CN111664451A - 带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，助燃空气管外端设有助燃空气进口，内端与蓄热混合室连通；蓄热混合室另外一端与炉膛连接；助燃空气管、燃气管和中心风管由外到内同轴线设置，中心风管外端延伸在燃气管外部，为中心助燃空气进口，内端位于蓄热混合室内，并连接蓄热稳焰锥；燃气管外端设有燃气进口，内端位于蓄热混合室内；在蓄热混合室内，燃气管内端外壁和助燃空气管内端内壁之间设有旋流器。本发明除了通过在燃烧器出口形成回流区外，还通过稳焰锥上的分流孔将约15％的部分燃气和中心风管送进的约15％的助燃空气混合，在回流区高温回流条件下稳定燃烧。本发明只是使用了新结构的燃烧器，方法简单，效果明显。

Description

带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧器技术领域，涉及一种带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器。

背景技术

低热值燃气，多是指工业生产过程中所获得的可燃成分少、热值较低的气体燃料，需要采取一定技术手段保持稳定高效燃烧。在当前节能降耗的大社会背景下，低热值燃气的应用具有着极佳的经济效益和社会意义。

工业中常见的低热值气体燃料主要有化工过程低热值尾气、高炉煤气、石油化工行业冶炼尾气、煤矿低浓度瓦斯气等。其中，高炉煤气、煤层气等热值介于3.0～6.28MJ/m3的低热值燃料的研究应用已逐步展开，但在工业生产中还存在一些工业废气，含有少量的可燃成分，热值非常低，甚至远低于3.0MJ/m3，这种超低热值燃气种类很多，比如某些煤层气、生物质气化气、垃圾掩埋坑气、炭黑尾气、一些工艺废气等。

根据燃烧理论，为保证低热值燃气的稳定燃烧，主要的稳燃措施包括优化着火条件、提高火焰温度以及优化燃烧场分布等。

(1)优化着火条件

低热值气体燃料的着火极限高，着火比较困难，燃烧温度也较低。为此，需要提高燃气热值，降低燃料着火下限。如掺烧高热值燃料，提高混合燃气的热值，降低着火温度；燃料和空气预热提高初始温度。

(2)提高火焰温度

燃烧温度的提髙可强化炉内辐射换热并改善炉内的燃烧状况。而实际火焰温度与装置类型、燃烧效率、燃料种类、空气/燃气预热温度等有关。如：强化燃料和空气的混合，降低不完全燃烧损失；合理设计炉膛结构，进行绝热燃烧，减少系统散热量；降低空气过剩系数或采用纯氧/富氧燃烧。

(3)优化燃烧场分布

燃烧场的分布包括燃气、空间以及烟气在燃烧空间的分布，燃烧场特别是温度场的优化分布来源于高温烟气对新鲜燃气、空气的加热，进而促进空气与烟气短时间内升温至着火温度。如旋流中心回流区强化燃烧；钝体稳定燃烧技术。

优化着火条件、提高火焰温度的方法技术主要有两个缺点，一是提高了燃料成本；二是受到现场条件限制，或者需要另外建设设备管线，提高了设备投入成本。

燃烧器流场优化技术包括：

旋流燃烧，旋流燃烧是利用气流旋转强化低热值煤气燃烧和组织火焰的燃烧技术，能够有效提高燃烧的强度和火焰的稳定性。旋转射流除了具有直流射流存在的轴向分速度和径向分速度外，还有一个切向分速度，而且其径向分速度在喷嘴出口附近比直流射流的径向分速度大得多，在强旋转气流作用下，旋转射流的内部建立了一个回流区，不但从射流外侧卷吸周围介质，而且还从内回流区中卷吸介质，在燃烧过程中，从内外回流区卷吸的高温烟气对着火的稳定性起着十分重要的作用。郭涛通过对高炉煤气燃烧火焰的传播速度、回火、脱火以及旋转射流的研究，研制了高炉煤气双旋流燃烧器，实现了高炉煤气的稳定燃烧。陈宝明等利用旋流加强空气与低热值燃气的混合，结合蓄热稳燃技术，成功研制了低热值燃气燃烧器，可实现高炉煤气、工业尾气、炭黑尾气等种类的燃气在不配长明火的情况下稳定高效燃烧。

钝体稳燃，钝体稳燃机理是利用烟气在钝体后形成的高温低速回流区作为稳定的点火源。当空气燃气绕过钝体时，钝体后形成一个稳定的回流区，在回流区内充满回流的高温烟气，使回流区成为内部蓄热体，在回流区外侧与主流之间的区域，是新鲜燃气空气混合物和热回流烟气的湍流混合区，边界上存在较大的径向速度梯度，可燃混合物与高温烟气之间发生强烈的质量、动量及能量交换，可燃混合物就不断被加热而升温，并达到着火温度开始着火。

燃烧器流场优化技术比较优点是简单投资少，主要缺点是只利用了回流区的高温烟气回流特性，靠回流卷吸可燃混合物着火燃烧，作用有限。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，在流场优化基础上考虑反应动力学因素，通过稳焰锥小孔射流增加回流区内化学反应活性物质，同时通过蓄热材料吸收炉膛辐射热，进一步提高回流区内的温度，以此增加燃烧器低热值燃气燃烧穏焰能力。

