CN116658898B - 一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，涉及燃烧器技术领域，双燃料燃烧装置包括燃气管、燃料管、燃烧管，燃气管与燃料管之间设置有内空气管，燃料管与燃烧管之间设置有外空气管，内空气管套设在燃气管的外侧，外空气管套设在燃料管的外侧，燃烧管与外空气管的一端连接，燃气管的一端内部设置有点火器，点火器将燃气点燃之后，燃气混合着燃料管供给的炭黑尾气进行燃烧，空气多次混入到燃气和炭黑尾气之中，使燃气和炭黑尾气得到充分燃烧，使炭黑尾气在高温中发生热裂解。内空气管以及外空气管的空气口中均安装进气栅格，进气栅格控制空气的进气量及温度，对空气进行预热，避免低温空气与燃气及炭黑尾气混合，而造成燃烧不充分。

Description

一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，具体为一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置。

背景技术

炭黑尾气是炭黑烟气中分离炭黑后的气体。炭黑尾气不仅含有微量炭黑，还有少量的可燃性气体组分，是不允许直接排放于大气。现有的处理方法以燃烧处理为主，可作为二次能源进行利用，燃烧炭黑尾气供热或者发电是利用尾气余热的最佳方法，燃烧炭黑尾气不仅降低了生产成本，而且也环保了环境。

现有的燃烧装置，炭黑尾气作为助燃料，再将炭黑尾气与空气混合燃烧时，未充分考虑空气温度偏低，导致混合气体温度降低，燃烧效果不佳。而且混合气体轴向直接进入燃烧室，由于是轴向直式结构，混合气体未能形成强旋流，扰动程度低，致使混合气体与燃气混合不均匀，燃烧不充分，降低了燃烧效率，浪费了能源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，所述双燃料燃烧装置包括燃气管、燃料管以及燃烧管，所述燃气管的外侧套设有内空气管，所述燃料管套设在内空气管的外侧，燃料管的外侧设置有外空气管，所述燃烧管与外空气管的一端连接，所述燃气管的一端内部设置有点火器，所述内空气管以及外空气管的一端均安装有空气口，所述空气口的内部设置有进气栅格，所述燃料管的一端设置有燃料口。炭黑尾气从燃料口进入到燃料管内，炭黑尾气在旋流器的搅拌下与空气进行混合，之后，再次与燃气管喷出的燃气进行混合燃烧，点火器点燃燃气，燃气、炭黑尾气以及空气相互混合后在燃烧管中进行充分燃烧，燃烧管的末端设置有热回收机构，热回收机构利用热交换原理吸收燃烧管的管体温度，并将热量导入到进气栅格处。进气栅格对控制进入空气口的空气量，以及利用热回收机构传递的热量对空气进行预热，使混合到燃气和炭黑尾气中的空气不会降低燃气及炭黑尾气的热量，使得燃气和炭黑尾气可以在燃烧管中充分燃烧，使得燃气及炭黑尾气资源得到充分利用，提高资源的利用率。

所述燃气管的一端设置有进气口，所述燃气管的内部中心位置贯穿有保护管，所述点火器安装在保护管内，所述燃气管的一端下方设置有三个二次燃气管，燃气管的一端上方设置有三个三次燃气管，所述三次燃气管的长度大于二次燃气管的长度，三次燃气管的出气口位于内空气管的外侧。

所述燃料管内部沿轴线方向设置有支撑柱，所述支撑柱的外侧设置有导气管，所述导气管的一端与外空气管固定，所述支撑柱与导气管之间设置有旋流器，所述导气管中部位置设置有进气孔，所述导气管的一端外侧固定有外板，所述外板的一侧转动连接有旋板，所述旋板内部设置有不等径的环形混合仓，所述旋板在混合仓的一侧设置有环形的对接槽，所述导气管与对接槽连通，所述旋板与外空气管转动连接，旋板上设置有若干连通混合仓的喷气管，所述喷气管的喷气口朝燃烧管的中心线倾斜。炭黑尾气和空气经过旋流器时进行初步混合，炭黑尾气与燃气混合点燃后，喷气管的喷气口处获得较大的冲击力，使若干喷气管相互配合驱动旋板旋转，进而使进入到混合仓内的空气和炭黑尾气进行二次混合，通过外板和旋板的设置，提高空气与炭黑尾气的混合程度。

