CN110044176B - 一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，有解决对隧道窑实现控温、控氧、控燃的高效、节能、低氮燃烧，温度均匀分布的问题。烧成段燃烧室由在烧成段炉底上用耐火砖砌筑有间距平行的烧成段侧墙及顶部拱形的烧成段炉顶构成，若干个预混气流通道对称均布在烧成段侧墙上，预混气流通道外端与套筒燃烧器相连通，套筒燃烧器的内筒前部连接燃烧器煤气喷口，空气进口管一端垂直连接在套筒燃烧器外筒上，与套筒燃烧器内外筒之间的环形通道连通，环形通道前部是燃烧器空气喷口，燃烧器预混气流通道的另一端连通墙体中的预混气流分配室，每一个预混气流分配室的顶部有连通燃烧室的预混气喷嘴，在每侧的预混气流分配室之间有预混气流分配室隔墙。

Description

一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置

技术领域

本发明涉及工业炉窑类设备，特别是主要用于需要均匀高温烟气的工业窑炉，适合于烧制高品质耐火材料的高温隧道窑使用的一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置。

背景技术

工业用隧道窑是烧制高温陶瓷材料的热工设备。在烧制过程中隧道窑的结构与形状，窑车在隧道中推进的速度，烧成段燃烧装置的结构与布置，燃料的品质与燃烧过程调节，以及烧制品的预热、烧成和冷却工艺安排等，都会直接影响到隧道窑烧制产品的质量。随着环保控制的加强，隧道窑烟气超低排放成为常态的当下，如何实现高温烧成能在保质保量的情况下做到节能与环保，是隧道窑迫在眉睫亟待解决的关键技术问题。气烧隧道窑原来是采用低热值的发生炉煤气，在环保要求下改烧高热值的天然气，虽然隧道窑这样的改变使烧成温度容易保证，但要获得窑截面上均匀的温度分布却是不易实现的。由于烧成段的燃烧器是布置在隧道窑两侧的侧墙上，它们都是直接对着窑车上待烧制的材料，这常常导致对着燃烧器部位的烧制品容易过烧而其他部位甚至出现生烧。当改烧天然气后，仍然采用这样的布置，其制品出现过烧或生烧的问题也仍然存在，甚至有变得更为严重的倾向，如果调控不当往往使得采用天然气的隧道窑的质量普遍不如以往用发生炉烧制的产品（一些特殊高温隧道窑不在讨论范畴）。认真分析可知，这还是一个燃烧方式与燃烧后烟气气流的组织问题。将燃烧器燃烧方式从扩散燃烧改为预混燃烧，如果将燃烧后的高温气流（高温烟气）从燃烧器喷嘴喷出后不直接对着待烧制的制品，且使高温烟气进入堆放的制品中时能够形成稳定的烟气回流流场，这样烧成制品的质量就会得到极大的提升。为此，基于预混气流从隧道窑两侧墙底部向上喷射进入窑膛，随之着火燃烧形成高温烟气流，之后从窑顶折返进入有空隙堆放的待烧制制品中，气流到底部又被喷出气流抽吸，使得刚进入的混合气流被加热而着火燃烧，从而在隧道窑窑膛截面形成对称的涡旋气流的燃烧与传热的稳定的烟气流场，该流场燃烧释热大于向砖体传热散热与沿隧道窑方向的对流传热之和，该过程就会被强化，达到一个高温的热平衡状态，而且由于流场快速回旋流动的作用，在隧道窑的街面上定能保持均匀的温度分布，从而有效克服了隧道窑上下方向以及前后方向上的温度的不均匀现象，为烧制合格产品创造了有利的条件，但至今未见有该结构燃烧设备的公开报导。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，可有解决对隧道窑实现控温、控氧、控燃的高效、节能、低氮（环保）燃烧，温度均匀分布，保证产品质量的问题。

