CN111197747A - 一种燃烧器及其蓄热式燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种燃烧器及其蓄热式燃烧系统，燃烧器包括燃烧器主体以及喷嘴机构；喷嘴机构设置于燃烧器主体的中空腔内，喷嘴机构将燃烧器主体分隔为前庭区以及二次风混合燃烧区；喷嘴机构水平贯通有旋流通道以及直流通道，直流通道将前庭区与二次风混合燃烧区连通；喷嘴机构还设有空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区，旋流通道、空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区依次连通，一次风混合燃烧区与二次风混合燃烧区连通；燃烧器主体上设置有贯穿燃烧器主体与空气燃气混合区连通供给燃气的燃气通道；一次风混合燃烧区设置有用于点火的点火枪。空气通过燃烧器的旋流通道湍流进入空气燃气混合区充分混合，通过分段燃烧，NOx的排放量大大降低。

Description

一种燃烧器及其蓄热式燃烧系统
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种燃烧器及其蓄热式燃烧系统。
背景技术
燃烧器是使燃料和空气以一定方式喷出混合燃烧的装置的统称。而工业燃烧器是燃烧器中的一种，在工业领域应用地特别多。
工业燃烧器俗称烧嘴，种类规格型式很多，有燃油、燃气(煤气)、燃煤(煤粉/水煤浆)几大类别。
现有的燃气燃烧器一般是将燃气与空气一次性进行混合，然后点火燃烧。这种方式在混合时，存在燃气与空气混合不充分，且常常会很难保证混合气中的空气量。因为空气过量会导致热量随着空气散发损失，热利用率以及热效率大大降低；但是空气不够又会导致燃气燃烧不充分，产生大量的一氧化碳或者剩余燃气，造成能源的浪费，且存在较大的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的一种燃烧器及其蓄热式燃烧系统，本燃烧器可以使空气与燃气混合充分，燃烧完全，热效率提高，能耗降低，降低了燃料的消耗量。
一种燃烧器，包括燃烧器主体以及喷嘴机构；
所述喷嘴机构设置于燃烧器主体的中空腔内，所述喷嘴机构将燃烧器主体分隔为半开放的前庭区以及二次风混合燃烧区；
所述喷嘴机构水平贯通有用于空气通过的旋流通道以及直流通道，所述直流通道将前庭区与二次风混合燃烧区连通；
所述喷嘴机构还设有空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区，所述旋流通道、空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区依次连通，所述一次风混合燃烧区与二次风混合燃烧区连通；
所述燃烧器主体上设置有贯穿燃烧器主体与空气燃气混合区连通供给燃气的燃气通道；
所述一次风混合燃烧区设置有用于点火的点火枪。
优选地，所述燃烧器主体为筒体结构。
优选地，所述燃烧器主体前庭区开放端入口倾斜。
优选地，还包括端盖，所述端盖设置于燃烧器主体前庭区水平端头。
优选地，还包括燃气喷管，所述燃气通道为环绕在燃烧器主体上的环形燃气通道，所述燃气喷管将环形燃气通道与空气燃气混合区连通。
优选地，所述燃气喷管为多个，多个燃气喷管均匀分布连接环形燃气通道。
优选地，所述环形燃气通道入口设置有用于接口密封的密封圈。
优选地，还包括用于火焰监控的火焰监控器，所述火焰监控器设置于二次风混合燃烧区。
一种蓄热式燃烧系统，包括用于给空气加热升温的空气加热箱、用于熔融金属的熔炉、用于吸收烟气热量的烟气吸热箱以及若干权利要求1-8任一所述的燃烧器；
所述燃烧器包括用于为熔炉提供热量的工作燃烧器及用于输出熔炉烟气的非工作燃烧器；
所述空气加热箱与工作燃烧器连接；
所述烟气吸热箱与非工作燃烧器连接；
所述烟气吸热箱与空气加热箱进行热交换连接；
所述工作燃烧器与非工作燃烧器与熔炉连接。
优选地，所述工作燃烧器、空气加热箱与非工作燃烧器、烟气吸热箱之间可切换。