所述喷气管由圆管制成，喷气管的一端为逐渐扁平的收缩部，所述收缩部与喷气管的圆管部分存在倾斜角度，所述收缩部的一端设置有内导流板，所述收缩部的一端上方设置有外层，所述外层内转动安装有若干控流器，每个所述控流器的一端均转动连接有外导流板，所述外导流板弯折后的导流方向朝向燃气管，若干所述外导流板与内导流板相互配合实现对收缩部出气口的封闭或者开启。喷气管的一端被外部压力逐渐挤压变形，变为扁平的收缩部，收缩部通过外导流板和内导流板实现开启或者封闭或者开启的大小，控流器为液压缸，用于控制外导流板在收缩部上的运动，当外导流板被控流器往外(即往燃烧管方向)推动时，外导流板与内导流板分离，使得混合后的气体从喷气管中喷出，通过控制往外伸出的外导流板的数量，实现控制喷气管往外喷出的混合气体的流量，往内收缩外导流板时，外导流板与内导流板相互配合对收缩部的开口进行封闭。喷气管的扁平状设置，当旋板转动时，喷气管充当扇叶，对燃气、炭黑尾气以及空气进行搅拌混合，提高三者的混合速度，使空气在燃气及炭黑尾气中扩散的更加快速和均匀，提高燃烧效果。外导流板弯折且朝向燃气管，用于将混合后的炭黑尾气及空气导流到燃气管的附近，使混合气体冲击燃气，加快燃气与混合气体的接触过程，缩短混合时间。

所述混合仓的内壁呈波纹状，且波纹状的所述混合仓内壁朝向导气管的出口。空气和炭黑尾气进入到混合仓内部后，旋板旋转时，通过波纹状的内壁对空气和炭黑尾气进行再次搅拌，提高空气与炭黑尾气的混合效果。

所述燃烧管的内部设置有纵截面呈三角形的环形聚气环，所述聚气环靠近喷气管并位于喷气管的外侧。当混合气体从喷气管中喷出时，聚气环的设置，缩减空气、燃气以及炭黑尾气的流动半径，使三者(即空气、燃气、炭黑尾气)汇聚，通过聚气环的设置，有效避免气体扩散导致燃烧效果不佳的问题。

所述进气栅格包括筒身，所述筒身一端内部设置有十字形支撑架，所述支撑架的中心位置设置有套管，所述套管内设置有伸缩缸，所述伸缩缸的缸杆连接有托板，所述托板上沿圆周方向设置有若干卡槽，每个所述卡槽内均转动安装有衔接柱，所述衔接柱的一端连接有闭气板，所述闭气板的一端转动安装在筒身上，所述筒身内部在相邻两个闭气板之间固定有栅板，所述栅板的一端固定在套管上，所述栅板为中空结构且连接外置的热回收机构。伸缩缸为液压缸，用于控制托板的位置，当托板往下运动时，在衔接柱的带动下，闭气板从两个栅板之间运动出，使得气口打开，空气可以通过气口进入到内空气管以及外空气中，且在经过栅板时被加热，当托板往上运动时，衔接柱往上顶升闭气板，使闭气板将打开的气口封闭，进而使空气不得进入内空气管以及外空气管中。通过控制伸缩缸的缸杆伸出量，可以控制气口打开的大小，进而控制单位时间内，空气进入内空气管和外空气管的流量，进而控制燃气和炭黑尾气的燃烧效果。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、进气栅格对控制进入空气口的空气量，以及利用热回收机构传递的热量对空气进行预热，使混合到燃气和炭黑尾气中的空气不会降低燃气及炭黑尾气的热量，使得燃气和炭黑尾气可以在燃烧管中充分燃烧，使得燃气及炭黑尾气资源得到充分利用，提高资源的利用率。

2、混合气体从喷气管中喷出时，聚气环的设置，缩减空气、燃气以及炭黑尾气的流动半径，使三者(即空气、燃气、炭黑尾气)汇聚，通过聚气环的设置，有效避免气体扩散导致燃烧效果不佳的问题。

3、炭黑尾气和空气经过旋流器时进行初步混合，炭黑尾气与燃气混合点燃后，喷气管的喷气口处获得较大的冲击力，使若干喷气管相互配合驱动旋板旋转，进而使进入到混合仓内的空气和炭黑尾气进行二次混合，通过外板和旋板的设置，提高空气与炭黑尾气的混合程度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构前视图；

图2是本发明的前视剖面图；

图3是本发明的喷气管与旋板连接的右视图；

图4是本发明的喷气管右视图；

图5是本发明的喷气管前视剖面图；

图6是本发明的进气栅格前视剖面图。

图中：

1、燃气管；101、燃气口；102、二次燃气管；103、三次燃气管；

2、内空气管；

3、燃料管；301、支撑柱；302、旋流器；303、外板；304、旋板；305、喷气管；3051、收缩部；3052、外层；3053、内导流板；3054、控流器；3055、外导流板；

