二次助燃风套；14、二次助燃风进口；15、二次助燃风道；16、螺纹片；17、螺纹片固定杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

火焰是燃烧的具体表现形式，按火焰形态可将燃烧分为三类：非预混燃烧(扩散火焰燃烧)、半预混燃烧(短火焰燃烧)、预混燃烧(无火焰燃烧)。对应的燃烧器(烧嘴)有非预混、半预混和预混调温燃烧器。非预混燃烧是指燃气与氧气/空气在燃烧器之外相遇，燃气和空气分开，依靠扩散作用燃烧，火焰较长，边混合边燃烧，混合效果差，不易掌控、且不适合高温烧结。半预混燃烧是指燃气与部分(占化学当量30％～70％)氧气/空气在燃烧器内相遇并混合，另外一部分在燃烧器外部相遇并燃烧，火焰长度明显可以调节与控制，适合大空间窑炉的高温加热。预混燃烧是指燃气与100％化学当量的氧气/空气在燃烧器内相遇并混合，在燃烧器出口处立即燃烧，几乎看不到火焰，不适合大截面使用。

如图1所示，本发明提供一种可调节火焰长度的燃气燃烧器，该燃气燃烧器采用预混燃烧和非预混燃烧的组合燃烧方式，实现火焰长度2m-5m的可调；其中：燃气进口8进入的燃气与一次助燃风进口11进入的一次助燃风在预混室5混合后经点火器6点燃并从燃烧器头部喷出，二次助燃风进口14进入的二次助燃风在燃烧器头部螺纹片16的作用下形成螺旋运动的二次助燃风气流，二次助燃风气流与一次燃烧未燃尽的燃气进行扩散燃烧。

本发明提供的可调节火焰长度的燃气燃烧器具体包括：钢套1、钢内壳2、钢外壳3、耐火内衬4、预混室5、点火器6、燃气喷嘴7、一次助燃风套10、二次助燃风套13和螺纹片16；其中：

钢内壳2的内壁上设有耐火内衬4，耐火内衬4的尾部嵌设有钢套1，耐火内衬4的头部形成有预混室5，预混室5内设有用于点燃混合气的点火器6；钢套1内安装有用于向预混室5内通入燃气的燃气喷嘴7，燃气喷嘴7的燃气进口8通过燃气喷嘴7内部的燃气道9与预混室5的进口相连通。燃气喷嘴7的外壁与钢套1的内壁形成用于向预混室内通入一次助燃风的一次助燃风道12，钢套1和钢内壳2上安装有与一次助燃风道12相连通的一次助燃风套10，一次助燃风套10的一次助燃风进口11通过一次助燃风道12与预混室5的进口相连通。钢内壳2的外壁和钢外壳3的内壁形成用于向预混室5的燃烧器头部通入二次助燃风的二次助燃风道15，钢外壳3和钢内壳2上安装有与二次助燃风道15相连通的二次助燃风套13，二次助燃风套13的二次助燃风进口14与二次助燃风道15相连通；二次助燃风道15的头部通过螺纹片固定杆17安装有螺纹片16。

进一步，依据耐温的需要选择耐热钢的型号，耐火内衬4的耐火材料用于高温部分，一般采用高铝骨料的捣打料成型，因为捣打料易于异形成型。

以天然气为例，本发明100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，一次助燃风提供的匹配氧气为90-240份，二次助燃风匹配氧气为210-60份；一次助燃风与二次助燃风比例可调节燃烧火焰的长短，一次助燃风占比越高，则二次助燃风占比相对降低，火焰偏短；反之，一次助燃风占比越低，则二次助燃风占比相对提高，火焰增长。实现火焰长度2m-5m的可调。具体的：

