CN111156509A - 一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置及燃烧方法 Download PDF

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Abstract

一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置及燃烧方法，包括烧嘴本体，所述烧嘴本体包括燃料室、燃烧室和设置在所述燃烧室外部的外部机构，所述燃料室上设有燃料进口，所述燃烧室包括点火烧嘴、第一燃烧室、第二燃烧室以及设置在所述第二燃烧室后方的火焰前锥，所述火焰前锥一端设有火焰出口，所述点火烧嘴连接第一燃烧室，所述外部机构包括分筒、前锥和绝热锥，所述绝热锥对应设置在所述火焰前锥的外部，所述分筒上设有二次风进口，所述二次风进口通过旋流子连接所述第一燃烧室，该集预混、预热、气化、高速和弥散式燃烧于一体的燃烧装置和燃烧方法，极限地提高了炉内的对流传热，大幅度提高了物料的熔化速度和加热速度，解决了原有燃烧装置存在的缺点。

Description

一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧 装置及燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种燃烧装置，具体涉及用于燃料不换向蓄热式燃烧的一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置及燃烧方法。
背景技术
原有不换向蓄热式燃烧的燃烧器采用低压涡流燃烧器，存在如下问题：1、原不换向燃烧器的值班风机及燃料喷出速度低，在炉膛内为层流扩散燃烧组织，形成的火焰刚性极差，对流传热强度差。2、火焰出口燃烧温度低，因此导致熔化速度慢、熔化时间长、无效热损失增加。3、在燃烧器内组织了一次燃烧，大量的燃料在炉内燃烧，给燃料不充分燃烧提供了条件。4、燃烧系统在燃烧器内只组织了一次燃烧，给NOX的生成创造了便利条件。
因此，上述问题是在对燃烧装置的设计和使用过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于燃料不换向蓄热式燃烧的自预热高速气化燃烧装置。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，包括烧嘴本体，所述烧嘴本体包括燃料室、燃烧室和设置在所述燃烧室外部的外部机构，所述燃料室上设有燃料进口，所述燃烧室包括点火烧嘴、第一燃烧室、第二燃烧室以及设置在所述第二燃烧室后方的火焰前锥，所述火焰前锥一端设有火焰出口，所述点火烧嘴连接第一燃烧室，所述外部机构包括分筒、前锥和绝热锥，所述绝热锥对应设置在所述火焰前锥的外部，所述分筒上设有二次风进口，所述二次风进口通过旋流子连接所述第一燃烧室。
本发明的进一步改进在于：所述燃料室和所述第一燃烧室之间设有加压装置，所述加压装置内设有多个燃料喷管用于将燃料室内的燃料加压输送到所述第一燃烧室内。
本发明的进一步改进在于：所述燃料室的外端面上设有用于观察火焰的观察孔。
本发明的进一步改进在于：所述前锥和所述绝热锥采用焊接进行密封连接，所述前锥和所述分筒之间采用螺栓进行连接。
本发明的进一步改进在于：提供一种自预热高速气化燃烧装置的燃烧方法，具体包括以下几个步骤，
预混：自预热高速气化燃烧装置的预混是由燃料喷管喷出的燃料和二次风经燃烧器的“旋流子”分别送入燃烧室内，完成“紊流”混合经点火烧嘴点燃完成预混过程；
预热：燃料喷管高速喷出的燃料经点火烧嘴的高温加热瞬间将燃料加热到500-600℃，待送入燃烧室，与空气完成“紊流”混合后经点火烧嘴点燃，温度高达500-600℃的天然气被点燃后，大幅度的提高了燃料的理论燃烧温度，对节能和有利于物料加热起到了关键的作用；
气化:由于天然气经燃料喷管进入燃料室时经变径增加压力后经多条燃料喷管变径再次增加压力后喷入燃烧室，在多次变径后在与二次风混合时急速将天然气气化成一氧化碳和氢气，完成气化过程；
高速：烧嘴本体采用高速烧嘴、天然气和一次风、二次风经多次变径和旋流，极限地提高了燃料和助燃风的流速、压力，燃烧器的出口速度高达160m/s以上，极高的出口速度增加了火焰刚性，大幅度提升了物料的熔化速度及炉内的对流传热性能，是节能效果的的根本保证；
弥散燃烧：烧嘴本体在完成炉内预热阶段进入后，在自控设备的控制下，二次风逐渐减小，三次风(从蓄热室喷出的高达800-1000℃（比炉温低80-150℃）)的热风逐渐加大，天然气逐渐加大，系统进入弥散式燃烧状态，炉内火焰没有明显的边界，没有传统的高温高氧区，对于物料的熔化和金属的氧化烧损以及氮氧化物的排放都有极大的改善。
本发明提供的一种自预热高速气化燃烧装置，天然气经燃烧器的燃料喷管、二次风经燃烧器的“旋流子”分别送入特制的双锥燃烧室内，完成“紊流”混合。自预热高速气化燃烧装置的点火烧嘴，瞬间将燃料自身预热到500-600℃的温度，最大限度的提升了燃料的理论燃烧温度。在自身预热燃料的同时，燃料在烧嘴本体内迅速在线气化成氢气和一氧化碳，在烧嘴本体内组织二次燃烧，从根本上降低了NOX的生成。烧嘴本体自身供应少量的助燃风，以保证火焰根部的炬形燃烧火焰、出口速度及火焰刚性，最大限度的提升物料的熔化速度。