具体的技术方案为：

带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，包括蓄热混合室、带分流孔的蓄热稳焰锥、中心风管、助燃空气管、燃气管、旋流器；

助燃空气管外端设有助燃空气进口，内端与蓄热混合室连通；蓄热混合室另外一端与炉膛连接；

助燃空气管、燃气管和中心风管由外到内同轴线设置，中心风管外端延伸在燃气管外部，为中心助燃空气进口，内端位于蓄热混合室内，并连接蓄热稳焰锥；

燃气管外端设有燃气进口，内端位于蓄热混合室内；

在蓄热混合室内，燃气管内端外壁和助燃空气管内端内壁之间设有旋流器。

蓄热稳焰锥为圆锥台结构，小口与中心风管的内端连接，大口朝向炉膛，蓄热稳焰锥侧壁上的分流孔连通蓄热稳焰锥内腔和中心风管外空间。

本发明除了通过空气旋流器和燃气稳焰锥的几何特征在燃烧器出口形成回流区外，还通过稳焰锥上的分流孔将约15％的部分燃气和中心风管送进的约15％的助燃空气混合，在回流区高温回流条件下稳定燃烧。由于稳焰锥蓄热体能将炉膛的高温辐射热吸纳蓄热，导致中心气流被加热而强化稳定燃烧；与此同时，由燃气管和助燃空气管送入的气流在蓄热混合室混合，并在中心火焰和蓄热混合室壁面高温辐射的共同作用下迅速提高温度稳定燃烧。

本发明只是使用了新结构的燃烧器结构，不涉及到燃烧系统其它方面的改变，方法简单，效果明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

如图1，带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，包括蓄热混合室1、带分流孔3的蓄热稳焰锥2、中心风管7、助燃空气管5、燃气管6、旋流器4；蓄热混合室1和蓄热稳焰锥2用耐火浇注料制作，其余部分用钢材制作。

助燃空气管5外端设有助燃空气进口，内端与蓄热混合室1连通；蓄热混合室1另外一端与炉膛连接；

助燃空气管5、燃气管6和中心风管7由外到内同轴线设置，中心风管7外端延伸在燃气管6外部，为中心助燃空气进口，内端位于蓄热混合室1内，并连接蓄热稳焰锥2；

燃气管6外端设有燃气进口，内端位于蓄热混合室1内；

在蓄热混合室1内，燃气管6内端外壁和助燃空气管5内端内壁之间设有旋流器4。

蓄热稳焰锥2为圆锥台结构，小口与中心风管7的内端连接，大口朝向炉膛，蓄热稳焰锥2侧壁上的分流孔3连通蓄热稳焰锥2内腔和中心风管7外空间。

燃烧器工作时，燃气通过燃气管6进入蓄热混合室1和助燃空气混合燃烧，其中15％左右的燃气经过蓄热稳焰锥2上的分流孔3进入中心风管7的中心区域和中心风管7输入的中心助燃空气混合燃烧。

助燃空气通过助燃空气管5经旋流器4进入蓄热混合室1与燃气混合燃烧，约15％的助燃空气通过中心风管7与分流孔3流出的燃气混合燃烧。

本发明在燃烧器的前部使用了一个由耐火浇注料制作的安装在中心风管7上带分流孔3的蓄热稳焰锥2，并配合由耐火浇注料制作的蓄热混合室1以及空气旋流器4，

当流经分流孔3和中心风管7的燃气和助燃空气比例为总量约15％左右时，燃烧器得到非常强的低热值燃气燃烧稳定能力，有效降低为达到低热值燃气稳定燃烧目的运行费用和设备费用。

Claims (2)

1.带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，其特征在于，包括蓄热混合室(1)、带分流孔(3)的蓄热稳焰锥(2)、中心风管(7)、助燃空气管(5)、燃气管(6)、旋流器(4)；

助燃空气管(5)外端设有助燃空气进口，内端与蓄热混合室(1)连通；蓄热混合室(1)另外一端与炉膛连接；

助燃空气管(5)、燃气管(6)和中心风管(7)由外到内同轴线设置，中心风管(7)外端延伸在燃气管(6)外部，为中心助燃空气进口，内端位于蓄热混合室(1)内，并连接蓄热稳焰锥(2)；

燃气管(6)外端设有燃气进口，内端位于蓄热混合室(1)内；

在蓄热混合室(1)内，燃气管(6)内端外壁和助燃空气管(5)内端内壁之间设有旋流器(4)。

2.根据权利要求1所述的带蓄热稳焰锥的低热值燃气燃烧器，其特征在于，所述的蓄热稳焰锥(2)为圆锥台结构，小口与中心风管(7)的内端连接，大口朝向炉膛，蓄热稳焰锥(2)侧壁上的分流孔(3)连通蓄热稳焰锥(2)内腔和中心风管(7)外空间。

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