本发明的有益效果在于：在燃烧器中，空气通过燃烧器的旋流通道湍流进入空气燃气混合区，与燃气充分混合，使得混合气在一次风混合燃烧区充分燃烧，未充分燃烧的部分燃气进入二次风混合燃烧区，在二次风混合燃烧区内与从直流通道进来的过量的空气完全燃烧，大大提高了热效率，降低了燃料的消耗量；且通过一次风混合燃烧区、二次风混合燃烧区分段燃烧，在二次风混合燃烧区加入了二次助燃的空气，控制了二次风混合燃烧区火焰温度及较低的氮气含量，使的NOx的排放量大大降低，更加地环保；含有该燃烧器的蓄热式燃烧系统，使得进入系统中的空气与排出的烟气进行热交换，使得热量回收利用，达到节能减排，提高经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为燃烧器主视剖面示意图；
图2为燃烧器右视剖面示意图；
图3为燃烧器俯视剖面示意图；
图4为蓄热式燃烧系统示意图。
附图标记
11 燃烧器主体 12 喷嘴机构
13 端盖 14 燃气通道
15 密封圈 16 燃气喷管
17 火焰监控器 18 点火枪
111 空气入口 112 二次风混合燃烧区
113 前庭区 121 旋流通道
122 空气燃气混合区 123 直流通道
124 一次风混合燃烧区 21 空气加热箱
22 第一连接管 23 工作燃烧器
24 熔炉 25 非工作燃烧器
26 第二连接管 27 烟气吸热箱
281 第一阀门 282 第二阀门
283 第三阀门 284 第四阀门
285 第五阀门 286 第六阀门
211 第一蓄热体 212 第一蓄热室
241 熔池 271 第二蓄热体
272 第二蓄热室
具体实施方式
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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参看图1、图2以及图3，一种燃烧器，包括燃烧器主体11以及喷嘴机构12；喷嘴机构12设置于燃烧器主体11的中空腔内，喷嘴机构12将燃烧器主体11分隔为半开放的前庭区113以及二次风混合燃烧区112；喷嘴机构12水平贯通有用于空气通过的旋流通道121以及直流通道123，直流通道123将前庭区113与二次风混合燃烧区112连通；喷嘴机构12还设有空气燃气混合区122以及一次风混合燃烧区124，旋流通道121、空气燃气混合区122以及一次风混合燃烧区124依次连通，一次风混合燃烧区124与二次风混合燃烧区112连通；燃烧器主体11上设置有贯穿燃烧器主体11与空气燃气混合区122连通供给燃气的燃气通道14；一次风混合燃烧区124设置有用于点火的点火枪18，点火枪18一般采用自动点火枪18，这样可以节省人力，且稳定性及点火成功率高。空气从燃烧器主体11的空气入口111进入前庭区113，然后通过燃烧器的旋流通道121湍流进入空气燃气混合区122，与从燃气通道14进入的燃气充分混合，使得混合气在一次风混合燃烧区124通过点火枪18点火充分燃烧，未充分燃烧的部分燃气进入二次风混合燃烧区112，在二次风混合燃烧区112内与从直流通道123进来的过量的空气完全燃烧，大大提高了热效率，降低了燃料的消耗量；且通过一次风混合燃烧区124、二次风混合燃烧区112分段燃烧，在二次风混合燃烧区112加入了二次助燃的空气，控制了二次风混合燃烧区112火焰温度及较低的氮气含量，减少了热力型氮氧化物的生成，使得NOx的排放量大大降低，更加地环保。现有的燃烧器都常规的燃气喷枪，由于燃气喷枪为耐热金属材料，需要配以冷风保护，使用寿命短，维修更换机率高的缺点，本燃烧器取消了常规的燃气喷枪，解决了此类问题。
喷嘴机构12一般是固定嵌在燃烧器主体11中空腔内的，也可以通过螺栓将喷嘴机构12与燃烧器主体11进行固定；用于喷嘴机构12结构复杂，不规整，一般喷嘴机构12采用浇注一体成型。二次风混合燃烧区112由于有空气的进入补充，相对于一次风混合燃烧区124，其含氮量较低，且生成的氮氧化物也较少，所以二次风混合燃烧区112一般也可称为低氮燃烧区。
较优地，燃烧器主体11为筒体中空结构，筒体由于内壁或者外壁都较为光滑，不容易藏污纳垢，且在清洗时也较为方便，容易处理。在设计燃烧器主体11时，一般将燃烧器主体11前庭区113开放端入口设置为倾斜，即将空气入口111设置为倾斜，这样可以使得空气进入时有一定的扰动，与燃气混合时更加充分。为了便于便于清除燃烧器内部的积尘，在燃烧器主体11前庭区113水平端头还可以设置端盖13，端盖13一般与燃烧器主体11活动连接(例如：铰链连接、合页连接)，当燃烧器内部有积尘，只需打开端盖13，进行清理即可，非常方便。