烧嘴本体的前部燃料（气化后的一氧化碳和氢气）从火焰出口高速喷出后，在炉内的固体铝表面形成还原性气氛，极限地降低了金属的氧化烧损。同时，前部火焰燃料在炉内与从蓄热室风口喷出的高达800-1000℃（比炉温低80-150℃）的热风交汇，组织第三次燃烧，形成燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3～15%（体积）的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，形成了弥散式燃烧（亦称无焰燃烧）。不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰，看不到明显的火焰边界。它具有高效节能和超低NOX排放等优点。高温助燃风极限地提升了燃料的理论燃烧温度，大幅度增加了铝的熔化速度，同时，由于科学地控制炉内氧的含量，从而极限地降低了铝的氧化烧损。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种集预混、预热、气化、高速和弥散式燃烧于一体的燃烧装置和燃烧方法，极限地提高了炉内的对流传热，大幅度提高了物料的熔化速度和加热速度，从根本上解决了原有燃烧装置存在的缺点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-燃料室，2-燃料进口，3-点火烧嘴，4-第一燃烧室，5-第二燃烧室，6-火焰前锥，7-火焰出口，8-分筒，9-前锥，10-绝热锥，11-二次风进口，12-旋流子，13-加压装置，14-燃料喷管，15-观察孔。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：
参考各图，本实施例提供一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，包括烧嘴本体，所述烧嘴本体包括燃料室1、燃烧室和设置在所述燃烧室外部的外部机构，所述燃料室1上设有燃料进口2，所述燃烧室包括点火烧嘴3、第一燃烧室4、第二燃烧室5以及设置在所述第二燃烧室5后方的火焰前锥6，所述火焰前锥6一端设有火焰出口7，所述点火烧嘴3连接第一燃烧室4，所述外部机构包括分筒8、前锥9和绝热锥10，所述绝热锥10对应设置在所述火焰前锥6的外部，所述分筒8上设有二次风进口11，所述二次风进口11通过旋流子12连接所述第一燃烧室4，所述燃料室1和所述第一燃烧室4之间设有加压装置13，所述加压装置内设有八个燃料喷管14用于将燃料室1内的燃料加压输送到所述第一燃烧室4内，所述燃料室1的外端面上设有用于观察火焰的观察孔15，所述前锥9和所述绝热锥10采用焊接进行密封连接，所述前锥9和所述分筒8之间采用螺栓进行连接。
本实施例还提供一种自预热高速气化燃烧装置的燃烧方法，具体包括以下几个步骤，
预混：自预热高速气化燃烧装置的预混是由燃料喷管喷出的燃料和二次风经燃烧器的“旋流子”分别送入燃烧室内，完成“紊流”混合经点火烧嘴点燃完成预混过程；
预热：燃料喷管高速喷出的燃料经点火烧嘴的高温加热瞬间将燃料加热到500-600℃，待送入燃烧室，与空气完成“紊流”混合后经点火烧嘴点燃，温度高达500-600℃的天然气被点燃后，大幅度的提高了燃料的理论燃烧温度，对节能和有利于物料加热起到了关键的作用；
气化:由于天然气经燃料喷管进入燃料室时经变径增加压力后经多条燃料喷管变径再次增加压力后喷入燃烧室，在多次变径后在与二次风混合时急速将天然气气化成一氧化碳和氢气，完成气化过程；
高速：烧嘴本体采用高速烧嘴、天然气和一次风、二次风经多次变径和旋流，极限地提高了燃料和助燃风的流速、压力，燃烧器的出口速度高达160m/s以上，极高的出口速度增加了火焰刚性，大幅度提升了物料的熔化速度及炉内的对流传热性能，是节能效果的的根本保证；
弥散燃烧：烧嘴本体在完成炉内预热阶段进入后，在自控设备的控制下，二次风逐渐减小，三次风(从蓄热室喷出的高达800-1000℃（比炉温低80-150℃）)的热风逐渐加大，天然气逐渐加大，系统进入弥散式燃烧状态，炉内火焰没有明显的边界，没有传统的高温高氧区，对于物料的熔化和金属的氧化烧损以及氮氧化物的排放都有极大的改善。
本发明提供的一种自预热高速气化燃烧装置，天然气经燃烧器的燃料喷管、二次风经燃烧器的“旋流子”分别送入特制的双锥燃烧室内，完成“紊流”混合。自预热高速气化燃烧装置的点火烧嘴，瞬间将燃料自身预热到500-600℃的温度，最大限度的提升了燃料的理论燃烧温度。在自身预热燃料的同时，燃料在烧嘴本体内迅速在线气化成氢气和一氧化碳，在烧嘴本体内组织二次燃烧，从根本上降低了NOX的生成。烧嘴本体自身供应少量的助燃风，以保证火焰根部的炬形燃烧火焰、出口速度及火焰刚性，最大限度的提升物料的熔化速度。