本发明解决的技术方案是，一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，包括烧成段燃烧室、烧成段炉顶、烧成段侧墙、烧成段炉底、燃烧器预混气流通道、预混气流分配室、预混气喷嘴、预混气流分配室隔墙、空气进口管、煤气进口管、燃烧器煤气喷口、燃烧器空气喷口和套筒燃烧器，烧成段燃烧室是隧道窑上部拱顶内腔矩形截面通道中的一段，由在烧成段炉底基础上用耐火砖砌筑有间距平行的烧成段侧墙及顶部拱形的烧成段炉顶连接构成，其下部为放置装料车的空间，上部为燃烧空间，由装料车上堆放的待烧制材料所填充；若干个预混气流通道对称均布在两面烧成段侧墙上，每个预混气流通道外端与相同个数的套筒燃烧器相连通，套筒燃烧器的煤气进口管为套筒燃烧器的内筒，内筒前部连接燃烧器煤气喷口，空气进口管一端垂直连接在封闭的套筒燃烧器的外筒上，并与套筒燃烧器内外筒之间的环形通道连通，环形通道前部是燃烧器空气喷口，燃烧器预混气流通道的另一端连通墙体中的预混气流分配室，每一个预混气流分配室的顶部均匀分布多个连通烧成段燃烧室上部燃烧室的预混气喷嘴，在每侧的预混气流分配室之间有预混气流分配室隔墙，在两侧烧成段侧墙上对应预混气喷嘴的上部设置有垂直于墙体的水平方向的点火与观火孔。

本发明结构新颖独特，利用这样的隧道窑燃烧段结构就能实现煤气与空气的均匀预混与燃烧，而且燃烧烟气垂直向上拱顶折返形成回旋气流，由于回流气流对预混气的循环加热与燃烧而形成稳定温度的气流流场，使烟气对待烧制材料（砖体）的稳定均匀的加温，在逐步加热升温过程中将待烧制品烧成，彻底克服两侧墙安装燃烧器造成的温度分布不均匀、温度不稳定、出现均布高温等问题，为提高带烧制品质量提供了可靠的保证，有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明结构的横（纵）截面的主视图。

图2为本发明结构的沿轴向截面的左视图（放大）。

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。

本发明在具体实施中，一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，包括烧成段燃烧室1、烧成段炉顶2、烧成段侧墙3、烧成段炉底4、燃烧器预混气流通道5、预混气流分配室6、预混气喷嘴7、预混气流分配室隔墙8、空气进口管11、煤气进口管12、燃烧器煤气喷口13、燃烧器空气喷口14和套筒燃烧器16，烧成段燃烧室1是隧道窑上部拱顶内腔矩形截面通道中的一段，由在烧成段炉底4基础上用耐火砖砌筑有间距平行的烧成段侧墙3及顶部拱形的烧成段炉顶2连接构成，其下部为放置装料车9的空间，上部为燃烧空间，由装料车9上堆放的待烧制材料10所填充；若干个预混气流通道5对称均布在两面烧成段侧墙3上，每个预混气流通道5外端与相同个数的套筒燃烧器16相连通，套筒燃烧器16的煤气进口管12为套筒燃烧器的内筒，内筒前部连接燃烧器煤气喷口13，空气进口管11一端垂直连接在封闭的套筒燃烧器的外筒上，并与套筒燃烧器内外筒之间的环形通道连通，环形通道前部是燃烧器空气喷口14，燃烧器预混气流通道5的另一端连通墙体中的预混气流分配室6，每一个预混气流分配室6的顶部均匀分布多个连通烧成段燃烧室上部燃烧室的预混气喷嘴7，在每侧的预混气流分配室6之间有预混气流分配室隔墙8，在两侧烧成段侧墙3上对应预混气喷嘴7的上部设置有垂直于墙体的水平方向的点火与观火孔15。

所述的烧成段燃烧室1是由烧成段炉顶2、烧成段侧墙3、烧成段炉底4用耐火材料砌筑而成，烧成段炉顶2、烧成段侧墙3的墙体其内层为重质承重耐高温的材料砌筑，其外用耐温的轻质耐火材料砌筑，最外层用钢壳封闭定型，或用建筑砖体砌筑成型，烧成段炉底4用耐热混凝土浇筑而成，其上铺设轨道，以便于装料车9在上面运动。