4、外空气管；

5、燃烧管；501、聚气环；

6、空气口；

7、燃料口；

8、进气栅格；801、支撑架；802、套管；803、托板；804、栅板；805、闭气板；

9、点火器。

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，双燃料燃烧装置包括燃气管1、燃料管3以及燃烧管5，燃气管1的外侧套设有内空气管2，燃料管3套设在内空气管2的外侧，燃料管3的外侧设置有外空气管4，燃烧管5与外空气管4的一端连接，燃气管1的一端内部设置有点火器9，内空气管2以及外空气管4的一端均安装有空气口6，空气口6的内部设置有进气栅格8，燃料管3的一端设置有燃料口7。炭黑尾气从燃料口7进入到燃料管3内，炭黑尾气在旋流器302的搅拌下与空气进行混合，之后，再次与燃气管1喷出的燃气进行混合燃烧，点火器9点燃燃气，燃气、炭黑尾气以及空气相互混合后在燃烧管5中进行充分燃烧，燃烧管5的末端设置有热回收机构，热回收机构利用热交换原理吸收燃烧管5的管体温度，并将热量导入到进气栅格8处。进气栅格8对控制进入空气口的空气量，以及利用热回收机构传递的热量对空气进行预热，使混合到燃气和炭黑尾气中的空气不会降低燃气及炭黑尾气的热量，使得燃气和炭黑尾气可以在燃烧管5中充分燃烧，使得燃气及炭黑尾气资源得到充分利用，提高资源的利用率。

燃气管1的一端设置有进气口101，燃气管1的内部中心位置贯穿有保护管，点火器9安装在保护管内，燃气管1的一端下方设置有三个二次燃气管102，燃气管1的一端上方设置有三个三次燃气管103，三次燃气管103的长度大于二次燃气管102的长度，三次燃气管103的出气口位于内空气管2的外侧。

燃料管3内部沿轴线方向设置有支撑柱301，支撑柱301的外侧设置有导气管，导气管的一端与外空气管4固定，支撑柱301与导气管之间设置有旋流器302，导气管中部位置设置有进气孔，空气通过进气孔进入到导气管内，导气管的一端外侧固定有外板303，外板303的一侧转动连接有旋板304，旋板304内部设置有不等径的环形混合仓，旋板304在混合仓的一侧设置有环形的对接槽，导气管与对接槽连通，旋板304与外空气管4转动连接，旋板304上设置有若干连通混合仓的喷气管305，喷气管305的喷气口朝燃烧管5的中心线倾斜。

混合仓的内壁呈波纹状，且波纹状的混合仓内壁朝向导气管的出口。空气和炭黑尾气进入到混合仓内部后，旋板304旋转时，通过波纹状的内壁对空气和炭黑尾气进行再次搅拌，提高空气与炭黑尾气的混合效果。

炭黑尾气和空气经过旋流器302时进行初步混合，炭黑尾气与燃气混合点燃后，喷气管305的喷气口处获得较大的冲击力，使若干喷气管305相互配合驱动旋板304旋转，进而使进入到混合仓内的空气和炭黑尾气进行二次混合，通过外板303和旋板304的设置，提高空气与炭黑尾气的混合程度。

喷气管305由圆管制成，喷气管305的一端为逐渐扁平的收缩部3051，收缩部3051与喷气管305的圆管部分存在倾斜角度，收缩部3051的一端设置有内导流板3053，收缩部3051的一端上方设置有外层3052，外层3052内转动安装有若干控流器3054，每个控流器3054的一端均转动连接有外导流板3055，外导流板3055弯折后的导流方向朝向燃气管1，若干外导流板3055与内导流板3053相互配合实现对收缩部3051出气口的封闭或者开启。