烧嘴本体的前部燃料（气化后的一氧化碳和氢气）从火焰出口高速喷出后，在炉内的固体铝表面形成还原性气氛，极限地降低了金属的氧化烧损。同时，前部火焰燃料在炉内与从蓄热室风口喷出的高达800-1000℃（比炉温低80-150℃）的热风交汇，组织第三次燃烧，形成燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物，稀释反应区的含氧体积浓度，获得浓度为3～15%（体积）的低氧气氛。燃料在这种高温低氧气氛中，首先进行诸如裂解等重组过程，造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件，在与贫氧气体作延缓状燃烧下释出热能，形成了弥散式燃烧（亦称无焰燃烧）。不再存在传统燃烧过程中出现的局部高温高氧区。这种燃烧是一种动态反应，不具有静态火焰，看不到明显的火焰边界。它具有高效节能和超低NOX排放等优点。高温助燃风极限地提升了燃料的理论燃烧温度，大幅度增加了铝的熔化速度，同时，由于科学地控制炉内氧的含量，从而极限地降低了铝的氧化烧损。
本实施例的有益效果是：本发明提供的一种集预混、预热、气化、高速和弥散式燃烧于一体的燃烧装置和燃烧方法，极限地提高了炉内的对流传热，大幅度提高了物料的熔化速度和加热速度，从根本上解决了原有燃烧装置存在的缺点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，其特征在于：包括烧嘴本体，所述烧嘴本体包括燃料室、燃烧室和设置在所述燃烧室外部的外部机构，所述燃料室上设有燃料进口，所述燃烧室包括点火烧嘴、第一燃烧室、第二燃烧室以及设置在所述第二燃烧室后方的火焰前锥，所述火焰前锥一端设有火焰出口，所述点火烧嘴连接第一燃烧室，所述外部机构包括分筒、前锥和绝热锥，所述绝热锥对应设置在所述火焰前锥的外部，所述分筒上设有二次风进口，所述二次风进口通过旋流子连接所述第一燃烧室。
2.根据权利要求1所述的一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，其特征在于：所述燃料室和所述第一燃烧室之间设有加压装置，所述加压装置内设有多个燃料喷管用于将燃料室内的燃料加压输送到所述第一燃烧室内。
3.根据权利要求1所述的一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，其特征在于：所述燃料室的外端面上设有用于观察火焰的观察孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置，其特征在于：所述前锥和所述绝热锥采用焊接进行密封连接，所述前锥和所述分筒之间采用螺栓进行连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于燃料不换向蓄热式燃烧系统的自预热高速气化燃烧装置的燃烧方法，其特征在于： 具体包括以下几个步骤，
预混：自预热高速气化燃烧器的预混是由燃料喷管喷出的燃料和二次风经燃烧器的“旋流子”分别送入燃烧室内，完成“紊流”混合经点火烧嘴点燃完成预混过程；
预热：燃料喷管高速喷出的燃料经点火烧嘴的高温加热瞬间将燃料加热到500-600℃，待送入燃烧室，与空气完成“紊流”混合后经点火烧嘴点燃，温度高达500-600℃的天然气被点燃后，大幅度的提高了燃料的理论燃烧温度，对节能和有利于物料加热起到了关键的作用；
气化:由于天然气经燃料喷管进入燃料室时经变径增加压力后经多条燃料喷管变径再次增加压力后喷入燃烧室，在多次变径后在与二次风混合时急速将天然气气化成一氧化碳和氢气，完成气化过程；
高速：烧嘴本体采用高速烧嘴、天然气和一次风、二次风经多次变径和旋流，极限地提高了燃料和助燃风的流速、压力，燃烧器的出口速度高达160m/s以上，极高的出口速度增加了火焰刚性，大幅度提升了物料的熔化速度及炉内的对流传热性能，是节能效果的的根本保证；
弥散燃烧：烧嘴本体在完成炉内预热阶段进入后，在自控设备的控制下，二次风逐渐减小，外部的三次风即从蓄热室喷出的高达800-1000℃（比炉温低80-150℃）)的热风逐渐加大，天然气逐渐加大，系统进入弥散式燃烧状态，炉内火焰没有明显的边界，没有传统的高温高氧区，对于物料的熔化和金属的氧化烧损以及氮氧化物的排放都有极大的改善。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113432299A (zh) * 2021-07-14 2021-09-24 台州市旭源石油化工有限公司 一种高效节能锅炉及其控制方法
CN113494708A (zh) * 2021-07-14 2021-10-12 长沙理工大学 一种模块化燃气燃烧器及其操作方法
CN113757718A (zh) * 2021-09-13 2021-12-07 营口千千里科技有限公司 高效能燃烧控制系统及方法
KR102482655B1 (ko) * 2021-10-28 2022-12-29 유상호 산화탈취 장치 및 이를 구비한 아스팔트 믹싱 플랜트용 드라이어

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