所述的套筒燃烧器16是由耐热钢材制成，中心孔输送煤气，管间夹层环道输送空气，前部收缩成喷口状的套管状结构，煤气进口管12与套筒燃烧器的内筒连通，空气进口管11一端垂直套筒燃烧器轴线，垂直或倾斜连接封闭的套筒燃烧器的外筒上，并与管间环形通道连通。

所述的燃烧器预混气流通道5是由耐高温材料制成的截面为圆形或矩形的通道，是连接燃烧器16与预混气流分配室6的过渡通道。

所述的预混气喷嘴7是由耐高温抗热震材料制成的截面为圆形或矩形的管道，是连接预混气流分配室6和烧成段燃烧室1燃烧空间的收缩状气流通道。

所述的待烧制材料10是堆放在装料车9上，其方式是砖体之间留有空隙的码放，且与烧成段侧墙3之间有相间开的缝隙。

由上述结构可以看出，本发明如前所述的燃烧装置，包括烧成段燃烧室1、烧成段炉顶2、烧成段侧墙3、烧成段炉底4、燃烧器预混气流通道5、预混气流分配室6、预混气喷嘴7、预混气流分配室隔墙8、装料车9、待烧制材料10、空气进口管11、煤气进口管12、燃烧器煤气喷口13、燃烧器空气喷口14、点火观察孔15、套筒燃烧器16等构成；烧成段燃烧室1是隧道窑的上部拱形的矩形截面通道中的一段，是在烧成段炉底4基础上用耐火砖砌筑的有间距的平行的烧成段侧墙3及顶部拱形的烧成段炉顶2连接而成，其下部为放置装料车9的空间，其上部为燃烧空间，由装料车9上堆放的待烧制材料10所填充；数个燃烧器预混气流通道5对称布置在两面烧成段侧墙3上（其个数由实际需要而定），其外端与相同个数的套筒燃烧器16相连接，套筒燃烧器16的煤气进口管12为套筒燃烧器的内筒（管），其前部连接燃烧器煤气喷口13，空气进口管11垂直连接一端封闭的套筒燃烧器的外筒（管）上，并与套筒燃烧器内外筒之间的环形通道连通，环形通道前部是燃烧器空气喷口14，燃烧器预混气流通道5的另一端连通墙体中预混气流分配室6，每一个预混气流分配室6的顶部均匀分布多个连通烧成段燃烧室上部燃烧室的预混气喷嘴7，在每侧的预混气流分配室6之间有预混气流分配室隔墙8，在两侧烧成段侧墙3上对应预混气喷嘴7的上部位置设置垂直于墙体的水平方向的点火与观火孔15。

具体实施时，基于上述燃烧装置的结构，煤气与空气分别通过煤气进口管12和空气进口管11进入一个个套筒燃烧器，并通过各自的燃烧器煤气喷口13和燃烧器空气喷口14喷入燃烧器预混气流通道5，在此进行充分预混后进入预混气流分配室6，随后经过其顶部的预混气喷嘴7进入烧成段燃烧室1的燃烧空间。在燃烧室燃烧空间空煤气预混气流被加热着火燃烧，燃烧气流上行到拱顶折返进入待烧制材料10码放的空隙之间，实现与待烧制材料之间的热量交换；由于套筒燃烧器是对称布置，对边的气流也是对称的运动，从而形成漩涡对的流场结构。随着预混气流不断地被循环点燃，以及燃烧后烟气在完成热交换后的向隧道窑一段运动，最终达成一个燃烧过程与传热过程的平衡状态。随着回旋运动强烈程度的提高，烧成段截面上的温度更加趋于均匀，煅烧的耐材的温度逐步达到烧成温度，借助强烈气流运动和温度的均匀，烧成品的品质也就得到充分保证。采用这样的煅烧模式就能克服传统隧道窑燃烧器对着烧制材料燃烧与传热所带来的煅烧不均的缺陷，以及由于火焰气氛不均造成的产品品质缺陷。由于该燃烧装置的燃烧过程更接近预混燃烧，产生的燃烧气流流场更加均匀，使得燃烧室中的燃烧强度与完全燃烧程度都得到有效提高，且更有利于实现隧道窑燃烧室实现控氧低氮燃烧过程。