喷气管305的一端被外部压力逐渐挤压变形，变为扁平的收缩部，收缩部3051通过外导流板3055和内导流板3053实现开启或者封闭或者开启的大小，控流器3054为液压缸，用于控制外导流板3055在收缩部3051上的运动，当外导流板3055被控流器3054往外推动时，外导流板3055与内导流板3054分离，使得混合后的气体从喷气管305中喷出，通过控制往外伸出的外导流板3055的数量，实现控制喷气管305往外喷出的混合气体的流量，往内收缩外导流板3055时，外导流板3055与内导流板3053相互配合对收缩部3051的开口进行封闭。喷气管305的扁平状设置，当旋板304转动时，喷气管305充当扇叶，对燃气、炭黑尾气以及空气进行搅拌混合，提高三者的混合速度，使空气在燃气及炭黑尾气中扩散的更加快速和均匀，提高燃烧效果。外导流板3055弯折且朝向燃气管1，用于将混合后的炭黑尾气及空气导流到燃气管1的附近，使混合气体冲击燃气，加快燃气与混合气体的接触过程，缩短混合时间。

燃烧管5的内部设置有纵截面呈三角形的环形聚气环501，聚气环501靠近喷气管305并位于喷气管305的外侧。当混合气体从喷气管305中喷出时，聚气环501的设置，缩减空气、燃气以及炭黑尾气的流动半径，使三者汇聚，通过聚气环501的设置，有效避免气体扩散导致燃烧效果不佳的问题。

进气栅格8包括筒身，筒身一端内部设置有十字形支撑架801，支撑架801的中心位置设置有套管802，套管802内设置有伸缩缸，伸缩缸的缸杆连接有托板803，伸缩缸为液压缸，用于控制托板803的位置，托板803上沿圆周方向设置有若干卡槽，每个卡槽内均转动安装有衔接柱，衔接柱的一端连接有闭气板805，闭气板805的一端转动安装在筒身上，筒身内部在相邻两个闭气板805之间固定有栅板804，栅板804的一端固定在套管802上，栅板804为中空结构且串联在外置的热回收机构的管路中。

热回收机构利用热交换原理吸收燃烧管5的管体温度，并将热量通过管路中的介质导入到栅板804处，使栅板804的温度升高。当托板803往下运动时，在衔接柱的带动下，闭气板805从两个栅板804之间运动出，使得气口打开，空气可以通过气口进入到内空气管2以及外空气4中，且在经过栅板804时被加热，当托板803往上运动时，衔接柱往上顶升闭气板805，使闭气板805将打开的气口封闭，进而使空气不得进入内空气管2以及外空气管4中。通过控制伸缩缸的缸杆伸出量，可以控制气口打开的大小，进而控制单位时间内，空气进入内空气管2和外空气管4的流量，进而控制燃气和炭黑尾气的燃烧效果。

本发明的工作原理：

燃气从进气口101进入到燃气管1中，并分别通过燃气管1的出气口、二次燃气管102的出气口以及三次燃气管103的出气口喷出，二次燃气管102以及三次燃气管103长度的不同，达到给不同位置补充燃气的目的。

炭黑尾气从燃料口7进入到燃料管3内，并再次进入到导气管中，外空气管4中的空气通过进气孔进入到导气管中，炭黑尾气在旋流器302的搅拌下与空气进行混合，之后，进入到混合仓中，炭黑尾气和空气从喷漆管305处喷出后，与燃气管1喷出的燃气进行混合，点火器9点燃燃气，燃气、炭黑尾气以及空气相互混合后在燃烧管5中进行充分燃烧，燃烧管5的末端设置有热回收机构，热回收机构利用热交换原理吸收燃烧管5的管体温度，并将热量导入到进气栅格8中。

根据燃烧产生的温度场的变化，控制系统对控流器3054的工作进行调整；

增加炭黑尾气以及空气的含量时，外导流板3055被控流器3054往外推动，外导流板3055与内导流板3054分离，使得混合后的气体从喷气管305中喷出，通过控制往外伸出的外导流板3055的数量，实现控制喷气管305往外喷出的混合气体的流量；

缩减炭黑尾气及空气的含量时，控流器3054往内收缩外导流板3055时，外导流板3055与内导流板3053相互配合对收缩部3051的开口进行封闭。

喷气管305的扁平状设置，当旋板304转动时，喷气管305充当扇叶，对燃气、炭黑尾气以及空气进行搅拌混合，提高三者的混合速度，使空气在燃气及炭黑尾气中扩散的更加快速和均匀，提高燃烧效果。外导流板3055弯折且朝向燃气管1，用于将混合后的炭黑尾气及空气导流到燃气管1的附近，使混合气体冲击燃气，加快燃气与混合气体的接触过程，缩短混合时间。

炭黑尾气与燃气混合点燃后，喷气管305的喷气口处获得较大的冲击力，使若干喷气管305相互配合驱动旋板304旋转，进而使后续进入到混合仓内的空气和炭黑尾气进行二次混合，提高空气与炭黑尾气的混合度。