为了便于输送燃气，一般将燃气通道14环绕在燃烧器主体11上，或者说固定设置在燃烧器主体11外壳壁上，形成环形燃气通道14。为了提高燃气进入空气燃气混合区122的流量，还可以采用燃气喷管16，燃气喷管16将环形燃气通道14与空气燃气混合区122连通，进一步提高输送效率时，可采用多个燃气喷管16，多个燃气喷管16均匀分布连接环形燃气通道14，便于混合。环形燃气通道14入口一般与燃气源的管道接通，在燃气通道14入口与燃气源管道接口处，设置密封圈15，可以防止燃气泄露，提高安全可靠性。
在二次风混合燃烧区112，还可设置火焰监控器17，便于从燃烧器外面监控二次风混合燃烧区112的火焰燃烧情况或者燃烧数据。
在设置点火枪18以及火焰监控器17时，一般会在点火枪18以及火焰监控器17上设置套管，保护点火枪18以及火焰监控器17的同时；还可以对整个燃烧器进行密封，防止煤气泄露以及热量散失。
请参看图4，一种蓄热式燃烧系统，包括用于给空气加热升温的空气加热箱21、用于熔融金属的熔炉24、用于吸收烟气热量的烟气吸热箱27以及若干上述的燃烧器；燃烧器包括用于为熔炉24提供热量的工作燃烧器23及用于输出熔炉24烟气的非工作燃烧器25；空气加热箱21与工作燃烧器23连接；烟气吸热箱27与非工作燃烧器25连接；烟气吸热箱27与空气加热箱21进行热交换连接；工作燃烧器23与非工作燃烧器25与熔炉24连接。空气从空气加热箱21入口段进入，在空气加热箱21中被加热，然后从燃烧器的空气入口111进入燃烧器，在燃烧器空气燃气混合区122与燃气混合，进行燃烧产生热量，为熔炉24进行供热，使得熔炉24中的金属加热升温或熔融；在对熔炉24中的金属加热升温或熔融过程中，产生的烟气通过非工作燃烧器25通道排到烟气吸热箱27，烟气吸热箱27对高温烟气进行吸热，吸热后的低温烟气排出；其中，烟气吸热箱27与空气加热箱21连接，进行热量交换。熔炉24内的高温烟气预热助燃空气的热交换，使助燃空气预热至800℃左右，达到节能减排，提高经济效益。
工作燃烧器23、空气加热箱21与非工作燃烧器25、烟气吸热箱27之间可切换；即工作燃烧器23、空气加热箱21与非工作燃烧器25、烟气吸热箱27作用可以调换，切换使用；工作燃烧器23(非工作燃烧器25)变为非工作燃烧器25(工作燃烧器23)、空气加热箱21(烟气吸热箱27)变为烟气吸热箱27(空气加热箱21)。当空气从空气加热箱21入口段进入，在空气加热箱21中被加热，然后从工作燃烧器23的空气入口111进入，在工作燃烧器23空气燃气混合区122与燃气混合，进行燃烧产生热量，为熔炉24进行供热，使得熔炉24中的金属加热升温或熔融；在对熔炉24中的金属加热升温或熔融过程中，产生的烟气通过非工作燃烧器25通道排到烟气吸热箱27，烟气吸热箱27对高温烟气进行吸热，吸热后的低温烟气排出；此种工作方式一段时间后，可以调换工作状态，即空气从之前的烟气吸热箱27入口段进入，在烟气吸热箱27中被加热，然后从之前的非工作燃烧器25的空气入口111进入，在非工作燃烧器25空气燃气混合区122与燃气混合，进行燃烧产生热量，为熔炉24进行供热，使得熔炉24中的金属加热升温或熔融；在对熔炉24中的金属加热升温或熔融过程中，产生的烟气通过之前的工作燃烧器23通道排到空气加热箱21，空气加热箱21对高温烟气进行吸热，吸热后的低温烟气排出；完成气流的反向，实现整个蓄热式燃烧系统交替工作；一般地，可以设置执行器使得此种工作方式按程序交替工作，在使用执行器时，一般采用30-60s换向频率的执行器。
具体地，关闭第二阀门282，空气通过开放的第一阀门281进入空气加热箱21的入口，空气与空气加热箱21第一蓄热室212中的第一蓄热体211进行热交换，对空气进行加热，加热后的空气通过第一连接管22进入工作燃烧器23，开放第五阀门285，空气与燃气在工作燃烧器23中混合燃烧，对熔炉24熔池241中的金属进行加热升温或者熔融；产生的烟气进入非工作燃烧器25，关闭第六阀门286，通过第二连接管26进入烟气吸热箱27，在烟气吸热箱27第二蓄热室272中的第二蓄热体271进行热交换，第二蓄热体271吸收高温烟气的热量，第四阀门284关闭，低温烟气从开放的第三阀门283排出。当切换方向时，第一阀门281、第二阀门282、第三阀门283、第四阀门284、第五阀门285以及第六阀门286阀门都转向，空气从原来的烟气吸热箱27进入，对空气进行加热，即工作燃烧器23(非工作燃烧器25)变为非工作燃烧器25(工作燃烧器23)、空气加热箱21(烟气吸热箱27)变为烟气吸热箱27(空气加热箱21)。