因此，本发明的这种烧成段燃烧装置的利用，必然带来隧道窑煅烧技术的改进，对提高煅烧制品质量有着指引性的意义，且对于隧道窑高品质烧制、节能高效与低氮排放提供了一种技术切实可行的技术方案与实际应用的途径，经实验验证，产品成品率提高到98%以上，燃烧效率提高20%以上，节能10%以上，而且经测试，氮氧化物排放量大大降低，能控制在50±10mg/m³，远低于国标的150mg/m³，真正实践了隧道窑的节能、减排、高效、环保，其经济和社会效益显著。

Claims (6)

1.一种预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，包括烧成段燃烧室（1）、烧成段炉顶（2）、烧成段侧墙（3）、烧成段炉底（4）、燃烧器预混气流通道（5）、预混气流分配室（6）、预混气喷嘴（7）、预混气流分配室隔墙（8）、空气进口管（11）、煤气进口管（12）、燃烧器煤气喷口（13）、燃烧器空气喷口（14）和套筒燃烧器（16），其特征在于，烧成段燃烧室（1）是隧道窑上部拱顶内腔矩形截面通道中的一段，由在烧成段炉底（4）基础上用耐火砖砌筑有间距平行的烧成段侧墙（3）及顶部拱形的烧成段炉顶（2）连接构成，其下部为放置装料车（9）的空间，上部为燃烧空间，由装料车（9）上堆放的待烧制材料（10）所填充；若干个预混气流通道（5）对称均布在两面烧成段侧墙（3）上，每个预混气流通道（5）外端与相同个数的套筒燃烧器（16）相连通，套筒燃烧器（16）的煤气进口管（12）为套筒燃烧器的内筒，内筒前部连接燃烧器煤气喷口（13），空气进口管（11）一端垂直连接在封闭的套筒燃烧器的外筒上，并与套筒燃烧器内外筒之间的环形通道连通，环形通道前部是燃烧器空气喷口（14），燃烧器预混气流通道（5）的另一端连通墙体中的预混气流分配室（6），每一个预混气流分配室（6）的顶部均匀分布多个连通烧成段燃烧室上部燃烧室的预混气喷嘴（7），在每侧的预混气流分配室（6）之间有预混气流分配室隔墙（8），在两侧烧成段侧墙（3）上对应预混气喷嘴（7）的上部设置有垂直于墙体的水平方向的点火与观火孔（15）。

2.根据权利要求1所述的预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，其特征在于，所述的烧成段燃烧室（1）是由烧成段炉顶（2）、烧成段侧墙（3）、烧成段炉底（4）用耐火材料砌筑而成，烧成段炉顶（2）、烧成段侧墙（3）的墙体其内层为重质承重耐高温的材料砌筑，其外用耐温的轻质耐火材料砌筑，最外层用钢壳封闭定型，烧成段炉底（4）用耐热混凝土浇筑而成，其上铺设轨道，以便于装料车（9）在上面运动。

3.根据权利要求1所述的预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，其特征在于，所述的套筒燃烧器（16）是由耐热钢材制成，内筒输送煤气，内外筒之间的环形通道输送空气，前部收缩成喷口状的套管状结构，煤气进口管（12）为套筒燃烧器的内筒，空气进口管（11）一端垂直套筒燃烧器轴线，垂直连接封闭的套筒燃烧器的外筒上，并与内外筒之间的环形通道连通。

4.根据权利要求1所述的预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，其特征在于，所述的套筒燃烧器预混气流通道（5）是由耐高温材料制成的截面为圆形或矩形的通道，是连接燃烧器（16）与预混气流分配室（6）的过渡通道。

5.根据权利要求1所述的预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，其特征在于，所述的预混气喷嘴（7）是由耐高温抗热震材料制成的截面为圆形或矩形的管道，是连接预混气流分配室（6）和烧成段燃烧室（1）燃烧空间的收缩状气流通道。

6.根据权利要求1所述的预混气流垂直上喷燃烧的隧道窑的燃烧装置，其特征在于，所述的待烧制材料（10）是堆放在装料车（9）上，其方式是砖体之间留有空隙的码放，且与烧成段侧墙（3）之间有相间开的缝隙。

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