进气栅格8对控制进入空气口的空气量，以及利用热回收机构传递的热量对空气进行预热，使混合到燃气和炭黑尾气中的空气不会降低燃气及炭黑尾气的热量，使得燃气和炭黑尾气可以在燃烧管5中充分燃烧，使得燃气及炭黑尾气资源得到充分利用。

需要增加空气的进入量时，托板803往下运动，在衔接柱的带动下，闭气板805从两个栅板804之间运动出，使得气口打开，空气可以通过气口进入到内空气管2以及外空气4中，且在经过栅板804时被加热，

减少空气的进入量时，托板803往上运动，衔接柱往上顶升闭气板805，使闭气板805将打开的气口部分区域关闭或者封闭，进而使空气减少或者不得进入内空气管2以及外空气管4中。

通过控制伸缩缸的缸杆伸出量，可以控制气口打开的大小，进而控制单位时间内，空气进入内空气管2和外空气管4的流量，进而控制燃气和炭黑尾气的燃烧效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述双燃料燃烧装置包括燃气管（1）、燃料管（3）以及燃烧管（5），所述燃气管（1）的外侧套设有内空气管（2），所述燃料管（3）套设在内空气管（2）的外侧，燃料管（3）的外侧设置有外空气管（4），所述燃烧管（5）与外空气管（4）的一端连接，所述燃气管（1）的一端内部设置有点火器（9），所述内空气管（2）以及外空气管（4）的一端均安装有空气口（6），所述空气口（6）的内部设置有进气栅格（8），所述燃料管（3）的一端设置有燃料口（7）；

所述燃料管（3）内部沿轴线方向设置有支撑柱（301），所述支撑柱（301）的外侧设置有导气管，所述导气管的一端与外空气管（4）固定，所述支撑柱（301）与导气管之间设置有旋流器（302），所述导气管中部位置设置有进气孔，所述导气管的一端外侧固定有外板（303），所述外板（303）的一侧转动连接有旋板（304），所述旋板（304）内部设置有不等径的环形混合仓，所述旋板（304）在混合仓的一侧设置有环形的对接槽，所述导气管与对接槽连通，所述旋板（304）与外空气管（4）转动连接，旋板（304）上设置有若干连通混合仓的喷气管（305），所述喷气管（305）的喷气口朝燃烧管（5）的中心线倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述燃气管（1）的一端设置有进气口（101），所述燃气管（1）的内部中心位置贯穿有保护管，所述点火器（9）安装在保护管内，所述燃气管（1）的一端下方设置有三个二次燃气管（102），燃气管（1）的一端上方设置有三个三次燃气管（103），所述三次燃气管（103）的长度大于二次燃气管（102）的长度，三次燃气管（103）的出气口位于内空气管（2）的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述喷气管（305）由圆管制成，喷气管（305）的一端为逐渐扁平的收缩部（3051），所述收缩部（3051）与喷气管（305）的圆管部分存在倾斜角度，所述收缩部（3051）的一端设置有内导流板（3053），所述收缩部（3051）的一端上方设置有外层（3052），所述外层（3052）内转动安装有若干控流器（3054），每个所述控流器（3054）的一端均转动连接有外导流板（3055），所述外导流板（3055）弯折后的导流方向朝向燃气管（1），若干所述外导流板（3055）与内导流板（3053）相互配合实现对收缩部（3051）出气口的封闭或者开启。

4.根据权利要求1所述的一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述混合仓的内壁呈波纹状，且波纹状的所述混合仓内壁朝向导气管的出口。

5.根据权利要求1所述的一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述燃烧管（5）的内部设置有纵截面呈三角形的环形聚气环（501），所述聚气环（501）靠近喷气管（305）并位于喷气管（305）的外侧。

6.根据权利要求1所述的一种炭黑尾气高温裂解式双燃料燃烧装置，其特征在于：所述进气栅格（8）包括筒身，所述筒身一端内部设置有十字形支撑架（801），所述支撑架（801）的中心位置设置有套管（802），所述套管（802）内设置有伸缩缸，所述伸缩缸的缸杆连接有托板（803），所述托板（803）上沿圆周方向设置有若干卡槽，每个所述卡槽内均转动安装有衔接柱，所述衔接柱的一端连接有闭气板（805），所述闭气板（805）的一端转动安装在筒身上，所述筒身内部在相邻两个闭气板（805）之间固定有栅板（804），所述栅板（804）的一端固定在套管（802）上，所述栅板（804）为中空结构且连接外置的热回收机构。