理论上，可燃物质与氧化剂形成完全燃烧可以通过二者的化学当量计算得到。氧化剂可以是纯氧气，或者是富氧空气，或者是空气，按照其中的氧浓度得到氧气需要量。一般工业用燃气压力不会超过10kPa，在本发明中，燃气压力和一次助燃风与二次助燃风比例调节是决定火焰长度的主要因素。一次助燃风提供的氧气提供不足(90-240份)时，燃烧不充分，燃烧产生的温度相应较低。二次助燃风提供剩余燃气燃烧所需的210-60份匹配氧气，接续燃烧剩余燃气，使得火焰延长。一次助燃风与二次助燃风比例调节燃烧火焰的长短，一次助燃风占比越高，则靠近燃烧器部分燃气燃烧量越多，该部分的温度越高；相应地，与二次助燃风发生燃烧的燃气减少，火焰变短，该部分温度变低。反之，一次助燃风占比越低，则靠近燃烧器部分燃气燃烧量越少，该部分的温度越低；相应地，与二次助燃风发生燃烧的燃气增加，火焰变长，该部分温度变高。由此，调节一次助燃风与二次助燃风比例即可调节火焰的长短，也可调节火焰的温度分布。显然增加燃气量可以调节整个火焰的温度高低。对于一个窑炉，是由若干个燃烧器构成，较宽的窑炉两侧设置对烧的燃烧器，形成宽度方向的火焰覆盖和均匀温度场。窑炉的温度则由燃烧器的数量和每个燃烧器供气量共同决定；二次助燃风的风压也对火焰也有一定的拉长作用，一般风机风压在可以调节，通常风压在7kPa-8kPa。

以上条件可以实现火焰长短在2m-5m的可调，这种调节完全满足宽体窑炉的实际需要。

在实际工程中，为了获得窑炉所需的温度和温度场分布，需要对窑炉进行热工设计，从而选定燃烧器的具体尺寸。因此，根据本发明内容，业内可以根据需要设计燃烧器具体尺寸和进行制造。

在实际窑炉操作中，根据窑炉温度及温度场分布需要，进行燃烧器燃气量、燃气压力、助燃风应力、助燃风风量、一次助燃风与二次助燃风比例等参数的调节，以获得成熟的工艺参数。这些均是窑炉调试和调节的常规内容。通常，为了使燃气充分燃烧，助燃风要超过燃气/氧气化学当量燃烧所需量的10％左右。这一实际做法并不与本发明的技术原理相抵触，只是实际操作中基于偏差的考虑。对于本发明，超量的助燃风应由二次助燃风给予。

进一步，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，一次助燃风提供的最优匹配氧气为180-240份，二次助燃风最优匹配氧气为120-60份。进一步，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，一次助燃风提供的匹配氧气为210份，二次助燃风匹配氧气为90份，此时火焰长度可达5m。

本发明的二次助燃风气流在螺纹片作用下，气流发生螺旋喷出，避免气流发散；具体为：

由于二次助燃风不与燃气预混，为了保证其与燃气充分混合、充分燃烧，在燃烧器出口设置螺纹片，气流在螺纹片的导流作用下，形成螺旋状高速喷出气流，包裹燃烧器中心喷射出来的未燃燃气，与其充分混合燃烧。显然调节固定螺纹片固定杆角度，可以改变气流方向，调节二次助燃风进入火焰位置。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气燃烧器采用预混燃烧和非预混燃烧的组合燃烧方式；

2.如权利要求1所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，所述一次助燃风提供的匹配氧气为90-240份，二次助燃风匹配氧气为210-60份。

3.如权利要求2所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，100份的燃气按照化学当量燃烧需要300份匹配氧气，所述一次助燃风提供的最优匹配氧气为180-240份，二次助燃风最优匹配氧气为120-60份。

4.如权利要求1所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，所述二次助燃风的风压为7kPa-8kPa。

5.如权利要求1所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气燃烧器包括钢套、钢内壳和钢外壳；

6.如权利要求5所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，所述燃气喷嘴的燃气进口通过燃气喷嘴内部的燃气道与所述预混室的进口相连通，所述一次助燃风套的一次助燃风进口通过所述一次助燃风道与所述预混室的进口相连通，所述二次助燃风套的二次助燃风进口与所述二次助燃风道相连通。

7.如权利要求5所述的可调节火焰长度的燃气燃烧器，其特征在于，调节螺纹片固定杆的角度改变二次助燃风气流的气流方向。