一般地，与熔炉24连接的工作燃烧器23以及非工作燃烧器25可为多个，即可以设置多个工作燃烧器23工作，多个非工作燃烧器25排烟。
第一阀门281、第二阀门282、第三阀门283、第四阀门284、第五阀门285以及第六阀门286的换向阀一般选用蝶阀。
为了减少热量的散失，一般在空气加热箱21、烟气吸热箱27、连接管以及熔炉24外都套有保温材料，例如：石棉纤维材料。
整个蓄热式燃烧系统，系统更合理，结构更完善，部件更紧凑；热交换效率大大提高，预热空气温度与炉内烟气温度差约为50-100℃；空气与燃气混合充分，燃烧完全，火焰分布均匀，没有局部高温；同时也就降低了被加热物的烧损，提高经济效益；系统热损失减少，热效率提高，能耗降低，节约能源30％以上；有效降低NOx的排放，控制环境污染，NOx的生成主要取决于燃烧过程中火焰最高温度及氮、氧的浓度；经过对所述蓄热式燃烧系统及燃烧器的设计改造，采用分段燃烧的方法，在低氮燃烧区加入了二次助燃空气，控制了低氮燃烧区火焰温度，使NOx的排放符合环保要求；本蓄热式燃烧系统可适应多种炉型，调节范围大，运行成本低，使用寿命长，且操作简单，使用工况稳定。
本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括燃烧器主体以及喷嘴机构；
所述喷嘴机构设置于燃烧器主体的中空腔内，所述喷嘴机构将燃烧器主体分隔为半开放的前庭区以及二次风混合燃烧区；
所述喷嘴机构水平贯通有用于空气通过的旋流通道以及直流通道，所述直流通道将前庭区与二次风混合燃烧区连通；
所述喷嘴机构还设有空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区，所述旋流通道、空气燃气混合区以及一次风混合燃烧区依次连通，所述一次风混合燃烧区与二次风混合燃烧区连通；
所述燃烧器主体上设置有贯穿燃烧器主体与空气燃气混合区连通供给燃气的燃气通道；
所述一次风混合燃烧区设置有用于点火的点火枪。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器主体为筒体结构。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器主体前庭区开放端入口倾斜。
4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，还包括端盖，所述端盖设置于燃烧器主体前庭区水平端头。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，还包括燃气喷管，所述燃气通道为环绕在燃烧器主体上的环形燃气通道，所述燃气喷管将环形燃气通道与空气燃气混合区连通。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述燃气喷管为多个，多个燃气喷管均匀分布连接环形燃气通道。
7.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述环形燃气通道入口设置有用于接口密封的密封圈。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，还包括用于火焰监控的火焰监控器，所述火焰监控器设置于二次风混合燃烧区。
9.一种蓄热式燃烧系统，其特征在于，包括用于给空气加热升温的空气加热箱、用于熔融金属的熔炉、用于吸收烟气热量的烟气吸热箱以及若干权利要求1-8任一所述的燃烧器；
所述燃烧器包括用于为熔炉提供热量的工作燃烧器及用于输出熔炉烟气的非工作燃烧器；
所述空气加热箱与工作燃烧器连接；
所述烟气吸热箱与非工作燃烧器连接；
所述烟气吸热箱与空气加热箱进行热交换连接；
所述工作燃烧器与非工作燃烧器与熔炉连接。
10.根据权利要求9的蓄热式燃烧系统，其特征在于，所述工作燃烧器、空气加热箱与非工作燃烧器、烟气吸热箱之间可切换。
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